暖通空调——风机盘管、新风系统设计计算

一、空气处理过程如图所示：

室内状态点N（26℃，60%相对湿度）、室外状态点W（34.9℃，76%相对湿度）

二、处理过程：

S点的确定：新风机组做与室内状态点等焓的露点送风，即室内状态点N的等焓线与相对湿度90%的焦点S就是新风机组处理后的状态点。

L点的确定：风机盘管露点送风，并认为处理后的状态点L与室内状态点N的温差为10℃（规范规定温差在10℃范围内，由设计人员自行选择），所以，L点就是温度为16℃的等温线与相对湿度90%的焦点。

O点的确定：O点在L点和S点的连线上，由新风和回风的比值确定。

三、计算过程

以面积为38㎡的包厢为例，包厢人数为19人，设计参数见下表。

民用建筑空调冷负荷估算指标

房间名称	室内人数	建筑负荷	人体负荷	照明负荷	新风量
	人/m 2	W/m 2	W/m 2	W/m 2	m 3 /(人·h)
包厢	0.5	40	84	17	15

  （1）新风机组的计算及选型

新风量：

新风负荷：

由于新风机组一般为一层选择一台，本例题为一单独房间，没有这么小的型号，所以把计算值扩大5倍，以示例如何选择机组。扩大5倍后，新风量为1425，新风负荷为22.15。

选择天津天大胜远中央空调有限公司的吊顶新风机组，型号为DX1.5*6。性能参数如下表：

（2）风机盘管的计算及选型

由于是等焓处理，所以风机盘管的负荷就等于室内冷负荷。

室内冷负荷：

风机盘管风量：

选择贝莱特空调有限公司的风机盘管，型号为FP-136，性能指标见下图：（选择时以中速为标准）

（3）风量比值

总送风量：

所以，新风占总风量的比值为285/1261=23%，回风占的比值为77%

由于送风点O在L和S的连线上，由风量比值可以确定混合后的送风点O的状态参数。

（4）热湿比

湿负荷：

热湿比：

热湿比线与L和S连线的焦点，与O点很近，所以选型正确。

设计选型实例

     

1. 确定夏季室内、外空气的状态参数（tN、φN、iN、tW、tWS、iW）；

2. 分别计算各个房间的室内显热负荷（Qx）和湿负荷（W）并汇总；

3. 根据室内外空气状态之间的关系（iN、iW、dN、dW），依据设计选用原则确定 新风机组和风机盘管分别负担的显热负荷，在某可按照各承担50%的水平选取。

4.风机盘管干工况运行，则新风系统必须承担室内产生的全部湿（潜热）负荷；在新风除湿的同时，应使新风冷量最大化，并尽可能多地承担室内的显热负荷。

5.选取新风机组的送风温差，可得新风送风温度tO，依据显热负荷承担比例算出 新风需要承担的显热负荷，根据GO=     可计算出新风的送风量。

6．根据公式     ，计算按照消除室内余湿，新风机器露点对应的含湿量dL，校核新风量是否满足除湿和人体卫生要求。

7． 已知新风送风温度tO和送风含湿量dO，可得新风送风点的其它状态参数。沿新风送风状态点等焓线向上与新风室外状态点等含湿量线相交，即为新风间接蒸发制冷段出风状态点。

8．根据不同地区、不同的室内设计参数、不同建筑物和室内条件，选取和校核间接蒸发制冷段效率和直接蒸发制冷段效率及其组合是否满足新风出风状态的要求。

9．统计各个房间所需的新风量，根据所需的新风总量选取新风机组及功能段。

10．按风机盘管承担的显热负荷比例，计算得出风机盘管需要承担的显热负荷数值，参照样本中风机盘管干工况供冷量数据表，选择风机盘管型号和数量。

11．统计风机盘管的数量，汇总风机盘管的总供冷量及水流量，选取相应的间接蒸发冷水机组。

某文体中心

干式风机盘管+新风空调系统

设计选型实例

已知：某市办公楼建筑面积2700平方米，办公室结构尺寸统一为9米×6.3米，共45间。给定夏季空调室内设计参数，室内干球温度tN = 26℃,相对湿度φN =60%。某夏季室外计算干球温度tW =36.4 ℃,计算湿球温度ts =19.8 ℃，大气压力95.6kPa。

求：使用间接蒸发冷水机组的干工况风机盘管＋ 新风空调机组的选型计算。

解：由于各办公室尺寸统一，以单个房间计算后进行汇总。

1．房间的热湿负荷

a．湿负荷：房间的湿负荷主要由人体散湿形成。人体在室内环境tN=26 ℃，φN =55%，处于极轻活动下的散湿量为109g/h.人；每间办公室建筑面积为9米×6.3＝56.7 m2，以人均占有面积10m2计算，每间办公室共有6人。则每间办公室的总湿负荷为654g/h。

b．单个人体显热负荷61W，潜热负荷为73W

c．建筑围护结构传热2800W

d．照明及室内设备散热1100W

表1 单个房间热湿负荷汇总表

 

2． 新风机组设计与选型

对于给定的室内空调设计参数：室内干球温度tN =26 ℃,相对湿度φN=60%，查焓湿图可得室内空气状态的其它参数为：含湿量dN=13.39g/kg.干空气, 湿球温度tNs=20.2 ℃,露点温度tNL=17.6 ℃，焓iN =60.38 kJ/kg。

a．选取新风空调机组和干工况风机盘管出力水平

使用间接蒸发冷水机组的干工况风机盘管＋ 新风空调系统中， 新风机组应承担消除室内产生的全部湿（潜热）负荷的任务，并承担部分的显热负荷，其余的显热负荷则由干工况风机盘管系统机承担。

与高温高湿地区不同，在干热地区，由于新风焓值低于室内空气焓值，经过蒸发制冷后，承担室内部分显热冷负荷。 在某地区，蒸发制冷后的新风和风机盘管各承担室内总显热负荷的一半，即出力水平各占50%。

b. 新风量选取的基本原则

干工况风机盘管＋新风空调系统中，新风量的选取应遵循以下三个基本原则：

1．首先要满足除湿要求。

2．满足人体卫生要求。在一般情况下，规范中要求人体所需的新风量不小于30m3/h.人

3．新风量偏大选取，以实现系统节能与更高室内空气品质的要求。

计算后，取三项中的最大值。

c. 计算新风机组送风状态点

风机盘管干工况运行，新风系统要承担室内产生的全部湿（潜热）负荷； 在干热地区，新风除湿的同时，应使新风冷量最大化，也即使得新风送风干球温度越低越好，并尽可能多地承担室内的显热负荷。

在干热地区，应优先使用蒸发制冷方式来实现新风除湿和制冷的功能。

在某应用干式风机盘管+新风空调系统，流程2、流程3和流程4都可以实现，具体如何选择，应根据建筑用途和功能，综合建筑、结构、电气，给排水等专业要求，综合考虑。三种流程计算过程基本类似，现以流程2作为计算例。

流程2：

某室外气象参数：室内干球温度tw =36.4 ℃,湿球温度tws=19.8 ℃,查焓湿图可得室内空气状态的其它参数为：露点温度twL=11 ℃，含湿量dw=8.65g/kg.干空气,焓iw = 58.97 kJ/kg，相对湿度φw=21.6%。

新风机组选用8排表冷器，热交换效率为90%，新风机组内表冷器进水为风机盘管的出水（冷水机设计出水温度16℃，送入风机盘管，风盘进水温度16℃，5℃温升，出水温度为21℃），表冷器进水温度为21℃。

表冷器热交换效率公式：Ε1 =(t1-t2)/(t1-twater)，

式中：t1表冷器进风干球温度；

t2表冷器出风干球温度；

twater 表冷器进水水温。

则表冷器出风干球温度t2＝36.4－(36.4-21)×0.9＝22.5 ℃

由于进水水温（21 ℃）高于进风露点温度（11 ℃），为等湿降温过程（干冷），空气焓湿量不变，为dw=d2=8.65g/kg.干空气, 已知t2和d2，查焓湿图可得其它参数为：湿球温度t2s＝15.4 ℃，露点温度t2＝11 ℃，焓i2 =44.76 kJ/kg，相对湿度φw=48.1%。

表冷器后接直接蒸发制冷段，直接蒸发制冷段的饱和效率以95%进行计算，直接蒸发制冷段的饱和效率计算式为：Ε2=（t2-to）/(t2-t2s)

式中：t2直接蒸发制冷进风干球温度（表冷器出风干球温度）；

to直接蒸发制冷出风干球温度（新风机组送风干球温度）；

t2s直接蒸发制冷进风湿球温度。

则新风机组的出风干球温度为：

to＝22.5－(22.5-15.4)×0.95＝15.8 ℃

直接蒸发制冷段为等焓降温过程，i2＝io，直接蒸发制冷段的出风状态点即为新风系统的送风状态点。已知直接蒸发制冷段出风干球温度tL 和焓值iL，查焓湿图可得新风送风状态的其它参数为：湿球温度tLs＝15.4 ℃，露点温度tLL＝15.1 ℃，含湿量11.38 g/kg.干空气。处理过程及参数见图1所示。

 

d.确定新风送风量

室内设计干球温度为26 ℃，则 新风的送风温差为：26－15.8＝10.2 ℃

新风机组需要承担室内总显热负荷的一半：4266×50%＝2133 W

依据新风显热冷量公式：Qx=0.337×GO×(tN－tO)

则新风送风量为：

在本设计实例中，按照消除余湿所需新风送风量为620 m3/h，平均每人的新风量为620/6人=103 m3/h.人，满足新风量选取的基本原则，并可实现较好的室内空气品质。

e．校核室内空气状态参数

由于采用温湿度 控制策略，室内干球温度与设计参数相同：

tN'= tN =26 ℃

根据消除余湿量公式     ，计算在设计新风量下对应新的室内空气含湿量：

已知tN'和dN'，查焓湿图可得其它参数为相对湿度为：φN=55%，湿球温度tNs'=19.4℃,露点温度tNL'=16.3℃，焓iN' = 57.48 kJ/kg。

表2 室内空调设计参数与校核参数对比

 

新风送风量增大，焓湿图上室内空气状态点将向左偏移，相应地室内含湿量减小，相对湿度降低，室内人员会感觉空气较新鲜，即使在室内设计温度提高时,由于空气相对湿度较低，汗液立即蒸发使皮肤保持干燥,人员感觉也较为舒适，有利于提高室内环境的舒适度水平。因此在校核后的室内干球温度26 ℃、相对湿度55%时，且校核后露点温度低于原设计参数，既能保证空调系统经济合理地运行在设计工况下，又可以实现更高的室内空调标准，并且风机盘管机组始终会按干工况运行。

图 室内设计空调参数与室内校核空调参数对比图示

该办公楼建筑面积2700米2，办公室为统一规格9米×6.3米，共45间，则新风机组的总送风量为620×45＝27900 m3/h。

3．干式风机盘管选型

风机盘管需要承担总显热负荷的50%，则风机盘管需要承担的显热负荷为：4266×50%＝2133 W

干式风机盘管由于进水温度16 ℃高于室内露点温度，风机盘管在干工况下运行，只提供显热冷量，选型时不能简单依据风盘厂家样本中的全热或显热选取。

干式风机盘管为增加其换热效果，应选用准逆流风机盘管，表3为国内知名厂家产品的性能参数。不同厂家以及不同类型的风机盘管，分类及性能差异较大，对于不同厂家的风机盘管，绿色使者可协助提供风机盘管的干工况供冷量数据。

查表3中干工况风机盘管夏季供冷参数，确定选用FP-7.1型两台，单个房间风机盘管送风量GF=640×2＝1280 m3/h（1536 kg/h），干工况显热供冷量为1186×2＝2372W。

总的风机盘管数量为2×45＝90台

总的干工况风机盘管供冷量为1186×2×45＝106740 W≈107KW

表3 干工况风机盘管夏季供冷参数

供冷工况参数：风机盘管进水温度16℃，水温差5℃。

 
 

4．间接蒸发冷水机组选型

冷水机冷量必须提供两部分冷量，按照能量梯度利用原则，一部分是提供风机盘管（进水16℃-出水21℃）所需的供冷量，另一部分是提供新风机组表冷器（进水21℃-出水26℃）所需冷量。

（1）风机盘管所需冷量为Q1=107KW

（2）新风机组表冷器所需冷量为Q2=0.337×GO×(tW－t2)=131KW

则冷水机应提供冷量为Q=  Q1+Q2=107+131=238 KW

查表4间接蒸发冷水机组规格，选用型号为SZHJ-L-24，间接蒸发冷水机组的供冷量为280KW，符合工程要求。

查表3可得FP-7.1的额定冷水流量为225kg/h，则总的水流量为225kg/h×2×45＝20250 kg/h。

查表4间接蒸发冷水机组规格，选用间接蒸发冷水机组的型号为SZHJ-L-24，冷水出水量为24m3/h＝24000kg/h，满足工程要求。

表4 间接蒸发冷水机组规格

 

5．设计选型汇总

表5 设计选型计算汇总表

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