機(jī)房空調(diào)的冷風(fēng)比對(duì)顯熱比的影響

齊淑芳等

【摘 要】本文闡明機(jī)房空調(diào)使用場(chǎng)合的環(huán)境特點(diǎn)和影響因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算來(lái)說(shuō)明機(jī)房空調(diào)的冷風(fēng)比對(duì)顯熱比的影響。

【關(guān)鍵詞】機(jī)房空調(diào) 制冷量 顯冷量 冷風(fēng)比 顯熱比

引言

機(jī)房空調(diào)是一種向機(jī)房提供諸如空氣循環(huán)、空氣過(guò)濾、冷卻、再熱及濕度控制的單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)。機(jī)房空調(diào)主要用在數(shù)控中心，而這些高精密設(shè)備使用場(chǎng)所又屬于高發(fā)熱場(chǎng)所，據(jù)統(tǒng)計(jì)這部分散熱量占機(jī)房總余熱量的70%～80%，再將圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、照明、人的顯熱散等加在一起這部分顯熱負(fù)荷可高達(dá)90%以上。另外，由于機(jī)房?jī)?nèi)工作人員流動(dòng)性小，人員密度小，引入外界新風(fēng)量不能超過(guò)室內(nèi)總風(fēng)量的5%，機(jī)器設(shè)備本身只產(chǎn)熱不產(chǎn)濕，這樣，濕負(fù)荷約占總冷負(fù)荷的5%左右[1]。因此，我們需要及時(shí)地、大量地從機(jī)房中排出顯熱，要求機(jī)房空調(diào)的顯熱比能足夠高。

1 影響因素分析

顯熱比的影響因素主要包括：蒸發(fā)器的換熱面積，蒸發(fā)器合理的流路設(shè)計(jì)以及冷風(fēng)比等。合理的蒸發(fā)器流路設(shè)計(jì)可避免分液不均引起的回液?jiǎn)栴}，有利于提高蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和保證出口適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度和空調(diào)機(jī)組的出風(fēng)溫度，從而提高空調(diào)系統(tǒng)的顯熱比。增大蒸發(fā)器的換熱面積能有效改善換熱器的換熱效果，也是一種提高空調(diào)系統(tǒng)顯熱比行之有效的措施，但考慮到成本，因此沒(méi)有被空調(diào)廠家廣泛接受。另外，提高機(jī)房的送風(fēng)量還能提升空調(diào)系統(tǒng)的顯熱比，因此，提高空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量、降低冷風(fēng)比是一種既能改善機(jī)房環(huán)境溫濕度場(chǎng)均勻性，又能提高系統(tǒng)顯熱比的有效措施。本文主要討論冷風(fēng)比這個(gè)因素對(duì)顯熱比的影響。

第一，試驗(yàn)分析。表1是對(duì)某品牌機(jī)房空調(diào)進(jìn)行的變風(fēng)量測(cè)試數(shù)據(jù)，圖1為測(cè)試數(shù)據(jù)中顯熱比與冷風(fēng)比曲線。從測(cè)試數(shù)據(jù)和曲線都能看出，在名義工況下，同一臺(tái)機(jī)房空調(diào)顯熱比隨著冷風(fēng)比的減小而增加。

第二，理論分析。假設(shè)已知進(jìn)、出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的溫度、壓力參數(shù)，如表2。

根據(jù)空氣調(diào)節(jié)教材[2]-[3]中空氣狀態(tài)計(jì)算公式：

①水蒸汽的飽和壓力

②飽和水蒸汽絕對(duì)含濕量d（kg/kg）

③含濕量d1（kg/kg）

④濕空氣的比焓h1（kJ/kg）

⑤空氣密度ρ1（kg/m3）

根據(jù)上述公式①、②、③、④、⑤分別求出出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量d2、空氣比焓h2和空氣密度ρ2

⑥濕空氣的比熱Cpa

⑦單位質(zhì)量空氣所攜帶顯冷量qs為

⑧單位質(zhì)量空氣所攜帶的總冷量q為

⑨顯熱比ε為

⑩冷風(fēng)比Ψ為機(jī)組總冷量（單位為W）與送風(fēng)量（單位為m3/h）的比值，即：

上述①-⑩公式中，各代號(hào)的含義說(shuō)明如下。

t1、t2_機(jī)組進(jìn)、出口空氣干球溫度，℃；ts1_機(jī)組進(jìn)口空氣濕球溫度，℃；_水蒸汽的飽和壓力，Pa；d_飽和水蒸汽絕對(duì)含濕量，kg/kg；d1_含濕量，kg/kg；h1_濕空氣的比焓，kJ/kg；ρ1_空氣密度，kg/m3；Cpa_濕空氣的比熱，kJ/kg·℃；qs_單位質(zhì)量空氣所攜帶顯冷量，kW/kg；q_單位質(zhì)量空氣所攜帶的總冷量，kW/kg；ε_(tái)顯熱比；Ψ_冷風(fēng)比，W/（m3/h）。

現(xiàn)在我們按照GB/T 19413-2010標(biāo)準(zhǔn)中的名義工況來(lái)確定室內(nèi)進(jìn)風(fēng)狀態(tài)參數(shù)，如表3。為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中顯熱比為0.87，計(jì)算最小出風(fēng)干球溫度。假設(shè)出風(fēng)干球溫度為最小時(shí)，出風(fēng)相對(duì)濕度為100%，出風(fēng)干球溫度等于出風(fēng)濕球溫度。即t2=ts2

根據(jù)公式⑥求出濕空氣比熱

根據(jù)公式①、②、③、④可以得出出風(fēng)焓值是一個(gè)關(guān)于干球溫度、濕球溫度和大氣壓力的函數(shù)（假設(shè)出風(fēng)大氣壓力與進(jìn)風(fēng)壓力相同保持不變）。又因出風(fēng)干濕球溫度相等，所以出風(fēng)比焓可以表達(dá)為關(guān)于出風(fēng)干球溫度t2的函數(shù)。

根據(jù)公式⑨，得：

使用軟件Matlab求解得出：

根據(jù)公式⑩得出：

也就是說(shuō)為保證顯熱比大于等于0.87，出風(fēng)干球溫度必須在12.56℃以上。當(dāng)然12.56℃的狀態(tài)點(diǎn)是無(wú)法達(dá)到的，因?yàn)榇藭r(shí)出風(fēng)相對(duì)濕度為100%，此時(shí)最大冷風(fēng)比為3.541。

現(xiàn)假設(shè)已知進(jìn)出風(fēng)干球溫度差值，用Matlab求解出出風(fēng)狀態(tài)的濕球溫度，冷風(fēng)比等相關(guān)參數(shù)。

由此可以看出，高溫差帶來(lái)的是送風(fēng)溫度也隨之降低，潛熱增大，顯熱減小，機(jī)房?jī)?nèi)溫度梯度也會(huì)過(guò)大，溫度場(chǎng)不均勻，冷風(fēng)比也隨之增大，從而對(duì)顯熱比造成影響。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹關(guān)于冷風(fēng)比對(duì)于顯熱比的影響。通過(guò)表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在其他參數(shù)不變的情況下，風(fēng)量增加，顯熱比同時(shí)增加，通過(guò)理論計(jì)算了得出在一定溫差下，為保證達(dá)到國(guó)標(biāo)要求的顯熱比所需的最大冷風(fēng)比。冷風(fēng)比不僅對(duì)空調(diào)顯熱有很大的影響，在機(jī)房當(dāng)機(jī)房空調(diào)送風(fēng)量較小時(shí)（冷風(fēng)比過(guò)大）機(jī)房?jī)?nèi)的溫度梯度會(huì)過(guò)大，溫度分布非常不均勻。特別是機(jī)房?jī)?nèi)遠(yuǎn)離機(jī)房空調(diào)端的設(shè)備，會(huì)超過(guò)機(jī)房允許的溫度，嚴(yán)重影響機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)提高風(fēng)量來(lái)提高顯熱比，當(dāng)然考慮到噪音和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等的影響，風(fēng)量不能一直提高到無(wú)限大，因此在滿(mǎn)足噪聲等因素的情況下，通過(guò)提高風(fēng)量來(lái)提高顯熱比是合理的。

參考文獻(xiàn)

[1]王恕清.《機(jī)房專(zhuān)用恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組的相關(guān)熱點(diǎn)問(wèn)題》.暖通空調(diào)，2008.

[2]王士杰.《采用ASHRAE 推薦公式的濕空氣熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算程序》.制冷技術(shù)，1997，5.（2）：20222.

[3]薛殿華.《空氣調(diào)節(jié)》.清華大學(xué)出版社，1991.