组合式空调机组不同断面风速均匀度对供冷/热量的影响

谢鸿玺，谢宝刚，谢添玺，包继虎，彭 飞

（1.合肥通用机械研究院，安徽合肥 230031；2.天津大学，天津 300072）

1 前言

组合式空调机组是由各种空气处理功能段组装而成的一种空气处理设备，具有送风、冷却、加热、加湿、空气净化、消声等多种空气处理功能［1］。由于其风量范围在2000～200000 m3/h，调节范围大，且具有灵活的组合方式等特点，已经广泛应用于各种建筑中。组合式空调机组作为中央空调系统中的主要设备之一，其冷、热量是由相应的制冷和加热设备提供，并通过机组中的表冷器、加热器热交换后提供合适温、湿度向环境送风，以达到舒适空调或工艺环境要求。

作为空调系统的末端装置，组合式空调机组对室内空气质量的改善起着至关重要的作用。因此，通过分析组合式空调机组供冷量、供热量等性能的影响因素，来提高机组的运行效率，降低运行能耗，是对组合式空调机组研究的一个重要方向［2～7］。经测试发现相同风量、不同断面风速均匀度的机组性能存在着差别，本文着重对断面风速均匀度对组合式空调机组的供冷、供热量的影响进行研究。

2 测试方法

2.1 断面风速均匀度的测试方法

断面风速均匀度是指机组断面上任一点的风速与平均风速之差的绝对值不超过平均风速20%的点数占测总点数的百分比。其测试方法如下：

（1）在距盘管或过滤器迎风断面200 mm处，均布风速测点，测点位置布置见图1。

图1 矩形风道25点法测点布置示意

（2）组合式空调机组进风口的截面装有可调格栅，该格栅可以水平和竖直调节进风的流向，进而调节不同的断面风速均匀度。

（3）使用风速仪测量各点风速，统计断面风速与平均风速之差不超过平均风速20%的点数占总点数的百分比。

2.2 风量、供冷量、供热量的测试方法

风量采用安装有标准喷嘴的风洞进行测量，测量装置见图2。图2中：A,B为风洞箱体尺寸；a,b为组合式空调机组出风口尺寸；De为箱体当量直径，De=（4AB/π）1/2；Dmax为最大流量喷嘴直径；D1为其他流量喷嘴直径。

通过测量喷嘴前后的压差，进而确定流过喷嘴喉部的速度，且该速度需在15～35 m/s之间，测试数据方为有效。再通过喷嘴喉部的截面尺寸来确定风量，如果是多个喷嘴测量时，机组风量等于所有喷嘴测量的风量总和。

图2 风量、供冷量、供热量测试装置示意

在供冷工况下，空气侧供冷量由进出口空气的焓差法测量，即通过测量进口、出口的干湿球温度，进而确定进出口的焓值及风量组合测试机组空气侧的供冷量。水侧的供冷量采用液体载冷剂法测试，通过测量进口、出口侧的水温和流经换热器的水流量来测得机组的供冷量。

供热量的测试方法类同供冷量的测量，不同之处在于测量供热量时空气侧不需测量进出口空气的湿球温度，只需测量干球温度即可。因为供热时空气侧只有显热交换。

2.3 测试仪表

所用的测试仪表见表1。

表1 测试用仪表

2.4 相关测试的计算方法

2.4.1 喷嘴风量的计算

采用空气流量喷嘴装置测量风量时，每个喷嘴风量的计算式为：

式中 L——流经每个喷嘴的风量,m3/h

C——喷嘴的流量系数

A——喷嘴面积，m2

ΔP——喷嘴前后的压差，Pa

ρ2——喷嘴出口处空气密度，kg/m3

由于测量的风量是喷嘴喉部空气状态下的风量，需转换到标准空气状态时的风量，换算方法为标准风量。

2.4.2 供冷时空气侧换热量计算

式中 Qa——空气侧换热量，kW

Li——机组出风风量,m3/h

ρi——机组出风空气密度，kg/m3

I1——试验机组进口空气的焓值，kJ/kg干空气

I2——试验机组进口空气的焓值，kJ/kg干空气

Cpw——水的定压比热，kJ/（kg·K）

t2s——试验机组出口空气湿球温度，℃

Δd——试验机组进出口空气含湿量差,kJ/kg干空气

2.4.3 供冷时水侧换热量计算

式中 Qw——水侧换热量，kW

W——水的质量流量,kg/s

tw1——水进口温度，℃

tw2——水出口温度，℃

N——试验机组输入功率，kW

2.4.4 供热时空气侧换热量计算

式中 t1——试验机组进口空气温度，℃

t2——试验机组出口空气温度，℃

Cpa——空气定压比热，kJ/（kg·K）

2.4.5 供热时水侧换热量计算

2.4.6 机组换热量计算

式中 Q——机组换热量，kW

3 试验结果及分析

关于供冷量、供热量的试验结果，均是按照GB/T14294-2008《组合式空调机组》标准规定的名义工况进行试验。共选择3台组合式空调机组，额定风量分别为5000，10000，20000 m3/h的机组，每台机组在相同的测试工况条件下，相同的出风风量下，经可调格栅，调节不同的断面风速均匀度，来测得其对应的供冷量、供热量的结果。

经测试可知，在进风干球温度为27.0 ℃、湿球温度19.5 ℃，出风风量相等，进水温度均为7℃，进出水温差保持5 ℃时，同一台被试机组的供冷量随着断面风速均匀度的不同而变化。额定风量分别为5000，10000，20000 m3/h时供冷量随断面风速均匀度的变化如图3所示。

图3 额定风量分别为5000，10000，20000 m3/h时供冷量随断面风速均匀度的变化曲线

从图3可以看出，在其他条件相同时，供冷 量随着机组断面风速均匀度的增大而增加，在断面风速均匀度达到90%以上时，供冷量增加的幅度减缓。额定风量5000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供冷量由29.798 kW增加到32.012 kW，增加2.214 kW，增加比例为7.14%。额定风量10000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供冷量由56.021 kW增加到61.368 kW，增加5.347 kW，增加比例为9.06%。额定风量20000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供冷量由103.265 kW增加到113.123 kW，增加9.858 kW，增加比例为9.13%。即额定风量越大的组合式空调机组越大，提高断面风速均匀度可以增加的供冷量越多，但在90%以上提高的比例逐渐降低。

经测试可知，在进风干球温度为15.0 ℃，出风风量相等，进水温度均为60.0 ℃，进出水温差保持10.0 ℃时，同一台被试机组的供热量随着断面风速均有度的不同而变化。额定风量分别为5000，10000，20000 m3/h时供热量随断面风速均匀度的变化如图4所示。

图4 额定风量分别为5000，10000，20000 m3/h时供热量随断面风速均匀度变化曲线

从图4可以看出，在其他条件相同时，供热量随着机组断面风速均匀度的增大而增加，在断面风速均匀度达到90%以上时，供热量增加的幅度减缓。从图4还可以看出，额定风量5000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供热量由57.586 kW增加到60.723 kW，增加3.137 kW，增加比例为5.32%。额定风量10000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供热量由93.685 kW增加到 101.865 kW，增加 8.18 kW，增加比例为8.39%。额定风量20000 m3/h的机组断面风速由75%增加到98%，供热量由175.658 kW增加到188.261 kW，增加12.603 kW，增加比例为6.92%。即额定风量越大的组合式空调机组越大，提高断面风速均匀度可以增加的供热量越多，但在90%以上提高的比例逐渐降低。

4 结语

组合式空调机组作为空调系统处理空气的关键设备，其供冷量、供热量在相同的工况条件下，相同的风量时，随着机组断面风速均匀度的不同而变化。当断面风速较均匀，既均匀度较高时，机组的供冷量，供热量较大。随着机组额定风量的增大，断面风速均匀度对机组的供冷量、供热量的影响增大。因此，组合式空调在设计制造时，关键设备确定后，提高流经机组空气的断面均匀度，可以提高机组的热量交换效率，从而降低机组的运行能耗。

［1］ GB/T14294-2008 组合式空调机组［S］.

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