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深度解析┃為什么中央空調選擇供回水溫度7℃-12℃?

發布時間:2019-8-9 16:42:39    來源:    作者:    瀏覽:1861次

中央空調為何選擇供回水溫度7℃-12℃?業界普遍的答案是:“水溫高了除濕不能保證”。百度搜索的最佳答案是一篇提名“為什么中央空調水系統設計供回水溫度7℃-12℃?”的文章。作者雖然不詳,但是文章轉載不計其數,所以我判斷為主流思路。我查閱了百度文庫、豆丁網、360doc、搜狐公眾平臺、新浪博客等媒體平臺……文中列舉四點論證:


(1)從制冷機組出發;


(2)從熱舒適和健康出發;


(3)從濕度控制的保障出發;


(4)12度回水的原因。




我的觀點不同而且極其簡單,那就是美國人不了解除濕機制,所以設計7℃ -12℃供回水,而中國人選擇這么做是因為洋首是瞻。


上述文章的論證(2):從舒適與健康出發,室內干球溫度25℃,相對濕度60%,則露點溫度16.6℃。考慮5℃傳熱溫差與5℃介質傳輸溫差,實現16.6℃露點溫度,需要6.6℃的冷源溫度(見下圖)。

上述文章的論證(3):濕度控制的關鍵在于保障足夠低的供水溫度,按夏季設計溫度24℃,相對濕度50%分析,則空氣需要冷卻到12.5℃(露點溫度12.9℃)才能滿足相對濕度要求(見圖2)。


謬誤一:論證2(圖1)和論證3(圖2)是相互矛盾的,如果按論證1所說,必須有5℃傳熱溫差(圖1),則論證3(圖2)無法成立!因為圖2的傳熱溫差只有0.5℃。


事實上,利用選型軟件數字模擬常規三排7℃-12℃供回水風機盤管以及模擬它在不同進風狀態下的運行情況,可得以下數據:


對應論證3(圖2):按照常規選型末端機組額定冷量為室內負荷的120%以及濕負荷為熱負荷的25%計算,如果回水溫度控制在12℃,則室內平衡干球溫度=25.1℃,相對濕度=52.1%,此時進水溫度=7.9℃(見表1),室內溫度無法降溫到24℃。



如果把進水溫度降到7℃,則室內平衡干球溫度=24.3℃,相對濕度=52.2%,仍然無法降溫到24℃。


如果要降溫到24℃,進水溫度必須下降到6.63℃,這時出水溫度=10.78℃,送風干球溫度=13.35℃(高于露點溫度12.9℃),濕球溫度=12.11℃,相對濕度=86.9%。注意送風相對濕度比設計院慣用的相對濕度95%差了8.1%,這是使用常規風機盤管的空調房室內空氣過于干燥的原因。

為何送風溫度高于露點溫度(12.9℃)盤管尚能除濕呢?那是因為相對于微小的空氣分子來說,鋁箔之間約2mm的空隙是比十萬八千里還大的距離!所以在兩片鋁箔之間的空氣分子的溫度是分層的。靠近鋁箔的溫度低于露點溫度(12.9℃),但是離鋁箔遠的空氣分子溫度是比送風溫度(13.35 ℃)還高的,而送風溫度是所有鋁箔之間的空氣分子的混合溫度。


謬誤二:論證(2)和(3)都以橫流表冷器設計為討論的前提,如果表冷器設計是逆流的,那么所有討論都是不成立的(見圖3)。

事實上,所有空氣處理機組的表冷器設計都是逆流的。為了方便制造起見,常規三排風機盤管表冷器確實設計為橫流,但是也存在做逆流設計的風機盤管表冷器,干盤管就是典型的例子。


如果表冷器是逆流設計,論證3(圖2)中例子的最低傳熱溫差是5.5oC而不是0.5oC。哪怕我把供水溫度提高到9oC,同時夸張地把水溫差提高到8oC,也就是把末端供回水溫度設計在9-17℃,水和空氣的最低傳熱溫差仍然有3.5度呢?


謬誤三:論證3認為濕度控制的關鍵在于保障足夠低的冷凍水供水溫度,這是空調界多年錯誤的揣測!決定末端機組室內平衡相對濕度的直接參數是室內熱濕負荷,風量和送風相對濕度,僅此而已。水溫影響室內平衡空氣狀態點的含濕量,但是并不影響其相對濕度,原因是當水溫升高時,干球溫度隨著含濕量升高,相互抵消了相對濕度的遞增。表1清楚顯示這個現象,我們稱之為等相對濕度定律。這是我在南京321科技領軍人才計劃下,閉門造車四年,在除濕機制研究上的突破(見sana.cn),由衷感激南京市和高淳區的支持。


舒適性空調控制的是主機回水溫度,利用選型軟件數字模擬風機盤管在熱負荷=額定冷量/1.2和濕負荷=0.25*熱負荷的環境下的運行狀態,可得表1的數據。第一條黑色虛線以上的是常規7-12℃供回水三排風機盤管,虛線以下的是9-17℃中溫大溫差風機盤管。特別突出的是不論是提高回水溫度1℃或是缺水運行,室內平衡點相對濕度依然守恒。

謬誤四:7-12℃供回水是既耗能又不舒適的設計! 5℃-13℃大溫差末端機組當然更不合理,這都是因為不了解除濕機制而惹的禍。因為不了解除濕機制就揣測供水溫度必須設計在5℃-7℃之間才能保證室內平衡相對濕度不會失控,結果是平白地浪費能耗10%以上,而且在北方干燥地區,風機盤管在中低檔風速下運行時,讓皮膚在空調房內活受罪,直膨機內機亦然。空氣處理機組因為送風相對濕度靠近設計院所設計的95%,所以濕潤得多。



如果把供回水溫度設計在9℃-17℃,不但送風相對濕度靠近設計院所設計的95%,而且水泵節能,主機節能,末端也因為不制造多余的冷凝水而貢獻主機的節能。綜合效果是系統或機房COP節能10%以上。


選型軟件顯示,7℃-12℃風機盤管設計送風相對濕度=86.9%,比設計院所設計的95%送風相對濕度整整低了8.1%。表1顯示當濕負荷為熱負荷的20%時(北方地區),常規7-12℃風機盤管室內平衡點干球溫度=25.04℃,相對濕度=48.3%。這明顯是太干了。這還是高檔風速狀態下運行的,在中檔風速下運行,室內相對濕度就只有44%而已,自然就感覺皮膚干燥了。


香格里拉酒店顯然是比較操心的,所以把室內相對濕度設計在60%。以下是福州香格里拉酒店實測的運行數據:客房空氣溫度23℃,相對濕度=63%;會議室溫度22℃,相對濕度=62%;餐廳溫度23℃,相對濕度=75%。


香格里拉酒店可以通過回風和新風的混合,甚至其它加濕除濕手段,把室內相對濕度控制在60%左右,但是一般場合的應用基本上是把新風處理到室內等焓線上再和回風混合而已,更多是不開新風,甚至是沒有新風的。無論如何,合理的設計應該是把風機盤管的送風相對濕度設計在95%,與設計院設計空氣處理的送風要求統一,簡而言之應該比常規7℃-12℃供回水風機盤管的相對濕度高8%左右。


參考喜來登和香格里拉酒店的設計,我們把中溫大溫差機組的室內相對濕度設計在57.3%,即在兩者之間。


謬誤五:洋首是瞻的謬誤。為什么中央空調水系統設計7℃-12℃供回水溫度?因為國家標準是這么定的。為什么國家標準是這么定的呢?慚愧得很,十多年前我參與制定風機盤管國家標準時,對除濕機制狗屁不通!結果自然就和上述作者一樣擔心水溫不夠低則不能除濕,于是就乖乖地洋首是瞻,延續美國人的無知和謬誤……平白每年浪費國家能耗10%以上……


比我更荒謬的是iask.com的一篇最佳兼好評回答:“出水溫度7℃回水溫度12℃是冷水機組的標準運行參數,全世界各大廠家通過無數的試驗總結出來的最適當、最經濟的工況參數。”這可樹立為洋首是瞻的經典。


我曾和York、McQuay的美國同事打了多年的交道,也曾參與麥克維爾全球空氣處理機組Vision的開發工作,我看不到這些大廠家通過無數試驗總結出來的最適當、最經濟的工況參數,實驗室的用處更多是新產品在標準工況下的設計性能驗證。大多數美國人和咱們一樣,天下文章一大抄……


在約克和麥克維爾擔任總經理的過程中,我曾多次更改美國人的設計,開始的時候我的同事都跟我說類似上述好評回答作者所說的話,事實證明這是莫大的謬誤(見sana.cn>三浪網>從書生到商人第二版)。走不出“全世界各大廠家通過無數的試驗總結出來的陰影”,當美國人熱推水地源熱泵時,我們就跟著推水地源熱泵;美國人熱推溫濕度獨立處理,我們便跟著吹溫濕度獨立處理機組;如此洋首是瞻,中國人的科技如何能走到太陽光下呢?

走不出“全世界各大廠家通過無數的試驗總結出來的陰影”和忽視同僚們的偏見,當年我不可能開發出造就南京天加空調和顛覆了美國人空氣處理機組設計概念和生產工藝的無框架迷宮空氣處理機組。今天無框架空氣處理機組已逐漸取代傳統歐美人的框架設計,成為主流。無框架空氣處理機組顧名思義是空調系統的皮毛,但是除濕機制則是其核心,我預言中溫大溫差機組將取代常規7℃-12℃供回水末端機組,成為主流,哪怕我人微言輕,說話傳不遠。道理十分簡單,誰愿意跟10%的系統節能過意不去呢?


可以說得出來的道理并非恒常的道理, 可以定義的概念不是恒常的概念。 沒有定義是萬物的本質, 然而有定義則是認知萬物的母體。 所以要經常鉆研理論才能看到它的竅門,卻要經常把定義和理論忘掉才能看到大自然的微妙。


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