空调末端及风机、电机特性的应用

空调末端及风机、电机特性的应用
狭义的末端设备仅指中央空调系统中把冷热送入房间最后的环节。

中央空调系统一般由冷热源、输配系统、空气处理设备和末端装置所组成，冷热源用于提供冷却或加热所需的能量，即我们常说的主机（室外机），输配系统即把冷热源产生的冷热水/风输送到所需的地方，即我们常说的风管系统/水管系统，空气处理设备用于产生所需要的空气，如空调箱、新风机组，空气处理机组等设备，末端设备是把冷热送入房间最后的环节，包括暖气片、各类送风口，风机盘管、地板辐射采暖/供冷等。

广义上我们把空气处理设备和末端装置统称为末端设备。

空调末端设备是完成对空气进行降温、加热、加湿和除湿以及过滤等处理过程所采用相应设备的组合。

风机盘管：
风机盘管系统是一种通常服务于建筑物周边区的全水系统。

这是一种适用范围广并且经济的系统，可以用来处理建筑物中一些负荷特征不相同的独立控制区域。

另外相对于其它集中空气处理系统，整座建筑物中只需要很少的空间放置设备，并且较其它空气处理系统而言，在已建成的建筑物中安装更为简单。

以下是对于这种系统的简单介绍，包括对于可切换的双管制系统、四管制系统和有辅助电加热的双管制系统的详细说明。

并且列出它们的特性，以便设计者选择、评价、应用其基本系统形式或其它变化形式。

我们将集中讨论风机盘管设备—这些末端设备大多应用于宾馆、写字楼、酒店等的空调设计项目中。

重点应该掌握以下几点：
风机盘管主要结构型式；
风机盘管的基本组成部分；
了解风盘基本参数及其最佳的应用场合；
风机盘管机组在应用中遇到的新风问题；
如何正确选择风机盘管类型。

目前市场上风机盘管型式：
各型式风机盘管安装位置：
风机盘管的基本组成部分：
风机盘管基本参数及相互转化关系：
风机盘管基本参数：风量、供冷量、供热量、静压、噪声、水阻力、输入功率、供水量、进出水温差。

风机盘管空调系统：
室内风机盘管的基本组成：
水管输配系统：
可切换的两管系统：
可切换的两管制系统有一根供水管和一根回水管，连接在房间末端设备的盘管上面，两管制系统用于热负荷很小的温带地区。

系统正常运行时，管路中有冷水或热水循环。

但管路中不可能冷热水同时循环。

系统必须每年切换两次，春季和秋季。

这会造成在一年中的某些时间房间内达不到舒适状态，例如某些房间需
要供热，而某些房间却需要制冷。

有时候可以采用管道系统分区的方法解决这个问题，但也不是经常可行的。

给两管制系统加一个辅助电加热盘管就可以解决这种达不到房间舒适条件的问题。

这样就可以使系统一直用冷水，直至室外条件达到必须供热时，系统从制冷切换至供热。

无需切换的四管制系统：
四管制风机盘管系统之所以如此命名，是因为它有冷水供水管和回水管，热水供水管和回水管，共四根管连接室内风机盘管装置。

室内装置可以选择两个带有阀门的盘管，或是进出口处均装有特殊三通阀的一个盘管。

两种形式的选择仅
仅取决末端设备和控制阀门的总费用的不同。

由于四管制系统可以使末端装置同时供热或制冷，因此室内始终保持令人满意的状态，无论室内负荷如何变化。

四管制系统：
风机盘管在应用中遇到的新风问题：
新风的来源：室内风机盘管系统的一个缺点是，对于全水系统，只有靠渗透才能达到通风目的。

有三种可行方法可以解决这个问题：
1、由墙洞引入新风：
但这不是通风的有效方法，因为该方法取决于墙外的风压。

正压侧，空气进入室内，未经室内盘管处理就直接吹入空间。

负压侧，室内空气向外渗透，而不是室外空气进入室内，因而室内无法供给新鲜空气。

2、独立的新风系统：
由一个新风空调箱通过管道系统为各个房间送新风。

新风空调箱将室外空气处理到室内状态点，室内风机盘管末端设备处理房间的负荷。

3、内区系统的延伸建筑物内部是全空气系统。

周边区的新风由内部系统提供。

通过管道向各个房间风机盘管装置送风。

这种方法的缺点在于内部系统无法给周边的区域送纯净的空气。

所送空气为室外新风和内部系统回风的混合物。

这样，独立的新风系统就是为室内风机盘管提供室外新风的最佳方法。

显然，这种方法会增加系统的成本，并使系统成为空气－水系统。

风机盘管系统的优点：
可直吹或接风管；控制系统简单；
安装所占据的空间少；
可以为冷水机组和锅炉选用合适的能源；
可以向房间直接送新风；
可关闭空闲房间的末端设备。

风机盘管系统的缺点：
1)需要在室内维护管理；
2)室内末端设备有湿盘管(滋长细菌)；
3)当采用墙洞引入新风时，烟囱效应及风压作用会影响其效果；
4)不可能使用高效过滤器和喷淋式盘管；
5)很多低功率因子的小马达造成电力输送效率低，并且增加能耗；
6)室内相对湿度控制不是很好。

风机盘管系统设计步骤：
确定控制区域；
计算出峰值冷负荷及热负荷；
选择风机盘管末端设备：
-选择末端设备产品的型式
-选择末端设备尺寸
选择末端设备的控制类型；
布置冷冻水管路；
布置冷凝水管路；
选择冷水机组；
选择辅助设备。

末端设备选择的一般原则：
空气处理机组：
空气处理机组又称柜式风机盘管机组、柜式空调机组、变风量空调机组(加装控制箱)、新风机组(新风工况)、风柜、空气调节箱等，是由低噪音风机、表冷器、框架、面板及空气过滤器等部件组成。

空气处理机组的功能是对空气进行降温除湿，冷却干燥，加热加湿，净化过滤等处理，并把处理后的新鲜空气通过风管等送到空调区域。

以下的部分是对于这种系统的简单介绍，包括基本的空调箱形式，确定构成空调箱的组成部分，理解盘管的布置位置，确定使用的风机类型。

我们将集中讨论空气处理机组—这些末端设备大多应用于商场、宾馆、演剧院、医院、大型厂房及高层楼宇等需要空调的场所。

重点应该掌握以下几点：空气处理机组主要结构型式；
空气处理机组的基本组成部分；
确定使用的风机类型；
空气处理机组销售需了解的信息；
如何正确选择空气处理机组。

空气处理机组主要结构型式：
空气处理机组的基本组成部分：
按种类的不同,风机可以分成：
轴流风机：相同的叶轮直径,相同的转速，轴流风机比离心风机的风量大，风压小，风机效率低。

一般应用于无送风距离要求的场合。

离心风机：相同的叶轮直径,离心风机的压力高，风机效率高。

所以，空调箱用的基本上全是离心风机！
综合看，相同叶轮直径的风机：
风机的相似理论：
风机的流量，运行压力，轴功率这三个基本参数与转速间的运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化，在工程中一般根据风机的运行曲线，进行大致的参数运算，称之为风机相似理论：Q/Qo=n/no
H/Ho=(n/n0o)2(ρ/ρo)
P/P0=(n/no)3(ρ/ρo)
式中：Q—风机流量；
H—风机全压；
n—转速；
ρ—介质密度；
P—轴功率。

风量Q与电机转速n成正比，Q∝n；风压H与电机转速n的平方成正比，H∝n2；轴功率P与电机转速n的
立方成正比，P∝n3。

电动机容量的计算：
式中：P—风机电动机所需的输出轴功率(kW)；Q—风机风量(m3/s)；
H—风机风压(kg/m2)；
ηr—传动装置的效率，直接传动为1.0，皮带传动为0.9~0.98，齿轮传动为0.96~0.98；
ηF—风机的效率；
102—由kg·m/s变换为kW的单位变换系数。

空气处理机组销售需了解的信息：
如何正确选择空气处理机组：
空气处理机组选择的一般原则：
1-确定最大的迎风面速度：
--制造商：2.5m/s；--设计者：2.0~2.5m/s；--控制风速是为了防止将冷凝水带入风管。

2–根据负荷确定需要的风量CFM
3–计算所需的迎风面面积(风量CFM/最大速度)
4–选择机组的迎风面积大于所需值
5–确定冷冻水进口温度
6–根据负荷计算确定盘管进风与出风的状态（干,湿球温度）
7–确定水侧压降的限度等
8–根据总的盘管显热负荷选择盘管
9–检测盘管的容量=>总的盘管负荷
10-从可选范围内选择价格最低的设备
组合式空气处理机组（空调箱）：
是一种以水为冷媒，以水或蒸汽为热媒，以功能段为组合单元的中央空调设备，能完成空气的混合、过滤、净化、杀菌、输送、冷却、加热、去湿、加湿、消声等功能。

组合式空调机组广泛应用于电子仪表、精密机械制造、纺织、化纤、卷烟、制药、医疗、食品、化妆品、火电站、核电站、轻化工、宾馆、展览馆、
办公楼、仓库、商场、娱乐场所、洁净室、医院、实验室、学校、图书馆、会议室、食堂、餐厅、计算机房等行业和场所。

以下的部分是对于这种系统的简单介绍，包括基本的组合式空气处理机组分类，组合式机组各种功能段的作用，理解盘管的布置位置，确定使用的风机类型。

我们将集中讨论组合式空气处理设备—这是末端设备中市场份额最大的一种产品，广泛应用于宾馆、写字楼、酒店等的空调设计项目中。

重点应该掌握以下几点：组合式空调机组主要类型；组合式空调机组的功能段组合；组合式空调机组销售需了解的信息；理解盘管的布置位置；如何正确选择组合式空气处理机组类型。

组合式空气处理机组种类：
括：
头，高温时自动断电；—与风机连动。

用指定品牌电机或提高电机绝缘等级，
机组基本构造：
组合式空调机组需了解的信息：
盘管的布置位置：
冷却盘管是使用冷冻水(称为冷冻水冷却盘管)或蒸发液体制冷(“直接膨胀”也称为“干式膨胀”或“DX”冷却盘管)的。

排数、肋片间距、肋片设计、肋片材料、回路数、DX盘管是否是分体式等都是可以选择的。

盘管的排数从2到12排，舒适性空调多数情况下使用4、6、8排。

肋片通过机械方式连接在盘管表面上，增加表面的有效传热。

一般间距为每寸管道有8-14片。

通常使用的肋片有两种基本类型。

最早的是螺旋型的肋片，最近的是使用平肋片，盘管管子被嵌入薄片中，嵌入以后，每根管子都会被膨胀，以达到与肋片的紧密的机械连接。

冷却盘管的管子和肋片的材料一般均是铝和铜。

商用舒适性空调使用铜管、铝肋片。

.铜肋片价格较贵，使用有限，但是当盘管暴露在硫化氢、二氧化硫或高浓度的二氧化碳中时，需使用铜肋片。

当用水喷林盘管时，,最好使用铜肋片，尽管铜管、铝肋片在无腐蚀时应用很成功，但在有高度腐蚀气体（例如在工艺过程中遇到的气体）的情况下，还要在铜管上涂上防腐层。

这些情况我们都应当单独进行考虑。

冷却盘管和加热盘管布置在空调箱的盘管段。

盘管段中加热盘管相对于冷却盘管的位置，取决于HVAC系统中加热盘管的使用情况。

加热盘管可以和冷却盘管一起放置在盘管段或它可单独安装在加热段.
预热盘管：北方气候下,当有大量的室外冷空气被吸入盘管时,冷却盘管就有被结冻的可能性。

为了保护冷却盘管，在冷却盘管的上游布置一个加热盘管，称为预热盘管。

预热盘管可在空气流经空气处理器时把它加热到冻结温度之上。

另一种方法是在新风段布置一个预热盘管。

还有一种方法是在空调箱中布置有两个预热盘管。

一个是布置在新风管道上，加热空气到冻结温度之上。

另一个布置在盘管段来加热新回风，以达到合适的送风温度。

再热盘管：当加热盘管布置在冷却盘管的下游时叫做再热盘管，并有两种功能：冷却盘管为了控制湿度就有可能将空气过冷，为了防止空调区过冷，再热盘管则加热送风。

在冬季需要加热时盘管可作为热源为空调区提供热量。

流体媒质：冷却时，流体是冷冻水。

加热时，流体是热水或蒸汽，在一些情况下根本没有流体，而是用电加热器。

盘管安装：
控制部分：
通常，空调箱由生产厂商提供，而控制系统由控制承包商现场安装。

现在，由于DDC系统的普及，控制系统越来越趋向于由空调箱生产商提供，并在厂内安装。

这种控制常被称为“产品一体化控制”(PIC)。

除了必须现场安装的传感器（如室内空调箱的室外空气传感器）外，所有的传感器和执行元件由生产厂家在厂内安装。

可以有两种方式安装包括处理器和输入、输出模块的DDC控制板：
1-由工厂来安装：这种方法是把控制板安装在空调箱的外面，所有的传感器和执行机构的接线由工厂完成。

这种方法减少了安装费用，但把设备放置于工作区域时却带了一些问题，控制板会受到其它设备的阻挡，出现太接近墙、其它设备和柱子等问题。

2-现场安装：在这种方法中，除了那些需要现场安装的传感器外（如室外空气传感器），所有的传感器和执行器由厂商来安装。

控制板将被单独运到空调箱的安装现场进行安装，或是安装在毗邻的墙面上。

这个方法使使用者可以灵活地确定控制板的位置，特别适用于空间较为紧凑的机房。

空气处理机组选择的一般原则：
选择空调箱的第一个步是确定设备的基本尺寸。

所需的空气量是由负荷计算得到的。

根据生产厂商和设计者的最大限制条件确定通过盘管的平均风速后，就可以选择最小和最便宜的空调箱了。

风速高时，从空气中冷凝出来的水就有可能被带入后面的风管中。

因此，厂商和设计者之间必须就最大风速达成一致。

大部分的生产厂家在设计和检测空调箱时所采用的最大面风速为 2.5m/s。

工程师经常使用的面速度在2.0~2.5m/s之间。

这样，将根据负荷计算出来的风量除以最大面风速，就可以确定最小的盘管迎风面积。

选用设备的断面积只要不小于该面积就可以了。

下一步，应该选择冷却盘管。

负荷计算为特定的盘管确定了需要的进出口条件。

盘管应该按比例吸收显热和潜热，使送风空气在吸收室内的热湿负荷后，能保证室内空气的状态达到要求。

在根据负荷计算确定的进出口条件下，可以选择满足总显热负荷的盘管。

盘管的性能参数确定以后，必须检查并确定盘管的性能是否满足或超过总的盘管负
荷，以保证盘管能够满足房间的潜热负荷的要求。

还有其它一些限制因素可能影响到盘管的选择。

对于冷冻水盘管，包括冷水的进水温度(通常为7C)、冷冻水的温升，还有最大的流量或压降。

通常，盘管的排数、.每英寸肋片数、回路数等参数可以组合成满足要求的多种结构形式，这时候，往往选择价格最低的一种。

整个过程可以简单归纳如下：
1-根据面风速确定设备尺寸
2-性能参数的限制
3-选择盘管的冷冻水进水温度
4-选择满足总显热负荷的盘管
5-满足或超过盘管总负荷
6-选择性价比高的设备
噪音问题：
１空调风机的机械噪声
一般说来,空调风机大部分采用双进风型式，风机的轴及轴上的叶轮等零件都较重,各生产厂家事先均经过较严格的平衡(静平衡和动平衡)试验后才投入使用。

但风机转速一般较高,经过一段时间的运转后,会
产生多种机械噪声。

(1)叶轮磨损不均匀或因风压导致零件的变形,使整个转子不平衡而产生的噪声。

(2)轴承在运行后由于磨损,与轴相互产生的噪声。

(3)由于安装不良或各零件联接松动而产生的噪声。

(4)叶轮高速旋转产生振动,导致机体某一部分共振而产生的噪声。

2 电机噪声
在空调的整个通风系统中,电机是其中一个重要组成部分,但一般风机的生产厂家采用的电机均由电机生产厂家提供,风机生产厂家一般不作电机内部处理,但电机的噪声种类繁多,简述如下：
(1)轴承本身精度不够而产生的轴承噪声;
(2)径向交变的电磁力激发的电磁噪声;
(3)换向器整流子碳刷摩擦导电环而产生的摩擦噪声;
(4)整流子的打击噪声;
(5)由于某些部件振动使自己的固有频率与激励频率产生共振,形成很强的窄带噪声;
(6)转子不平衡或电磁力轴向分量产生的轴向串动声;
(7)电机冷却风扇产生的空气动力噪声。

控制风机噪音：
1 机械噪声的控制：正常运行的空调机组中的风机系统,机械噪声相对于气体动力噪声和电机噪声来说,相对较小,在混合噪声中,机械噪声可以忽略不计。

2 电机噪声的控制：在设计制造或选用电机时要侧重考虑降低电机噪声;在使用电机时则要侧重考虑控制电机噪声。

(1)叶片声和笛声的控制，叶片不平衡或叶片与导风圈的间隙太小,只需校正或调整即可;若叶片与风道沟共振产生笛声,须改变叶片数,叶片最好采用质数片。

(2)适当减小风扇直径,合理选择风扇尺寸参数,可降低风扇涡流噪声。

(3)电磁噪声在低频段与电机刚度有关,高频段与槽配合有关。

若出现电网频率的低频电磁声,说明电机定子有偏心、气隙不均匀,应返修改进;若负载出现两倍滑差频率的噪声,说明转子有缺陷,应更新或返修。

(4)采用消声隔声措施，以消声为主的常用于小型电机,以隔声为主的常用于大型电机。

一要注意电机的散热,二要注意消声罩的隔振与减振。

降低风路系统阻力，风路系统阻力的大小直接影响风机的风量,这一点在空调器的设计中易被人们所忽视,因为风机的风量非但与风机的特性曲线有关,而且还与风道的特性曲线有关,若风道阻力变大,风机的风压也增高,但风量却随之下降。

所以降低空调器风路各段阻力,对于提高风量,减少噪声是非常必要的。

其它降低噪声的方法：
①提高风扇及主轴的动平衡精度。

②在风管系统上覆上一层隔声材料。

③增加进风截面积,降低风速。

4在机组的进出风道上加装消声静压箱等等。

实际静压大于机组静压时的处理方法：
1.对于外转子风机，调整机组风机电机功率，根据风机相似理论，功率加大，转速变高，静压升高，达到实际使用要求。

2.对于皮带轮传动风机，在电流充许范围内，更换风机电机的皮带轮，改变主动轮、从动轮的转速比，以达到改变机组静压的目的。

3.检查机组风管系统上的风阀开启情况，调整进出口风阀的开启度，改变风管系统的特性曲线，以达到改
变机组静压的目的。