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(diǎn)，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(guò)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(duì)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(guò)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(lái)提高機(jī)組的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行能耗，是對(duì)組合式空調(diào)機(jī)組研究的一個(gè)重要方向［2～7］。經(jīng)測(cè)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(duì)斷面風(fēng)速均勻度對(duì)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(cè)試方法

2.1 斷面風(fēng)速均勻度的測(cè)試方法

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

（1）在距盤管或過(guò)濾器迎風(fēng)斷面200 mm處，均布風(fēng)速測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置布置見(jiàn)圖1。

圖1 矩形風(fēng)道25點(diǎn)法測(cè)點(diǎn)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(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速，統(tǒng)計(jì)斷面風(fēng)速與平均風(fēng)速之差不超過(guò)平均風(fēng)速20%的點(diǎn)數(shù)占總點(diǎn)數(shù)的百分比。

2.2 風(fēng)量、供冷量、供熱量的測(cè)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(cè)量，測(cè)量裝置見(jiàn)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(guò)測(cè)量噴嘴前后的壓差，進(jìn)而確定流過(guò)噴嘴喉部的速度，且該速度需在15～35 m/s之間，測(cè)試數(shù)據(jù)方為有效。再通過(guò)噴嘴喉部的截面尺寸來(lái)確定風(fēng)量，如果是多個(gè)噴嘴測(cè)量時(shí)，機(jī)組風(fēng)量等于所有噴嘴測(cè)量的風(fēng)量總和。

圖2 風(fēng)量、供冷量、供熱量測(cè)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(cè)量，即通過(guò)測(cè)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(cè)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(cè)試，通過(guò)測(cè)量進(jìn)口、出口側(cè)的水溫和流經(jīng)換熱器的水流量來(lái)測(cè)得機(jī)組的供冷量。

供熱量的測(cè)試方法類同供冷量的測(cè)量，不同之處在于測(cè)量供熱量時(shí)空氣側(cè)不需測(cè)量進(jìn)出口空氣的濕球溫度，只需測(cè)量干球溫度即可。因?yàn)楣釙r(shí)空氣側(cè)只有顯熱交換。

2.3 測(cè)試儀表

所用的測(cè)試儀表見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試用儀表

2.4 相關(guān)測(cè)試的計(jì)算方法

2.4.1 噴嘴風(fēng)量的計(jì)算

采用空氣流量噴嘴裝置測(cè)量風(fēng)量時(shí)，每個(gè)噴嘴風(fēng)量的計(jì)算式為：

式中 L——流經(jīng)每個(gè)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(cè)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(shí)的風(fēng)量，換算方法為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量。

2.4.2 供冷時(shí)空氣側(cè)換熱量計(jì)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(yàn)機(jī)組進(jìn)口空氣的焓值，kJ/kg干空氣

I2——試驗(yàn)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(yàn)機(jī)組出口空氣濕球溫度，℃

Δd——試驗(yàn)機(jī)組進(jìn)出口空氣含濕量差,kJ/kg干空氣

2.4.3 供冷時(shí)水側(cè)換熱量計(jì)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(yàn)機(jī)組輸入功率，kW

2.4.4 供熱時(shí)空氣側(cè)換熱量計(jì)算

式中 t1——試驗(yàn)機(jī)組進(jìn)口空氣溫度，℃

t2——試驗(yàn)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(shí)水側(cè)換熱量計(jì)算

2.4.6 機(jī)組換熱量計(jì)算

式中 Q——機(jī)組換熱量，kW

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

關(guān)于供冷量、供熱量的試驗(yàn)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(yàn)。共選擇3臺(tái)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(tái)機(jī)組在相同的測(cè)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(lái)測(cè)得其對(duì)應(yīng)的供冷量、供熱量的結(jié)果。

經(jīng)測(cè)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(shí)，同一臺(tái)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(cè)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(shí)，同一臺(tái)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(yǔ)

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(shí)，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(shí)，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(duì)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(jì)制造時(shí)，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(yùn)行能耗。

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

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