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医用无凝水机组的性能优化

发布时间:2020-05-11      点击次数:1130

无凝水技术其实是一个系统、机组以及相应控制的技术,它对盘管结构有着特殊的要求,并且要能够与新风机组进行合理的匹配,还要求自控系统在保证室内温湿度要求前提下的干盘管运行。由于机组需要处理室内显热负荷,机组无去湿量,水温差小,是典型大风量小焓差工况。因此,与传统的风机盘管相比,关键是高温进水参数与机组供冷量的矛盾。或者说,要求在设计所需的进风和进水的参数前提下,尽量加大供冷(热)量。从理论可知,改变盘管本身的结构、增加盘管的有效长度、增加盘管的水流量、增加盘管的热换面积或换热系数,并寻求盘管、风机、箱体合理的匹配,能使机组的各项性能达到设计要求。
1、无凝水机组的研发
无凝水空调机组的结构特点是盘管排数少、换热面积大以适应大风量、小焓差工况。之前市场上应用的SDCR-600、CP-600的无凝水空调机组,因市场需要进行了实验研究,对现有产品结构改型后测试其性能、经理论分析后再改进其结构、再进行测试等反复研发过程,使产品性能逐步完善,以较佳的达到无凝水机组的设计要求。本实验数据采集和结果均由计算机自动控制系统完成。自控系统每隔10s巡检一次,采集温度传感器、湿度传感器、流量计、标准流量喷嘴等的测试数据,每隔5min输出一次该时段内各参数的测量平均值和计算结果。测试在工况稳定后运行,工况稳定时间平均需要2h左右。
如前所述,增加供冷量有多种措施,其中增大机组的风量,或增加盘感的面风速的确可以提高机组的供冷量,但存在一个*面风速的问题,过高的迎面风速不但会增加空气侧阻力,使电机功耗增大,而且还易带走盘管表面的凝结水。尽管从理论上讲盘管处于干工况不会出现凝结水,实际运行中难免会瞬时出现湿工况,因此在研发过程中不宜将增大面风速作为*化的选项。
本项目研发,先从盘管结构形式着手,采用新型的铝翅片及其与铜管结合的新方法。同时采用双圆弧叶型叶轮,改善了空气流动,减少涡流损失。在相同风量的条件下,风机的静压高于原风机,而输入功率低于原风机。因此下列试验是在新型的机组上实验。
(1)改变机组的水流程
首先改变机组盘管的水流程,对机组交叉流程与逆流程两种不同流程的盘管进行对比测试,测试结果见下表:

对测试结果进行分析,得出下图:
2P盘管冷量随风量的变化:
  
3P盘管冷量随风量的变化:
  
从上述测试数据表格及分析的图表中可以看出:在相同进风参数和进出水温度条件下:
1)对于2P形式的盘管,流程形式的改变对冷量的变化不是特别大(分别增大1.36%和5.86%),不过随着风量的增大,冷量增加的幅度变大,即增大风速可以提高盘管的换热效率,从而可以增大冷量。
2)当采用3P形式的盘管时,流程的改变使得冷量变化显著,采用逆流程形式的盘管冷量要比采用交叉流程形式的盘管冷量大很多(增大16.68%)。
(2)改变机组的进风参数
室内空气参数即机组的进风参数对机组的性能具有重要影响,考虑到医院不同科室环境控制要求,进风干球温度分别为24℃、25℃、26℃,又分别因相对湿度不同控制要求分为3组,所以共9组。供水温度及供、回水温差也严重影响机组的性能,所以供水温度设定为14℃~16℃,温度调整间隔为1℃,供回水温差为3℃、4℃、5℃,即整个实验共测试了81种工况。在测试过程中,测试机组冷量时,分别同时测试风侧冷量和水侧冷量,二者相差5%以内的为有效数据,并且取两者的平均值作为机组的实验冷量。
1)送风参数与被测机组供冷量(1)
在6种不同送风参数、相同进水温度情况下,不同供、回水温差情况时机组显热(冷)量随送风参数的变化如下图:
 
2)送风参数与被测机组供冷量(2)
在6种不同送风参数、相同供、回水温差(3℃)情况下,不同进水温度情况时机组显热(冷)量随送风参数的变化如下图:

3)供水温度与受试机组供冷量
设定机组冷水供水温度分别为14℃、15℃和16℃,分别相应于医院科室干球温度24℃、相对湿度55%,干球温度25℃、相对湿度55%、干球温度26℃、相对湿度55%,室内状态的露点。下图所示为在相同进风参数情况下,不同冷水供水温度时的机组供冷量。

2、讨论
(1)在不同进风参数工况下机组风侧显热(冷)量的变化情况:
进风的温度升高,传热温差加大,机组的显热(冷)量增大,但是增长的幅度减小。进风的相对湿度对于机组的供冷量也有重要影响,相同温度的进风情况下,相对湿度越高(湿球温度越高),机组的供冷量反而越低,并且有可能出现冷凝水,其影响虽没有进风干球温度大,但可能造成冷凝水的析出,需特别注意。对于同一进水温度、不同供回水温差情况下,机组的显热(冷)量也是不同的。供回水温差越少,显热(冷)量越高,可见采用小温差、大流量是提高无凝水机组供冷量的一项有效途径。但对于供回水温差越大的工况,显热(冷)量随进风温度加大而增加的幅度越大。或者说,回风温度越高,供回水温差的影响越小,不同供回水温差的机组供冷量越接近。
(2)在不同进风参数工况下机组供冷量随进水温度的变化情况:
可以看出供水温度越低,传热温差加大,机组的供冷量越大,但是随着进风温度的升高,不同供水温度下机组供冷量值差距减小,即进风温度越高,不同供水温度下机组的供冷量越接近,因此无凝水机组对于手术室和隔壁病房,由于控制温度较低,应用效果较好。
(3)机组供冷量在不同供回水温差工况下随进水温度的变化情况:
随着供水温度的升高,机组的显热供冷量降低,水温每升高1℃,供冷量下降200~350W,但随着温度的升高,降低幅度先小后大。但从经济性角度看,升高供水温度有利于提高冷水机组的效率,冷水机组出水温度每升高1℃,在功率基本不变的情况下,冷水机组的效率平均增加3.5%左右。但是另一方面,考虑到无凝水机组的供冷量随着供水温度的升高而显著降低,过高的进水初温会使末端设备体积庞大、投资增大,也是不可取的。因此,应综合考虑冷水机组和无凝水机组的经济性,在保证机组处于干工况运行的情况下,采取合适的冷冻水供水温度,具有十分重要的经济意义。
(4)机组供水温度设定问题
从“湿度优先控制”系统的理念出发,无凝水机组的目的是要求机组的冷凝水盘内没有冷凝水。即使盘管出现结露,只要冷凝水不下落也是允许的,所以设计时都是按照冷凝水盘内没有冷凝水来考虑的。所以说无凝水机组与盘管的干、湿工况的转换显然不同,当盘管表面出现水汽时,盘管就从干工况转换为湿工况,但这时并不会马上出现冷凝水下落的现象,即“结露,凝水,不下滴,不发霉”是四个不同的概念,必须严格区分。
表冷器盘管表面的干、湿状态取决于盘管表面的温度(不是进水温度)是否高于进风初状态的露点温度。由于风机盘管水路或是采用下进上出,或是采用上进下出的布置方式,又有多种并联方式,所以盘管表面温度分布是极不均匀的。上下不等,进、出风侧也不等,并且影响盘管表面温度分布的因素繁多,所以盘管的表面出现凝露的部位和发生冷凝水下落的时间对于不同结构、不同工况的盘管是不同的。
随着进风温度及相对湿度的升高,越容易出现冷凝水,进风的相对湿度具有重要影响。但是随着供水温度或供回水温差的升高,能减少冷凝水的析出。很多情况下,供水温度低于室内空气的露点温度,但是机组并没有出现冷凝水。也有的情况下,即使进水铜管上有冷凝水出现,滴水盘中也没有冷凝水析出。此次试验显示:当供水温度低于室内空气露点温度小于1℃时,无冷凝水出现;小于2℃时,仅进水铜管上有冷凝水出现;只有当大于2℃时,滴水盘中即有冷凝水溢出出口。
风机盘管的盘管风侧表面平均温度可以采用下式进行计算:

式中,t3为风机盘管表面平均温度,℃;
    ε2为接触系数;
    ε1为热交换效率;
    tJ1为风机盘管进风温度,℃;
    tJL1为风机盘管进风露点温度,℃;
    ts1为风机盘管进风湿球温度,℃;
    tw1为风机盘管进水温度,℃。
通过计算风机盘管的表面平均温度,结果表明风机盘管的表面平均温度比进水温度高3.5~6.7℃,进水温度越低,这一差值越大。
此次试验也测量了风机盘管的表面温度,采用测量盘管侧平均分布3点的温度与风机侧平均分布的3点的温度,取其平均值作为盘管的表面温度,实验结果与上述理论一致。因此实际工程中,采用进水温度与室内空气露点温度比较来确定盘管的干湿工况,从而确定盘管的进水温度是有很大偏差的。




 

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