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深度解析┃为什么中央空调选择供回水温度7℃-12℃?

发布时间:2019-8-9 16:42:39    来源:    作者:    浏览:241次

中央空调为何选择供回水温度7℃-12℃?业界普遍的答案是:“水温高了除湿不能保证”。百度搜索的最佳答案是一篇提名“为什么中央空调水系统设计供回水温度7℃-12℃?”的文章。作者虽然不详,但是文章转载不计其数,所以我判断为主流思路。我查阅了百度文库、豆丁网、360doc、搜狐公众平台、新浪博客等媒体平台……文中列举四点论证:


(1)从制冷机组出发;


(2)从热舒适和健康出发;


(3)从湿度控制的保障出发;


(4)12度回水的原因。




我的观点不同而且极其简单,那就是美国人不了解除湿机制,所以设计7℃ -12℃供回水,而中国人选择这么做是因为洋首是瞻。


上述文章的论证(2):从舒适与健康出发,室内干球温度25℃,相对湿度60%,则露点温度16.6℃。考虑5℃传热温差与5℃介质传输温差,实现16.6℃露点温度,需要6.6℃的冷源温度(见下图)。

上述文章的论证(3):湿度控制的关键在于保障足够低的供水温度,按夏季设计温度24℃,相对湿度50%分析,则空气需要冷却到12.5℃(露点温度12.9℃)才能满足相对湿度要求(见图2)。


谬误一:论证2(图1)和论证3(图2)是相互矛盾的,如果按论证1所说,必须有5℃传热温差(图1),则论证3(图2)无法成立!因为图2的传热温差只有0.5℃。


事实上,利用选型软件数字模拟常规三排7℃-12℃供回水风机盘管以及模拟它在不同进风状态下的运行情况,可得以下数据:


对应论证3(图2):按照常规选型末端机组额定冷量为室内负荷的120%以及湿负荷为热负荷的25%计算,如果回水温度控制在12℃,则室内平衡干球温度=25.1℃,相对湿度=52.1%,此时进水温度=7.9℃(见表1),室内温度无法降温到24℃。



如果把进水温度降到7℃,则室内平衡干球温度=24.3℃,相对湿度=52.2%,仍然无法降温到24℃。


如果要降温到24℃,进水温度必须下降到6.63℃,这时出水温度=10.78℃,送风干球温度=13.35℃(高于露点温度12.9℃),湿球温度=12.11℃,相对湿度=86.9%。注意送风相对湿度比设计院惯用的相对湿度95%差了8.1%,这是使用常规风机盘管的空调房室内空气过于干燥的原因。

为何送风温度高于露点温度(12.9℃)盘管尚能除湿呢?那是因为相对于微小的空气分子来说,铝箔之间约2mm的空隙是比十万八千里还大的距离!所以在两片铝箔之间的空气分子的温度是分层的。靠近铝箔的温度低于露点温度(12.9℃),但是离铝箔远的空气分子温度是比送风温度(13.35 ℃)还高的,而送风温度是所有铝箔之间的空气分子的混合温度。


谬误二:论证(2)和(3)都以横流表冷器设计为讨论的前提,如果表冷器设计是逆流的,那么所有讨论都是不成立的(见图3)。

事实上,所有空气处理机组的表冷器设计都是逆流的。为了方便制造起见,常规三排风机盘管表冷器确实设计为横流,但是也存在做逆流设计的风机盘管表冷器,干盘管就是典型的例子。


如果表冷器是逆流设计,论证3(图2)中例子的最低传热温差是5.5oC而不是0.5oC。哪怕我把供水温度提高到9oC,同时夸张地把水温差提高到8oC,也就是把末端供回水温度设计在9-17℃,水和空气的最低传热温差仍然有3.5度呢?


谬误三:论证3认为湿度控制的关键在于保障足够低的冷冻水供水温度,这是空调界多年错误的揣测!决定末端机组室内平衡相对湿度的直接参数是室内热湿负荷,风量和送风相对湿度,仅此而已。水温影响室内平衡空气状态点的含湿量,但是并不影响其相对湿度,原因是当水温升高时,干球温度随着含湿量升高,相互抵消了相对湿度的递增。表1清楚显示这个现象,我们称之为等相对湿度定律。这是我在南京321科技领军人才计划下,闭门造车四年,在除湿机制研究上的突破(见sana.cn),由衷感激南京市和高淳区的支持。


舒适性空调控制的是主机回水温度,利用选型软件数字模拟风机盘管在热负荷=额定冷量/1.2和湿负荷=0.25*热负荷的环境下的运行状态,可得表1的数据。第一条黑色虚线以上的是常规7-12℃供回水三排风机盘管,虚线以下的是9-17℃中温大温差风机盘管。特别突出的是不论是提高回水温度1℃或是缺水运行,室内平衡点相对湿度依然守恒。

谬误四:7-12℃供回水是既耗能又不舒适的设计! 5℃-13℃大温差末端机组当然更不合理,这都是因为不了解除湿机制而惹的祸。因为不了解除湿机制就揣测供水温度必须设计在5℃-7℃之间才能保证室内平衡相对湿度不会失控,结果是平白地浪费能耗10%以上,而且在北方干燥地区,风机盘管在中低档风速下运行时,让皮肤在空调房内活受罪,直膨机内机亦然。空气处理机组因为送风相对湿度靠近设计院所设计的95%,所以湿润得多。



如果把供回水温度设计在9℃-17℃,不但送风相对湿度靠近设计院所设计的95%,而且水泵节能,主机节能,末端也因为不制造多余的冷凝水而贡献主机的节能。综合效果是系统或机房COP节能10%以上。


选型软件显示,7℃-12℃风机盘管设计送风相对湿度=86.9%,比设计院所设计的95%送风相对湿度整整低了8.1%。表1显示当湿负荷为热负荷的20%时(北方地区),常规7-12℃风机盘管室内平衡点干球温度=25.04℃,相对湿度=48.3%。这明显是太干了。这还是高档风速状态下运行的,在中档风速下运行,室内相对湿度就只有44%而已,自然就感觉皮肤干燥了。


香格里拉酒店显然是比较操心的,所以把室内相对湿度设计在60%。以下是福州香格里拉酒店实测的运行数据:客房空气温度23℃,相对湿度=63%;会议室温度22℃,相对湿度=62%;餐厅温度23℃,相对湿度=75%。


香格里拉酒店可以通过回风和新风的混合,甚至其它加湿除湿手段,把室内相对湿度控制在60%左右,但是一般场合的应用基本上是把新风处理到室内等焓线上再和回风混合而已,更多是不开新风,甚至是没有新风的。无论如何,合理的设计应该是把风机盘管的送风相对湿度设计在95%,与设计院设计空气处理的送风要求统一,简而言之应该比常规7℃-12℃供回水风机盘管的相对湿度高8%左右。


参考喜来登和香格里拉酒店的设计,我们把中温大温差机组的室内相对湿度设计在57.3%,即在两者之间。


谬误五:洋首是瞻的谬误。为什么中央空调水系统设计7℃-12℃供回水温度?因为国家标准是这么定的。为什么国家标准是这么定的呢?惭愧得很,十多年前我参与制定风机盘管国家标准时,对除湿机制狗屁不通!结果自然就和上述作者一样担心水温不够低则不能除湿,于是就乖乖地洋首是瞻,延续美国人的无知和谬误……平白每年浪费国家能耗10%以上……


比我更荒谬的是iask.com的一篇最佳兼好评回答:“出水温度7℃回水温度12℃是冷水机组的标准运行参数,全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的最适当、最经济的工况参数。”这可树立为洋首是瞻的经典。


我曾和York、McQuay的美国同事打了多年的交道,也曾参与麦克维尔全球空气处理机组Vision的开发工作,我看不到这些大厂家通过无数试验总结出来的最适当、最经济的工况参数,实验室的用处更多是新产品在标准工况下的设计性能验证。大多数美国人和咱们一样,天下文章一大抄……


在约克和麦克维尔担任总经理的过程中,我曾多次更改美国人的设计,开始的时候我的同事都跟我说类似上述好评回答作者所说的话,事实证明这是莫大的谬误(见sana.cn>三浪网>从书生到商人第二版)。走不出“全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的阴影”,当美国人热推水地源热泵时,我们就跟着推水地源热泵;美国人热推温湿度独立处理,我们便跟着吹温湿度独立处理机组;如此洋首是瞻,中国人的科技如何能走到太阳光下呢?

走不出“全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的阴影”和忽视同僚们的偏见,当年我不可能开发出造就南京天加空调和颠覆了美国人空气处理机组设计概念和生产工艺的无框架迷宫空气处理机组。今天无框架空气处理机组已逐渐取代传统欧美人的框架设计,成为主流。无框架空气处理机组顾名思义是空调系统的皮毛,但是除湿机制则是其核心,我预言中温大温差机组将取代常规7℃-12℃供回水末端机组,成为主流,哪怕我人微言轻,说话传不远。道理十分简单,谁愿意跟10%的系统节能过意不去呢?


可以说得出来的道理并非恒常的道理, 可以定义的概念不是恒常的概念。 没有定义是万物的本质, 然而有定义则是认知万物的母体。 所以要经常钻研理论才能看到它的窍门,却要经常把定义和理论忘掉才能看到大自然的微妙。


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