基于焓差實驗室對風(fēng)機(jī)盤管結(jié)垢分析研究

閻占宇 王夢琦

沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院（110168）

1 焓差試驗室簡介

焓差試驗臺由控制臺、機(jī)房和環(huán)境室構(gòu)成（如圖 1、2 所示），環(huán)境室的外尺寸為 6 500 mm×3 500 mm×3 500 mm。依照《風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組》（GB/T 19232—2003）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用房間水流量計法以及空氣焓差法，準(zhǔn)確測定風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組風(fēng)量、出口靜壓、輸入功率、供冷量、供熱量等技術(shù)參數(shù)。其中，設(shè)備啟停、工況調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)的采集及計算、原始記錄的生成均在監(jiān)控電腦完成。

圖1 焓差試驗室控制臺、機(jī)房

圖2 焓差試驗室環(huán)境室

本試驗臺的風(fēng)系統(tǒng)由室內(nèi)組合空調(diào)機(jī)組和風(fēng)量測量裝置組成。 室內(nèi)組合空調(diào)機(jī)組包括水表冷段、風(fēng)機(jī)段、風(fēng)側(cè)電加熱段和加濕段組成，用以調(diào)節(jié)被試機(jī)的進(jìn)口空氣干濕球溫度；風(fēng)量測量裝置包括進(jìn)風(fēng)段、混流段、整流段、取樣段、噴嘴測量段及出風(fēng)段，是測量風(fēng)量及出口空氣干濕球溫度的主要裝置。 環(huán)境室采用全面孔板送風(fēng)，保證了環(huán)境室內(nèi)具有較為均勻的溫度場和速度場。 試驗臺冷源采用水冷冷水機(jī)組，獨立的3 臺壓縮機(jī)實現(xiàn)冷量分級控制，通過PLC 控制各設(shè)備的啟停，可根據(jù)冷水箱的水溫確定3 臺獨立壓縮機(jī)的啟停； 采用電加熱作為試驗室的熱源。 同時， 試驗臺包含監(jiān)控軟件和聯(lián)鎖保護(hù)說明，采集的數(shù)據(jù)以數(shù)字、曲線圖的形式進(jìn)行實時連續(xù)監(jiān)測， 事故實時報警； 對水泵及風(fēng)機(jī)電流過載保護(hù)，冷卻水路斷流保護(hù)，水冷冷水機(jī)組壓縮機(jī)高低壓保護(hù)[1]。

2 風(fēng)機(jī)盤管結(jié)垢基本原理

根據(jù)對文獻(xiàn)的梳理發(fā)現(xiàn)， 風(fēng)機(jī)盤管性能對建筑能耗有不同程度的影響，具體方式為:結(jié)垢（顆粒污垢，腐蝕污垢，生物污垢，凝固污垢，物理因素結(jié)垢、化學(xué)因素結(jié)垢）、風(fēng)機(jī)盤管的結(jié)構(gòu)（管束數(shù)翅片間距、管徑、翅片放置角度）及風(fēng)機(jī)盤管的運行方式（風(fēng)調(diào)節(jié)、水調(diào)節(jié)、混合調(diào)節(jié)）。 通過查看沈陽建筑大學(xué)教學(xué)樓圖紙進(jìn)行分析，確定在學(xué)校教室中，風(fēng)機(jī)盤管的數(shù)量及布置安裝情況: 沈陽建筑大學(xué)二層教學(xué)樓內(nèi)空調(diào)運行過程絕大多數(shù)采用風(fēng)機(jī)盤管， 總數(shù)高達(dá)834 個。 文章運用焓差試驗臺對沈陽建筑大學(xué)教學(xué)樓內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管結(jié)垢前后進(jìn)行試驗對比分析，旨在得出風(fēng)機(jī)盤管結(jié)垢對風(fēng)機(jī)盤管性能的影響[2]。

風(fēng)機(jī)盤管污垢沉積主要是由于物理和化學(xué)過程引起的，污垢大致可分為以下六類:①顆粒污垢是指換熱面上聚集的流體中的固體顆粒。 顆粒污垢包括膠體粒子沉積物和沉淀污垢等；②化學(xué)反應(yīng)污垢是指通過化學(xué)反應(yīng)在換熱面上形成的沉積物。 化學(xué)反應(yīng)污垢的實例有碳?xì)浠衔锏木酆虾土鸦?；③腐蝕污垢是指由于材料自身參與了化學(xué)反應(yīng)使腐蝕物產(chǎn)生的聚集。腐蝕污垢污染了換熱面自身，也會使?jié)撛诘奈酃冈趽Q熱面附著產(chǎn)生垢層；④生物污垢是指由微生物和其排泄物聚集在換熱面表面生長形成的有機(jī)物膜或生物新膜；⑤凝固污垢是指在過冷的換熱面上凝固而成的公制及其組成部分；⑥混合污垢是指在換熱面的換熱過程中，由以上五種污垢機(jī)制一種以上同時發(fā)生從而形成的污垢[3]。

污垢的形成伴隨著質(zhì)量、熱量、動量交換，影響這一過程的因素包括:流體的性質(zhì)、露點溫度、表面粗糙度、流體流速、污穢物質(zhì)粒子的形狀、濃度、粒徑等。 影響因素不同，污垢特性也各不相同，但不同特性的污垢形成過程基本相同，一般都要經(jīng)歷以下5 個階段:起始、輸運、附著、剝蝕和老化。 ①起始階段。 污垢在潔換熱面上的形成的第一階段，換熱面被污垢組分完全覆蓋時結(jié)束；②輸送階段。 污垢形成過程各階段中研究得最為充分的一個過程；③附著過程。 污穢粒子穿過流動邊界層被輸運到固體表面,通常不會全部附著在固體表面形成污垢；④剝蝕過程。 換熱面上的污垢脫離換熱面或污垢層被流體帶走；⑤老化過程。 污垢沉積的老化從換熱上一開始就逐步形成，其表現(xiàn)為晶體結(jié)構(gòu)的變化、沉積物質(zhì)的聚合作用、熱應(yīng)力的發(fā)展等（見表1）。

表1 二層教學(xué)樓風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量及布置安裝情況

3 清洗前后風(fēng)機(jī)盤管的對比試驗及性能分析

焓差試驗臺可測FP-34 至FP-238 型風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，被測機(jī)組類型廣，文章選取選取學(xué)校教學(xué)樓內(nèi)使用的典型風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行測試，被測試風(fēng)機(jī)盤管型號信息見表2。

由于測試現(xiàn)場條件限制, 對一臺風(fēng)機(jī)盤管結(jié)垢前后進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3。

根據(jù) GB 19232—2019 對 TCR300FL3SNNNTN型號的風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行試驗，采用控制變量的方法對清洗后，運行一年及運行兩年的風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行對比分析。 三次檢測中， 試驗室干球溫度保持在 （27±0.5） ℃，濕球溫度保持在（19.5±0.3） ℃，進(jìn)水溫度保持在（7±0.2） ℃。 出口靜壓為 TCR300FL3SNNNTN型號風(fēng)機(jī)盤管的額定靜壓30 Pa。 由試驗數(shù)據(jù)可以看出清洗后的盤管， 與結(jié)垢一年兩年的盤管相比，風(fēng)機(jī)盤管中水的流量并沒有發(fā)生變化，風(fēng)機(jī)盤管的功率也幾乎不變，但進(jìn)出口干球溫差和進(jìn)出口濕球溫度溫差均發(fā)生了變化。 其中運行兩年的風(fēng)機(jī)盤管平均進(jìn)出口干球溫差為2.76 ℃，平均進(jìn)出口濕球溫差為2.85 ℃，運行一年的風(fēng)機(jī)盤管平均進(jìn)出口干球溫差為3.43 ℃，平均進(jìn)出口濕球溫差為3.43 ℃，清洗后的風(fēng)機(jī)盤管平均進(jìn)出口干球溫差為3.91 ℃，平均進(jìn)出口濕球溫差為3.82 ℃，送風(fēng)溫差的改變直接會影響盤管的焓差， 進(jìn)而影響到風(fēng)機(jī)盤管的效率，使能耗增加。 還可以看出隨著使用年限的增加污垢的增長率也會升高，使能耗進(jìn)一步增大[4]。

表2 被測試風(fēng)機(jī)盤管信息

表3 清洗后風(fēng)機(jī)盤管測試數(shù)據(jù)

表4 運行一年風(fēng)機(jī)盤管測試數(shù)據(jù)

表5 運行兩年風(fēng)機(jī)盤管測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

隨著風(fēng)機(jī)盤管使用年限的增加，盤管內(nèi)的污垢也會隨著使用年限累積， 從而使送風(fēng)溫差降低，使能耗增加。 所以定期對風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行清理對空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能意義重大。