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空调工程改造过程中的理性分析

作者:佚名    论文来源:在职教育交流中心    点击数:    更新时间:2007-5-18
简介: 空调工程建成后,通过试运转,或者运行数年后,达不到原设计的要求,需要提出改造或改进措施,这是工程技术人员经常接触的任务。本文对若干密集型生产车间的空调系统运行的调查结果显示:有较多的车间新鲜空气量严重不足;空气过滤器严重积尘;换气次数下降;温湿度偏离设计要求;冷却水赃污结垢致使系统失效。对于这些实际工程中的常见故障,通过理性分析究其原因,用以引起设计者和管理者的重视。
关键字:室内正压 平衡点 渗透空气量 压力特性 污垢热阻

1 第一类常见故障———新鲜空气量严重不足

这类故障多见于工业空调中。

例1.某电子产品装配车间空调系统运行至今逾10年。据管理者反映,夏季车间空调品质逐年恶化,现今干球温度经常超过30℃,相对湿度在70% 以上。最使操作工难以忍受的是新鲜空气量严重不足,去年曾出现工人昏厥中暑在车间。

例2.某显示器装配老化车间,工人反映投产5年来,上班总感到气闷难受。

分析这类车间的特点是,车间面积较大,工艺设备发热量一般,但属流水线装配,操作工人密度高,最低人均占有面积不足6㎡(包括运输通道)。

密集型的工业空调新鲜空气的重要性,在《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ 19-87)第5.3.8条明确要求“…… 或保证每人不小于30CMH的量的最大值确定”,对于这一基本要求,设计方案都予以考虑了。然而,要在空调系统运行后能有效地引入新鲜空气(尤其在人员密集的车间)却需要在系统上进行研究

工业空调最常见的系统型式如图1所示


图1

这种单风机的运转系统不设置独立的排风,省电、省地、省设备,被多数业主所接受。这种系统的正常运转,从理论上讲有两点必须控制好。

1.1 室内正压△P

系统开始运转后,由于Lw的吸入,室内空气压力增加,当增加的△P足以通过窗缝、门缝渗透到室外的空气量Lp=Lw时,系统的运转达到了空气的平衡,此时的△P为室内的正压值,一般设计采用△P=5~10Pa,按作用压差法室内的渗透空气量可用下式计算

= · l· (1)

式中: ———-通过缝隙的渗透空气量,

———室内正压值,即室内与大气的压力差,

———常数,与门窗的气密程度有关,对于单层钢窗为 1.8;

———-表示单位长度缝隙漏风特性的系数,对于单层钢窗为 4.27;

l ———-缝隙长度,

1.2 室内回风与的混合点O

O点被称为回风和的平衡点。该点的控制是通过A、B风阀的调节完成的。

图1系统的运转压力特性可用 图2表示


图2

O为大气压力线,△P△P为室内正压线,ab为送风管的压力降, △Hs为送风口的压降,△Hh为回风口的压降。Cd 为回风管压降,de为空调箱压降。 d点处于负压状态,由于负压值O’d的存在,大气被吸入混合箱内。

以上描述是设计意图与运转的实际效果达到一致时,则此空调系统处于正常运转状态。但是对于密集型的工业厂房,由于操作人员众多,的需要量较大,而渗透空气量是由不定因数的窗缝所左右,因而新鲜空气量供应不足现象时有发生,这是工业厂房中常见的故障。

例1的原设计资料为:装配车间面积为4320㎡,层高为4.5M,设计风量为164600CMH,操作人员800余人,按每人30m3/h计,量占设计风量的15%,即24610CMH,无单独排风系统,设计室内正压为10Pa,系统的流程如图1所示。分析其主要原因是车间排风不畅,导致室内正压升高,降低了的供应量,并计算如下。

根据式1,为保证车间正压值10Pa,其缝隙长度应为:

24610CMH = 4.27× l ×, l = 5702

由于车间的气密性较好,其缝隙长度仅为设计的1/2强,约为3000m,为了达到空气量的平衡,室内将自动地升高其正压值,根据式(1)

24610CMH = 4.27×3000 × 则得到

= Pa

参看图2,由于室内正压的提高,在风机风压变化不大的情况下,相当于大气压线O’~ O’下降至O”~ O”虚线所示,而负压值O’d减为O”d ,因而必然降低新鲜空气量的吸入,这是导致减少的理论根据,也就必然反映到实际工程中去。

同时,室内过高的正压值,将造成风机流量的降低,减少了对车间的供冷量,使车间的温度升高。因而即使开大风阀A(见图1)增加的吸入使车间内保持风量平衡,但温度的升高是不可避免的。唯一的解决途径是设置车间的排风系统。有了排风系统可以避免不定因素缝隙的影响,根据设计要求灵活地控制风量平衡和热量平衡,提高空调系统运转的经济性。

按上例,保持车间正压,当缝隙长度为时,其渗透量为:

= 4.27××, =

排风系统就应负担24610 CMH-12950 CMH = 11660 CMH的排风量。有了排风系统,室内正压是非常容易控制的。

近年来不少资料阐述,空调工程应重视排风系统的设计,避免单纯靠室内正压无组织进行排风的弊端,其原因即在于此。

2 第二类常见故障———冷却水系统失效;表冷(加热)器严重积尘

这是普遍存在而又疏于重视的问题

2.1 冷却水赃污结垢对系统的影响

某工程设计,冷却水为一机一泵一塔的开式系统,冷却水必须与大气进行热湿交换,因此水质极易恶化。虽然有5% 以上的补充水,但水管、塔、主机冷凝器赃污结垢现象必然存在。系统虽设置了除污过滤器,但长期不予清理,而大大影响了冷却水的交换效率。

冷却水系统的换热能力:

对于卧式肋管冷凝器,若以外表面为基准的水冷式冷凝器,其传热能力的计算应用下式:

K= (2)

式中 ———冷剂在肋管外表面冷凝的换热系数,

——— 冷剂侧污垢热阻,;(若带油情况不严重此项可以忽略)

———肋管壁厚,

———肋管导热系数,对于常用的紫铜肋管为

———用肋管内、外平均面积计算的肋化系数;

———用肋管内面积计算的肋化系数;

———管内水侧的换热系数,

———水侧污垢热阻,

将式(2)应用到定型产品的计算上,若对冷却塔循环水进行处理,取 Rf=0.00018 , 并忽略Roil,则

K=

= 594

若对冷却塔的循环水不进行处理,则水侧污垢热阻最小值(不计水中钙镁离子浓缩后的沉淀)也要达到Rf =0.0005, 将式中的Rf=0.00018改成Rf=0.0005,其他数值不变,则其计算结果为=318,传热能力下降了46% 。

这是导致制冷能力下降的原因所在,因而在操作管理上不仅要处理(过滤等),还要定期换水,以减少水中钙镁离子的浓缩,才能确保冷却系统的正常运行。

2.2 表冷(加热)器积尘对换热能力的影响

空调系统的正常使用,除了有效的冷却水系统外,尚包括空调水系统及空调风系统两方面。一般空调水均采用闭式系统,如果不是渗漏的原因,不会有补充水的需求,因此,相比冷却水而言,水的脏污结垢程度要轻得多。而表冷器风侧的情况就完全不同。

例1工程的空调风系统自运行近10年,从未清扫过,过滤器亦从未更换过。当过滤器的阻力超过其终阻力后,使循环风量逐年下降,车间温度上升,于是简单地将过滤器拆除。由于表冷(加热)器得不到保护,而新回风混合空气中的尘埃粒子无遮拦地黏附在最需要清洁的表冷(加热)器上,使热湿交换效率大幅下降。

表冷器的换热能力:

计算表冷器换热能力的典型公式

K= (3)

式中: ------内表面换热系数,

------外表面换热系数,

------肋片热阻,

------管壁导热系数,

* ------管壁厚度,

* -------肋化系数

由于肋片多为铝片或铜片,同时,对于铜管的δ在1左右,而铜管壁的λ甚大,因而Rp和δ/λ甚小,可以忽略不计。于是计算表冷器的公式多用实验测定的数据并整理成以下的形式

K= (4)

式中: ———实验常数,

———迎风面速,

———水流速,

式(4)是在忽略了Rp和δ/λ整理得出,当空气中的灰尘积累在表冷器的外表面时,便形成了空气侧的污垢热阻R。空气中所带的灰尘包括尘埃、纤维物等,其容重较小,其导热系数在λ=0.1~0.2 左右, 若沉积在表冷器的污垢厚度达1mm时,则R=0.001/0.15 =0.0067…………,则式(4)就改写成

*= (5)

一般6排表冷器的K值用式(4)计算约为 80~100 ,若90时,式(4)括号中的数值应为

=

当表冷器沉积灰尘1mm时,应用式(5)计算,括号中应加0.0067, 则值为

ˊ==56.14 , 冷却能力降低了38%。

从计算上可以看出,表冷器风侧的保护是决不应忽视的。

3 结论

对于密集型生产车间必须重视排风系统的设计。由于人员是基本固定的,量也是固定的,因此在有条件时可以考虑双风机系统;无条件时可以采用分散的排风措施。

要重视冷却水的设计及运行管理。设计中可以采用1%~5%的旁滤式机械过滤器(级配石英砂),并加电子(或静电)除垢器;管理上要做到定期更换冷却水也是必要的;

合理选用空气过滤器。对于电子装配车间的新回风,可采用G4 型初效过滤器较为合适(对于舒适性空调可采用G3型),并设压差报警装置,以示定期更换过滤器,确保表冷(加热)器的,维持其正常的换热能力及循环风机的高效工作点,以发挥空调系统的正常作用。

参考文献

1 清华大学等校. 空气调节. 北京:中国建筑工业出版社, 1981

2 彦启森. 空气调节用制冷技术. 北京:中国建筑工业出版社, 1985

3 钱以明. 高层建筑空调与节能. 上海:同济大学出版社, 1990

4 中国电子工业设计院. 空气调节设计手册, 北京:中国建筑工业出版社, 1983

5 W.P.Jones. Air Conditioning Engineering. Glasgow: Preat Britain by Bell and Bain Ltd. 1973

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