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天津市金貝爾科技有限公司

房間空調(diào)器空氣焓差值范圍探討

時間:2009-11-1閱讀:6364

房間空調(diào)器循環(huán)空氣的焓差值對房間空氣的舒適水平有重要影響,本文從房間空氣舒適性要求等幾個角度對空調(diào)器焓差值的取值范圍進行了探討,提出焓差值的極限范圍是6.76~23.82kJ/kg,,并將該范圍劃分成3個區(qū)域,,討論了相應(yīng)的3種類型空調(diào)器的特點,指出房間空調(diào)器的焓差值一般應(yīng)在12.06~23.82kJ/kg的范圍內(nèi),。http://kingberchem17.100nets.com.cn/kingber-SonList-357048/

1  引言
    房間空調(diào)器循環(huán)空氣的焓差值是進風與出風狀態(tài)的焓值之差,其量值等于單位循環(huán)風量的制冷量,,有時該指標以其倒數(shù)的形式出現(xiàn),,即單位制冷量的循環(huán)風量。在以往較長的時間里,,有關(guān)的技術(shù)標準曾經(jīng)對≥7000W的單元式空調(diào)機單位制冷量的空氣循環(huán)范圍有過明確的規(guī)定,,例如ZB J73026-89《單元式空氣調(diào)節(jié)機型式和基本參數(shù)》要求,單位制冷量的循環(huán)風量應(yīng)在0.13~0.22m3/(h·W)的范圍內(nèi),,這是對舒適型空調(diào)設(shè)備的循環(huán)風量確定規(guī)定的取值范圍,。ZB J73026-89目前已經(jīng)被新的標準所取代,此外,,在1997年之后,,額定制冷量為>7000~14000W的單元空調(diào)機部分納入了房間空調(diào)器標準的管理范圍,有關(guān)單元空調(diào)機和房間空調(diào)器的現(xiàn)行標準都在條文里取消了對單位制冷量的循環(huán)風量或單位循環(huán)風量的制冷量范圍的規(guī)定,。目前,,在房間空調(diào)器設(shè)計過程中,循環(huán)風量是作為一個重要的基本參數(shù),,但是又沒有受到相關(guān)標準,、規(guī)范明確制約。本文就合理確定房間空調(diào)器焓差值,,從房間空氣環(huán)境的舒適性要求,、空調(diào)器運行穩(wěn)定性要求以及技術(shù)經(jīng)濟性等方面進行了探討。
2  房間空調(diào)器的濕度調(diào)節(jié)
    按GB/T 7725-1996《房間空氣調(diào)節(jié)器》的定義,,房間空調(diào)器是采用空冷式冷凝器,、全封閉電動機-壓縮機、制冷量在14000W以下,,以創(chuàng)造舒適環(huán)境為目的的家用和類似用途的空調(diào)裝置,。
    GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》對室內(nèi)空氣質(zhì)量的考核指標有4個類型19項內(nèi)容,其中物理性能指標為溫度,、濕度,、氣流速度和新風量等4項。由于房間空調(diào)器相對與其它類型的空調(diào)設(shè)備而言,,具有結(jié)構(gòu)緊湊,、價格低廉的特點,其基本的功能是通過對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對室內(nèi)空氣質(zhì)量的控制,至于濕度,、氣流速度以及新風量的調(diào)節(jié)功能往往屬于附加的功能,。GB/T 7725對其功能的基本要求是,在正常使用條件下,,當空調(diào)器的設(shè)定溫度為18~30℃中某調(diào)節(jié)值,,其控制溫度可在調(diào)節(jié)值的±2℃范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。所以,,房間空調(diào)器只能調(diào)節(jié)房間的熱舒適度,,由于空氣在冷卻過程中往往出現(xiàn)析出水份的現(xiàn)象,而房間空調(diào)器的應(yīng)用場合多數(shù)是濕,、熱負荷并存,,不僅房間中一些物體會釋放水份,而且,,人體在向環(huán)境釋放熱量的同時也在釋放水份,,所以,人體對環(huán)境的熱舒適程度的感受不僅取決于周圍的空氣溫度,,空氣的相對濕度也有重要的影響,,在相同的環(huán)境溫度下,較低的相對濕度可以使人感覺更為涼快,。因此,,為維持房間環(huán)境對人體的良好舒適感,一定的附濕能力是房間空調(diào)器應(yīng)該具備的重要功能,。通常房間空調(diào)器在設(shè)計時,,就有目的地使得在某些運行條件下,空氣在冷卻過程中除去部分水份,,這是簡單而有效地同時處理濕,、熱負荷的措施。
    對環(huán)境濕度的控制方式,,房間空調(diào)器不同于具備專項濕度控制功能的空調(diào)設(shè)備,,在房間空調(diào)器中除濕作為空氣冷卻過程的附帶過程,除濕過程的開始和結(jié)束條件以及除濕量,,均由進風與出風的焓差值決定,,房間空調(diào)器一般是不能夠單獨對房間的空氣濕度進行調(diào)節(jié)的,除非是增加了一些專項的功能,,所以,,確定了焓差就確定了除濕性能。
空調(diào)設(shè)備*解決濕度控制問題,,
有十分成熟的技術(shù)方案,,而對于外形尺寸以及生產(chǎn)成本都受到嚴格制約的房間空調(diào)器而言,,效果并不是zui重要的問題,簡單而又低成本的方案才是優(yōu)先考慮的選擇,。房間空調(diào)器常用的獨立除濕功能,,往往就是焓差較大的制冷運行過程,仍然無法避免降低房間的溫度,,只能夠利用一些經(jīng)過優(yōu)化的運行模式,,盡量使房間內(nèi)溫度變化較小的情況下取得較顯著的除濕效果,有時甚至在制冷運行無法進行的較低室內(nèi)環(huán)境溫度條件下,,用解除溫度限制的方法使得這種特殊的制冷運行能夠繼續(xù),。有些高性能的房間空調(diào)器的除溫過程可以取得近似恒溫恒濕機組的效果,這需要對制冷系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的變化,,因此涉及的制造成本以及產(chǎn)品復雜性與現(xiàn)有的常規(guī)產(chǎn)品有較大的差異。
3  焓差值約束條件
3.1 相對濕度的范圍
    由于房間空調(diào)器的特點,,房間空調(diào)器標準對房間濕度范圍并無具體規(guī)定,,從房間空調(diào)器設(shè)計的角度,有必要了解舒適型空調(diào)環(huán)境條件對濕度范圍的要求,,有關(guān)的標準歸納如下:
    ①GBJ 1987《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(2001年版)規(guī)定,,夏季舒適性空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算參數(shù),相對濕度范圍:40~65%,。
    ②GB 50189-1993《旅游旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計標準》規(guī)定各種等級客房的相對濕度計算參數(shù)為,,一級:≤55%,二級:≤60%,,三級:≤65%,。
    ③GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》規(guī)定,夏季空調(diào)環(huán)境,,相對濕度范圍:40~80%,。考慮到房間空調(diào)器除濕方式的特點,,規(guī)定房間相對濕度計算參數(shù)范圍的意義在于,,確定空調(diào)器運行過程中進入除濕狀態(tài)和退出除濕狀態(tài)的條件,而并非空調(diào)器能夠把房間的相對濕度控制在某一范圍,。若規(guī)定65%為相對濕度的上限,,就意味房間的相對濕度高于65%時,空調(diào)器應(yīng)進入除濕狀態(tài),,具備除濕能力,,而且相對濕度越大,空調(diào)器的除濕能力就越強,。同理,,若規(guī)定30%為相對濕度的下限,就意味當房間的相對濕度低于30%時,空調(diào)器應(yīng)退出除濕狀態(tài),,除溫能力為零,。只有相對濕度高于此下限值,空調(diào)器才能除濕,,而且除濕能力隨相對濕度增大而增強,,如果取得相對穩(wěn)定的40%的房間相對濕度,那么以相對濕度30%作為進入除濕狀態(tài)的臨界點就是必然的結(jié)果,。顯然,,假如把80%的相對濕度確定為相對濕度計算參數(shù)的上限,以此作為進入除濕狀態(tài)的臨界點,,在臨界點狀態(tài),,空調(diào)器的除濕能力幾乎為零,那么,,房間的實際相對濕度必然遠高于80%,。因此,本文中房間空調(diào)器的相對濕度計算參數(shù)范圍是:30~65%,。
3.2 zui小運行制冷運行
    GB/T 7725-1996《房間空氣調(diào)節(jié)器》規(guī)定,,空調(diào)器應(yīng)通過zui小運行制冷運行試驗。試驗方法是,,將空調(diào)器的溫度控制器,、風扇速度、風門和導向格柵調(diào)到zui易結(jié)冰霜的狀態(tài),,按zui小運行制冷工況,,使空調(diào)器啟動運行至工況穩(wěn)定后再運行4小時??照{(diào)器在10min的起動期間后4小時運行中安全裝置不應(yīng)跳開,,蒸發(fā)器室內(nèi)側(cè)的迎風表面凝結(jié)的冰箱面積不應(yīng)大于蕭發(fā)器迎風面積的50%。
    zui小制冷運行的情況與焓差密切相關(guān),,蒸發(fā)器是否結(jié)霜主要取決于運行過程中,,出風狀態(tài)是否處于易結(jié)霜的狀態(tài),由于蒸發(fā)器換熱表面結(jié)構(gòu)以及氣流中溫度差的存在等因素,,在平均出風干球溫度仍高于0℃,,就開始出現(xiàn)結(jié)霜情況。避免蒸發(fā)器結(jié)霜的基本方法就是使平均出風露點溫度高于0℃,。
3.3 技術(shù)與經(jīng)濟因素
    在壓縮機,、換熱器配置確定的情況下,焓差值增大,,蒸發(fā)器空氣循環(huán)量因而增大,,無疑將導致空氣側(cè)平均溫度提高,,從而提高蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度,制冷量因而增大,,同時整機的能效比將相應(yīng)提高,,除濕能力就降低。同時,,由于循環(huán)風量增大將導致出現(xiàn)風機葉輪直徑加大,,運行噪聲增強、空調(diào)器外形尺寸增大,、生產(chǎn)成本提高等等問題,。情況是導致空調(diào)器在房間濕度較高的情況下仍然不能有效除濕,房間的舒適性大降低,。
反之,,焓差值減小,蒸發(fā)器空氣循環(huán)量因而減小,,將導致空氣側(cè)平均溫度降低,,從而降低蒸壓力與蒸發(fā)溫度,制冷量因而減小,,同時整機的能效比將相應(yīng)降低,除濕能力就將有所提高,。同時,,由于循環(huán)風量減小將得到風機葉輪直徑減小,運行噪聲減弱,、空調(diào)器外形尺寸減小,、生產(chǎn)成本降低有利的變化。但是,,過小的焓差可能造成能效比過低的情況,,影響產(chǎn)品的競爭力,甚至不能滿足有關(guān)市場準入的要求,。情況是導致空調(diào)器無法通過額定制冷運行,、zui小運行制冷測試,設(shè)計方案因此被否決,。
3.4 臨界焓差值
3.4.1 為簡化分析計算過程,,結(jié)合空調(diào)器運行的特點,在分析過程中作如下約定:
    ①由于換熱表面溫度以及氣流的分布狀態(tài)都不均勻,,即使蒸發(fā)器表面已經(jīng)析出水份,,但是,空調(diào)器出風的相對濕度通常為80~95%,。因此,,在出風相對濕度通常為80~95%時,,蒸發(fā)器表面可能析出水份,也可能未析出水份,。在本文把≤80%作為不析出水份的臨界狀態(tài),,而把≥95%作為析出水份的臨界狀態(tài)。
    ②許多空調(diào)器的循環(huán)風量是可調(diào)的,,調(diào)節(jié)范圍各不相同,,本文約定,風機低速運行時的循環(huán)風量為風機高速運行時的80%,。
    ③空調(diào)器在不同的運行條件下,,制冷量是變化的,無論進風狀態(tài)的溫度,、濕度,,還是風機的循環(huán)風量都對空調(diào)器實際運行的制冷量產(chǎn)生影響??紤]到由于這些因素對制冷量的實際影響通常在10%以內(nèi),,為此約定,在本文討論的各種運行條件下,,制冷量保持不變,。
3.4.2 臨界焓差值計算
    ①在額定制冷運行時,即進風狀態(tài)為27℃DB/19℃WB,,蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份,,出風相對濕度≤95%,焓差值為12.03kJ/kg,。
    ②在室內(nèi)處于干燥狀態(tài)時,,即進風狀態(tài)為27℃DB/30%RH,蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份,,出風相對濕度≤95%,,焓差值為 18.80kJ/kg。
    ③在室內(nèi)處于潮濕狀態(tài)時,,即進風狀態(tài)為27℃DB/65%RH,,蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份,出風相對濕度≤95%,,焓差值為6.76kJ/kg,。
    ④在zui小制冷運行時,即進風狀態(tài)為21℃DB/15℃WB,,蒸發(fā)器換熱表面不結(jié)霜,,出風相對濕度≤80%,焓差值為29.77kJ/kg,。由于zui小制冷運行時,,風機的運轉(zhuǎn)速度調(diào)到zui低,,所以,對應(yīng)的額定制冷運行時,,焓差值為23.82kJ/kg,。
4  焓差值范圍
    根據(jù)以上的分析,本文以相應(yīng)的臨界點作為依據(jù),,把房間空調(diào)器在額定制冷運行條件下允許的焓差值范圍劃分為以下類型:
    ①節(jié)能型 6.76~12.03kJ/kg,;
    ②舒適型 12.03~18.80kJ/kg;
    ③緊湊型 18.80~23.82kJ/kg,。
    ZB J73026-89要求空調(diào)裝置單位制冷量的循環(huán)風量應(yīng)在0.13~0.22m3/(h·W),,按空氣密度1.18kg/m3換算為對應(yīng)的焓差值為13.89~23.50kJ/kg,基本上與上述舒適型和緊湊型空調(diào)器的焓差值覆蓋的區(qū)域重疊,。
4.1 節(jié)能型空調(diào)特點
節(jié)能型房間空調(diào)器的焓差值較小,,在額定制冷運行條件下,蒸發(fā)器翅片表面將不析出凝結(jié)水,,這就是空調(diào)專業(yè)所謂顯然比為100%的情況,,在這種運行狀態(tài)下,由于蒸發(fā)器翅片表面沒有通常存在的凝結(jié)水膜所形在的熱阻以及風阻,,空氣側(cè)的換熱能力大幅度提高,,實測制冷量和能效比指標因而明顯優(yōu)于在翅片表面析出水份的條件下運行時的指標。由于房間空調(diào)器的主要技術(shù)指標,,如制冷量,、能效比等等是在額定制冷運行條件測試的,若以這些指標作為衡量空調(diào)器運行效率的依據(jù),,節(jié)能型空調(diào)器顯著優(yōu)于舒適性和緊湊型空調(diào)器。
    以減小焓差值來取得節(jié)能效果的方法,,存在一些問題:
    ①若除了循環(huán)風量之外,,空調(diào)器的制冷系統(tǒng)配置相同,也許在額定制冷運行條件下,,節(jié)能型空調(diào)器指標較優(yōu),,但是,若進風的相對濕度增大導致翅片析出凝結(jié)水之后,,其節(jié)能優(yōu)勢將逐漸喪失,。
    ②在環(huán)境濕度較大時,空調(diào)器的除濕能力較弱,。例如,,焓差值為6.76kJ/kg的空調(diào)器,在進風狀態(tài)為27℃DB/65%RH,,蒸發(fā)器換熱表面可能仍不析出水份,,直到進風的相對濕度增大到80%,,出風中所含的水份才比進風中所含水的減少約6%,在使用這種空調(diào)器的房間中,,即使不感覺到潮濕,,至少也無法體驗到通常在空調(diào)房間中應(yīng)該感受到的干爽。如果焓差更小的話,,空調(diào)器的舒適性作用可能會蕩然無存,。
    ③這類空調(diào)器通常外形尺寸較大,而且價格較高,,風機噪聲也較強烈,。
    不能因為存在上述問題就簡單地否定以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器存在的意義。在氣候干燥的地區(qū),,室內(nèi)的物體以及人體釋放的水份有時還不足以使得室內(nèi)空氣的相對濕度達到感覺潮濕的程度,,空調(diào)器僅具備除去顯熱負荷就足以滿足舒適性要求,節(jié)能型空調(diào)器就可以充分發(fā)揮其處理顯熱負荷率的優(yōu)點,。其實,,大風量、小焓差的運行特征,,是許多工藝性空調(diào)設(shè)備的共性,,典型的例子就是一些電子設(shè)備機房空調(diào)機,只有顯熱負荷而幾乎沒有濕負荷是通常電子計算機房,、電信交換機機房的負荷特性,,大風量、小焓差的運轉(zhuǎn)方式不僅可以取得顯著的節(jié)能效果,,同時也有利于穩(wěn)定空調(diào)房間的溫度,。
    至于僅僅是為了取得較優(yōu)的能效比指標而采用小焓差運行方式,則有取巧之疑,,除了在營銷過程中使顧客產(chǎn)生錯覺之外,,實際上并無得益。較弱的除濕能力在客觀上降侈了空調(diào)房間的舒適性,,如果需要采取其它措施補救除濕能力的不足,,所付出的能耗代價一般不會小于簡單地增大焓差值的措施。換言之,,在通常的應(yīng)用場合,,以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器的實際節(jié)能效果并不顯著。建議有關(guān)生產(chǎn)企業(yè),,如果專門為干燥氣候地區(qū)開發(fā)的小焓差空調(diào)器,,應(yīng)以適當方式讓顧客了解,以免產(chǎn)生誤會而損害顧客的利益,。
4.2 舒適型空調(diào)器的特點
    舒適型空調(diào)器注重對房間相對濕度的控制,,在額定制冷運行條件下,,要求具備除濕能力,當進風的相對濕度達到65%時,,空調(diào)器可以除去進風中所含水份的10%以上,;當進風的相對濕度達到80%時,空調(diào)器可以除去進風中所含水份的14%以上,;而當進風的相對濕度達到30%以下時,,空調(diào)器則不再除濕。
    由于這類空調(diào)器的技術(shù)和經(jīng)濟指標比較均衡,,所以,,通常為高性能的房間空調(diào)器設(shè)計所采用,典型的產(chǎn)品就是分體式空調(diào)器,。分體式空調(diào)器在設(shè)計過程中,,其結(jié)構(gòu)特點決定了室內(nèi)、室外機組的相互制約比較少,,因而選擇技術(shù)措施的范圍可以比較大,,容易取得較好的整體技術(shù)經(jīng)濟指標。目前在市場上節(jié)能,、低噪聲以及具備多種附加功能的空調(diào)器多數(shù)是分體式空調(diào)器,。
4.3 緊湊型空調(diào)器的特點
    緊湊型空調(diào)器突出結(jié)構(gòu)緊湊的特點,因而采用大焓差方式運行,。與以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器相反,,這類空調(diào)器的除濕能力很強,可能使得房間的空氣讓人感到干燥,。由于緊湊性通常是這類空調(diào)器的設(shè)計指導思想,,空調(diào)器的外形尺寸比較小,相應(yīng)地,,風機和換熱器都比較小,,這就對制冷能力的發(fā)揮以及運行效率的提高都產(chǎn)生不利的影響,所以,,在壓縮機選型時,,往往要采用制冷量裕度大一點的型號,。
    理論上,,緊湊型空調(diào)器的運行噪聲低一些,如果結(jié)構(gòu)型式相同的話,,實際情況應(yīng)符合這一規(guī)律,,不過,采用緊湊型設(shè)計方案的空調(diào)器,,較多是窗式空調(diào)器或類似的整體式空調(diào)器,,由于這些整體式空調(diào)器對壓縮機運行噪聲處理方式以及風機結(jié)構(gòu)型式與分體式空調(diào)器不同,,以及考慮到外形尺寸制經(jīng)我和生產(chǎn)成本控制等因素,空調(diào)器的運行噪聲反而較強,。
    有關(guān)的技術(shù)標準,、規(guī)范對緊湊型空調(diào)器性能的限制是明確的,制冷量,、能效比等指標必須滿足基本的要求,,空調(diào)器必須通過一系列的運行試驗,例如,,zui小運行制冷運行時,,蒸發(fā)器表面結(jié)霜面積不得超過一半;zui大制冷運行時,,冷凝器換熱能力應(yīng)足以保證能夠通過測試等等,。
5  結(jié)束語
    綜上所述,建議房間空調(diào)器在額定制冷運行條件下的焓差值應(yīng)確定在12.03~23.82kJ/kg的范圍內(nèi),,對于舒適性要求較高的高性能空調(diào)器,,焓差值應(yīng)盡量限定在12.03~18.80kJ/kg范圍。至于專門為干燥地區(qū)開發(fā)的空調(diào)器,,焓差值可考慮限定在6.76~12.03kJ/kg范圍,。由于本文在計算焓差值過程中,對空調(diào)器實際問題進行簡化處理,,所以,,提出的焓差取值范圍只能用于房間空調(diào)器總體方案設(shè)計時參考,在設(shè)計和開發(fā)過程中必須通過充分的技術(shù)驗證工作zui終確定并優(yōu)化焓差值指標,。

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