摘要：冷冻水大温差可以节约冷冻水泵的能耗，但也使末端装置—风机盘管的性能下降。运用多元回归方法，分别建立了表冷器和风机盘管的数学模型，得到其在大温差下的性能方程，定量分析了冷水大温差对表冷器和风机盘管的冷量和去湿能力的影响，提出利用冷冻水大温差以达到节能目的的可行性。
关键词：大温差；表冷器；风机盘管；去湿能力；回归方程；冷量
引言
在同样冷量下，加大冷冻水温差可以节约冷冻水泵的能耗，这已经是不争的事实，将常规温差空调系统冷冻水温差变为10℃时，冷冻水泵消耗功率可减少68.8%-78.1 %。同时，加大冷冻水温差会影响空调末端装置的性能，但绝大多数文章只是定性地进行了分析，很少有定量分析的研究结果，因此无法从数值上判断大温差对设备的负面影响究竟有多大。风机盘管是目前空调工程中使用最为广泛的末端装置，具有一定代表性。因此本文将定量分析大温差对其性能产生的影响。分析的方法是，根据已知的表冷器和风机盘管性能参数，利用回归方法建立其数学模型，确立了其在大温差条件下的性能方程，分析冷冻水采用多种大温差时风机盘管全热冷量、显热冷量、潜热冷量、析湿系数和热湿比的变化规律，为空调设计师在实际工程中选择合适的冷水温差提供参考，同时提出弥补风机盘管性能下降的措施。
一、大温差下的表冷器性能方程
影响表冷器热工性能的因素有很多，包括表冷器内部结构、空气入口温湿度、水温、风量、水量、迎面风速、排数等。根据对各种型式的水冷式表冷器的试验数据进行分析整理后将传热系数分别回归成表冷器进口干球温度t1，进口湿球温度twb1，迎面风速vf，进水温度tw1和通过表冷器的水流速w的指数形式的经验公式，相关性很好。也可将水冷式表冷器的数学模型的通式写成如下指数形式：
（1）
式中：Y为全热冷量
，或显热冷量
，或潜热冷量
，或析湿因数ξ；B0，B1，B2，B3，B4，B5是待定的系数和指数。
根据某空调设备公司的CR系列表冷器的性能资料，通过编制FORTRAN程序，在一定的参数范围内进行计算，得出不同型号表冷器的
，
，
及ξ值；然后根据所得的数据，回归成上述的指数形式方程。回归方程的参数按两种工况取用：a）新风工况，t1在30~36℃范围内，twb1在21~28℃范围内；b）全空气系统空气处理工况，t1在26~30℃范围内，twb1在19~22℃范围内。其他参数取值范围：w为0.6~1.5 m/s；vf为1.5~3.0 m/s。CR系列表冷器的结构参数为：铝肋片厚0.2 mm，片距3.5 mm；基管外径16 mm，壁厚0.5 mm。不同规格的表冷器的冷量回归方程是不同的，但是各参数对表冷器的影响规律是相同的，因此选择CR18 1600型号的表冷器为例，来分析大温差对表冷器的影响。
为了直观地反映采用大温差后
，
，
减少的程度，分别计算了其相对值，即与标准工况（t1= 27℃，twb1= 19.5℃，tw1= 7℃，Δt= 5℃）冷量的比值。
假定进口空气参数、迎面风速不变，而进水温度tw1和冷水温差Δt发生变化。由于表冷器内的水流速度
（2）
式中：
为表冷器内冷水流量，kg/s；
，c分别为水的密度与比热容，kg/m3和kJ/（kg°℃）；A为水的流通截面积，m2。将式（2）代入式（1），并转化为相对值，可得到大温差下表冷器的性能方程：
（3）
式中：
分别代表全（显、潜）热冷量相对值
（
，
）；
，
分别为回归系数。
二、大温差下风机盘管的性能方程
将式（2）代入风机盘管性能的回归方程，并假定风机盘管在额定风量下运行，则可得到大温差下各冷量相对值及ε实际值的计算式：
（4）
（5）
（6）
（7）
式中：
—风机盘管的全热冷量，W；
—风机盘管的显热冷量，w；
—风机盘管的潜热冷量，W；
—析湿系数；
—热湿比，kJ/kg；
—空气进口干球温度，℃；
—空气湿球温度，℃；
—冷冻水进口温度，℃。
各冷量相对值均是与标准工况（
=27℃，
=19.5℃，
=7℃，△t=5℃）下冷量的比值；若。ξ0和ξ分别为标准工况和实际工况下的析湿因数。
三、大温差对表冷器及风机盘管性能的影响
表冷器通常在新风机组及全空气处理机组中使用，且不同排数的表冷器的适用工况不同。假定新风工况如表1所示，全空气系统中的表冷器进风参数为t1= 28℃，twb1= 20.6℃。
利用大温差下表冷器及风机盘管的性能方程，可分别计算出在tw1= 7℃和5℃时，不同冷水温差下的各冷量相对值及ε值。限于篇幅，本文只给出4，8排表冷器的
，
，
随Δt的变化值（见表2）和ε值（见表3）。表4为大温差对风机盘管性能的影响。
表1 表冷器的室外空气进口参数 ℃
表2 大温差对表冷器冷量的影响
表3 4、8排表冷器大温差时的ε值 kJ/kg
表4 大温差对风机盘管性能的影响
从表2～ 4中可以看出，冷水大温差对表冷器及风机盘管性能参数的影响呈现如下规律：
1）随着冷水温差的增大，表冷器及风机盘管的冷量及析湿因数都有不同程度的降低，其中对潜热的影响最大，对显热的影响最小，对全热的影响介于二者之间。由于风机盘管的排数比较小，影响程度更大些。当温差由5 ℃增加到7 ℃时，风机盘管的潜热冷量减少了36%。由此可见，随着冷水温差的增大，风机盘管的去湿能力明显降低。
2）冷冻水供水温度降低，冷冻水温差对风机盘管的各性能参数的影响减小。对比5℃和7℃冷冻水供水温度，在同一水温差时，全热冷量、显热冷量、潜热冷量均增加了。可见，降低冷冻水供水温度时，风机盘管的各冷量均有增加，尤其是潜热冷量增加明显。因此，适当降低冷冻水的初温，可以部分地抵消增大冷冻水温差带来的影响。
四、弥补大温差负面影响的措施
（1）为了弥补大温差对风机盘管带来的负面影响，可采取的措施有：
a）对风机盘管进行改型。增加盘管的排数，增大传热面积而适当降低通过盘管的风速，从而增大风机盘管的去湿能力和制冷能力；
b）降低冷冻水的水温
，，可以提高风机盘管的去湿能力和制冷能力。从表中可看到，当
=5℃，冷冻水温差△t二7~8℃时的风机盘管性能接近标准工况（
=7℃，△t=t5℃）时的性能。
（2）对表冷器，可采取以下措施：
a）降低冷水供水温度。由表2不难看出，在
= 5℃，冷水温差为7，8℃的性能接近常规工况时的性能。采用降低冷水供水温度的方法固然可以抵偿冷量的下降，但必然会导致冷水机组的COP下降，能耗增加，这将抵消冷水泵节约的能量。
b）增加排数。曾计算过，如果冷水进水温度
仍保持7℃，而将排数由4排增加到6排，或由6排增加到8排，这时冷水温差可增加到10℃，其性能接近于原排数表冷器的性能。但此时空气通过表冷器的阻力将增加18%～ 29%，这也会引起风机能耗的增加。
五、结束语
（1）空调冷冻水系统采用大温差设计时，冷冻水泵的能耗降低是很明显的，但是风机盘管的性能下降，去湿能力的下降更为显著。因此，在设计过程中冷冻水采用大温差必须慎重，应注意校核大温差时空气处理设备的去湿能力。同时，应开发新型的风机盘管，使其在大温差下有较大的去湿能力，这样才能真正完善地利用大温差技术。
（2）降低冷水温度
可以减小大温差对表冷器和风机盘管制冷能力和去湿能力的不利影响。但降低冷水供水温度将引起冷水机组能耗的增加。因此，采用大温差而又降低冷水供水温度的作法是否节能应作进一步分析。
（3）冷水大温差特别适合用于冰蓄冷空调系统。冰蓄冷空调系统可提供1～ 4℃的冷冻水温度，将大大提高表冷器、风机盘管的制冷能力和去湿能力。
（4）带新风的风机盘管系统大量应用在旅馆和办公楼建筑中，这类建筑的客房和写字间的房间湿负荷通常很小，因此可使风机盘管在小除湿能力或干工况下运行，将新风终状态处理到室内露点以下，用新风机组负担空调房间的湿负荷。
参考文献：
[1]变冷冻水温/水量对风机盘管性能的影响的实验研究[J].陈剑波，徐小军.制冷与空调（四川）.2007（02）
[2]风机盘管机组不同工况下的冷量计算方法[J].倪美琴，刘光远，沈炜.暖通空调.2006（08）
[3]大温差空调水系统的技术经济分析[J].吴小卫，胡文斌.制冷.2005（S1）
[4]某广场空调系统冷冻水大温差的适用性分析[J].曾庆钱，朱纪军，屈国伦.建筑热能通风空调.2004（03）
[5]某商场空调冷冻水大温差系统节能性分析[J].李继路，刘谨.节能与环保.2004（12）
[5]空调大温差研究（4）：空调冷水大温差系统经济分析[J].殷平.暖通空调.2001（01）
论文作者:钟保均1,潘福利2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：温差论文; 风机论文; 盘管论文; 性能论文; 冷水论文; 工况论文; 潜热论文; 《基层建设》2019年第2期论文;