特殊工况条件下表冷器的热工计算分析

在选定表冷器后，迎风面积 Fy ，每排散热面 积 Fd 及通水断面积 f w 就确定了，通过式（1），（2） 可求得迎面风速Vy 和水流速ω
Vy
=
G Fy ×
ρ
…………………………（1）
了两个空气状态点
ts2 = t2 − (t1 − ts1 ) × (1 − E ' ) ……..（3）
（4）析湿系数 查 i-d 图，或者根据拟合公式，求得空气进出
Ks
=
⎡1
⎢ ⎢⎣
A
×
V
B y
×ξ C
+
D
1 ×ω
E
⎤ ⎥ ⎥⎦
−1
…（5）
（6）表冷器可达到的全热交换效率
E
' g
根据式（6），（7），（8）求得
β = K s × F ………………………（6） ξ ×G×cp
γ = ξ × G × c p ……………………….（7） W ×c
E
' g
=
1− 1−γ
[2] 孙格菲.翅片盘管(水冷)热工计算新方法.制冷学报， 1980 (2)
[3] 王晋生.任意工况下表冷器的热力计算法.暖通空调， 1997（9）
特殊工况条件下表冷器的热工计算分析
张心刚∗ 蔡龙俊
( 同济大学 200092 )
【摘 要】 通过效率法的计算，得到表冷器迎面风速，水流量，入口空气状态，冷冻水温及盘管排数对表冷 器热工性能的影响。并以实际工程为例，进行实际的应用。
【关键词】 表冷器； 效率法
Thermodynamic Calculation and Analysis of Surface-type Air Coolers for Special Conditions Zhang Xingang Cai Longjun
ω
=
fw
W ×103
…………………………（2）
（2）表冷器可达到的通用热交换效率 E '
由于表冷器的通用热交换效率 E ' 只与迎面
风速，盘管排数有关，根据表冷器性能表可查得
E'。 （3）假定 t2 确定空气终状态
先假定 t2 ，根据式（3）得到 ts2 ，这样就得到
2 表冷器效率法计算
（1）表冷器迎面风速及水流量
根据室外空气状态，室内设计状态和焓湿图， 我们得到以下表格：
室外状态 室内状态 机器露点
干球温度 35.8 24 11.7
湿球温度 27.7 17 10.8
相对湿度 54.5％ 50％ 90％
根据室内余热余湿量及洁净要求，计算得总 送风量为 6000m3/h，新风量为 1600m3/h，空调器 的表冷器处理风量 4400m3/h。
图八
分析：从图七，八可以看出，当盘管排数增 加时，表冷器的制冷量和除湿量明显增加，出口水 温，出口风温明显下降。这说明增加盘管排数可以 使表冷器换热变得充分，当水温较高不能满足设计 除湿要求时，可考虑增加盘管排数。
4、工程实例
由于手术室空调设计的特殊性，如简单的使用 样本以风量或冷量来选择空调箱的表冷器将造成 很大的偏差。因此在湖南长沙湘雅医院的手术室计 算中，我们利用效率计算法进行了计算选择表冷 器。这里以一个千级手术室为例。
运行上是否节能有待探讨。
3.3 水温对表冷器热工性能的影响 图五，六为定风量（7000m3/h）定水量（1kg/s）
时，表冷器热工性能随进水温度变化曲线：
25
20
15 10
5
0 345678 水温（℃）
全热量（kw） 显热量（kw） 除湿量（g/kg）
12 11.5
11 10.5
10 9.5
9 8.5
1 引言
近年来，随着全球对空调节能问题研究的深 入，大量的技术得到了发展。冰蓄冷，大温差送风 等技术被广泛应用于实际工程，变冷冻水供水温度 等优化运行方式也正在被越来越多的人所接受。在 这些特殊工况和运行方式中，表冷器的热工性能都 会发生变化。但是，由于表冷器的计算较为复杂， 工程任务紧迫等原因，表冷器的计算在工程设计中 常常被忽视，只以样本上特定工况下的冷量，风量 来选设备，这样就有可能造成偏差。因此，本文将 用被普遍接受的效率法进行计算，分析在各种特殊 工况下风量，水量，进水温度，盘管排数等因素对 表冷器热工性能的影响。
现在，我们就初选 6 排 JW 型表冷器进行校 合计算：G=4400m3/h，W=1.2kg/s→V=1.295m/s, w=0.295m/s
根据风速和 6 排 JW 型表冷器→E=0.95 假 设 一 个 t2=11.5 ℃ 和 E → ts2=11.17 ℃ → n=1.22，Ks=39.4→Eg=0.734→t2’=11.51℃ |t2-t2’|=0.01℃在误差允许范围内，所以 t2=11.5℃ 此据得知表冷器满足设计要求，空气全热处 理量为 22.56kw，显热处理量为 18.3kw。根据此计 算结果选择表冷器，进行安装调试，其测试温度满 足设计要求。
20 17.5
15 12.5
10 7.5
5 2.5
0 5000 6000 7000 8000 9000 10000 风量（m3/h）
图一
全热量（kw） 显热量（kw） 除湿量（g/kg）
12 11.5
11 10.5
10 9.5
9 8.5
5000 6000 7000 8000 9000 10000 风量（m3/h）
(Tongji University 200092) 【Abstract】 The paper analyses the heat exchange capabilities of surface liquid cooler by efficiency method at different air velocity, water flow rate, conditions of inlet air, temperature of cooling water and quantity of coils. It takes practical project as a sample , which is applied in practice. 【Key words】 surface liquid cooler; efficiency method
得制冷量，除湿量。
Q = G × (i1 − i2 ) …………………..（9）
D = G × (d1 − d 2 ) ………………..（10）
3 各因素影响的分析
3.1 风量，风速对表冷器热工性能的影响 图一，二为给定水量（1.3kg/s）进水温度（7
℃）时，表冷器热工性能随风量变化曲线：
25 22.5
出水温度（℃） 出风干球温度（℃） 出风湿球温度（℃）
图二
分析：从图（1），（2）中可以看到，当处理风 量变大时，表冷器的制冷量变大，而除湿能力下降， 出水温度，出风温度上升。因为风量变大后，表冷 器总的处理量增加，而迎面风速变大，空气与表冷 器接触时间变短，处理不充分，所以制冷量上升而 除湿量下降。因此，通过提高风量来增加制冷量会 使表冷器的换热不充分，出水温度变高，从能量输 送的角度来看，不是节能的方式。在除湿要求高的 场合会达不到设计要求。 3.2 水量对表冷器热工性能的影响
(2) 当表冷器无法满足设计要求的制冷量和除 湿能力时，可考虑增加水流量，或向厂家定制盘管 排数较大的表冷器。
(3) 当采用冰蓄冷低温水系统时，对增加盘管 的制冷量，除湿量是有益处的，设计时应重新计算 表冷器热工性能，以免选型过大。
参考文献
[1] 清华大学空气调节(第二版)，北京：中国建筑工业出 版社，1985
8 3
图五
45678 水温（℃）
出水温度（℃） 出风干球温度（℃） 出风湿球温度（℃）
图六
分析：从图五，六可以看到，当水温升高后， 制冷量和除湿能力都大大降低，出水温度和出风温 度升高。这一现象与我们所认为的低温系统有利于 除湿，在相同制冷量下，低温系统的水量要求较小，
可选择较小的水泵，较为节能。 3.4 盘管排数对表冷器热工性能的影响
e − β ×(1−γ ) × e −β (1−γ
)
………………..（8）
（7）比较表冷器可达到的全热交换效率
E
' g
和要求
的全热交换效率 Eg
当
E
' g
−
Eg
≤ δ （δ为一小量，可取 0.01）
时，证明假设的 t2 合适。否则，调整 t2 。
（8）制冷量，除湿量及水终温
当 t2 确定后就可以式（9），（10），（11），求
5 总结
表冷器的热工性能受到风量，水量，进水温度， 盘管排数等因素的影响，但是其影响程度各不相 同。在特殊工况设计中，建议进行详细的计算，避 免设计的偏差。
根据计算本文对特殊工况表冷器选择，提出以 下建议以供参考：
(1) 在进行大风量空调设计时，应注意表冷器 除湿能力是否达到设计要求，因为当风量较大时， 满足了制冷量要求未必能满足除湿要求。
图三，四为给定风量（7000m3/h）进水温度 （7℃）时，表冷器热工性能随水量变化曲线：
22.5 20
17.5 15
12.5 10 7.5 5 2.5 0 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 水流量（kg/s）
全热量（kw） 显热量（kw） 除湿量（g/kg）
图三
12 11.5
11 10.5
口焓值。再由式（4）求析湿系数ξ
ξ = i1 − i2 …………………..（4） c p × (t1 − t2 )
∗ 张心刚，男， １９８１年８月出生， 同济大学机械工程学院在读硕士研究生
（5）传热系数
由式（5）求得传热系数 K s ，值得注意的是，
式（5）为实验测得的经验公式不是唯一的，其中
的系数 A，B，C，D，E 可以在表冷器参数上查得。
10 9.5
9 8.5
8 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 水流量（kg/s）
出水温度（℃） 出风干球温度（℃） 出风湿球温度（℃）
图四
分析：从图三，四可以看到，当水量增大时，
表冷器制冷量增加，除湿能力也增强，出风温度，
出水温度下降。增大水量后，表冷器各方面的能力
都有所增强，但是增加水量后，水泵的负担也增大，
图 七 ， 八 为 定 风 量 （ 7000m3/h ）， 定 水 量 （1.8kg/s），进水温度为（7℃）时，表冷器热工性 能随盘管排数变化曲线：
25
20
15
10
5
0
4
6
8
盘管排数
全热量（kw） 显热量（kw） 除湿量（g/kg）
图七
12
11.5
11
10.5
10
9.5
9
8.5
8
4
6
8
ห้องสมุดไป่ตู้
盘管排数
出水温度（℃） 出风干球温度（℃） 出风湿球温度（℃）