摘要：本文針對干工況風機盤管加新風的空調方式的幾個相關問題進行了討論，包括干工況風機盤管加新風的空調系統各種參數的確定、其情況和經濟性，並提出了一種新型新風機組，用以實現我國風機盤管加新風系統從濕工況改造為干工況。
關鍵詞：干工況?風機盤管??新風機組
0?引言
在我國傳統的系統很多都採用風機盤管加新風系統（濕工況），存在盤管表面積存濕垢、產生黴菌的問題。SARS疫情以後社會有關方面對現有空調方式的偏見，使得人們再次對風機盤管幹工況運行的利和弊進行思考。實際上，除了干工況風機盤管空調系統在運行時對建築空氣品質、隔絕污染方面所應承擔的責任有意義以外，它在運行能耗的貢獻是明顯的。關鍵是針對我國現有的風機盤管加新風空調系統採用干工況運行時，出現的問題進行改造或在運行模式上進行必要的調整。
1?現有方式的弊病
民用建築的大部分是舒適性空調，過去我們偏重研究如何保證舒適度以及如何，而對室內空氣品質的研究往往只停留在理論研究上，在標準規範中也缺少明確的約束。因此，對空調方式進行審視，提出或重新認識新的，更安全的空調方式是極為有必要的。
在我國傳統的系統通常採用全空氣系統及風機盤管加新風系統（濕工況）。這裡只討論風機盤管加新風系統。
新風機組和風機盤管系統指在空調房間內設置風機盤管，對室內空氣進行處理，室外新風經集中處理的新風機組處理後送入房間。國內的該類系統在夏季通常將新風處理到室內焓值，不承擔室內負荷，由風機盤管承擔室內的濕負荷和顯熱負荷，因此，風機盤管通常處於濕工況。風機盤管加新風的空調系統存在以下問題：
1)?新風機組通常採用冷卻盤管除濕，盤管表面長期帶水，在停止運行時（夜間及非工作日），表面溫度升高，並與空氣接觸，容易滋生細菌，污染新風。
2)?風機盤管根據室內溫度調節，控制濕度的能力較弱。過渡季節中隨著顯熱負荷的減少，為保持室內空氣溫度，風機盤管的水溫相應提高，除濕能力相應下降，室內含濕量有所增加。
3)?風機盤管的凝結水。風機盤管承擔室內的熱濕負荷，去濕過程有冷凝水產生，容易出現細菌滋生和漏水污染天花板的問題。潮濕的盤管表面往往成為細菌等致病微生物的滋生地，微生物又隨著空氣的送入污染整個建築內部環境。
2?干工況風機盤管系統相關參數的確定
2.1?確定新風加干工況風機盤管空調方式的相關參數
1)?室內顯熱負荷Qx：室內顯熱負荷包括圍護結構冷負荷，室內燈光產生的冷負荷，室內設備散熱產生的冷負荷，以及人員顯熱負荷。
2)?室內潛熱負荷Qq及室內散濕量W：對一般民用建築來說，室內潛熱負荷和濕負荷主要是由人員產生的潛熱負荷及散濕量。
3)?新風負荷Qw：
其中，Qw：新風負荷，W；
Gw：新風量，kg/s；
iw：室外空氣焓值，kJ/kg；
iN：室內空氣焓值，kJ/kg；
2.1.2?風機盤管參數
1)?風機盤管風量GF：
其中，GF：風機盤管風量，kg/s；
Qx：由風機盤管負擔的室內顯熱負荷，W；
to：風機盤管送風溫度，oC；
tN：室內空氣溫度，oC；
c：干空氣定壓比熱，kJ/kg.?oC，計算中取c=1.01
2)?風機盤管進出水溫度：
室內風機盤管在干工況下運行，冷凍水溫度必須高於室內^***溫度。當室內幹球溫度25℃，相對濕度50%，含濕量為9.8g/kg，^***溫度為13.85℃。，考慮一定的安全因素，風機盤管送水溫度可定為15℃，回水溫度定為18℃。
2.1.3?新風機組參數
1)?新風量Gw：新風量對改善室內環境的空氣品質起著重要的作用，但它也是增加建築能耗的不利因素。房間新風量的合理確定應滿足：
a?滿足人的衛生要求；
b?補充房間局部排風量並維持其正壓要求。
對多數採用風機盤管加新風系統的民用建築來說，新風量主要是滿足人員的最小新風量。各國根據建築中房間的用途，都制定了每人所需新風量的標準，如美國的ASHRAE62-1989標準、我國的《採暖通風與空氣調節設計規範》（GBJ19-87）。我國規定，影劇院、博物館、體育館、商店為8m3/（h·人）；辦公室、圖書館、會議室、餐廳、舞廳、醫院門診部和病房17?m3/（h·人）；旅館客房30?m3/（h·人）。
2)?新風送風含濕量do：
其中，do：送風含濕量，g/kg；
dN：室內空氣含濕量，g/kg；
W：室內濕負荷，g/s；
G：送風量，m3/h。
3)?新風送風溫度
新風送風溫度對風機盤管系統中諸多因素皆有影響，
a?送風溫度決定了新風可承擔室內顯熱負荷，?，新風溫度越低，承擔的顯負荷越多，可相應減少風機盤管的承擔量，節約風機盤管面積；
b?送風溫度越低，對風管的保溫要求越高，保溫的一次投入會增加；
c?送風溫度過低時，還可能出現由於低溫空氣易於下沉，使人有吹風不適感；送風裝置表面溫度低，稍不注意可能發生凝露現象。所以如果送風溫度很低時，新風系統應該採用誘導比較大的誘導風口，高的混合比使得冷空氣在0.3~0.4m處被加熱到室內溫度，因此避免了吹冷風的不適感。
2.2?新風機組的設計與研製
採用風機盤管幹工況下運行的新風機組與一般的空氣處理設備相比，處理風量相對較小，但單位風量所承擔的熱濕負荷相對較大。因此，需確定新風機組的設備配比形式。有必要研製一種新風機組，而且在確定這種新型的新風機組中的各種參數時，應具體考慮到對現有建築的原有系統改造，從而帶來更多的現實意義。
圖1?新風通過表冷器在h-d圖上的表示
2.2.1?表冷器的熱工計算
新風機組處理的新風焓差較大，溫度也較低（見圖1），新風機組宜採用直接蒸發表冷器的空調機組處理新風。直接蒸髮式表冷器即把製冷系統的蒸發器放在空調箱中直接冷卻空氣。進行直接蒸髮式表冷器的熱工計算也應用到濕球溫度效率Es和通用熱交換效率E'。
直接蒸髮式表冷器的濕球溫度效率定義為：
其中：t0是製冷系統的蒸發溫度，oC
ts1，ts2是處理前、后空氣的濕球溫度，oC
通用熱交換效率為：
其中：t1，t2是處理前、后空氣的幹球溫度，oC
t3是空氣處理的理想終溫，oC
Es的大小與蒸發器的結構形式、迎面風速以及製冷劑性質有關，可由實驗求得。有了生產廠家提供的產品結構參數及Es?,?E』,就可以進行直接蒸髮式表冷器的熱工計算。由於蒸發器是製冷系統中的一個部件，所以它能提供的冷量大小一定要和製冷系統的產冷量平衡，即被處理空氣從直接蒸髮式表冷器得到的冷量應與製冷系統提供的冷量相等。應根據空調系統和製冷系統熱平衡的概念對蒸發器進行校核計算，定出合理的蒸發溫度、冷凝溫度、冷卻水溫、冷卻水量等。
2.2.2?表冷器的阻力計算
表冷器的阻力分為空氣系統的阻力和水系統的阻力。
1)?空氣阻力?表冷器作為空氣處理設備中的一個重要部件，對流經其表面的空氣會產生一定阻力，這一阻力與換熱器型式、構造、以及空氣流速有關，對於一定結構特性的表冷器阻力可由實驗公式計算求出。但是由於表冷器有干、濕工況之分，而且濕工況的空氣阻力△Hs比干工況的△Hg大，並與析濕係數有關，所以應區分干工況與濕工況的空氣阻力計算公式。新風機組中的表冷器為濕工況，△Hs=Bvy
2)?水阻力?表冷器對冷熱媒介質在管內的流動也會產生阻力，△h=Cwq。對於直接蒸髮式表冷器，它與制冷機是一個整體，它對與制冷機來說就是制冷機的蒸發器。
B，C，q，y為實驗的係數和指數。
2.2.3?過濾段
對於大多數工業與民用建築空調都以溫濕度要求為主，對室內空氣污染物濃度沒有具體要求，通常設置一道粗效過濾器，對送入的空氣只進行一般的凈化處理。SARS疫情以後，人們更關心室內空氣品質，對於多數設有空調系統的民用建築在防止微生物的污染的問題上需要進一步研究並找到合理的解決辦法。
圖2?紫外燈設在新風機組的過濾段紫外線照射滅菌對微生物有較好的殺滅作用。但是不同種的微生物或微生物不同的生長階段對紫外線的抵抗力是不同的。要想徹底滅菌需要有紫外線的充分照射和微生物在紫外線下的一定暴露時間，在濾料迎風側安裝紫外線照射滅菌系統（見圖2），使被過濾器阻留的微生物充分暴露在紫外線下徹底不能生存。
3?運行能耗分析
與傳統的全空氣系統空調及新風加風機盤管（濕工況）的方式運行能耗比較如下：
1)?干工況風機盤管系統保持干工況運行，則送入風機盤管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的^***溫度。相對於濕工況的運行狀態，冷凍水水溫提高，則冷水機組的COP值亦可相應提高，相同的冷量的能耗可相應的降低，甚至有可能採用其他自然冷源（如井水、自來水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更的製冷方式以挖掘更多潛力。
2)?全空氣系統由於在過渡季節採用全新風或大部分新風方式運行，來達到室內降溫的目的，而不需要啟動人工冷源，有顯著的效果，並能顯著提高室內空氣品質。而新風系統由於可送入的新風量有限，可利用的自然能源亦有限，加長了一年中人工冷源的運行時間，增加運行費用。為降低新風機組加風機盤管系統的能耗，應充分考慮自然冷源的使用。
3)?新風機組處理的新風焓差較大，溫度也較低。在採用冷水機組作冷源時，如為了給新風機組提供溫度較低的冷水而降低製冷系統的蒸發溫度，會造成冷水機組的製冷效率下降，運行能耗增加。若在通常的冷水溫度下運行，就需增加盤管的排數來增大換熱面積，盤管排數的增加和迎風面風速的減小，使得表冷器的換熱效率降低，新風機組的體積增大，金屬耗費增加。因此，新風機組採用直接蒸發表冷器的空調機組處理新風，得到了低的送風溫度而且減少了機房的面積。
4)?其他減少能耗的途徑：
有組織排風時採用適當的熱回收裝置回收排風能量。
採用建築能耗程序對建築空調能耗進行模擬計算，計算比較建築內區、外區的負荷差異。建立空調系統費用的合理數學模型，優化運行參數：送風溫度、濕度、風機盤管送水溫度等。
4?經濟分析
1)?新風系統承擔室內全部的濕負荷和部分顯熱負荷，新風機組的處理焓差大，新風機組採用低溫送風機組送出的新風溫度較低，風機盤管只承擔部分顯熱負荷，這樣風機盤管可以保持干工況，可省去凝結水管路，減少了工程的設備投資和安裝造價，避免有凝結水產生，防止發生凝結水滴漏對建築及裝修造成破壞的問題，並防止細菌滋生。室內濕負荷和顯熱負荷分開處理，亦可避免顯熱負荷變化引起室內空氣含濕量的不穩定。
2)?新風系統送風溫度較低，空調機組規格縮小，機房面積相應縮小，節省了建築空間。風道變小，吊頂凈空、風道占吊頂空間變小。
3)?新風系統送風量小，噪音低於常規空調機組。
5?結論
採用新風加風機盤管幹工況運行方式的系統，不僅可以解決濕工況下滋生細菌、污染新風所造成的建築空氣品質不佳的問題，並且在運行能耗和經濟性方面也有一定的貢獻。
1)?相對於濕工況的運行狀態，冷凍水水溫提高，則冷水機組的COP值亦可相應提高，相同的冷量的能耗可相應的降低，甚至有可能採用其他自然冷源（如井水、自來水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更的製冷方式以挖掘更多潛力。
2)?為了獲得溫度較低的新風又避免冷水機組的製冷效率下降，新風機組宜採用直接蒸發表冷器的空調機組處理新風。
3）風機盤管在干工況下運行，室內無凝水，沒有細菌滋生的潮濕環境，改善了空調房間的空氣品質。
4)?新風機組的過濾段引進了一種新型的空調過濾器，使對引進的室外空氣有很好的滅菌作用，並採用紫外燈殺菌，從風系統這個通道也切斷了微生物對室內空氣的污染。
參考文獻：
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