摘要：空调系统的末端装置与室内环境的控制效果息息相关，不同的建筑功能决定了其常用的空调系统形式，从而也决定了末端设备的形式。就我国目前空调系统的使用情况来看，国内各类办公建筑中使用最广泛的空调系统为风机盘管加新风系统。因此，在办公建筑的空调负荷特性已掌握的基础上，再结合对办公建筑所使用风机盘管的仿真模拟结果来研究风机盘管的运行调节对办公类建筑空调系统的节能具有重要的意义。
关键词：空调；风机；问题
一、物理模型的建立
通常，风机盘管的换热器均采用铜管套铝片结构，换热器中空气与水的流动方式为达到增大换热效果的目的而采用一次交叉流。不考虑风机盘管复杂的内部结构，将其简化为叉流表冷器换热模型。为了方便风机盘管数学模型的建立和数学描述的进行，需在满足以下几点必要假设的前提下对换热器模型进行简化：
①进入风机盘管的湿空气为理想气体；
②不考虑风机盘管的冷冻水泄漏；
③湿工况时，换热器外表面形成的水膜立即随重力流走，不聚集在表面上；
④空气在换热器表面均匀流动，空气侧的盘管换热系数只与空气流速相关而与在管壁上的位置无关；
⑤管壁与水的导热只考虑径向情况；
⑥对于由风机造成的空气加热以及换热器的辐射换热忽略不计。
通过对风机盘管的仿真模拟研究，可以得到不同工况下以及不同调节模式下风机盘管性能参数的变化规律，如风机盘管换热量随冷冻水量的变化规律，该研究对风机盘管的节能运行调节具有重要意义。当风机盘管的结构参数（内部参数），进风干、湿球温度（或相对湿度）、循环风量，进水温度、水流量等为已知时，就可用风机盘管的仿真计算程序对以上参数进行求解。
二、不同调节模型下的风机盘管变工况性能分析
风机盘管的制冷量、出风参数以及回水温度随其所处工况的不同而变化。通过第 3 章办公建筑的冷负荷特性研究可知，办公建筑风机盘管加独立新风系统大部分时间处于部分负荷状态；与此同时，由于室内参数与风机盘管标准工况的不同，风机盘管在实际运行中往往处于非标准工况下。因此，有必要对不同调节模式下的风机盘管变工况性能进行研究，为风机盘管的节能运行调节提供参考。为了适应房间的负荷变化，风机盘管采取的调节方式分为质调节和量调节，实际工程中一般以量调节为主。为满足空调房间的舒适性和空调系统的节能性，风机盘管的量调节主要有水系统的冷冻水量调节和风系统的风量调节。具体调节方法有：
①变风量调节；②变水量调节；③变水量与变风量调节。目前，绝大多数室内恒温器设定的高、低档风量的调节范围为 100%~50%，设定的高、低档水量的调节范围为 100%~30%。因此，研究的冷冻水量和风量调节范围分别为100%~30%和 100%~50%。同样选择某厂家 HFCF 系列的风机盘管为仿真对象，在此不再赘述。在风机盘管结构参数保持不变的前提下，通过改变某些参数而引起风机盘管制冷量、析湿系数、出风干球温度、冷冻水出水温度等热工性能参数的变化关系如下。仅研究风机盘管的制冷工况。
2.2变冷冻水进水温度工况性能分析
在风机盘管进风量和冷冻水流量一定的情况下，除了改变进风状态参数外，改变冷冻水的进水温度同样也会影响风机盘管的热工性能。因此，在进行风机盘管不同调节模式的仿真实验中，同时为研究变冷冻水温度对风机盘管在不同调节模式下的热工性能的影响，对变冷冻水进水温度工况也进行了仿真。对于风机盘管进风干球温度为 27℃，湿球温度为 19.5℃，风量为 1100m³/h，冷冻水量变化范围为 0.3-0.09L/s 时，对风机盘管在不同进水温度以及变冷冻水流量条件下的制冷量、析湿系数、出水温度和出风干球温度进行仿真计算。
（1）可知：在其他条件相同的情况下，风机盘管制冷量随进水温度的降低而增大，而且高流量时的增加量要比低流量时的增加量大。制冷量与冷冻水流量呈正比关系，但制冷量与冷冻水流量的变化不呈线性关系，制冷量下降的速度是随着流量的减少而逐渐增大，不同进水温度之间的差值不断缩小。
（2）可知：随着冷冻水量的减少，不同进水温度下的风机盘管的析湿系数呈相似的下降趋势，且当冷水流量下降到一定比例时，风机盘管由最初的湿工况变成干工况，失去了除湿能力，进水温度越低，风机盘管变成干工况模式所对应的变流量调节比例越小。
（3）可知：风机盘管的制冷量虽然随着冷冻水量的减小而减小，但出水温度和出风干球温度却不断增大；不同进水温度之间的出水温度差值和出风干球温度差值逐渐缩小，即进水温度越低，盘管的供回水温差越大，而送回风干球温度差越小，这同样是因为风机盘管进入干工况运行的缘故；通过两图的比较可以看出，出水温度比出风干球温度变化的幅度大，说明变水量调节对水侧相关参数的影响作用更为显著。
三、风机盘管制冷量影响因素的显著性分析
通过对于某特定的风机盘管而言，冷冻水流量、进水温度、风量和进风状态参数是影响风机盘管制冷量的主要因素，而进风状态参数中湿球温度比干球温度对制冷量的影响程度大得多，空气的湿球温度是干球温度和相对湿度的函数。因此，将重点研究冷冻水流量、进水温度、风量和进风湿球温度这3 个因素对风机盘管制冷量的影响程度。通过正交试验设计相关介绍可知，正交试验可以根据试验结果来进一步判定各因素作用的显著性。因此，以某厂家 HFCF-06 型号风机盘管为研究对象，以产品样本提供的热工性能参数为基础，分析上述3 个制冷量因素的显著性。
在以上3 个影响因素中，冷冻水进水温度和进风量，冷冻水流量和进风量对风机盘管制冷量的影响作用相反，即当进水温度和水量，进水温度和风量同增或同减时，它们的作用会相互抵消，导致它们之间的交互作用对制冷量的影响很小，故忽略这两对因素组合的交互作用，其他因素之间考虑交互作用。根据考察的因素及因素组合数量和因素水平。
对正交试验结果进行方差分析，方差计算结果和各因素影响显著性分析结果（考虑交互作用）。从同其他因素和因素组合相比，因素组合 A×C、B×C的偏差平方和要小得多，可将其合并到误差项中。根据方差分析结果得出的显著性顺序为：D>C>A>B> C×D> B×D，即在单因素作用中，因素 D（风量）对风机盘管制冷量的影响程度最大，其次是进风湿球温度和进水温度，冷冻水流量（B）产生的影响作用最小；在交互作用中，进风湿球温度（C）和风量（D）、冷冻水流量（B）和风量（D）的因素组合对风机盘管的制冷量影响较大，而其他因素组合的影响程度较小。
结束语
建立风机盘管叉流表冷器换热模型，在风机盘管热质交换理论分析的基础上对模型进行完整的数学描述，并给出模型各性能参数理论求解的程序框图。在模型正确性的基础上，对风机盘管变工况下的性能和制冷量的影响因素显著性进行分析，得出以下主要结论：
（1）对变进水温度工况下的风机盘管性能研究可知：
① 变水量调节模式下，制冷量与冷冻水流量呈非线性的正比关系，随着冷冻水量的减少，不同进水温度下的风机盘管的析湿系数呈相似的下降趋势，且当冷水流量下降到一定比例时，风机盘管由最初的湿工况变成干工况，失去了除湿能力，进水温度越低，风机盘管变成干工况模式所对应的变流量调节比例越小；出水温度和出风干球温度随水量的减小而增大，进水温度越低，盘管的供回水温差越大，而送回风干球温度差越小。
② 变风量调节模式下，风机盘管的制冷量随进风量的变化也呈非线性正比关系，随着风机盘管进风量的减少，不同进水温度下的析湿系数都呈线性上升，变风量调节对出水温度和出风干球温度的影响作用与变水量调节是相反的，两者都随进风量的减小而减小。
③ 当水量调节使得风机盘管进入干工况模式时，同时变水量、变风量调节模式并不具有较大的负荷调节范围，所以，在风机盘管处于湿工况时，同时变水量、变风量调节模式较单一变量的调节模式具有更大的节能潜力；随着水量和风量的减少，冷冻水出水温度不断增大，出风干球温度先减小后增大，析湿系数先增大后减小，风机盘管的制冷量基本上随进水温度的变化呈线性关系。
参考文献：
[1] 俞宁.基于统计的办公建筑空调冷负荷特性研究 2017.4
[2] 赵加宁，俞学炜.基于统计与模拟的办公建筑空调冷负荷特性研究 2016.3
[59] 姚晔连.风机盘管换热器动态换热模型及计算机仿真 2017.2
[60] 周湘采.暖通风与空气调节术语标准（GB50155-92）2016.3
[61] 马树连.风机盘管机组冷、热量综合表达式与应用 2015.7
论文作者:何路开
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/14
标签：风机论文; 盘管论文; 温度论文; 工况论文; 风量论文; 水量论文; 制冷量论文; 《基层建设》2019年第9期论文;