直膨式空调机组应用于配电室的适用性分析

曾敏，杨品德，邹均名Zeng Min,Yang Pinde,Zou Junming

（1中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙 410114；2湖南城市学院设计研究院有限公司，湖南益阳 413002）

0 引言

直膨式空调机组属于直接蒸发式机组，可集送风、制冷、加热、加湿、除湿、空气净化及电气控制组合为一体，具有组成简单、安装方便、造价低等特点。直膨式空调机组有整体式和分体式两种，分体式（图1）由蒸发送风段和压缩冷凝段组合而成，使制冷系统与通风系统两者结合。机组以空气为冷热源，无需冷却水及冷冻水系统、末端设备等，系统的流动介质只有制冷剂。机组可自带控制装置，运行管理方便，空调房间内采用全空气系统，没有空调水管，免除了漏水隐患；室外机安装于屋顶或室外空地上，无需机房，节省了建筑空间及初投资。其缺点是：受压缩机回油问题的影响，室内外机的距离，即制冷剂管路的有效长度受到一定限制。

图1 分体式直膨空调机组示意图

对于造纸车间的配电室，干式变压器、电容器、变频器等设备在运行过程中常散发出大量热量，为了保证这类设备全年均能安全高效运行及具有正常的使用寿命，对其工作环境温湿度、空气洁净度均有一定的要求。目前，一些中小型造纸企业通常缺乏专业的运行管理人员，或厂房布置紧凑，较难设置集中冷热源，因此在配电室无条件设置单独的空调机房时，直膨式空调机组均是较好的选择，其无需冷冻水或冷却水管路进入配电室，消除了安全隐患。通常，工程设计人员对直膨式空调机组采用一次回风全空气系统设计计算时，制冷量的计算结果基本一致，但送风量计算结果往往有较大偏差，与空调厂商标准风量存在偏离，造成建设方最终订货参数与设计参数偏离。

基于以上情况，本文以某造纸厂配电室为例，选用直膨式空调机组一次回风全空气系统进行全年供冷，探讨其风冷比的影响因素及其适用的室内设计温湿度范围。

1 直膨式空调机组样本的风冷比

1.1 直膨空调机组风冷比范围

常规的水冷组合空调机组，流经换热盘管的冷冻水系统与空调机组风系统独立，其温度、流量调节灵活，可根据设计要求调整各组件配置以与设计参数相匹配。而对于直膨式空调机组，没有二次换热，机组的制冷量与制冷剂流量、蒸发冷凝温度及压力等参数密切相关，制冷系统每个环节的运行状态都会对整个系统的运行造成影响[1]。同时，直膨式空调机组的空气冷却器换热过程比冷水盘管复杂，很难进行纯理论的分析计算[2]。尽管目前很多项目设备厂商根据设计参数来搭配风量，但却鲜有再去核对这种变更相比原样本参数带来制冷量的变化值，还有很多项目直接根据空调机组制冷量来定，而忽略送风量的偏差。可见，风冷比是与设计计算息息相关的参数，只有在合适的风冷比范围内，运行工况才会稳定，才会满足配电房相应的温湿度要求。表1是行业内几家常用直膨式空调机组的厂商产品样本的参数对比。由表中数据可看出，不同厂家直膨空调机组的风冷比不同，波动范围在135～235m3/（kW·h）之间。

表1 直膨式空调机组不同厂商样本参数对比

1.2 同一厂家冷水型与直膨式对比

对于配电室这类显热量占比高达90%以上的空调房间，通常要求大风量小冷量，即风冷比要高于常规空调。表2为某一厂家组合式空调机组盘管内为冷水（4排管）和制冷剂R410A时，在回风工况及相同额定风量条件下的制冷量对比。

表2 直膨式空调机组与冷水型制冷量对比

从表2可以看出：当风量一定时，4排管冷水型机组制冷量大于直膨式空调机组，风冷比小于直膨式，且盘管排数不宜在4排管基础上再减少。对于配电房采用直膨空调机组供冷时，一般计算采用最大温差，即露点温度送风，同时从节能的角度出发不希望有二次加热，此时计算出来的风冷比是最经济的。

2 直膨式空调机组风冷比的影响因素分析

2.1 室内设计温湿度

根据国家标准《制浆造纸厂设计规范》（GB 5109—2015）12.2.1的规定，低压配电室夏季室内设计温度≤27℃，高压配电室＜40℃，对相对湿度未作具体要求。同时，参考某国外项目对MCC室的规定：温度23℃±2℃，相对湿度50%±5%。以下将通过一个实际项目案例，在tn=21℃～25℃、φ＝35%～55%的温湿度范围内计算分析不同室内设计参数对直膨式空调机组计算风量的影响。

东莞地区某造纸车间二楼的一个传动控制室：长×宽×高为24.090m×9.770m×5.0m，屋面为钢筋混凝土屋面（保温为50mm厚挤塑板），外墙为双层压型钢板屋面[100mm厚粉红色保温棉，容重16kg/m3，导热系数≤0.037W/m·K，传热系数K=0.70W/（m2·K）]，外窗为4个6mm厚高透光Low-E玻璃窗[尺寸为3.0m×1.8m，K=3.40W/（m2·K）]，内墙为240mm厚MU10实心页岩砖，考虑室外渗透空气量为0.5次/h。

以邻近城市广州夏季室外气象参数[3]进行计算，并加上电气专业提资的热损340kW，汇总得到不同室内设计参数下房间的热湿负荷及对应的空调机组参数，见表3。

由表3可知：（1）在相同的室内设计温度下，相对湿度要求越高，所要求的空调机组风冷比越大。这是因为室内设计温度tn相同，热湿比ξ相差不大，相对湿度越高，对应露点温度越高，送回风焓差△h越小，计算出的送风量也就越大，机组的风冷比也越大；（2）在相同相对湿度条件下，室内设计温度tn越高，空调机组的风冷比越小，但差值幅度明显小于相对湿度的影响幅度。这是因为tn升高，ξ减小，室内状态点与送风状态点的比焓差增速小于单位相对湿度变化的焓差增速。同时，室内空调负荷减小，从而计算送风量减少，送风量与制冷量同时减小的综合结果为风冷比变化不大，甚至在一定设计室内温度范围内，可以认为决定风冷比的就是相对湿度。

表3 不同室内设计参数时热湿负荷及计算的空调机组参数对比

2.2 室外空气计算参数

结合泸州、东莞、连云港的同等产能造纸项目的传动控制室，假定其朝向方位、围护结构做法与上述一致，热损等均维持不变，计算三者在室内设计参数为tn=23℃、φ＝30%时，采用直膨空调的设计参数，结果见表4。

表4 不同室外空气计算参数时热湿负荷及计算的空调机组参数对比

可以看出：东莞和泸州室外干球温度接近，计算的空调冷负荷几乎一致，空调机组的送风量及风冷比偏差率均为1%。连云港室外计算干球温度低于东莞，但两者湿球温度相同，计算出的空调机组送风量偏差率为1%，风冷比偏差率为0.655%，小于东莞和泸州的偏差率。因此，可推测室外湿球温度对风冷比的影响大于干球温度，室外湿球温度接近，由自然渗透带来的湿负荷接近，风冷比也更接近，同时湿球温度对空调机计算制冷量的影响也远大于干球温度的偏差带来的影响，即室外相对湿度降低，由渗透风带来空调机组风冷比增大。

3 直膨式空调机组适用的室内设计温湿度

由以上得到：在规定的温度范围内，室内设计相对湿度直接决定着直膨空调机组的风冷比。仍以2.1为例，φ=35%时，风冷比比较贴合几家厂商的参数，计算在室内温度tn分别为21℃、23℃、25℃时，相对湿度在φ=25%～35%风冷比的变化，结果见表5。

直膨式空调机组的制冷量和室内机的送风量需满足一定的匹配关系，风冷比的适宜范围为170～200m3/（kW·h）[2]。由表5可以看出，在tn=23℃±2℃、φ=25%～35%范围内，计算出的空调机组所需风冷比，一般厂家标准产品基本满足要求，而不用非标定制增加造价。参考国内类似规范的规定，tn=18℃～28℃，φ=30%～75%[5]，同时结合一个近期涉外设计项目的技术规定，可知其中没有对相对湿度的控制要求，根据相关专业提资只对配电室相对湿度上限有限制，由此我们可以得出，绝大多数厂家的标准型直膨式空调机组都是适用于配电室的，设计人员可以在设计过程中择取以上推荐的相对湿度范围进行计算，选型的空调机组送风量是一个相应的范围值，以避免在设计选型时的困惑，建设方采购设备也将有更大的自由度。相对湿度每变化5%，风冷比变化率约为15%左右，因此风冷比取决于室内设计相对湿度。

表5 25%～35%热湿负荷及计算的空调机组参数对比

（3）在室外干球温度接近，考虑相同的渗透换气次数条件下，室外相对湿度越高，风冷比越小，对于新风量较大的空调系统会维持相对较高的室内相对湿度。

（4）一次回风全空气系统适用的室内设计温湿度范围为tn=23℃±2℃、φ=25%～35%，对于常规项目中未对室内相对湿度提出特殊要求的配电室，标准型直膨式空调都是适用的，无需非标定制，可以减少建设方成本。

4 结论

（1）对比空调厂家样本上标准的空调机型，直膨式空调机组比冷冻水式空调机组的风冷比更大，在不更改标准产品参数的前提下，不考虑能效比等其他因素时，直膨式空调机组更适用于高显热比的配电室。

（2）对于一次回风全空气空调系统而言，在配电室常采用的室内设计温湿度范围内，室内干球温度的变化对风冷比的影响为：室内相对湿度越高，机组的风冷比越大；同一相对湿度条件下，温度变化2℃，风冷比变化率为0.15%；同一室内温度条件下，