23

02-2013

房间空调器循环空气的焓差值对房间空气的舒适水平有重要影响

  • admin
  • 2013-02-23
  • 浏览:加载中..
  • 更多

房间空调器循环空气的焓差值对房间空气的舒适水平有重要影响,本文从房间空气舒适性要求等几个角度对空调器焓差值的取值范围进行了探讨,提出焓差值的极限范围是6.76~23.82kJ/kg,并将该范围划分成3个区域,讨论了相应的3种类型空调器的特点,指出房间空调器的焓差值一般应在12.06~23.82kJ/kg的范围内.
1  引言
    房间空调器循环空气的焓差值是进风与出风状态的焓值之差,其量值等于单位循环风量的制冷量,有时该指标以其倒数的形式出现,即单位制冷量的循环风量。在以往较长的时间里,有关的技术标准曾经对≥7000W的单元式空调机单位制冷量的空气循环范围有过明确的规定,例如ZB J73026-89《单元式空气调节机型式和基本参数》要求,单位制冷量的循环风量应在0.13~0.22m3/(h·W)的范围内,这是对舒适型空调设备的循环风量确定规定的取值范围。ZB J73026-89目前已经被新的标准所取代,此外,在1997年之后,额定制冷量为>7000~14000W的单元空调机部分纳入了房间空调器标准的管理范围,有关单元空调机和房间空调器的现行标准都在条文里取消了对单位制冷量的循环风量或单位循环风量的制冷量范围的规定。目前,在家用除湿机房间空调器设计过程中,循环风量是作为一个重要的基本参数,但是又没有受到相关标准、规范明确制约。本文就合理确定房间空调器焓差值,从房间空气环境的舒适性要求、空调器运行稳定性要求以及技术经济性等方面进行了探讨。
2  房间空调器的湿度调节
    按GB/T 7725-1996《房间空气调节器》的定义,房间空调器是采用空冷式冷凝器、全封闭电动机-压缩机、制冷量在14000W以下,以创造舒适环境为目的的家用和类似用途的空调装置。
    GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》对室内空气质量的考核指标有4个类型19项内容,其中物理性能指标为温度、湿度、气流速度和新风量等4项。由于房间空调器相对与其它类型的空调设备而言,具有结构紧凑、价格低廉的特点,其基本的功能是通过对室内温度的调节实现对室内空气质量的控制,至于湿度、气流速度以及新风量的调节功能往往属于附加的功能。GB/T 7725对其功能的基本要求是,在正常使用条件下,当空调器的设定温度为18~30℃中某调节值,其控制温度可在调节值的±2℃范围内自动调节。所以,房间空调器只能调节房间的热舒适度,由于空气在冷却过程中往往出现析出水份的现象,而房间空调器的应用场合多数是湿、热负荷并存,不仅房间中一些物体会释放水份,而且,人体在向环境释放热量的同时也在释放水份,所以,人体对环境的热舒适程度的感受不仅取决于周围的空气温度,空气的相对湿度也有重要的影响,在相同的环境温度下,较低的相对湿度可以使人感觉更为凉快。因此,为维持房间环境对人体的良好舒适感,一定的附湿能力是房间空调器应该具备的重要功能。通常房间空调器在设计时,就有目的地使得在某些运行条件下,空气在冷却过程中除去部分水份,这是简单而有效地同时处理湿、热负荷的措施。
    对环境湿度的控制方式,房间空调器不同于具备专项湿度控制功能的空调设备,在房间空调器除湿器中除湿作为空气冷却过程的附带过程,除湿过程的开始和结束条件以及除湿量,均由进风与出风的焓差值决定,房间空调器一般是不能够单独对房间的空气湿度进行调节的,除非是增加了一些专项的功能,所以,确定了焓差就确定了除湿性能。
空调设备彻底解决湿度控制问题,
有十分成熟的技术方案,而对于外形尺寸以及生产成本都受到严格制约的房间空调器而言,效果并不是最重要的问题,简单而又低成本的方案才是优先考虑的选择。房间空调器常用的独立除湿功能,往往就是焓差较大的制冷运行过程,仍然无法避免降低房间的温度,只能够利用一些经过优化的运行模式,尽量使房间内温度变化较小的情况下取得较显著的除湿效果,有时甚至在制冷运行无法进行的较低室内环境温度条件下,用解除温度限制的方法使得这种特殊的制冷运行能够继续。有些高性能的房间空调器的除温过程可以取得近似恒温恒湿机组的效果,这需要对制冷系统以及控制系统进行相应的变化,因此涉及的制造成本以及产品复杂性与现有的常规产品有较大的差异。
3  焓差值约束条件
3.1 相对湿度的范围
    由于房间空调器的特点,房间空调器标准对房间湿度范围并无具体规定,从房间空调器设计的角度,有必要了解舒适型空调环境条件对湿度范围的要求,有关的标准归纳如下:
    ①GBJ 1987《采暖通风与空气调节设计规范》(2001年版)规定,夏季舒适性空气调节室内计算参数,相对湿度范围:40~65%。
    ②GB 50189-1993《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》规定各种等级客房的相对湿度计算参数为,一级:≤55%,二级:≤60%,三级:≤65%。
    ③GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》规定,夏季空调环境,相对湿度范围:40~80%。考虑到房间空调器除湿方式的特点,规定房间相对湿度计算参数范围的意义在于,确定空调器运行过程中进入除湿状态和退出除湿状态的条件,而并非空调器能够把房间的相对湿度控制在某一范围。若规定65%为相对湿度的上限,就意味房间的相对湿度高于65%时,空调器应进入除湿状态,具备除湿能力,而且相对湿度越大,空调器的除湿能力就越强。同理,若规定30%为相对湿度的下限,就意味当房间的相对湿度低于30%时,空调器应退出除湿状态,除温能力为零。只有相对湿度高于此下限值,空调器才能除湿,而且除湿能力随相对湿度增大而增强,如果取得相对稳定的40%的房间相对湿度,那么以相对湿度30%作为进入除湿状态的临界点就是必然的结果。显然,假如把80%的相对湿度确定为相对湿度计算参数的上限,以此作为进入除湿状态的临界点,在临界点状态,空调器的除湿能力几乎为零,那么,房间的实际相对湿度必然远高于80%。因此,本文中房间空调器的相对湿度计算参数范围是:30~65%。
3.2 最小运行制冷运行
    GB/T 7725-1996《房间空气调节器》规定,空调器应通过最小运行制冷运行试验。试验方法是,将空调器的温度控制器、风扇速度、风门和导向格栅调到最易结冰霜的状态,按最小运行制冷工况,使空调器启动运行至工况稳定后再运行4小时。空调器在10min的起动期间后4小时运行中安全装置不应跳开,蒸发器室内侧的迎风表面凝结的冰箱面积不应大于萧发器迎风面积的50%。
    最小制冷运行的情况与焓差密切相关,蒸发器是否结霜主要取决于运行过程中,出风状态是否处于易结霜的状态,由于蒸发器换热表面结构以及气流中温度差的存在等因素,在平均出风干球温度仍高于0℃,就开始出现结霜情况。避免蒸发器结霜的基本方法就是使平均出风露点温度高于0℃。
3.3 技术与经济因素
    在压缩机、换热器配置确定的情况下,焓差值增大,蒸发器空气循环量因而增大,无疑将导致空气侧平均温度提高,从而提高蒸发压力与蒸发温度,制冷量因而增大,同时整机的能效比将相应提高,除湿能力就降低。同时,由于循环风量增大将导致出现风机叶轮直径加大,运行噪声增强、空调器外形尺寸增大、生产成本提高等等问题。极端情况是导致空调器在房间湿度较高的情况下仍然不能有效除湿,房间的舒适性大降低。
反之,焓差值减小,蒸发器空气循环量因而减小,将导致空气侧平均温度降低,从而降低蒸压力与蒸发温度,制冷量因而减小,同时整机的能效比将相应降低,除湿能力就将有所提高。同时,由于循环风量减小将得到风机叶轮直径减小,运行噪声减弱、空调器外形尺寸减小、生产成本降低有利的变化。但是,过小的焓差可能造成能效比过低的情况,影响产品的竞争力,甚至不能满足有关市场准入的要求。极端情况是导致空调器无法通过额定制冷运行、最小运行制冷测试,设计方案因此被否决。
3.4 临界焓差值
3.4.1 为简化分析计算过程,结合空调器运行的特点,在分析过程中作如下约定:
    ①由于换热表面温度以及气流的分布状态都不均匀,即使蒸发器表面已经析出水份,但是,空调器出风的相对湿度通常为80~95%。因此,在出风相对湿度通常为80~95%时,蒸发器表面可能析出水份,也可能未析出水份。在本文把≤80%作为不析出水份的临界状态,而把≥95%作为析出水份的临界状态。
    ②许多空调器的循环风量是可调的,调节范围各不相同,本文约定,风机低速运行时的循环风量为风机高速运行时的80%。
    ③空调器在不同的运行条件下,制冷量是变化的,无论进风状态的温度、湿度,还是风机的循环风量都对空调器实际运行的制冷量产生影响。考虑到由于这些因素对制冷量的实际影响通常在10%以内,为此约定,在本文讨论的各种运行条件下,制冷量保持不变。
3.4.2 临界焓差值计算
    ①在额定制冷运行时,即进风状态为27℃DB/19℃WB,蒸发器换热表面可能不析出水份,出风相对湿度≤95%,焓差值为12.03kJ/kg。
    ②在室内处于干燥状态时,即进风状态为27℃DB/30%RH,蒸发器换热表面可能不析出水份,出风相对湿度≤95%,焓差值为 18.80kJ/kg。
    ③在室内处于潮湿状态时,即进风状态为27℃DB/65%RH,蒸发器换热表面可能不析出水份,出风相对湿度≤95%,焓差值为6.76kJ/kg。
    ④在最小制冷运行时,即进风状态为21℃DB/15℃WB,蒸发器换热表面不结霜,出风相对湿度≤80%,焓差值为29.77kJ/kg。由于最小制冷运行时,风机的运转速度调到最低,所以,对应的额定制冷运行时,焓差值为23.82kJ/kg。
4  焓差值范围
    根据以上的分析,本文以相应的临界点作为依据,把房间空调器在额定制冷运行条件下允许的焓差值范围划分为以下类型:
    ①节能型 6.76~12.03kJ/kg;
    ②舒适型 12.03~18.80kJ/kg;
    ③紧凑型 18.80~23.82kJ/kg。
    ZB J73026-89要求空调装置单位制冷量的循环风量应在0.13~0.22m3/(h·W),按空气密度1.18kg/m3换算为对应的焓差值为13.89~23.50kJ/kg,基本上与上述舒适型和紧凑型空调器的焓差值覆盖的区域重叠。
4.1 节能型空调特点
节能型房间空调器的焓差值较小,在额定制冷运行条件下,蒸发器翅片表面将不析出凝结水,这就是空调专业所谓显然比为100%的情况,在这种运行状态下,由于蒸发器翅片表面没有通常存在的凝结水膜所形在的热阻以及风阻,空气侧的换热能力大幅度提高,实测制冷量和能效比指标因而明显优于在翅片表面析出水份的条件下运行时的指标。由于房间空调器的主要技术指标,如制冷量、能效比等等是在额定制冷运行条件测试的,若以这些指标作为衡量空调器运行效率的依据,节能型空调器显著优于舒适性和紧凑型空调器。
    以减小焓差值来取得节能效果的方法,存在一些问题:
    ①若除了循环风量之外,空调器的制冷系统配置相同,也许在额定制冷运行条件下,节能型空调器指标较优,但是,若进风的相对湿度增大导致翅片析出凝结水之后,其节能优势将逐渐丧失。
    ②在环境湿度较大时,空调器的除湿能力较弱。例如,焓差值为6.76kJ/kg的空调器,在进风状态为27℃DB/65%RH,蒸发器换热表面可能仍不析出水份,直到进风的相对湿度增大到80%,出风中所含的水份才比进风中所含水的减少约6%,在使用这种空调器的房间中,即使不感觉到潮湿,至少也无法体验到通常在空调房间中应该感受到的干爽。如果焓差更小的话,空调器的舒适性作用可能会荡然无存。
    ③这类空调器通常外形尺寸较大,而且价格较高,风机噪声也较强烈。
    不能因为存在上述问题就简单地否定以小焓差方式运行的节能型空调器存在的意义。在气候干燥的地区,室内的物体以及人体释放的水份有时还不足以使得室内空气的相对湿度达到感觉潮湿的程度,空调器仅具备除去显热负荷就足以满足舒适性要求,节能型空调器就可以充分发挥其处理显热负荷高效率的优点。其实,大风量、小焓差的运行特征,是许多工艺性空调设备的共性,典型的例子就是一些电子设备机房专用空调机,只有显热负荷而几乎没有湿负荷是通常电子计算机房、电信交换机机房的负荷特性,大风量、小焓差的运转方式不仅可以取得显著的节能效果,同时也有利于稳定空调房间的温度。
    至于仅仅是为了取得较优的能效比指标而采用小焓差运行方式,则有取巧之疑,除了在营销过程中使顾客产生错觉之外,实际上并无得益。较弱的除湿能力在客观上降侈了空调房间的舒适性,如果需要采取其它措施补救除湿能力的不足,所付出的能耗代价一般不会小于简单地增大焓差值的措施。换言之,在通常的应用场合,以小焓差方式运行的节能型空调器的实际节能效果并不显著。建议有关生产企业,如果专门为干燥气候地区开发的小焓差空调器,应以适当方式让顾客了解,以免产生误会而损害顾客的利益。
4.2 舒适型空调器的特点
    舒适型空调器注重对房间相对湿度的控制,在额定制冷运行条件下,要求具备除湿能力,当进风的相对湿度达到65%时,空调器可以除去进风中所含水份的10%以上;当进风的相对湿度达到80%时,空调器可以除去进风中所含水份的14%以上;而当进风的相对湿度达到30%以下时,空调器则不再除湿。
    由于这类空调器的技术和经济指标比较均衡,所以,通常为高性能的房间空调器设计所采用,典型的产品就是分体式空调器。分体式空调器在设计过程中,其结构特点决定了室内、室外机组的相互制约比较少,因而选择技术措施的范围可以比较大,容易取得较好的整体技术经济指标。目前在市场上高效节能、低噪声以及具备多种附加功能的空调器多数是分体式空调器。
4.3 紧凑型空调器的特点
    紧凑型空调器突出结构紧凑的特点,因而采用大焓差方式运行。与以小焓差方式运行的节能型空调器相反,这类空调器的除湿能力很强,可能使得房间的空气让人感到干燥。由于紧凑性通常是这类空调器的设计指导思想,空调器的外形尺寸比较小,相应地,风机和换热器都比较小,这就对制冷能力的发挥以及运行效率的提高都产生不利的影响,所以,在压缩机选型时,往往要采用制冷量裕度大一点的型号。
    理论上,紧凑型空调器的运行噪声低一些,如果结构型式相同的话,实际情况应符合这一规律,不过,采用紧凑型设计方案的空调器,较多是窗式空调器或类似的整体式空调器,由于这些整体式空调器对压缩机运行噪声处理方式以及风机结构型式与分体式空调器不同,以及考虑到外形尺寸制经我和生产成本控制等因素,空调器的运行噪声反而较强。
    有关的技术标准、规范对紧凑型空调器性能的限制是明确的,制冷量、能效比等指标必须满足基本的要求,空调器必须通过一系列的运行试验,例如,最小运行制冷运行时,蒸发器表面结霜面积不得超过一半;最大制冷运行时,冷凝器换热能力应足以保证能够通过测试等等。
5  结束语
    综上所述,建议房间空调器在额定制冷运行条件下的焓差值应确定在12.03~23.82kJ/kg的范围内,对于舒适性要求较高的高性能空调器,焓差值应尽量限定在12.03~18.80kJ/kg范围。至于专门为干燥地区开发的空调器,焓差值可考虑限定在6.76~12.03kJ/kg范围。由于本文在计算焓差值过程中,对空调器实际问题进行简化处理,所以,提出的焓差取值范围只能用于房间空调器总体方案设计时参考,在设计和开发过程中必须通过充分的技术验证工作最终确定并优化焓差值指标。
 

来自杭州利烨科技有限公司:  http://www.zjliye.com/

目前共有

      发表评论

      点击我更换图片
      快捷键:Ctrl+Enter