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室内负荷变化调节:通风与空气调节

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:图14.12余热变化余湿不变时的室内状态点2.2室内热负荷、湿负荷均有变化时的运行调节定风量空调的特点是保持送风量全年固定不变,其风量不能随负荷变化而改变。当室内热湿负荷变化较小,空调精度要求不严格,且N′仍在允许范围内,则不必重新调节。

室内负荷变化调节:通风与空气调节

空调系统的设备容量是在空气处于设计参数下选定的,并且能满足室内最大负荷的要求。但是室外空气的状态参数在一年四季中并不总处于设计状态参数下,所以室内的冷热负荷也并不总是最大值,都在不停地发生变化。如果空调系统不作相应的调节,室内参数将发生变化,一方面达不到设计参数的要求,另一方面也浪费空调装置的冷量和热量。

利用焓湿图分析空气处理过程时,认为室内空气状态参数是一点。但空调房间一般允许室内参数有一定的波动范围,则可将室内空气状态视为一个允许波动区,如图14.11所示。图中的阴影面积称为“室内空气温湿度允许波动区”。只要空气参数落在这一阴影面积的范围内,就可认为满足要求。允许波动区的大小,根据空调工程的精度来确定。

图14.11 室内状态点允许波动区

空调房间内室内热湿负荷变化可由室内产生热,湿量的变化引起,如工作人员的多少,照明灯具以及工艺生产设备投入的多少,生产工艺过程的改变等,也可由室外气象参数的变化引起。为了满足空调房间内所要求的温、湿度参数,就必须对空调系统进行相应的调节。

室内热湿负荷变化有不同的特点,一般可分三种情况:一是热负荷变化而湿负荷基本不变;二是热湿负荷按比例变化,如以人员数量变化为主要负荷变化的对象;三是热、湿负荷均随机变化。

2.1 室内热负荷变化,湿负荷不变时的运行调节

当室内余热量变化,余湿不变时,常用的调节方法是定机器露点再热调节法。此种调节方法适用于围护结构传热变化,室内设备散热发生变化,而人体、设备散湿量比较稳定等类似情况。

这种变化过程的分析如下:设计工况下,空气从L点沿ε变化到N点。如果余热减少而余湿不变,则热湿比变为ε′。室内状态点也相应地由N变为N′。若仍在允许波动范围内,则不用调节。若N′超出了允许波动范围,则应采取调节再热量的方法调节。通过前面送风量计算公式可知,在定风量系统下,调节工况下送风状态点的含湿量和计状态点的相同,这表明无论热湿比线怎样随热负荷变化,送风状态点总是沿着同一条等湿线变化,显然在这种情况下,仍然可以在控制露点不变的情况下,通过改变再热量使调节工况下的N点不变化。如图14.12所示。

图14.12 余热变化余湿不变时的室内状态点

2.2 室内热负荷、湿负荷均有变化时的运行调节

定风量空调的特点是保持送风量全年固定不变,其风量不能随负荷变化而改变。故这种系统的运行调节只能从改变送风温度,调节新回风混合比等角度来考虑。

当空调房间内余热量和余湿量均发生变化时,则室内的热湿比ε′将随之发生变化(除非余热量和余湿量成比例的变化)。如果空调房间内的余热量和余湿量同时减少时,根据两者的变化程度不同,则有可能使变化后的热湿比ε′变大或变小。

如图14.13所示,在维持露点不变的情况下,新的状态点N′偏离了原来的状态N。当室内热湿负荷变化较小,空调精度要求不严格,且N′仍在允许范围内,则不必重新调节。如新的状态点超出了允许范围,为了保证空调房间内空气温湿度保持不变的要求,一般可采用以下几种方法来达到运行调节的目的。

图14.13 热湿负荷均变化时的送风状态点

(1)调节一次加热器再热量

如图14.14所示,当空调房间内的热湿负荷发生变化后,设其变化后的室内热湿比为ε′,此时可采用调节一次加热器的加热量,使一次加热后的空气状态点由点C′等湿升温而变化到点C′,再经循环水喷水绝热加湿处理至新的机器露点L′,调节二次加热器加热量使之处于新的送风状态点O′即可。

(2)调节新回风混合比

如图14.15所示,如室外气温较高,不需要预热,可调节新回风混合比,使新的混合点C′位于过新机器露点L′的等焓线上,之后沿送风ε′,达到N。

图14.14 改变一次加热器加热量变露点调节

图14.15 改变新回风混合比变露点调节

(3)调节喷水温度

当空调房间内热、湿负荷发生变化后,其热湿比由ε变化至ε′,或由ε变化至ε′,如图14.16所示。要保证空调房间内所要求的空气参数保持不变,就需改变机器的露点温度。当ε>ε′时,空调系统的机器点应由L点移至L′,其喷水温度应比设计条件为高,即提高冷水温度。但如果当ε>ε′其喷水温度则应比设计条件为低,即降低冷水温度。

(4)调节一、二次回风混合比

对于具有一、二次回风空调系统,可以采用调节一、二次回风比的方法,充分利用二次回风的热量,这样可节省二次加热器的加热量,在满足室内空气温、湿度要求的前提下达到节能的目的。

图14.16 改变喷水温度变露点调节

在室内热、湿负荷发生变化时,其热湿比由原来的ε变化至ε′,这时改变一、二次回风混合比(在定风量空调系统中,总风量不变,在满足最小新风量的前提下,总回风量就为定值,那么加大二次回风量就意味着减少一次回风量),使新风与一次回风混合后的空气降温除湿至空调系统的机器露点L。而后L点的空气再与二次回风混合,以达到室内热湿比改霸后所需的送风状态点O′,将状态点O′的空气送入室内即可满足要求。

(5)调节空调箱旁通风门

在工程实践中,还有一种设有旁通风门的空调箱。这种空调箱与二次回风空调箱不同的地方是室内回风经与新风混合后,除部分空气经过喷水室或表冷器处理以外,另一部分空气可通过旁通风门,然后再与处理后的空气混合送入室内。旁通风门与处理封门是联动的,开大旁通风门则处理风门关小,以改变旁通风量与处理风量的混合比来改变送风状态,如图14.17所示。

图14.17 旁通风量调节处理

2.2.1 变风量空调系统的运行调节

变风量空调系统是一种较先进的空调系统,它可根据室内负荷变化自动调节送风量。如果室内负荷下降,该系统在减少送风量,满足舒适需要的同时,还具有非常显著的节能效果。发达国家在70年代就对变风量系统有所研究和应用。我国从80年代起对其进行研究,并在工程中应用。但因诸多方面的原因,我国变风量空调系统成功运行的工程实际极少。但从长远的观点看,这种系统很有发展潜力,在此对其运行方式做以简要介绍。

变风量空调系统方调节方式复杂,种类繁多,但归纳起来主要有如下四种方式。(www.xing528.com)

(1)使用节流型末端装置进行调节

系统原理如图14.18所示,在每个房间送风管上安装有变风量末端装置。当房间负荷变化时,装在房间内的温控器发出指令,使末端装置内的节流阀动作,改变房间内的送风量。如果多个房间负荷减少,那么多个节流阀节流,则风管内静压升高。压力变化信号送给控制器,控制器按一定规律计算,把控制信号送给变频器,降低风机转速,进而减少总风量。送风温度敏感元件通过调节器,控制冷水盘管三通阀,保持送风温度一定,即随着室内显热负荷的减少,送风量减少,室内状态点从L变为N,设计工况下处理过程为:

节流型变风量末端装置最大缺点是存在风压耦合。当几个房间节流减少风量后,会造成风管内总压升高,导致一些没有负荷变化的房间风量增大,如此形成连锁效应,造成整个系统振荡。

图14.18 节流型变风量系统调节过程

(2)使用旁通型末端装置进行调节

系统原理如图14.19所示。在通往每个房间的送风管道上(或每个房间的送风口之前)安装旁通型变风量末端装置。该装置根据室显热负荷的变化,由室内温控器发出指令产生动作,减少(或增加)送往空调房间的风量,系统送来的多余的风量则通过末端装置的旁通通路至房间的顶棚内直接由回风系统返回空气处理室。在运行过程中系统总的送风量保持不变,只是送入房间内的风量发生变化。它的优点是在一定程度上可解决风压耦合问题。设计负荷下,负荷减少时,处理过程是:

图14.19 旁通型变风量空调系统调节过程

(3)使用诱导型末端装置进行调节

系统如图 14.20所示。在通往每个空调房间的送风管道上(或每个房间的送风口之前)安装诱导型变风量末端装置。诱导型末端装置可根据空调房间内热负荷的变化,由室内温控器发生指令产生动作,调节二次空气侧的阀门,使室内或顶棚内热的二次空气(与一次空气相比)与一次空气相混合后送入室内,以达到室内温度的调节。

图14.20 诱导型末端变风量空调系统

(4)使用变频变风量空调系统进行调节

我国近几年有较多文献对此系统工作原理和性能做过探讨。国内有生产该种系统设备、配件的厂家,也有较成功的工程实例。系统原理如图 14.21所示。其调节过程为:室内温控器检测室内温度,与设定温度进行比较,当检测温度与设定温度出现差值时,温控器改变风机盒内风机的转速,减少送入房间的风量,直到室内温度恢复为设定温度为止。室内温控器在调节变风量风机盒转速的同时,通过串行通讯方式,将信号传入变频控制器,变频控制器根据各个变风量风机盒的风量之和调节空调机组的送风机的送风量,达到变风量目的。

图14.21 变频变风量空调系统

2.2.2 风机盘管空调系统的运行调节

对一般舒适性空调系统来说,主要由风机盘管负担空调负荷,其调节过程非常简单。而对于要求较高的场所,新风和风机盘管对空调负荷有明确分工,其调节过程相对复杂。下面对这两种不同的调节过程进行分析。

2.2.2.1 风机盘管机组负担室内全部负荷的调节方法

这种调节方法适用于大多数风机盘管调节系统。在调节过程中,新风不承担室内负荷,所有负荷全部由风机盘管承担。该调节主要分为以下两种方式。

(1)水量调节

如图 14.22所示,在设计工况下,空气在盘管内进行冷却减湿处理,从N变化到L,然后送到室内。当负荷减少时,室内温控器自动调节电动直通或三通阀,以减少进入盘管的水量,盘管中的水温随之上升。露点从L变为L1,室内状态点从N变为N1,新的室内状态点含湿量较原来有所增加。这种系统中的温控器和电动阀的造价较高,故系统总投资较大。

图14.22 风机盘管系统水量调节

(2)风量调节

如图14-23所示,在设计工况下,风机盘管对空气的处理过程为从N到L。如果系统负荷减少,则应降低风机转速,减少风量。风机转速可根据需要在三速开关的高、中、低三档之间进行切换(也有的风机盘管可进行无级调速)。风速降低后,盘管内冷水温度下降,露点下移到L2,通过ε′送风,达到N2。当风机在最低挡运行时,风量最小,回水温度偏低,容易在风口表面结露,且室内气流分布不理想。

图14.23 风机盘管系统风量调节

2.2.2.2 风机盘管负担室内渐变负荷时的调节方法

(1)负荷性质和调节方法

室内负荷分为瞬变负荷和渐变负荷两部分。瞬变负荷是指室内照明、设备、人体散热和太阳辐射热产生的负荷。这部分负荷具有随机性大的特点,房间不同差异很大,可由风机盘管来承担。

渐变负荷是通过围护结构的室内外温差传热。和瞬变负荷相比较,渐变负荷比较稳定,且大多数房间差异不大。这部分负荷可通过集中调节新风温度来适应,即由新风负担室内的渐变负荷。

在室外气温逐渐降低的过程中,一定存在这样一个时刻,室内向室外传递热量,即渐变冷负荷为负,新风需加热处理。但瞬变冷负荷仍可能为正(例如室内人员众多,有大功率的发热设备等),风机盘管还要送冷风。很明显这是不经济的。在这种情况下,通常采用另外一种处理方法,用室外新风来吸收室内的冷负荷。

(2)双水管风机盘管系统的调节方法

双水管风机盘管系统在同一时刻只能供应冷水或只能供应热水,不能满足同时供冷、供热的需要(如大型建筑的内区可能全年要求供冷,而外区在冬季却要求供热)。三水管系统和四水管具有同时供冷、供热的功能,但造价较高,使用较少。可采用新风和风机盘管负担的负荷做较严格的区分,不进行转换的运行调节,即新风负担渐变的传热负荷,而风机盘管负担瞬变的室内负荷,互相不做转换,不为对方分担。这种系统的投资较少,管理方便。但存在的问题是当冬季特别冷时,温差传热占最主要的地位,如果不做转换,则新风负担室内全部热负荷,将造成新风管道尺寸过大,集中加热设备的容量过大。

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