陳 華，段鼎立，吳愛俠

1 前言

人體對溫度、濕度十分敏感，因此控制室內(nèi)空氣溫濕度是空調(diào)系統(tǒng)的重要任務(wù)。相對濕度對室內(nèi)的熱舒適性有重要影響，相對濕度較低的環(huán)境可以使人感到空氣新鮮，提高人體舒適感；室內(nèi)相對濕度增大，呼吸道疾病和非特異性癥狀（如疲勞，頭痛）的風險會大幅增加［1，2］。

國內(nèi)對于干式風機盤管的研究頗多，張秀平等對不同型號的干式風機盤管和標準風機盤管機組進行了大量試驗測試，得到不同工況條件下的技術(shù)參數(shù)［3，4］。通過焓差法對某一風機盤管干工況運行進行實驗研究，廣州大學(xué)的裴清清等測得風機盤管干工況的最佳供水溫度為17 ℃［5］。2013年，JB/T 11524-2013《干式風機盤管機組》也已經(jīng)頒布實施。同時，國內(nèi)研究者對干式盤管加獨立新風系統(tǒng)進行了許多理論性探討［6，7］。陳華等對串聯(lián)干式風機盤管加獨立新風系統(tǒng)冷凍水流量進行試驗研究［8］，為了探究干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)在高溫高濕地區(qū)的適應(yīng)性，吳愛俠等進行了試驗分析，得到DCDV系統(tǒng)全年運行可極大降低結(jié)露時間的結(jié)論［9］。目前串并聯(lián)干式風機盤管加獨立新風系統(tǒng)均有應(yīng)用，串聯(lián)系統(tǒng)冷水機組供回水溫差增大，水流量減少，多采用大溫差冷水機組。

因此，采用干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)將熱濕負荷解耦，利用風機盤管承擔部分顯熱負荷、新風承擔全部濕負荷和部分顯熱負荷，使風機盤管處于干工況運行，最終實現(xiàn)溫濕度獨立控制。本文對串、并聯(lián)干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)進行試驗研究。串聯(lián)系統(tǒng)：新風機組和風機盤管冷源相同，水系統(tǒng)串聯(lián)連接；并聯(lián)系統(tǒng)：新風機組和風機盤管冷源獨立，水系統(tǒng)并聯(lián)連接。建立串、并聯(lián)干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)試驗臺，分析不同室外工況及室內(nèi)負荷顯熱比對串聯(lián)和并聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的運行性能、室內(nèi)空氣狀態(tài)的影響和變化規(guī)律。

2 試驗系統(tǒng)及裝置

干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)試驗裝置如圖1所示。

圖1 干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)試驗裝置

干式風機盤管加獨立新風空調(diào)系統(tǒng)試驗臺設(shè)備包括：新風機組、風機盤管機組、恒溫水箱、水箱、水泵。新風系統(tǒng)包括：新風管道、新風機組等。干式風機盤管將室內(nèi)回風與經(jīng)新風機組處理后的室外新風在混合室內(nèi)混合，再送入室內(nèi)。該試驗臺通過調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)水管管道上的閥門改變水系統(tǒng)的運行方式，實現(xiàn)水系統(tǒng)串并聯(lián)連接形式。串聯(lián)系統(tǒng)時，關(guān)閉閥門 1，5，6，7，其余閥門開啟，冷凍水由恒溫水浴為新風機組和風機盤管提供，即冷凍水先后進入新風機組和風機盤管，利用新風機組溫度較低的回水為風機盤管提供冷量；運行并聯(lián)系統(tǒng)時，關(guān)閉閥門2，3，4，其余閥門開啟；由恒溫水浴為新風機組提供冷凍水，水箱為風機盤管機組提供高溫冷凍水。在新風機組入口、出口及干式風機盤管出口分別布置風速儀和溫-濕度傳感器，用于測量新風與風機盤管進出口空氣溫-濕度及風量。在冷凍水供回水干管及空調(diào)機組末端進出口水管分別布置T型熱電偶，用于測量水溫。在風機盤管供水管、恒溫水浴出水管分別安裝渦輪流量變送器，用于測量水流量。試驗系統(tǒng)中的測量儀器性能參數(shù)見表1。

表1 試驗臺測量儀器及精度

試驗測試不同室外工況及負荷顯熱比條件下串聯(lián)和并聯(lián)兩種空調(diào)系統(tǒng)的性能和室內(nèi)空氣狀態(tài)，并對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 串聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)

焓差室室內(nèi)環(huán)境間設(shè)有電加熱器和蒸汽加濕裝置，可調(diào)節(jié)加熱量和加濕量來調(diào)整房間熱濕負荷，本試驗中設(shè)定系統(tǒng)全熱冷負荷為2.1 kW；室內(nèi)溫度設(shè)定24.5 ℃、相對濕度設(shè)定55%；冷凍水出水溫度控制為7 ℃，回風量500 m3/h。測試不同室外工況及負荷顯熱比對空調(diào)系統(tǒng)的運行性能以及室內(nèi)狀態(tài)的影響。

3.1.1 室外工況對空調(diào)系統(tǒng)性能及室內(nèi)狀態(tài)的影響

室內(nèi)負荷率為1，顯熱比（SHR）為0.85，水量為320 kg/h，新回風比為0.2（新風風量為100 m3/h、回風風量為500 m3/h），測試不同室外工況下空調(diào)系統(tǒng)性能及室內(nèi)空氣溫濕度、水溫的變化情況。

圖2為室外相對濕度分別為50%和65%時在不同干球溫度條件下新風機組和風機盤管制冷性能比較。由圖可知，隨干球溫度的升高，新風機組的顯熱和潛熱制冷量明顯增加，但風機盤管制冷能力降低，新風機組承擔室內(nèi)顯熱與潛熱負荷減少，系統(tǒng)提供室內(nèi)冷量顯熱比增大。

圖2 新風機組和風盤制冷性能

相對濕度增加，新風機組的顯熱制冷量增幅較小，增幅約為1.3%；潛熱制冷量增幅顯著，增幅達到53.9%以上；系統(tǒng)承擔室內(nèi)冷量的顯熱比率增加；而新風及系統(tǒng)承擔室內(nèi)熱濕負荷都降低。

圖3為室外相對濕度為50%和65%時不同干球溫度條件下室內(nèi)溫濕度變化情況。從圖中可以看出，當室外相對濕度為50%時，該空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)溫度從24.5 ℃變化至25.3 ℃，溫度波動小，僅為0.8 ℃；當室外相對濕度為65%時，該空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)溫度波動也不大。由分析可知：采用串聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，隨著室外溫濕度增加，均會造成室內(nèi)溫度略微增加。而室內(nèi)相對濕度的變化規(guī)律卻與之不同，隨著室外溫度增加，室內(nèi)相對濕度先增加后降低，變化范圍在1.6%之內(nèi)。

圖3 2種室外相對濕度、不同室外溫度條件時室內(nèi)溫濕度變化

圖4 為新風機組和風機盤管供回水溫度隨室外溫度的變化狀態(tài)。

圖4 2種室外相對濕度、不同室外溫度條件時供回水溫度變化

從圖可見，室外溫度的升高及室外相對濕度的增加，均可引起新風機組供水溫度、風機盤管供回水溫度的升高。室外溫度25，29 ℃，風機盤管進水溫度為9.56～10.50 ℃，供水溫度低，致使風機盤管有凝水產(chǎn)生。室外溫度33 ℃，室溫高于設(shè)定值1.30 ℃。分析可知：因為新風負荷增大，新風承擔室內(nèi)負荷減小，且風機盤管進水溫度提高，其提供冷量也相應(yīng)減少，所以系統(tǒng)提供冷量減少，故室溫偏高于設(shè)定值。

3.1.2 負荷顯熱比對空調(diào)系統(tǒng)性能的影響

室內(nèi)負荷率為1；SHR為0.75，水量為320 kg/h，新風回風比為0.2，相對濕度為65%，室外溫度為25～33℃，測試串聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能的變化情況，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同室外工況下室內(nèi)負荷顯熱比為0.75時空調(diào)機組制冷性能

結(jié)合圖2（b）可知，當室內(nèi)負荷顯熱比降低至0.75，風機盤管的制冷量增加，增幅為1.5%；室內(nèi)濕負荷的增加，使該工況下風機盤管均承擔部分濕負荷；當室外溫度由25 ℃增加到33 ℃，風機盤管承擔的濕負荷減少7.3%～24.0%。系統(tǒng)提供室內(nèi)顯冷量及顯熱比隨室外溫度變化見表2。

表2 系統(tǒng)提供室內(nèi)顯冷量及顯熱比隨室外溫度變化

可見，系統(tǒng)提供冷量的顯熱比均明顯高于室內(nèi)顯熱比0.75的要求。

3.2 并聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)

室內(nèi)負荷率小于0.5的條件下，采用較高溫冷凍水為風機盤管提供冷量的并聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，實驗測試不同室外工況及不同負荷顯熱比對并聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)運行性能和室內(nèi)參數(shù)狀態(tài)影響。

3.2.1 室外工況對空調(diào)系統(tǒng)性能的影響

室內(nèi)負荷率為0.5（1.1 kW），SHR為0.8，回風風量為400 m3/h，風機盤管供水溫度為16.6～17.6 ℃，室外溫度為22～30 ℃，對并聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)運行性能進行試驗分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 室外不同溫度下的空調(diào)系統(tǒng)制冷性能

由圖6可知，室外濕度85%，室外溫度升高1 ℃，新風機組承擔室內(nèi)顯熱負荷增加1.2%、新風機組承擔室內(nèi)潛熱負荷增加0.7%；室外濕度45%，室外溫度升高2℃，新風機組承擔的室內(nèi)顯熱負荷增加0.3%、新風機組承擔室內(nèi)潛熱負荷增加2.6%。分析得到，室外工況變化時，新風機組承擔的室內(nèi)熱濕負荷變化較小，而風機盤管的冷量由獨立水箱內(nèi)高溫冷凍水提供，因此其制冷量變化亦較小。

3.2.2 負荷顯熱比對空調(diào)系統(tǒng)性能及室內(nèi)狀態(tài)的影響

室內(nèi)負荷率分別為0.4（風機盤管風量為320 m3/h）、0.5（風機盤管風量為400 m3/h），SHR為0.75～0.85，室外溫度25 ℃、室外相對濕度65%試驗測試空調(diào)系統(tǒng)的運行性能及室內(nèi)溫濕度狀態(tài)，結(jié)果如圖7～8所示。

圖7（a）為室內(nèi)負荷率0.4時空調(diào)系統(tǒng)制冷性能。由圖可知，隨室內(nèi)顯熱負荷的增加，系統(tǒng)承擔室內(nèi)熱濕負荷變化較小。室內(nèi)負荷顯熱比由0.75增大至0.85，系統(tǒng)承擔室內(nèi)冷量的顯熱比約為0.75，且僅在室內(nèi)負荷顯熱比為0.75時符合要求。圖7（b）給出了在室內(nèi)負荷率為0.5時空調(diào)系統(tǒng)制冷性能。顯熱比由0.75增大至0.85，系統(tǒng)承擔室內(nèi)濕負荷變化0.6%～1.3%，承擔的室內(nèi)總負荷變化1.0%～2.4%，風機盤管的制冷量變化2.3%～4.7%，相比于較負荷率為0.4時，變化幅度都有所減??；系統(tǒng)提供室內(nèi)冷量的顯熱比為0.78～0.79，與室內(nèi)負荷顯熱比要求偏離。在顯熱比一定時，相比負荷率為0.4，當負荷率為0.5時，空調(diào)系統(tǒng)實際承擔的室內(nèi)濕負荷增加0.9%～3.2%，系統(tǒng)承擔的總負荷約增加17.5%；而承擔的室內(nèi)顯熱比稍有增加，小于4%。

圖7 室內(nèi)不同負荷率的空調(diào)系統(tǒng)制冷性能

由圖8可以看出，當顯熱比增加，穩(wěn)定后的室內(nèi)溫度升高，室內(nèi)濕度卻隨之降低，且波動范圍都較大。負荷率為0.4時，顯熱比由0.75增大至0.85，室內(nèi)溫度變化范圍為1.7℃；相對濕度變化超過9.5%。負荷率為0.5時，顯熱比由0.75增大至0.85，室內(nèi)溫度為變化范圍為1.8℃；相對濕度變化超過10.5%。分析可見，室內(nèi)顯熱比的變化對室內(nèi)溫濕度的影響較大。但負荷率的改變會引起風機盤管風量的改變，故負荷率對室內(nèi)溫濕度的影響較小，分別相差0.2～0.4 ℃、1%～2%。而且，顯熱比對室內(nèi)溫濕度的影響隨著負荷率的增加而增大。

圖8 室內(nèi)溫濕度隨顯熱比的變化

4 結(jié)論

（1）對串聯(lián)系統(tǒng)而言，當SHR=0.85時，干球溫度升高，系統(tǒng)提供室內(nèi)冷量的顯熱比增大，但室內(nèi)溫濕度波動很小；相對濕度增加，新風機組潛熱制冷量明顯增加，達53.9%以上。當SHR=0.75時，風機盤管承擔了相應(yīng)濕負荷，造成室內(nèi)相對濕度高于60%，致使風機盤管濕工況運行。

（2）對并聯(lián)系統(tǒng)而言，干球溫度及相對濕度對室內(nèi)熱濕負荷影響微弱，但室內(nèi)顯熱比對室內(nèi)溫濕度的影響明顯，SHR由0.75增加到0.85，室內(nèi)溫度波動超過1.7 ℃，相對濕度變化超過9.5%；但是，負荷率對室內(nèi)溫濕度的影響不大，分別相差約0.2～0.4 ℃、1%～2%，且顯熱比對室內(nèi)溫濕度的影響隨著負荷率的增加而增大。

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