變配電房中多聯機室內機的冷量計算分析

周青山 何健

1 筑博設計股份有限公司

2 大金（中國）投資有限公司廣州分公司

隨著建筑物內的用電負荷不斷增加，為消除電氣設備（尤其是變壓器）運行而產生的熱負荷，保證電氣安全、穩定運行，多聯機空調系統在電氣設備房中被廣泛采用。由于在不同的工況下，多聯機室內機的全冷量和顯冷量都是變化的。目前，國內多聯機廠家的樣本中僅提供了標準工況下的全冷量和顯冷量，而廠家設計選型手冊中的溫度修正只表示室外機進風干球溫度和室內機回風濕球溫度對室外機制冷量的影響，為多聯機室內機正確選型帶來了很大不便。多聯機室內機選型過大，增加了系統初投資。選型過小，使室內溫度不滿足設計要求。為此本文應用通用熱交換效率對多聯機室內機的冷量計算進行分析和探討。

1 通用熱交換效率的計算

1.1 理論基礎

通用熱交換效率（也叫第二熱交換效率或接觸系數）只考慮空氣狀態變化。根據文獻[1]，多聯機室內機中表冷器的通用熱交換效率的定義式如下（見圖1）。

圖1 表冷器處理空氣時的各個參數

式中：t1、ts1，t2、ts2分別為表冷器進口和出口的干、濕球溫度，℃；t3為在理想條件下，空氣通過表冷器最終能夠達到的干球溫度，℃。

表冷器微元面積dF 上由于存在熱交換，空氣放出的熱量-Gdh 應該等于表冷器表面吸收的熱量σ（h-h3）dF，即：

式中：G 為處理空氣量，m3/s；σ 為按含濕量差計算的濕交換系數，kg/(m2·s)；h、h3為主體空氣和表冷器表面空氣的焓，kJ/kg；F 為表冷器總換熱面積，m2。

在空氣調節工程范圍內，可以假定表冷器的表面溫度恒定為其平均溫度，則可以認為t3是個常數。對式（2）從0 到F 積分計算后可得：

式中：aw為表冷器的外表面熱交換系數，W/(m2·℃)；α為表冷器肋通系數；Fy為表冷器迎風面積，m2；N 為表冷器肋管排數；Vy為空氣迎面風速，m/s；ρ 為空氣密度，kg/m3；cp為空氣比熱容，kJ/(kg·℃)。

由式（3）可知，對于結構特性一定（型號確定）的表冷器，由于肋通系數α 值一定，而空氣密度ρ 可看成常數，aw又與Vy有關，所以通用熱交換效率可以看成是Vy和N 的函數，即

由此可見，對于一定型號的多聯機室內機，當風量不變時，在空氣調節工程范圍內的任何進風參數條件下，其通風熱交換效率E 都是定值。因此，干工況下多聯機室內機的制冷量為：

式中：Q 為室內機的制冷量，kW。

1.2 數據驗證

某多聯機廠家在不同工況下對室內機的性能進行了實驗測試，選取室外干球溫度為35 ℃（樣本工況）時的測試數據，分析進風參數對多聯機室內機性能的影響，測試結果如表1 所示。

表1 室外干球溫度為35 ℃時室內機制冷量

根據室內機的風量、不同進風參數下的總制冷量和顯熱制冷量可計算出室內機的出風參數。利用式（1）可計算出不同工況下的通用熱交換效率E，并將不同工況下的通用熱交換效率E 進行比較，如表2 所示。

表2 型號FXSQ20MVE（風量540 m3/h）不同進風參數下通用熱交換效率E 值

表3 在不同進風參數下通用熱交換效率E 值

1.3 冷量計算

根據電氣規范要求，高、低壓成套開關設備和控制設備的周圍空氣溫度不得超過+40 ℃，且在24 h 內其平均溫度不超過+35 ℃。為滿足電氣設備的運行要求，且在室內機的溫度控制范圍內，將室內溫度設定為30 ℃，相對濕度不要求。

由于變配電房（不設新風）的熱負荷全為顯熱負荷，當變配電房內的多聯機空調系統運行穩定時，室內機應處于干工況下運行。多聯機在名義制冷工況下的蒸發壓力為0.99 MPa[3]，對應的蒸發溫度為7 ℃。從變配電房內的空調系統開始運行到室內空氣達到穩定狀態，室內機剛開始的運行狀態為降溫除濕，且室內機的出風狀態點會沿著飽和相對濕度線慢慢往左移動，最終室內機變成干工況運行狀態，此時其出風狀態點的露點溫度應為7 ℃（忽略熱阻影響），即t3為7 ℃。設定室內干球溫度為30 ℃、露點溫度為7 ℃時，利用式（6）計算出不同型號的多聯機室內機的制冷量如表4 所示。

表4 tw=35 ℃時不同型號多聯機室內機的制冷量

由表4 可得，在室內干球溫度為30 ℃的干工況下，多聯機室內機的實際制冷能力比樣本上標注的額定總制冷量（TC）和顯熱制冷量（SHC）都要大。20～63號規格室內機的實際制冷量與額定總制冷量偏差較大，偏大了6%～37%，80～125 號規格室內機的實際制冷量與額定總制冷量基本相同，僅偏大3%～5%。在變配電房設計多聯機空調系統時，按照廠家樣本額定制冷量選型布置室內機會導致選型偏大，增大初投資。

2 結論

變配電房內設置多聯機空調系統，當室內空氣達到穩定狀態時，多聯機室內機是處于干工況下運行。如果將室內溫度設定為30 ℃，多聯機室內機的實際制冷能力比樣本上標注的額定總制冷量（TC）和顯熱制冷量（SHC）都大。此時20～63 號規格室內機的實際制冷量比額定總制冷量大6%～37%，80～125 號規格室內機的實際制冷量與額定總制冷量基本相同，僅偏大3%～5%。避免多聯機系統室內機選型過大，增大系統初投資，室內、外機的容量配比系數可能低于100%。

在非樣本測試工況下，可利用通用熱交換效率法計算出多聯機室內機在不同工況下的全冷量和顯冷量，以此指導室內機選型。但值得說明的是，室內機的計算制冷量是以室外機性能滿足要求為前提的，若想保證室內機的實際制冷量能達到計算值，還需要根據多聯機系統管線布置選擇合適型號的室外機。