干盘管和主动式冷梁系统的探讨及应用

干盘管和主动式冷梁系统的探讨及应用
苏州工业园区设计研究院有限责任公司 张勇
摘要 介绍了干工况风机盘管系统的工作原理，举例计算了干工况风机盘管系统的空气处理过程，分析了干工况风机盘管系统的控制过程，并介绍了干工况风机盘管的一种先进的应用形式―主动式冷梁。

关键词 干工况风机盘管 露点温度 主动式冷梁
1.干工况盘管系统的产生及早期应用
“干工况风机盘管”（以下简称干盘管）一般是指风机盘管表冷器表面的温度高于所处理空气的露点温度，在盘管表面无冷凝水析出，是一个干工况过程。

干盘管只承担室内显热负荷，不承担潜热和湿负荷，故在早期的一些电子厂房和药厂的净化系统中，由于其显热负荷很大，湿负荷很小或几乎没有，引入了干盘管系统，既节省了空调机房又避免了冷凝水问题。

2.干盘管系统的特点
（1） 风机盘管运行时无冷凝水，不会形成细菌滋生及冷凝水的二次污染，提高了卫生效果。

（2）干盘管系统节能效果明显。

由于提高了供水温度，相应提高了冷水机组的性能系数（COP 值）。

约克公司的测试数据表明：当冷却水出口温度保持恒定时，水冷螺杆式机组出水温度每降低1℃，制冷量将下降5%，而COP值将下降3%左右。

另外，在电子厂和药厂的洁净系统中，送风量是很大的，同使用空气处理机组（AHU）比较，使用风机盘管系统的耗电量会明显减小。

由于干盘管的以上两个特点，目前的空调系统设计中，在湿负荷较小的场所（如一些高档办公楼和宾馆等）已经开始逐步采用干盘管系统。

3.干盘管系统的空气处理过程
干盘管系统的空气处理过程分为干式风机盘管的空气处理过程和新风的处理过程。

下面以苏州地区某工程中的办公室空调系统为例，房间面积为100m2，人数为10人，新风量为300m3/h，房间要求：t n=25℃，φn=60%，房间内显热负荷为5kW，除了人员外，房间内无其它湿负荷，冷冻机的供/回水温度为12/20℃，n为室内点，W为室外点，O为干盘管送风点，K为新风送风点。

见图一。

（苏州地区室外空气计算干球温度为t w=34.1℃，湿球温度t ws=28.2℃，焓i w=90.54kJ/kg，含湿量d w=21.89g/kg，空气密度ρ=1.2kg/m3。

）
根据已知条件，查焓湿图，得到室内焓
i n =55.54kJ/kg ，含湿量d n =11.90g/kg ，露点温度t l =16.54℃；根据成年男子在办公室的每人散湿量为102g/h ，得到室内余湿量为1020g/h 。

3.1新风处理过程的计算
图一中w →k 点为新风的处理过程，根据新风需要承担的湿负荷计算公式：
W=L w x(d o ‐d k ) 得到：
d k =d o ‐W/L w =11.90‐1020/(1.2x300) =9.07 g/kg
k 点为d k =9.07与90%的交点，根据上述条件，
查焓湿图，得到：t k =14.2℃，i k =37.27 kJ/kg
新风负荷为：
Q w =L w x(i w ‐i k )=1.2x300x(90.54‐37.27)/3600 =5.33 kW k →n 点为新风的室内送风过程，可以分解为一
个等湿过程k →o’和一个等温过程o’→n ，在消除
室内余湿的同时，其所承担的室内显热负荷为：
Q=L w x(i o’‐i k )=1.2x300x(48.34‐37.27)/3600=1.11 kW 3.2干盘管空气处理过程的计算
图一中n →o 点为干盘管的空气处理过程，室内回风点为n ，干盘管送风点t o =22℃，由焓湿图，得到i o =52.454kJ/kg ，d o =d n =11.90g/kg ，则干盘管的处理风量为：
L o =Q/(i n ‐i o )=(5000‐1110)/[1000x(55.54‐52.45)] =1.259 kg/s ≈3777 m 3/h
o →n 为干盘管的室内送风过程，由于没有湿交换，这是一个等湿过程。

4. 干盘管系统的控制
根据干盘管运行的原理可知，要使风机盘管表冷器表面的温度高于该处空气的露点温度，可以通过调节进入风机盘管的冷冻水水温、水量的方式来改变该点的温度。

4.1
水温调节 通过调节进入风机盘管的冷冻水温，使其高
于室内空气的露点温度，从而保证风机盘管在干工况下运行。

而冷冻水须同时处理新风系统，故在风机盘管侧增加混水装置及温度控制系统，其原理见图二。

如图示，新风机组（MAU ）和干式风机盘管组（FCU ）为并联水系统，通过电动三通阀V1和二次泵P1的作用，使来自制冷机的冷冻水供水和来自风机盘管的回水混合，通过温度传感器TS 调节V1，从而调节冷冻水供水和风机盘管回水的比例，使风机盘管的供水温度达到TS 的设定值（在本例中其设定值为18℃）。

P1为变频水泵，通过采集最末端风机盘管供回水侧的压差值△P 来调节转速。

4.2预运转过程控制
首先要确保进入干盘管的水温，使其等于或高于被处理空气的露点温度，这是必要条件。

由
于MAU 所处理新风量很少，且温差较大，
（△t=20‐12=8℃），因而通过MAU 的水量较少，用这样少的水量与冷冻水出口12℃的水相混合得到18℃有一定的困难。

这就需要整个过程有一个预运转过程。

所谓预运转过程，即在不开冷冻机的情况下，启动二次泵P1和风机盘管系统，首先将空气的热量传导给循环水，提高水的温度，使其达到设定值（在本例中其设定值为22℃），当达到该设定温度时，通过温度传感器TS1启动冷冻机，此时控制装置投入工作，通过流量的调节，使干盘管的入口水温等于18℃，确保风机盘管干工况运行。

5.主动式冷梁
冷梁（Chilled Beams）是一种干盘管，可与
照明灯具、扬声器等结合成一体，其主体是一个
翅片式冷水盘管，可让空气穿越翅片以达到冷却 效果，左右有铝壳支撑，看起来就像是横梁一样。

所谓主动式冷梁（Active Chilled Beams），即其动力为所供给的外部强制送风，在冷梁内部形成空气诱导过程，此设备在欧洲应用较为普遍，其工作原理见图三。

经处理后带有余压的新风送入活动式冷梁，形成的高速气流与冷梁处理后的回风形成诱导气流，混合后送入室内。

在图四中的处理过程为： 新风W点处理到k点，室内回风从n点处理到o点，两者混合后与热湿比线（ε）相交得到c点，c点即为室内送风状态点。

与传统的干式风机盘管比较，主动式冷梁具有以下优点：
（1） 更美观；
（2） 无电机，节省能源；
（3） 无活动及损耗部件，故其运行寿命
更长；
（4） 具有更高的冷处理能力。

主动式冷梁系统在配伟奥精密金属部件(苏州)有限公司办公楼的空调系统中已经设计并投入使用，达到了预期效果。

6. 干盘管系统中的注意事项
（1）干盘管系统中的湿负荷由新风承担，故在一些余湿量大或湿负荷不稳定的场所不建议采用。

（2）干盘管系统中的风机盘管的供水温度大于室内的露点温度，而为了考虑其安全性，一般比室内露点温度高 1.0~1.5℃左右，故选择风机盘管时，其冷处理能力需要重新计算。

以1000m3/h 的风机盘管为例，在标准工况下（冷冻水供/回水温度为7/12℃，处理空气初状态的干/湿球温度为（27/19.5℃）的冷处理能力为5.5kW，而在本例的干工况系统中（冷冻水供/回水温度为18/20℃，处理空气初状态的干/湿球温度为25/19.4℃，），其所能提供的冷处理能力仅为1.03kW。

若采用主动式冷梁，根据厂方提供的数据，通常诱导比在1：3左右，因此能得到3000m3/h左右的回风量，故其能提供的冷处理能力在3kW左右。

7. 结束语
空调系统的设计是一项集舒适、节能、经济、环保等各方面的综合设计，干盘管系统提供了一个节能、环保的思路，如果把干盘管系统与诱导及置换通风有效地结合起来，将减小循环风量，大大提高其舒适性。

在实际的空调系统设计中，究竟该选择何种空气处理方式，还需要针对具体情况综合分析比较后得出。

参考文献
[1] 《空气调节》 清华大学等校编 中国建筑工业出版社 1981
[2] 《实用供热空调设计手册》第二版 陆耀庆主编 中国建筑工业出版社 2008
[3] 《空气调节手册》井上宇市 中国建筑工业出版社 2008
[4] 《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力》 中国计划出版社 2003
[5] 《Active Chiller Beams》 TROX TECHNIK。