組合式空調(diào)機(jī)組不同斷面風(fēng)速均勻度對供冷/熱量的影響

謝鴻璽，謝寶剛，謝添璽，包繼虎，彭 飛

（1.合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230031；2.天津大學(xué)，天津 300072）

1 前言

組合式空調(diào)機(jī)組是由各種空氣處理功能段組裝而成的一種空氣處理設(shè)備，具有送風(fēng)、冷卻、加熱、加濕、空氣凈化、消聲等多種空氣處理功能［1］。由于其風(fēng)量范圍在2000～200000 m3/h，調(diào)節(jié)范圍大，且具有靈活的組合方式等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種建筑中。組合式空調(diào)機(jī)組作為中央空調(diào)系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，其冷、熱量是由相應(yīng)的制冷和加熱設(shè)備提供，并通過機(jī)組中的表冷器、加熱器熱交換后提供合適溫、濕度向環(huán)境送風(fēng)，以達(dá)到舒適空調(diào)或工藝環(huán)境要求。

作為空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置，組合式空調(diào)機(jī)組對室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善起著至關(guān)重要的作用。因此，通過分析組合式空調(diào)機(jī)組供冷量、供熱量等性能的影響因素，來提高機(jī)組的運行效率，降低運行能耗，是對組合式空調(diào)機(jī)組研究的一個重要方向［2～7］。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)相同風(fēng)量、不同斷面風(fēng)速均勻度的機(jī)組性能存在著差別，本文著重對斷面風(fēng)速均勻度對組合式空調(diào)機(jī)組的供冷、供熱量的影響進(jìn)行研究。

2 測試方法

2.1 斷面風(fēng)速均勻度的測試方法

斷面風(fēng)速均勻度是指機(jī)組斷面上任一點的風(fēng)速與平均風(fēng)速之差的絕對值不超過平均風(fēng)速20%的點數(shù)占測總點數(shù)的百分比。其測試方法如下：

（1）在距盤管或過濾器迎風(fēng)斷面200 mm處，均布風(fēng)速測點，測點位置布置見圖1。

圖1 矩形風(fēng)道25點法測點布置示意

（2）組合式空調(diào)機(jī)組進(jìn)風(fēng)口的截面裝有可調(diào)格柵，該格柵可以水平和豎直調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)的流向，進(jìn)而調(diào)節(jié)不同的斷面風(fēng)速均勻度。

（3）使用風(fēng)速儀測量各點風(fēng)速，統(tǒng)計斷面風(fēng)速與平均風(fēng)速之差不超過平均風(fēng)速20%的點數(shù)占總點數(shù)的百分比。

2.2 風(fēng)量、供冷量、供熱量的測試方法

風(fēng)量采用安裝有標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的風(fēng)洞進(jìn)行測量，測量裝置見圖2。圖2中：A,B為風(fēng)洞箱體尺寸；a,b為組合式空調(diào)機(jī)組出風(fēng)口尺寸；De為箱體當(dāng)量直徑，De=（4AB/π）1/2；Dmax為最大流量噴嘴直徑；D1為其他流量噴嘴直徑。

通過測量噴嘴前后的壓差，進(jìn)而確定流過噴嘴喉部的速度，且該速度需在15～35 m/s之間，測試數(shù)據(jù)方為有效。再通過噴嘴喉部的截面尺寸來確定風(fēng)量，如果是多個噴嘴測量時，機(jī)組風(fēng)量等于所有噴嘴測量的風(fēng)量總和。

圖2 風(fēng)量、供冷量、供熱量測試裝置示意

在供冷工況下，空氣側(cè)供冷量由進(jìn)出口空氣的焓差法測量，即通過測量進(jìn)口、出口的干濕球溫度，進(jìn)而確定進(jìn)出口的焓值及風(fēng)量組合測試機(jī)組空氣側(cè)的供冷量。水側(cè)的供冷量采用液體載冷劑法測試，通過測量進(jìn)口、出口側(cè)的水溫和流經(jīng)換熱器的水流量來測得機(jī)組的供冷量。

供熱量的測試方法類同供冷量的測量，不同之處在于測量供熱量時空氣側(cè)不需測量進(jìn)出口空氣的濕球溫度，只需測量干球溫度即可。因為供熱時空氣側(cè)只有顯熱交換。

2.3 測試儀表

所用的測試儀表見表1。

表1 測試用儀表

2.4 相關(guān)測試的計算方法

2.4.1 噴嘴風(fēng)量的計算

采用空氣流量噴嘴裝置測量風(fēng)量時，每個噴嘴風(fēng)量的計算式為：

式中 L——流經(jīng)每個噴嘴的風(fēng)量,m3/h

C——噴嘴的流量系數(shù)

A——噴嘴面積，m2

ΔP——噴嘴前后的壓差，Pa

ρ2——噴嘴出口處空氣密度，kg/m3

由于測量的風(fēng)量是噴嘴喉部空氣狀態(tài)下的風(fēng)量，需轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)時的風(fēng)量，換算方法為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量。

2.4.2 供冷時空氣側(cè)換熱量計算

式中 Qa——空氣側(cè)換熱量，kW

Li——機(jī)組出風(fēng)風(fēng)量,m3/h

ρi——機(jī)組出風(fēng)空氣密度，kg/m3

I1——試驗機(jī)組進(jìn)口空氣的焓值，kJ/kg干空氣

I2——試驗機(jī)組進(jìn)口空氣的焓值，kJ/kg干空氣

Cpw——水的定壓比熱，kJ/（kg·K）

t2s——試驗機(jī)組出口空氣濕球溫度，℃

Δd——試驗機(jī)組進(jìn)出口空氣含濕量差,kJ/kg干空氣

2.4.3 供冷時水側(cè)換熱量計算

式中 Qw——水側(cè)換熱量，kW

W——水的質(zhì)量流量,kg/s

tw1——水進(jìn)口溫度，℃

tw2——水出口溫度，℃

N——試驗機(jī)組輸入功率，kW

2.4.4 供熱時空氣側(cè)換熱量計算

式中 t1——試驗機(jī)組進(jìn)口空氣溫度，℃

t2——試驗機(jī)組出口空氣溫度，℃

Cpa——空氣定壓比熱，kJ/（kg·K）

2.4.5 供熱時水側(cè)換熱量計算

2.4.6 機(jī)組換熱量計算

式中 Q——機(jī)組換熱量，kW

3 試驗結(jié)果及分析

關(guān)于供冷量、供熱量的試驗結(jié)果，均是按照GB/T14294-2008《組合式空調(diào)機(jī)組》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義工況進(jìn)行試驗。共選擇3臺組合式空調(diào)機(jī)組，額定風(fēng)量分別為5000，10000，20000 m3/h的機(jī)組，每臺機(jī)組在相同的測試工況條件下，相同的出風(fēng)風(fēng)量下，經(jīng)可調(diào)格柵，調(diào)節(jié)不同的斷面風(fēng)速均勻度，來測得其對應(yīng)的供冷量、供熱量的結(jié)果。

經(jīng)測試可知，在進(jìn)風(fēng)干球溫度為27.0 ℃、濕球溫度19.5 ℃，出風(fēng)風(fēng)量相等，進(jìn)水溫度均為7℃，進(jìn)出水溫差保持5 ℃時，同一臺被試機(jī)組的供冷量隨著斷面風(fēng)速均勻度的不同而變化。額定風(fēng)量分別為5000，10000，20000 m3/h時供冷量隨斷面風(fēng)速均勻度的變化如圖3所示。

圖3 額定風(fēng)量分別為5000，10000，20000 m3/h時供冷量隨斷面風(fēng)速均勻度的變化曲線

從圖3可以看出，在其他條件相同時，供冷 量隨著機(jī)組斷面風(fēng)速均勻度的增大而增加，在斷面風(fēng)速均勻度達(dá)到90%以上時，供冷量增加的幅度減緩。額定風(fēng)量5000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供冷量由29.798 kW增加到32.012 kW，增加2.214 kW，增加比例為7.14%。額定風(fēng)量10000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供冷量由56.021 kW增加到61.368 kW，增加5.347 kW，增加比例為9.06%。額定風(fēng)量20000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供冷量由103.265 kW增加到113.123 kW，增加9.858 kW，增加比例為9.13%。即額定風(fēng)量越大的組合式空調(diào)機(jī)組越大，提高斷面風(fēng)速均勻度可以增加的供冷量越多，但在90%以上提高的比例逐漸降低。

經(jīng)測試可知，在進(jìn)風(fēng)干球溫度為15.0 ℃，出風(fēng)風(fēng)量相等，進(jìn)水溫度均為60.0 ℃，進(jìn)出水溫差保持10.0 ℃時，同一臺被試機(jī)組的供熱量隨著斷面風(fēng)速均有度的不同而變化。額定風(fēng)量分別為5000，10000，20000 m3/h時供熱量隨斷面風(fēng)速均勻度的變化如圖4所示。

圖4 額定風(fēng)量分別為5000，10000，20000 m3/h時供熱量隨斷面風(fēng)速均勻度變化曲線

從圖4可以看出，在其他條件相同時，供熱量隨著機(jī)組斷面風(fēng)速均勻度的增大而增加，在斷面風(fēng)速均勻度達(dá)到90%以上時，供熱量增加的幅度減緩。從圖4還可以看出，額定風(fēng)量5000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供熱量由57.586 kW增加到60.723 kW，增加3.137 kW，增加比例為5.32%。額定風(fēng)量10000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供熱量由93.685 kW增加到 101.865 kW，增加 8.18 kW，增加比例為8.39%。額定風(fēng)量20000 m3/h的機(jī)組斷面風(fēng)速由75%增加到98%，供熱量由175.658 kW增加到188.261 kW，增加12.603 kW，增加比例為6.92%。即額定風(fēng)量越大的組合式空調(diào)機(jī)組越大，提高斷面風(fēng)速均勻度可以增加的供熱量越多，但在90%以上提高的比例逐漸降低。

4 結(jié)語

組合式空調(diào)機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)處理空氣的關(guān)鍵設(shè)備，其供冷量、供熱量在相同的工況條件下，相同的風(fēng)量時，隨著機(jī)組斷面風(fēng)速均勻度的不同而變化。當(dāng)斷面風(fēng)速較均勻，既均勻度較高時，機(jī)組的供冷量，供熱量較大。隨著機(jī)組額定風(fēng)量的增大，斷面風(fēng)速均勻度對機(jī)組的供冷量、供熱量的影響增大。因此，組合式空調(diào)在設(shè)計制造時，關(guān)鍵設(shè)備確定后，提高流經(jīng)機(jī)組空氣的斷面均勻度，可以提高機(jī)組的熱量交換效率，從而降低機(jī)組的運行能耗。

［1］ GB/T14294-2008 組合式空調(diào)機(jī)組［S］.

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