周青山 何健

1 筑博設(shè)計(jì)股份有限公司

2 大金（中國(guó)）投資有限公司廣州分公司

隨著建筑物內(nèi)的用電負(fù)荷不斷增加，為消除電氣設(shè)備（尤其是變壓器）運(yùn)行而產(chǎn)生的熱負(fù)荷，保證電氣安全、穩(wěn)定運(yùn)行，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)在電氣設(shè)備房中被廣泛采用。由于在不同的工況下，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的全冷量和顯冷量都是變化的。目前，國(guó)內(nèi)多聯(lián)機(jī)廠家的樣本中僅提供了標(biāo)準(zhǔn)工況下的全冷量和顯冷量，而廠家設(shè)計(jì)選型手冊(cè)中的溫度修正只表示室外機(jī)進(jìn)風(fēng)干球溫度和室內(nèi)機(jī)回風(fēng)濕球溫度對(duì)室外機(jī)制冷量的影響，為多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)正確選型帶來(lái)了很大不便。多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)選型過(guò)大，增加了系統(tǒng)初投資。選型過(guò)小，使室內(nèi)溫度不滿足設(shè)計(jì)要求。為此本文應(yīng)用通用熱交換效率對(duì)多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的冷量計(jì)算進(jìn)行分析和探討。

1 通用熱交換效率的計(jì)算

1.1 理論基礎(chǔ)

通用熱交換效率（也叫第二熱交換效率或接觸系數(shù)）只考慮空氣狀態(tài)變化。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)中表冷器的通用熱交換效率的定義式如下（見(jiàn)圖1）。

圖1 表冷器處理空氣時(shí)的各個(gè)參數(shù)

式中：t1、ts1，t2、ts2分別為表冷器進(jìn)口和出口的干、濕球溫度，℃；t3為在理想條件下，空氣通過(guò)表冷器最終能夠達(dá)到的干球溫度，℃。

表冷器微元面積dF 上由于存在熱交換，空氣放出的熱量-Gdh 應(yīng)該等于表冷器表面吸收的熱量σ（h-h3）dF，即：

式中：G 為處理空氣量，m3/s；σ 為按含濕量差計(jì)算的濕交換系數(shù)，kg/(m2·s)；h、h3為主體空氣和表冷器表面空氣的焓，kJ/kg；F 為表冷器總換熱面積，m2。

在空氣調(diào)節(jié)工程范圍內(nèi)，可以假定表冷器的表面溫度恒定為其平均溫度，則可以認(rèn)為t3是個(gè)常數(shù)。對(duì)式（2）從0 到F 積分計(jì)算后可得：

式中：aw為表冷器的外表面熱交換系數(shù)，W/(m2·℃)；α為表冷器肋通系數(shù)；Fy為表冷器迎風(fēng)面積，m2；N 為表冷器肋管排數(shù)；Vy為空氣迎面風(fēng)速，m/s；ρ 為空氣密度，kg/m3；cp為空氣比熱容，kJ/(kg·℃)。

由式（3）可知，對(duì)于結(jié)構(gòu)特性一定（型號(hào)確定）的表冷器，由于肋通系數(shù)α 值一定，而空氣密度ρ 可看成常數(shù)，aw又與Vy有關(guān)，所以通用熱交換效率可以看成是Vy和N 的函數(shù)，即

由此可見(jiàn)，對(duì)于一定型號(hào)的多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)，當(dāng)風(fēng)量不變時(shí)，在空氣調(diào)節(jié)工程范圍內(nèi)的任何進(jìn)風(fēng)參數(shù)條件下，其通風(fēng)熱交換效率E 都是定值。因此，干工況下多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的制冷量為：

式中：Q 為室內(nèi)機(jī)的制冷量，kW。

1.2 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

某多聯(lián)機(jī)廠家在不同工況下對(duì)室內(nèi)機(jī)的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，選取室外干球溫度為35 ℃（樣本工況）時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)，分析進(jìn)風(fēng)參數(shù)對(duì)多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)性能的影響，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 室外干球溫度為35 ℃時(shí)室內(nèi)機(jī)制冷量

根據(jù)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量、不同進(jìn)風(fēng)參數(shù)下的總制冷量和顯熱制冷量可計(jì)算出室內(nèi)機(jī)的出風(fēng)參數(shù)。利用式（1）可計(jì)算出不同工況下的通用熱交換效率E，并將不同工況下的通用熱交換效率E 進(jìn)行比較，如表2 所示。

表2 型號(hào)FXSQ20MVE（風(fēng)量540 m3/h）不同進(jìn)風(fēng)參數(shù)下通用熱交換效率E 值

表3 在不同進(jìn)風(fēng)參數(shù)下通用熱交換效率E 值

1.3 冷量計(jì)算

根據(jù)電氣規(guī)范要求，高、低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的周?chē)諝鉁囟炔坏贸^(guò)+40 ℃，且在24 h 內(nèi)其平均溫度不超過(guò)+35 ℃。為滿足電氣設(shè)備的運(yùn)行要求，且在室內(nèi)機(jī)的溫度控制范圍內(nèi)，將室內(nèi)溫度設(shè)定為30 ℃，相對(duì)濕度不要求。

由于變配電房（不設(shè)新風(fēng)）的熱負(fù)荷全為顯熱負(fù)荷，當(dāng)變配電房?jī)?nèi)的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，室內(nèi)機(jī)應(yīng)處于干工況下運(yùn)行。多聯(lián)機(jī)在名義制冷工況下的蒸發(fā)壓力為0.99 MPa[3]，對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度為7 ℃。從變配電房?jī)?nèi)的空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行到室內(nèi)空氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，室內(nèi)機(jī)剛開(kāi)始的運(yùn)行狀態(tài)為降溫除濕，且室內(nèi)機(jī)的出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)會(huì)沿著飽和相對(duì)濕度線慢慢往左移動(dòng)，最終室內(nèi)機(jī)變成干工況運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)其出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的露點(diǎn)溫度應(yīng)為7 ℃（忽略熱阻影響），即t3為7 ℃。設(shè)定室內(nèi)干球溫度為30 ℃、露點(diǎn)溫度為7 ℃時(shí)，利用式（6）計(jì)算出不同型號(hào)的多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的制冷量如表4 所示。

表4 tw=35 ℃時(shí)不同型號(hào)多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的制冷量

由表4 可得，在室內(nèi)干球溫度為30 ℃的干工況下，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷能力比樣本上標(biāo)注的額定總制冷量（TC）和顯熱制冷量（SHC）都要大。20～63號(hào)規(guī)格室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷量與額定總制冷量偏差較大，偏大了6%～37%，80～125 號(hào)規(guī)格室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷量與額定總制冷量基本相同，僅偏大3%～5%。在變配電房設(shè)計(jì)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，按照廠家樣本額定制冷量選型布置室內(nèi)機(jī)會(huì)導(dǎo)致選型偏大，增大初投資。

2 結(jié)論

變配電房?jī)?nèi)設(shè)置多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)空氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)是處于干工況下運(yùn)行。如果將室內(nèi)溫度設(shè)定為30 ℃，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷能力比樣本上標(biāo)注的額定總制冷量（TC）和顯熱制冷量（SHC）都大。此時(shí)20～63 號(hào)規(guī)格室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷量比額定總制冷量大6%～37%，80～125 號(hào)規(guī)格室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷量與額定總制冷量基本相同，僅偏大3%～5%。避免多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)選型過(guò)大，增大系統(tǒng)初投資，室內(nèi)、外機(jī)的容量配比系數(shù)可能低于100%。

在非樣本測(cè)試工況下，可利用通用熱交換效率法計(jì)算出多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)在不同工況下的全冷量和顯冷量，以此指導(dǎo)室內(nèi)機(jī)選型。但值得說(shuō)明的是，室內(nèi)機(jī)的計(jì)算制冷量是以室外機(jī)性能滿足要求為前提的，若想保證室內(nèi)機(jī)的實(shí)際制冷量能達(dá)到計(jì)算值，還需要根據(jù)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)管線布置選擇合適型號(hào)的室外機(jī)。