干工況風(fēng)機盤管在酒店項目中適用性探討

申劍 孫世川 鄒立成

中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司

0 引言

溫濕度獨立控制系統(tǒng)因其較高的節(jié)能性而被廣泛采用，酒店建筑是常見的建筑類型，也適合采用此系統(tǒng)。同時因酒店標(biāo)準(zhǔn)的建筑布局，使干工況風(fēng)機盤管作為空調(diào)末端更加適宜。但筆者在某酒店設(shè)計時遇到了一些問題，引發(fā)筆者對此類項目的一些思考，并提出一些解決方案，供設(shè)計師探討。

1 干工況風(fēng)機盤管在酒店類項目中的應(yīng)用分析

現(xiàn)以一個標(biāo)準(zhǔn)間為例，進行系統(tǒng)分析，標(biāo)準(zhǔn)間布置如圖1：

圖1 標(biāo)準(zhǔn)間布置圖

本酒店體形系數(shù)≤0.4，標(biāo)準(zhǔn)間一面外墻，三面內(nèi)墻，外墻朝南，室內(nèi)計算參數(shù)參考《旅館建筑設(shè)計規(guī)范》（JGJ62）中三級標(biāo)準(zhǔn)，夏季室內(nèi)溫度取26 ℃，相對濕度取55%，圍護結(jié)構(gòu)以滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189）為準(zhǔn)，具體參數(shù)如下：

北京：外墻K=0.48 W/(m2·K)；外窗K=2.46 W/(m2·K)（SHGC=0.48）；屋面K=0.45 W/(m2·K)；內(nèi)墻K=2.33 W/(m2·K)；樓板K=0.65 W/(m2·K)；內(nèi)門K=3.35 W/(m2·K)。

上海：外墻K=0.60 W/(m2·K)；外窗K=2.56 W/(m2·K)（SHGC=0.40）；屋面K=0.40 W/(m2·K)；內(nèi)墻K=2.33 W/(m2·K)；樓板K=0.65 W/(m2·K)；內(nèi)門K=3.35 W/(m2·K)。

室外氣象參數(shù)以北京、上海為例，室內(nèi)人員數(shù)量按2 人計算，新風(fēng)量取30 m3/(h·人)。因考慮酒店的特殊性，有客房空置的現(xiàn)象，存在戶間傳熱的情況，故分別計算了包括戶間傳熱和不包括兩種情況的負荷，戶間傳熱按式（1）計算：

式中：txp為夏季空調(diào)室外計算日平均溫度，℃，北京為29.6 ℃，上海為30.8 ℃；⊿tls為臨室溫升，因本文針對的是客房，臨室散熱量小，故取0 ℃；tn為室內(nèi)計算溫度，℃。

根據(jù)以上條件，通過鴻業(yè)軟件計算結(jié)果見表1：

表1 室內(nèi)冷負荷

采用干盤管的空氣處理過程如下（新風(fēng)、回風(fēng)均單獨處理后混合送入房間，見圖2）：

圖2 干盤管空氣處理過程

根據(jù)圖2，負荷計算如下：

式中：Q全為全部負荷，W；QF為風(fēng)機盤管承擔(dān)的負荷（室內(nèi)部分顯熱負荷），W；QXJ為新風(fēng)機組承擔(dān)的負荷，W；GF為風(fēng)機盤管機組風(fēng)量，kg/h；hn為室內(nèi)狀態(tài)點焓值，kJ/kg；hf為干盤管送風(fēng)狀態(tài)點焓值，kJ/kg；Qx為新風(fēng)負荷，W；Gx×(hn-hL1)/3.6 為新風(fēng)承擔(dān)的室內(nèi)負荷，包括室內(nèi)部分顯熱負荷和室內(nèi)潛熱負荷，W；Gx為新風(fēng)量，kg/h；hL1為新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點焓值，kJ/kg。

當(dāng)由新風(fēng)負擔(dān)室內(nèi)全部濕負荷時，根據(jù)式（1）～（4）可以得出新風(fēng)承擔(dān)的負荷及室內(nèi)干盤管需要負擔(dān)的負荷，見表2：

表2 新風(fēng)與干盤管承擔(dān)負荷統(tǒng)計

根據(jù)《干式風(fēng)機盤管機組》（JB/T11524-2013）中提供的干式盤管供冷量見表3：

表3 干式盤管標(biāo)準(zhǔn)工況供冷量

供冷工況：室內(nèi)干球溫度為26 ℃，濕球溫度18.7 ℃，供水溫度16 ℃，水溫差5 ℃。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出，末端采用干工況風(fēng)機盤管時，當(dāng)不考慮戶間傳熱時，室內(nèi)風(fēng)機盤管應(yīng)選擇FP-68、FP-85 型，當(dāng)考慮戶間傳熱時，室內(nèi)風(fēng)機盤管應(yīng)選擇FP-136 型。但根據(jù)圖1 可以看出，風(fēng)機盤管安裝空間僅有1700 mm，F(xiàn)P-136 型安裝不下，最大可安裝型號為FP-102 型，如按不考慮戶間傳熱進行設(shè)計，不存在任何問題，但如需要考慮，就存在安裝空間不足的情況。

2 解決方案

針對上述問題，有以下幾個解決方案可供選擇：

1）減少室內(nèi)顯熱負荷

采取加強圍護結(jié)構(gòu)保溫性能，減少室內(nèi)顯熱負荷，使FP-102 型干盤管能滿足使用的要求，具體數(shù)值則見表4：

表4 需要減少室內(nèi)顯熱負荷的量

根據(jù)表4 可以看出，北京地區(qū)需要減少室內(nèi)顯熱負荷約為3.8%，上海地區(qū)需要減少室內(nèi)顯熱負荷約為8.0%。以僅加強內(nèi)墻保溫、減小其傳熱系數(shù)為例，北京地區(qū)內(nèi)墻K≤2.0 W/(m2·K)，上海地區(qū)內(nèi)墻K≤1.8 W/(m2·K)可滿足設(shè)計要求。

此方案涉及土建專業(yè)內(nèi)容，可能會帶來其它問題，如不考慮改變圍護結(jié)構(gòu)的方案，則只能采取其他措施。

2）利用新風(fēng)承擔(dān)更多的室內(nèi)顯熱負荷

根據(jù)式（1）～（4）可以看出，室內(nèi)的顯熱負荷是由干盤管和新風(fēng)機組共同承擔(dān)的，當(dāng)干盤管提供的冷量不足時，多余的室內(nèi)顯熱負荷可由新風(fēng)系統(tǒng)來承擔(dān)，根據(jù)式（1）～（4），要提高此部分供冷量，可以通過降低新風(fēng)的送風(fēng)狀態(tài)點焓值hL1或加大新風(fēng)量Gx兩種方法實現(xiàn)。

為了便于計算分析，新風(fēng)系統(tǒng)冷媒按常規(guī)7～12 ℃冷水考慮。

如采取增加新風(fēng)量Gx的方法，且要求保持室內(nèi)設(shè)計工況點不變，那么送風(fēng)狀態(tài)點焓值hL1需要增大，以保證新風(fēng)除濕量不變，經(jīng)計算，北京地區(qū)新風(fēng)量取50 m3/(h·人)時，新風(fēng)負擔(dān)的室內(nèi)顯熱負荷約為375 W，頂層風(fēng)機盤管需要承擔(dān)的負荷約為1986 W，F(xiàn)P-102 型干盤管滿足使用要求。上海地區(qū)新風(fēng)量需要增加到約65 m3/(h·人)，此時新風(fēng)負擔(dān)的室內(nèi)顯熱負荷約為467 W，風(fēng)機盤管需要承擔(dān)的負荷約為2017 W，F(xiàn)P-102 型干盤管滿足使用要求。但因為增加了新風(fēng)量，同時導(dǎo)致新風(fēng)負荷增加，具體數(shù)值見表5：

表5 增加新風(fēng)量帶來總負荷的增量

根據(jù)表5 可以看出，此方案會大大增加系統(tǒng)總負荷，會造成比較嚴重的能源浪費。

如在保證室內(nèi)溫度的情況下，允許濕度適當(dāng)變化，可采取盡量降低新風(fēng)送風(fēng)溫度、同時加大新風(fēng)量的方法，考慮盤管結(jié)垢、水管路溫升等情況，選取新風(fēng)機組露點溫度為12 ℃，經(jīng)計算，北京地區(qū)新風(fēng)量需要增加到約35 m3/(h·人)時，新風(fēng)負擔(dān)的室內(nèi)顯熱負荷約為337 W，頂層風(fēng)機盤管需要承擔(dān)的負荷約為2024 W，F(xiàn)P-102 型干盤管滿足使用要求。上海地區(qū)新風(fēng)量需要增加到約50 m3/(h·人)時，新風(fēng)負擔(dān)的室內(nèi)顯熱負荷約為484 W，頂層風(fēng)機盤管需要承擔(dān)的負荷約為2000 W，F(xiàn)P-102 型干盤管滿足使用要求，具體數(shù)值見表6：

表6 在降低新風(fēng)送風(fēng)溫度前提下增加新風(fēng)量帶來總負荷的增量

根據(jù)表6 可以看出，此方案會較大增加系統(tǒng)總負荷，造成一定的能源浪費，且導(dǎo)致室內(nèi)濕度降低。

3）加大干工況盤管換熱器，提高其供冷能力

因僅計算干工況，且風(fēng)機盤管為逆流換熱方式，故可根據(jù)平均溫度差法計算換熱面積：

式中：A 為換熱面積，m2；Q 為換熱量，W；μ 為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；ΔT 為平均溫差，℃；Tc1為進水溫度，℃；Tc2為出水溫度，℃；Th1為進風(fēng)溫度，℃；Th2為出風(fēng)溫度，℃。

因無風(fēng)機盤管設(shè)備表冷器的相關(guān)參數(shù)，盤管的傳熱系數(shù)無法確定，所以計算僅用于對比非標(biāo)工況下與標(biāo)準(zhǔn)干工況下表冷器換熱面積的比例關(guān)系。

FP-102 型風(fēng)機盤管風(fēng)量L=1020 m3/h，空氣密度取ρ=1.15 kg/m3，空氣比熱容C=1.01 kJ/(kg·K)，根據(jù)《干式風(fēng)機盤管機組》（JB/T11524-2013）的標(biāo)定工況為室內(nèi)干球溫度26 ℃，濕球溫度18.7 ℃，供水溫度16 ℃，水溫差5 ℃，制冷量2040 W，計算得出送風(fēng)溫度為19.82 ℃。文中北京地區(qū)風(fēng)機盤管需要處理的負荷為2120 W，因室內(nèi)露點溫度為16.3 ℃，故供水溫度取16.5 ℃，水溫差取5 ℃，計算得出送風(fēng)溫度為19.58 ℃。文中上海地區(qū)風(fēng)機盤管需要處理的負荷為2217 W，因室內(nèi)露點溫度為16.3 ℃，故供水溫度取16.5 ℃，水溫差取5 ℃，計算得出送風(fēng)溫度為19.28 ℃。根據(jù)以上參數(shù)及式（5）～（6），得出北京地區(qū)風(fēng)機盤管換熱面積約為標(biāo)準(zhǔn)工況下盤管換熱面積的1.22倍，上海地區(qū)風(fēng)機盤管換熱面積約為標(biāo)準(zhǔn)工況下盤管換熱面積的1.34 倍。

4）降低高溫冷水供水溫度，提高盤管供冷量

根據(jù)計算式（5）和（6），并與標(biāo)準(zhǔn)工況參數(shù)進行比對、試算，北京地區(qū)室內(nèi)顯熱負荷為2120 W 時，反算出冷水進水溫度為15.65 ℃，上海地區(qū)室內(nèi)顯熱負荷為2217 W 時，反算出冷水進水溫度為15.3 ℃。根據(jù)一些文獻的研究，供水溫度低于室內(nèi)空氣露點溫度2.5～6.5 ℃，也不會出現(xiàn)冷凝[2]，故此方案也是可行的，但文獻中也明確“干盤管機器露點的確切相對濕度需要廠家根據(jù)實驗結(jié)果提供，并應(yīng)注意設(shè)計工況與實驗工況應(yīng)盡可能一致”。

3 總結(jié)

酒店建筑因其獨特的建筑布局特點，當(dāng)空調(diào)末端采用風(fēng)機盤管時，也限定了它的布置位置，而有限的安裝空間，又為干工況風(fēng)機盤管的選擇帶來困難。希望空調(diào)生產(chǎn)商能針對干工況風(fēng)機盤管進行研發(fā)，提高它在高溫水工況下的供冷能力，擴大其使用范圍，而設(shè)計者也應(yīng)綜合考慮室內(nèi)設(shè)計工況點、室內(nèi)顯熱負荷、供水溫度、新風(fēng)承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負荷等因素對干工況風(fēng)機盤管選擇的影響，并根據(jù)具體情況分析后，耦合以上各項參數(shù)，優(yōu)化空調(diào)方案。