直膨式空調機組應用于配電室的適用性分析

曾敏，楊品德，鄒均名Zeng Min,Yang Pinde,Zou Junming

（1中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙 410114；2湖南城市學院設計研究院有限公司，湖南益陽 413002）

0 引言

直膨式空調機組屬于直接蒸發式機組，可集送風、制冷、加熱、加濕、除濕、空氣凈化及電氣控制組合為一體，具有組成簡單、安裝方便、造價低等特點。直膨式空調機組有整體式和分體式兩種，分體式（圖1）由蒸發送風段和壓縮冷凝段組合而成，使制冷系統與通風系統兩者結合。機組以空氣為冷熱源，無需冷卻水及冷凍水系統、末端設備等，系統的流動介質只有制冷劑。機組可自帶控制裝置，運行管理方便，空調房間內采用全空氣系統，沒有空調水管，免除了漏水隱患；室外機安裝于屋頂或室外空地上，無需機房，節省了建筑空間及初投資。其缺點是：受壓縮機回油問題的影響，室內外機的距離，即制冷劑管路的有效長度受到一定限制。

圖1 分體式直膨空調機組示意圖

對于造紙車間的配電室，干式變壓器、電容器、變頻器等設備在運行過程中常散發出大量熱量，為了保證這類設備全年均能安全高效運行及具有正常的使用壽命，對其工作環境溫濕度、空氣潔凈度均有一定的要求。目前，一些中小型造紙企業通常缺乏專業的運行管理人員，或廠房布置緊湊，較難設置集中冷熱源，因此在配電室無條件設置單獨的空調機房時，直膨式空調機組均是較好的選擇，其無需冷凍水或冷卻水管路進入配電室，消除了安全隱患。通常，工程設計人員對直膨式空調機組采用一次回風全空氣系統設計計算時，制冷量的計算結果基本一致，但送風量計算結果往往有較大偏差，與空調廠商標準風量存在偏離，造成建設方最終訂貨參數與設計參數偏離。

基于以上情況，本文以某造紙廠配電室為例，選用直膨式空調機組一次回風全空氣系統進行全年供冷，探討其風冷比的影響因素及其適用的室內設計溫濕度范圍。

1 直膨式空調機組樣本的風冷比

1.1 直膨空調機組風冷比范圍

常規的水冷組合空調機組，流經換熱盤管的冷凍水系統與空調機組風系統獨立，其溫度、流量調節靈活，可根據設計要求調整各組件配置以與設計參數相匹配。而對于直膨式空調機組，沒有二次換熱，機組的制冷量與制冷劑流量、蒸發冷凝溫度及壓力等參數密切相關，制冷系統每個環節的運行狀態都會對整個系統的運行造成影響[1]。同時，直膨式空調機組的空氣冷卻器換熱過程比冷水盤管復雜，很難進行純理論的分析計算[2]。盡管目前很多項目設備廠商根據設計參數來搭配風量，但卻鮮有再去核對這種變更相比原樣本參數帶來制冷量的變化值，還有很多項目直接根據空調機組制冷量來定，而忽略送風量的偏差。可見，風冷比是與設計計算息息相關的參數，只有在合適的風冷比范圍內，運行工況才會穩定，才會滿足配電房相應的溫濕度要求。表1是行業內幾家常用直膨式空調機組的廠商產品樣本的參數對比。由表中數據可看出，不同廠家直膨空調機組的風冷比不同，波動范圍在135～235m3/（kW·h）之間。

表1 直膨式空調機組不同廠商樣本參數對比

1.2 同一廠家冷水型與直膨式對比

對于配電室這類顯熱量占比高達90%以上的空調房間，通常要求大風量小冷量，即風冷比要高于常規空調。表2為某一廠家組合式空調機組盤管內為冷水（4排管）和制冷劑R410A時，在回風工況及相同額定風量條件下的制冷量對比。

表2 直膨式空調機組與冷水型制冷量對比

從表2可以看出：當風量一定時，4排管冷水型機組制冷量大于直膨式空調機組，風冷比小于直膨式，且盤管排數不宜在4排管基礎上再減少。對于配電房采用直膨空調機組供冷時，一般計算采用最大溫差，即露點溫度送風，同時從節能的角度出發不希望有二次加熱，此時計算出來的風冷比是最經濟的。

2 直膨式空調機組風冷比的影響因素分析

2.1 室內設計溫濕度

根據國家標準《制漿造紙廠設計規范》（GB 5109—2015）12.2.1的規定，低壓配電室夏季室內設計溫度≤27℃，高壓配電室＜40℃，對相對濕度未作具體要求。同時，參考某國外項目對MCC室的規定：溫度23℃±2℃，相對濕度50%±5%。以下將通過一個實際項目案例，在tn=21℃～25℃、φ＝35%～55%的溫濕度范圍內計算分析不同室內設計參數對直膨式空調機組計算風量的影響。

東莞地區某造紙車間二樓的一個傳動控制室：長×寬×高為24.090m×9.770m×5.0m，屋面為鋼筋混凝土屋面（保溫為50mm厚擠塑板），外墻為雙層壓型鋼板屋面[100mm厚粉紅色保溫棉，容重16kg/m3，導熱系數≤0.037W/m·K，傳熱系數K=0.70W/（m2·K）]，外窗為4個6mm厚高透光Low-E玻璃窗[尺寸為3.0m×1.8m，K=3.40W/（m2·K）]，內墻為240mm厚MU10實心頁巖磚，考慮室外滲透空氣量為0.5次/h。

以鄰近城市廣州夏季室外氣象參數[3]進行計算，并加上電氣專業提資的熱損340kW，匯總得到不同室內設計參數下房間的熱濕負荷及對應的空調機組參數，見表3。

由表3可知：（1）在相同的室內設計溫度下，相對濕度要求越高，所要求的空調機組風冷比越大。這是因為室內設計溫度tn相同，熱濕比ξ相差不大，相對濕度越高，對應露點溫度越高，送回風焓差△h越小，計算出的送風量也就越大，機組的風冷比也越大；（2）在相同相對濕度條件下，室內設計溫度tn越高，空調機組的風冷比越小，但差值幅度明顯小于相對濕度的影響幅度。這是因為tn升高，ξ減小，室內狀態點與送風狀態點的比焓差增速小于單位相對濕度變化的焓差增速。同時，室內空調負荷減小，從而計算送風量減少，送風量與制冷量同時減小的綜合結果為風冷比變化不大，甚至在一定設計室內溫度范圍內，可以認為決定風冷比的就是相對濕度。

表3 不同室內設計參數時熱濕負荷及計算的空調機組參數對比

2.2 室外空氣計算參數

結合瀘州、東莞、連云港的同等產能造紙項目的傳動控制室，假定其朝向方位、圍護結構做法與上述一致，熱損等均維持不變，計算三者在室內設計參數為tn=23℃、φ＝30%時，采用直膨空調的設計參數，結果見表4。

表4 不同室外空氣計算參數時熱濕負荷及計算的空調機組參數對比

可以看出：東莞和瀘州室外干球溫度接近，計算的空調冷負荷幾乎一致，空調機組的送風量及風冷比偏差率均為1%。連云港室外計算干球溫度低于東莞，但兩者濕球溫度相同，計算出的空調機組送風量偏差率為1%，風冷比偏差率為0.655%，小于東莞和瀘州的偏差率。因此，可推測室外濕球溫度對風冷比的影響大于干球溫度，室外濕球溫度接近，由自然滲透帶來的濕負荷接近，風冷比也更接近，同時濕球溫度對空調機計算制冷量的影響也遠大于干球溫度的偏差帶來的影響，即室外相對濕度降低，由滲透風帶來空調機組風冷比增大。

3 直膨式空調機組適用的室內設計溫濕度

由以上得到：在規定的溫度范圍內，室內設計相對濕度直接決定著直膨空調機組的風冷比。仍以2.1為例，φ=35%時，風冷比比較貼合幾家廠商的參數，計算在室內溫度tn分別為21℃、23℃、25℃時，相對濕度在φ=25%～35%風冷比的變化，結果見表5。

直膨式空調機組的制冷量和室內機的送風量需滿足一定的匹配關系，風冷比的適宜范圍為170～200m3/（kW·h）[2]。由表5可以看出，在tn=23℃±2℃、φ=25%～35%范圍內，計算出的空調機組所需風冷比，一般廠家標準產品基本滿足要求，而不用非標定制增加造價。參考國內類似規范的規定，tn=18℃～28℃，φ=30%～75%[5]，同時結合一個近期涉外設計項目的技術規定，可知其中沒有對相對濕度的控制要求，根據相關專業提資只對配電室相對濕度上限有限制，由此我們可以得出，絕大多數廠家的標準型直膨式空調機組都是適用于配電室的，設計人員可以在設計過程中擇取以上推薦的相對濕度范圍進行計算，選型的空調機組送風量是一個相應的范圍值，以避免在設計選型時的困惑，建設方采購設備也將有更大的自由度。相對濕度每變化5%，風冷比變化率約為15%左右，因此風冷比取決于室內設計相對濕度。

表5 25%～35%熱濕負荷及計算的空調機組參數對比

（3）在室外干球溫度接近，考慮相同的滲透換氣次數條件下，室外相對濕度越高，風冷比越小，對于新風量較大的空調系統會維持相對較高的室內相對濕度。

（4）一次回風全空氣系統適用的室內設計溫濕度范圍為tn=23℃±2℃、φ=25%～35%，對于常規項目中未對室內相對濕度提出特殊要求的配電室，標準型直膨式空調都是適用的，無需非標定制，可以減少建設方成本。

4 結論

（1）對比空調廠家樣本上標準的空調機型，直膨式空調機組比冷凍水式空調機組的風冷比更大，在不更改標準產品參數的前提下，不考慮能效比等其他因素時，直膨式空調機組更適用于高顯熱比的配電室。

（2）對于一次回風全空氣空調系統而言，在配電室常采用的室內設計溫濕度范圍內，室內干球溫度的變化對風冷比的影響為：室內相對濕度越高，機組的風冷比越大；同一相對濕度條件下，溫度變化2℃，風冷比變化率為0.15%；同一室內溫度條件下，