醫用（yòng）無凝水機組的性能優化

無凝水（shuǐ）技術其實是一個係統、機組以及相應控製的技術（shù），它對（duì）盤管結構有著特殊的要求，並且要能夠與（yǔ）新風機（jī）組（zǔ）進行合理的匹配，還要（yào）求自控係統在保（bǎo）證室（shì）內溫濕度要求前提下的幹盤管運行。由於機組（zǔ）需（xū）要處理室內顯熱負荷（hé），機組無去濕量，水溫差小，是（shì）典型大風量小焓差工況。因此，與傳統的（de）風機盤管相比，關鍵是高溫進水參數與機組供冷量的（de）矛盾。或者（zhě）說，要求在設計所需的進風和進水的參數前提下，盡量加大供冷（熱（rè））量。從理（lǐ）論可知，改變盤（pán）管（guǎn）本身的結構、增加（jiā）盤管的有效（xiào）長度、增加盤管的水流量、增加盤管的熱換麵積或換熱係數，並尋求盤管（guǎn）、風機、箱體合理的匹配，能使機組（zǔ）的各項性能（néng）達到設計要求。
1、無凝水機（jī）組的研發
無凝水空調機組的結構特點是盤管排數少、換熱（rè）麵積大以適應大風量、小焓差工（gōng）況。之前市場上應用的SDCR-600、CP-600的無凝水空調機組，因市場需要進行了實驗研究，對現（xiàn）有產品結（jié）構改型後測試其性（xìng）能、經理論分析後再改進（jìn）其（qí）結構、再進（jìn）行（háng）測試等反複研（yán）發過程，使產品性能逐步*，以較佳（jiā）的達到無（wú）凝水機組的設計要求。本實驗數據采集和結果均由計算機自動（dòng）控製係（xì）統完成。自（zì）控係統每隔10s巡檢一次，采集溫度傳感器、濕度（dù）傳感器、流量計、標準流量噴（pēn）嘴等的測（cè）試數據，每隔5min輸出一次該時段內各參數的測量平均值和計算結果。測試在工（gōng）況（kuàng）穩定後運行，工況穩定時間平均需要2h左右。
如（rú）前所述（shù），增加供（gòng）冷量有多種措施，其中增大機組的風量，或增加盤（pán）感的麵（miàn）風（fēng）速的確可以（yǐ）提（tí）高機組的供（gòng）冷量，但存在一（yī）個*麵風速的問題，過高的迎麵風速不但會增加空氣側阻力，使電機功耗增大，而且還易帶走盤管表麵的凝結水。盡管從（cóng）理論上講盤管處於（yú）幹工況不會出現（xiàn）凝結水，實際運行中難免會瞬時出現濕工況，因此在研發過程中不（bú）宜將增大麵風速（sù）作為*化的選（xuǎn）項。
本項目研發，先從盤管結構（gòu）形式著手，采用新型的鋁翅片及其與銅管結合的新方（fāng）法。同時采用雙圓弧葉型葉輪，改善（shàn）了空氣流動，減少渦流損失（shī）。在相同風量的條件下，風機的靜壓高於原（yuán）風機，而輸入功（gōng）率低於原風（fēng）機。因此下列試驗是在新（xīn）型的機組上實驗。
（1）改變（biàn）機（jī）組（zǔ）的水流程
首先改變機組盤管的水流程，對機組交叉（chā）流程與逆流程兩種不同流程的盤管進行對比測試，測試結果見下表：

對測試結果進行分析，得出下圖：
2P盤管冷量隨風量的變化（huà）：
  
3P盤管冷（lěng）量（liàng）隨風量的變化：
  
從上（shàng）述測試數據表格及分（fèn）析（xī）的圖表（biǎo）中可以看出：在（zài）相同進風參數和進出水溫度條件下：
1）對於2P形式的盤管，流程形式的改變對冷（lěng）量的變化（huà）不是特別大（dà）（分別增大1.36%和5.86%），不過隨著風量的增大，冷量增（zēng）加的幅度變大（dà），即增大風速可以提高盤管的換熱效率，從而可以增大冷（lěng）量。
2）當采用3P形式的盤管時，流程的（de）改變（biàn）使得冷量變化顯著，采用（yòng）逆流程形式的盤管冷量要比采用交叉流程形式（shì）的盤管冷量大很多（增大16.68%）。
（2）改變機組的進風參數
室內空氣參數即機組的進風參數對機組的性能具有重（chóng）要影響，考慮到醫（yī）院不同科室環（huán）境控製要求，進風幹球溫度（dù）分別為24℃、25℃、26℃，又分（fèn）別因相對濕度不同控製要求分為3組，所以（yǐ）共9組。供水（shuǐ）溫度及供、回水溫差也嚴重影響機組的性能，所以供水溫度設定為14℃～16℃，溫度調整間隔（gé）為1℃，供回水溫差為3℃、4℃、5℃，即整個實驗共測試了81種工況。在測試過程中，測試機組冷量時，分（fèn）別同時測試風側冷（lěng）量和水側冷量，二者相（xiàng）差5%以內的為有（yǒu）效數據，並且取兩者的平均值作為機組的實驗（yàn）冷量。
1）送風參數（shù）與被測機組供冷量（1）
在6種不同送（sòng）風參（cān）數、相同進水溫度情況下，不同供、回水溫差情況（kuàng）時機（jī）組顯熱（冷）量隨送風參數的變化如下圖：
 
2）送風參數與被測機組供冷量（2）
在6種不同送風參數、相同供、回水溫差（3℃）情況下，不同進水溫度情況時機組顯熱（冷）量隨送風參數的變化如下（xià）圖：

3）供水溫度與（yǔ）受試機組供冷量
設定機組冷水供水溫（wēn）度分別為14℃、15℃和16℃，分別相應於醫院科室幹球溫度24℃、相對濕度55%，幹球溫度25℃、相對濕度55%、幹球溫度26℃、相對濕度55%，室內狀態的露點。下圖所示為在相同進風參（cān）數情況下，不同冷水供水溫度時的（de）機（jī）組供冷量。

2、討論
（1）在不同進風參數工況下機（jī）組風側顯熱（冷）量的變化情況：
進風的溫度升高，傳熱溫差加（jiā）大，機組的顯熱（冷）量增大，但是增長的幅度減小。進風的相對濕度對於機組的供冷量也有重要影（yǐng）響，相同溫度的進（jìn）風情況下，相對濕度越高（濕球溫度越高），機組的供冷量反而越低，並且有可能出現冷凝水，其影響雖沒有進風幹球溫度大，但可能造成冷凝水的析（xī）出，需特別注（zhù）意。對（duì）於同一進水溫度、不同供回水溫差情（qíng）況下，機組的顯熱（冷）量也是不同（tóng）的。供回水溫差越（yuè）少，顯熱（冷）量越高，可見采（cǎi）用小溫差、大流量是提高無凝水機組供冷量的一項有效途徑。但對於供回水（shuǐ）溫差越大的工（gōng）況，顯熱（冷）量隨進風溫度加大（dà）而增加的幅度越大。或者說，回風（fēng）溫度越高（gāo），供回水溫差的（de）影響越小，不同供（gòng）回（huí）水溫差的機組供冷量越接近。
（2）在不同進風參數工況下機組供冷量隨進水溫度的變化情況：
可以看出供水溫度越低，傳熱溫差加大，機（jī）組的供冷量越大，但是（shì）隨著進風溫度的（de）升高，不同供水溫（wēn）度下機組供冷量值差距減（jiǎn）小，即進風溫度越高（gāo），不同供水溫度下機組的供（gòng）冷（lěng）量越接近，因此無凝水（shuǐ）機組對（duì）於手術室和隔壁病房（fáng），由於控製溫度較低，應用效果（guǒ）較好。
（3）機組供（gòng）冷量在不同供回（huí）水溫（wēn）差工況下隨（suí）進（jìn）水溫度的變化情況：
隨著供水溫度的升高，機組的顯熱供冷量降低，水溫每升高1℃，供冷量（liàng）下降200～350W，但（dàn）隨（suí）著溫度的升高，降低幅度先小後（hòu）大。但從經濟性角度看，升高供水溫度有利於（yú）提高（gāo）冷水機組的效率，冷水機組出水溫（wēn）度每升高1℃，在功率（lǜ）基本不變的情（qíng）況下，冷水機組的效率平均增加3.5%左右。但是另一方麵，考（kǎo）慮到無（wú）凝水機組（zǔ）的供冷量隨著供水溫度的升高而顯著降低，過（guò）高的進水初溫會使末端設備體積龐大、投資增大，也是不（bú）可取的。因此，應綜合考慮冷水機組（zǔ）和（hé）無凝水機組的經濟性，在保證（zhèng）機組處於幹工況運行（háng）的情況下，采取合適的冷凍水供水溫度，具有十分重要的經濟意義。
（4）機組供水溫度設（shè）定問題（tí）
從“濕度優先控製”係統的理念（niàn）出發，無凝水機組（zǔ）的目的是要求機組的冷凝水盤（pán）內沒有（yǒu）冷凝水。即使盤管出現結（jié）露，隻要冷凝水不下落也是允許的（de），所以設計時都是按照冷凝水盤內沒有冷凝水來考慮的。所以說無凝水機組與盤管的幹（gàn）、濕工況的轉換顯然不同，當（dāng）盤管表麵出現水汽時，盤管就從幹工況轉換為濕工（gōng）況，但這時並（bìng）不會馬上出現冷凝（níng）水下落的現象，即“結露（lù），凝水，不（bú）下滴，不發（fā）黴”是四個不同的概念，必須嚴格區分。
表冷器盤（pán）管表麵的幹、濕狀態（tài）取決於盤管表麵的溫度（不是進水溫度）是否高於進風初狀態的露點溫度。由於風機（jī）盤管水路或是采用下進上出，或是采用上進下出的布置方式，又有多種並聯方式，所以（yǐ）盤管表麵溫（wēn）度分布是（shì）極不均勻（yún）的。上下不等，進、出風（fēng）側也（yě）不（bú）等，並且影響（xiǎng）盤管表麵溫（wēn）度分布的因素繁多，所以盤管的表麵出現凝（níng）露的部位和發生冷凝水下落（luò）的時間對於不同（tóng）結構、不同工（gōng）況的盤管是不同的。
隨（suí）著進風溫度及相對濕度（dù）的（de）升高，越（yuè）容易出現冷凝（níng）水，進風的相（xiàng）對濕度具有重要影響。但是隨著（zhe）供水溫度或供回水溫差的升（shēng）高，能減少冷凝水的析出。很多情況下，供水溫度低於室內空氣的露點溫度（dù），但是機組並沒有出現冷凝水（shuǐ）。也有的情況下，即使進水銅管上有冷凝水出現，滴水盤中也沒有冷凝水析出。此次試（shì）驗顯示：當供（gòng）水溫度低於室（shì）內空氣露點溫（wēn）度小於1℃時，無冷凝水出現；小於2℃時，僅進水銅管上有冷凝水出現；隻有當大於（yú）2℃時，滴水盤中即有冷凝水溢出出口。
風機盤管的（de）盤管風側表麵平均溫度可以采用（yòng）下式進行計算：

式中（zhōng），t₃為風（fēng）機盤管表麵平均溫度，℃；
    ε₂為接觸係數；
    ε₁為熱交換效率；
    t_J1為風機盤管進風溫度，℃；
    t_JL1為風機盤管進風露點溫度，℃；
    t_s1為風（fēng）機盤管進風濕（shī）球溫度，℃；
    t_w1為風機盤管進水溫度，℃。
通過計算風機盤管的表麵平均溫度，結果表明（míng）風機盤管的表麵平均溫度比進水（shuǐ）溫（wēn）度高3.5～6.7℃，進水溫度越低（dī），這一差（chà）值越大。
此（cǐ）次試驗（yàn）也測量了風機盤管（guǎn）的（de）表麵溫度，采用測量（liàng）盤管側平均分布3點的溫度與風機側平均分布的3點的溫度，取其平均值作為盤管的表麵溫（wēn）度，實驗結果與上述理論一致。因此實際工程中，采用進水溫（wēn）度與室內空氣露點溫度比較來確定盤管（guǎn）的幹濕工況，從而確定盤管的進水溫度是有很大偏差的。