浅谈高热少湿但又有高湿要求的恒温恒湿空调系统的设计

关键字：恒温恒湿,湿膜加湿,焓湿图,传热系数,电极加湿

内容摘要：对于高热少湿的除湿机空调厂所，但室内又有高湿要求的恒温恒湿空调系统，本文通过实际案例的分析，提出了采用放大送风量，提高进水温度的空调方案，并从节能角度出发，提出以湿膜加湿器代替蒸汽加湿器的一次回风方式的表冷空调系统的全年运行调节方法。

摘要： 对于高热少湿的除湿机空调厂所，但室内又有高湿要求的恒温恒湿空调系统，本文通过实际案例的分析，提出了采用放大送风量，提高进水温度的空调方案，并从节能角度出发，提出以湿膜加湿器代替蒸汽加湿器的一次回风方式的表冷空调系统的全年运行调节方法。

关键词： 恒温恒湿 湿膜加湿 焓湿图 传热系数 电极加湿

1 前言

 随着我国加入WTO步伐的加快，在与国际市场接轨过程中，我们国内企业感觉到无形的压力，这样就强迫他们不断地更新设备、更新工艺、更新观念，不断提高产品档次，提高产品质量。

特别是国内的纺织企业，他们从国外引进大量高速针织设备，淘汰老旧的设备。这种高速针织机对环境要求很高，温湿度太高，太低均会影响针织机的速度及效率，还会引起断针、断线或针头生锈等问题。这就强迫他们须牺牲一部分利润用来购买空调设备，以满足工艺要求。

这类厂房均要求恒温恒湿，按国家相关标准要求，其温湿度基数及其允许波动范围均在：（24～26）±2℃（温度要求）；65±5%（相对湿度要求）。

厂房结构一般为单层，砖混结构，高度为 4～5m；   地板遍布高速针织机，一般一台机配一针织工每台针织机占地面积约为23m²。                              

厂房冷负荷很大，一般达到210～230kW/m；                        

厂房湿负荷很小，按占地面积折算为10.9g/m²·h。

根据热湿负荷特点可以知道的，其热湿比线ε很陡，ε值达到69300～76800kJ/kg。（见图1）    

   
图1

根据以上热湿负荷特点，就要求设计者在设计选型时，要特别注意以下几个方面：（1）送风量的确定；（2）加湿量的确定；（3）加热量的确定；（4）空调系统的调节方法的确定；（5）冷却盘管排数的确定。

我们下面以一个750m²的针织车间为例，对上述的几个问题作更详细的阐述。

2 风量的确定

通过计算，车间的夏季最大冷负荷Q_max为155kW，湿负荷W为8.2kg/h；则

ε_线= Q_max/W=（155×3600）/8.2=68049kJ/kg（热湿比）

从焓湿图上可以查得最大送风温差△t_max=7.5℃; 我们取△t=7℃，则

△_i=55.44-47.46=7.98kJ/kg（焓差）

G_max= Q_max/△_i=155/7.98=19.4kg/s＝69840kg/h（最大送风量）

h= 69840/（750×4.5×1.2）=17.2次/h（换气次数）

显然，该换气次数远远大于一般空调系统的换气次数，那么是否合理呢，我们从焓湿图分析可知是完全合理的，大送风量是高热少湿空调系统的一个显著特点，故选用送风量为75000m³/h。

2 冷却盘管排数的确定

2.1 选型

确定冷冻水进水温度是确定冷却盘管排数的关键，从焓湿图上分析可知冷冻水进水太低，虽然可以降低盘管排数，降低一次造价，但不利于节能，这是因为经盘管冷却后被冷凝掉的水份将大大多于湿负荷，差额为(G×△d)/1000kg/h，从而又要加湿器来补湿，造成湿蒸汽的浪费。

那么，该选用什么样的进水温度呢？       

把室内、外空气的混合点1与送风状态O点连接起来并让它延长至100%相对湿度线上。得t₁值为16℃，根据经验，则进水温度大约选在13～15℃就可以达到要求。这个进水温度值是平常进水温度值的2倍，因此，高进水温度又是高热少湿空调系统的另一个显著特点。根据焓湿图知：旁通系数BF=l₂/l₁=7/34=0.20，取盘管迎面风速为2.5m/s；根据某公司的样本，我们暂选用4排管，则旁通系数BF=0.33，水流速为1.2m/s。（见图2）

图2

2.2 校核

由于本设计采用13℃进水温度，这与产家提供的技术参数（7℃进水温度）不一样，因此须作校核计算：

（1）条件 新风状态参数为35℃、60%、90.3kJ/kg，室内空气设定参数为24℃、65%、55.44kJ/kg、12g/kg；盘管迎风面积为8.3 m²、迎面风速为2.5m/s；工人人数为35人。

（2）求最小新风量 按每人最小新风量30m³/h·人计算，则G_新min=1050m³/h，考虑到车间新风的渗漏，取1500m³/h；

（3）求混合状态点空气参数 从焓湿图上查得：24.2℃、60.5%、55.86kJ/kg（见图3）；

（4）求总冷量 Q=Q_max+Q_新=155+1500×1.2×(90.3-55.44)/3600=172.4kW。

（5）求焓差△_i= (172.4×3600)/(75000×1.2)=6.9kJ/kg,则i₀=55.4-6.9=48.5kJ/kg。

（6）求空气出口温度t₀         

   
图3

由ε=68049kJ/kg及i₀=48.5kJ/kg，从烩湿图查得t₀=18.4℃。

（7）求得显热系数SHF

SHF =1.0×(t₁-t₀)/ △_i

=1.0×(24.2-18.4)/ (55.86-48.5)

=0.79

（8）求传热系数K

由迎面风速V_a=2.5m/s查厂家资料表1/α_a=0.02544。

由盘管内水流速w=1.2m/s查资料表R/α_w=0.00475,则                                             

K=20.1/{（1/α_a +SHF）+R/α}

=20.1/ {（0.02544×0.79）+0.00475}

=940.8W/m²·℃·row

（9）求对数平均温差△t_m

取进出水温差为5℃，则t_w1=13℃，t_w2=18℃，

△t₁ =t₁- t_w2 =24.2-18=6.2℃

△t₂ =t₂- t_w1 =18.4-13=5.4℃

△t_m =（△t₁-△t₂）/ {2.3×log10（△t₁/△t₂）}

=（6.2-5.4）/{2.3×log10（6.2/5.4）}

= 0.8/（2.3×0.06）

=5.8℃

（10）求排数N

N= Q/（K×A_a×△t_m）=172400/（940.8×8.3×5.8）=3.8（排）（4排）。

故可以确定选用4排。

3 加湿量的确定

加湿量的确定一般以冬季最小新风量为计算依据，但最好也应与在夏季冷却时补充加湿进行校核比较，取其最大者为选用加湿器的依据，倘若高热车间在冬季还须冷却处理且为湿冷时，其加湿量还应附加这部分因湿冷却引起的冷凝量。

冬季室外空气计算参数（以福州为例）：4℃、74%、3.8g/Kg。

W_加=G_新min×△d_i=1500×1.2×（12-3.8）=14760g/h=14.76Kg/h。

校核计算: W_加=G_新max×△d_i=75000×1.2×0.25=22500g/h=22.5Kg/h>14.76Kg/h。

故选用22.5Kg/h，考虑安全系数1.2，22.5×1.2=27Kg/h，故加湿量确认为30Kg/h。

4 加热量的确定

加热量应是房间热负荷和引用新风所产生热负荷之和。

经过计算，车间冬季热负荷为17445W；

新风附加热负荷为：

Q_加=Q_车+Q_新=17.445+G×1.2×△_i=17.445+1500×1.2×（55.44-13.86）/3600=38.2KW，考虑安全系数1.15，则加热量为：38.2×1.15=44.0kW。

5 空调系统的确定

5.1 目前常用的空调系统：（1）喷水系统；（2）表冷系统。

表冷系统是目前较常用的空调系统，我们下面就以表冷系统为例子，结合选型过程分析其特点。

5.2 表冷系统的调节方案的确定

5.2.1 冷却方式的确定

冷却有二种模式，一是由冷冻机提供冷冻水给空调箱的表冷器，二是空调箱自带冷源，以直膨的方式对空气进行冷却除湿，前者占地面积大，一次性投资大，控制复杂，但冷冻水温可调范围大，而后者则相反。

5.2.2 加热方式的确定

加热方式一般如下几种：电热管加热，热水盘管加热、蒸汽盘管加热，如有蒸汽源或热源，应首先选用蒸汽盘管加热或热水盘管加热，它不但经济合理，而且调节精度高。

5.2.3 加湿方式的确定

加湿的方式一般以下几种：

a、直接喷干蒸汽；

b、加热蒸发式：电热式、电极式、PT（蒸汽发生器）；

c、喷雾蒸发式：高压喷雾式、离心式、超声波式；

d、湿膜加湿式；

e、红外线加湿式。

其中方式a、b、e是利用外界热源，使水制成蒸汽混入空气中进行加湿，这种加湿过程可近似为等温过程；方式c、d利用水吸收空气的显热进行蒸发加湿，这种加湿过程可近似为等焓过程。

5.2.4 加湿的一般原则

a、如有蒸汽源，由于蒸汽加湿较经济合理，而且控制精度高，所以应首先选择蒸汽加湿；

b、采用电能使水汽化的电加湿方式由于其耗电大，运行费用高，因此能不用就不用，能代用就代用，能少用就少用；只有当工艺要求无菌、无水滴，且有一定的湿度要求，而又不能利用其它加湿措施或利用其它加湿措施更不经济时，才能采用；

c、等焓加湿方式比如喷循环水方式或湿膜加湿方式等，由于其过渡季节可以大量节省能量，因此当主要处理设备为表冷器冷却时，除安装蒸汽加湿设施外，还应增装等焓加湿设施，这在不同季节可以发挥综合节能的效果。

5.2.5 空调系统的确定

根据客户的实际情况，我们给客户确定如下的空调系统。

a、除湿机ClearTimer() href="http://search.178b2b.com/Sell.aspx?keywords=%u51B7%u6C34%u673A%u7EC4" target=_blank>冷水机组的确定

本例选用LSCW065半封闭螺杆式水冷冷水机组一台。其性能参数为：

制冷量：196900Kcal/h

机组总功率：48.75KW

b、空调机组的确定

选风量为75000m³/h，机组由四个功能段组成：混合段、冷却加热段、加湿段、风机出风段。其中表冷器为4排管；加热方式为热水盘管加热（2排）；加湿方式为湿膜加湿（喷循环水），湿膜厚200mm；（祥见图4 ）。

图4

6 空调系统的运行调节

6.1 空调系统的运行调节的原则

（1）保持空调房间的温湿度等参数在要求的范围内；                                                    

（2）系统运行应经济；

（3）控制、调节的环节少，调节方法简单。                   

6.2 空调系统的运行调节区域的划分

因本空调系统采用湿膜加湿和冷水表面冷却器的一次回风表冷系统，其湿膜加湿过程为等焓过程，加热和干冷冷却为等含湿量过程，所以其分区调节应以室外新风的焓和含湿量大小划线。

图5  一次回风的表冷系统分区

6.3 一次回风的表冷系统各区的处理

图6

6.4 调节方法的具体文字阐述如下表

表1

注：本系统采用温、湿度起着信号控制，即当调节机构达到转换位置以后并要有调节对象温湿度超差信号后再转换。

7 结论

本篇文章通过高热少湿空调厂房的空调案例分析，提出应采用放大送风量，提高进水温度的空调方案，才能达到客户要求，并在此基础上，从节能出发，提出了以湿膜加湿器代替蒸汽加湿器的一次回风方式的表冷空调系统的全年运行调节方法。

除湿机