醫用無（wú）凝水（shuǐ）機組的性能優化

無凝（níng）水技（jì）術其實是一個係統、機組以及相應控製的技（jì）術，它對（duì）盤管結構有著（zhe）特殊（shū）的要求，並且要能夠與（yǔ）新風機組進行合理的（de）匹配（pèi），還要求自控係統在（zài）保證室內溫濕度要求前提下的幹盤管運行。由於機組需（xū）要處理室內顯熱負荷，機組無去濕量，水溫（wēn）差小，是典型大（dà）風（fēng）量小焓差（chà）工況。因此，與傳統的風機盤管（guǎn）相比，關鍵是（shì）高溫進水參數與（yǔ）機（jī）組供（gòng）冷（lěng）量的矛盾。或者說，要求在設計所需的（de）進（jìn）風和進水的參數前提下（xià），盡量加大供冷（lěng）（熱）量。從理論可知，改變盤管本身的（de）結構、增加盤管的有（yǒu）效長度（dù）、增加盤管的水流量、增加盤管（guǎn）的（de）熱換麵積（jī）或換（huàn）熱係數，並尋求盤管、風機、箱體合（hé）理（lǐ）的匹配，能使機組的各項性（xìng）能達到設計要（yào）求。
1、無凝水機組的研（yán）發（fā）
無凝水空調機組的結構特點是（shì）盤管排數少、換熱麵積大以適應大風量、小焓差（chà）工況。之前市場上應用的SDCR-600、CP-600的無凝水空調機組，因市場需要（yào）進行了（le）實驗研究（jiū），對現有產品結構改（gǎi）型後測試其性能、經理論分析後再改進其結構（gòu）、再進行測試等反複研發過程（chéng），使產品性能逐步完善，以較佳（jiā）的達到無凝水機組的設計（jì）要求。本實驗數據采集和結果均由計（jì）算機（jī）自動控製係統完成（chéng）。自控係統每隔10s巡（xún）檢一（yī）次，采（cǎi）集溫度（dù）傳感器（qì）、濕度傳（chuán）感器、流量計（jì）、標準流量噴嘴（zuǐ）等的測試數據，每（měi）隔5min輸出一次（cì）該時段內（nèi）各參數的測量平均值和計算（suàn）結果。測試在工況（kuàng）穩定後運行，工況穩定時間平均（jun1）需要2h左右。
如前所述，增加供（gòng）冷量有多種措施，其中增大機組的風量，或增加盤（pán）感的麵風（fēng）速（sù）的確可以提高機組的供冷量，但存在一個*麵風（fēng）速的問題（tí），過高的迎麵風速不但會（huì）增加空氣側阻力，使電機功耗增大，而（ér）且還易帶走盤管表（biǎo）麵的凝結水。盡管（guǎn）從理論上講盤管處於幹工況不會出現（xiàn）凝結水，實際運行中難免會瞬時出現濕工況，因此在研發過程中不宜將增大麵風速作為*化的選項。
本項目研發，先從盤管結構（gòu）形式著（zhe）手，采用新型的鋁翅片及其與銅管結合的新方法。同時采用雙圓弧葉型葉輪，改善了空（kōng）氣流動，減少渦流損失（shī）。在相同風量的條件下，風機的靜壓高於原風機，而輸入功率低於原風機。因此下列試驗是在新型的機組上實驗。
（1）改變機組的水流程
首先改變機組盤管的水流程，對機組交叉流程與逆流程兩種不同流程的盤管進（jìn）行對比測試，測試結果見下表：

對測試結（jié）果進行（háng）分析，得出下圖：
2P盤管冷量隨風量的變化：
  
3P盤管冷量隨風量的變化：
  
從上述測試數據表格及（jí）分析的圖表中可以看出：在相同進風參數（shù）和進出水溫度條件下（xià）：
1）對於2P形式的盤管，流程形式的改變對冷（lěng）量的變化（huà）不是特別大（分別增大（dà）1.36%和5.86%），不過隨著風量的增（zēng）大，冷量增（zēng）加的幅度變大，即增大風速可以提高盤管的換熱（rè）效率，從而可以增大（dà）冷（lěng）量。
2）當采用3P形式的盤管時，流程的改變使得冷量變化顯著，采用逆流程形式的盤管冷量要（yào）比采用交叉（chā）流程形式（shì）的盤管冷量大很多（duō）（增大16.68%）。
（2）改變機組的進（jìn）風參數
室（shì）內（nèi）空氣參數即機組的進風（fēng）參數對機組（zǔ）的性能具有重要影響，考慮到醫院不同科室環境（jìng）控製要求，進（jìn）風幹球溫（wēn）度分別為24℃、25℃、26℃，又（yòu）分別因相對濕度不同控製要求分（fèn）為3組，所以共9組。供（gòng）水溫度及供、回水溫差也嚴重影響機組的性能，所以供水溫度設定為14℃～16℃，溫度調整間隔為1℃，供回（huí）水溫差為3℃、4℃、5℃，即（jí）整（zhěng）個實驗共測試了81種工況（kuàng）。在測試過程中，測試（shì）機組冷量時，分別同時測試風側冷量和水側冷量，二（èr）者相差5%以內的（de）為有效數（shù）據，並且取兩者的平均值作為機組的實驗冷量。
1）送風參數與被測機組供冷量（1）
在6種不同送（sòng）風參數、相同進水溫度情況下，不同供、回水溫差情況時機組顯熱（冷）量隨（suí）送風參數的變化如下圖：
 
2）送風參數與被測機組供冷量（2）
在6種不同送風參數、相同（tóng）供、回水溫差（3℃）情況下，不同進水溫度情況時（shí）機組顯熱（冷）量隨送風（fēng）參數的變化如下圖：

3）供水溫（wēn）度與受試機（jī）組供冷量（liàng）
設（shè）定機組冷水供水溫度分別為14℃、15℃和16℃，分別相應於醫院科室幹球溫度24℃、相對濕度55%，幹球（qiú）溫度25℃、相對濕度55%、幹球溫度26℃、相對濕度55%，室內狀態的露點。下圖所示為在相同進風參數情況下，不同冷水供（gòng）水溫度時的機組供冷量（liàng）。

2、討論
（1）在不同（tóng）進風參（cān）數工況下機組風側（cè）顯（xiǎn）熱（冷）量的變化情（qíng）況：
進風的溫度升高，傳熱溫差加大，機（jī）組的顯熱（冷）量增大，但是增（zēng）長的幅度減小。進風的相對濕度對於機組的供冷量也有重要影響，相同溫度的（de）進風（fēng）情況下，相對濕度越高（濕球溫度越高），機組的供冷量反而越低（dī），並（bìng）且有可（kě）能出現冷凝水，其影響雖（suī）沒有進風幹球溫度大，但可能造（zào）成冷凝水的析出，需特別注意。對於同一（yī）進水溫度、不同供回水溫差情（qíng）況下，機組的顯熱（冷）量也是不同的。供回水溫差（chà）越少（shǎo），顯熱（冷）量越高，可見采用小溫差、大（dà）流量是提高無凝水機組供冷量（liàng）的一項有（yǒu）效途徑。但（dàn）對於供回水溫差越（yuè）大的工況，顯熱（冷）量隨進風溫度加大而增加的幅度越大。或者說，回（huí）風溫度越高，供回水溫差的影響越小，不（bú）同供回水溫差的機組供冷量越接近。
（2）在不同進風參數工況下機組供冷量（liàng）隨進（jìn）水溫度的變化情況：
可（kě）以看出供水溫度越低，傳（chuán）熱溫差加大，機組的供冷（lěng）量越大，但是隨著進風溫度的升高，不同供水溫度下機組供冷量值差距（jù）減小，即進風溫（wēn）度越高，不同供水溫度下機組的供冷量越接近（jìn），因此無凝水機組對於手術室和隔壁病（bìng）房，由於控製溫度較低，應用效果較好。
（3）機組供冷量在不同（tóng）供回水溫差工況下隨進水溫度的變化情況（kuàng）：
隨著供水溫度的升高，機組的顯熱供冷量（liàng）降（jiàng）低，水溫每升高1℃，供冷量下降200～350W，但隨著溫度的升高，降低幅度先小後大。但從（cóng）經濟性角度（dù）看，升高供（gòng）水溫度（dù）有利於提高冷水機組的效率，冷水機（jī）組（zǔ）出水溫度每升高1℃，在功（gōng）率基本不變的情況下，冷水機組（zǔ）的效率平均增加3.5%左（zuǒ）右（yòu）。但（dàn）是（shì）另一方麵，考慮到無凝水機組的供冷量隨著（zhe）供（gòng）水溫度的升高而顯著降低，過高的進水初溫會使末端設（shè）備（bèi）體積（jī）龐大、投資增大，也（yě）是（shì）不（bú）可取的。因此，應綜合考慮冷（lěng）水機組（zǔ）和無凝水機組的經濟性，在（zài）保（bǎo）證機組處於（yú）幹工況運行的情況下，采取合適的（de）冷凍水供水（shuǐ）溫度（dù），具（jù）有十分重要的經濟意義。
（4）機（jī）組供水溫度設定問（wèn）題
從“濕度優先控製”係統的理念出發，無凝水機組的目的是要求機組（zǔ）的冷凝水盤內沒有（yǒu）冷凝水。即使盤管出現結露，隻（zhī）要（yào）冷凝水不下落也是允許的，所以設計時都是按照冷凝水盤內沒有冷凝水來考慮的。所以說無凝水機組與盤管（guǎn）的幹、濕工況的轉換顯然不同，當盤管表麵出現水汽時，盤管就從幹（gàn）工況（kuàng）轉換為濕工況，但這時並（bìng）不（bú）會馬上出現冷凝水（shuǐ）下落的現象，即“結露，凝水，不（bú）下滴，不發黴”是四個不同的概念，必須嚴格區分。
表冷器盤管表麵的幹、濕狀態取決（jué）於盤管表（biǎo）麵的（de）溫度（不是（shì）進水溫度（dù））是（shì）否高於進風初狀態（tài）的露點溫（wēn）度。由於風機盤管水路或是采用下進上出，或是采用上進下出的布置方式，又有多種並聯方式（shì），所以盤管表麵溫度分布是極不均勻的。上下（xià）不等，進、出風側也不等，並且（qiě）影響盤管（guǎn）表（biǎo）麵溫度分（fèn）布的因素繁多，所以盤管的表麵出現凝露（lù）的部（bù）位和發生（shēng）冷凝（níng）水下落的時間對於不同結構、不同工（gōng）況的盤管是不同的。
隨著進（jìn）風溫度及相對濕度的升高，越（yuè）容易出現冷凝水，進風的相對濕度具有重要影響。但是（shì）隨著供水溫度或供回水溫差的升高，能（néng）減少冷凝（níng）水的析出。很多情況下，供（gòng）水溫度低於室內空（kōng）氣的露點溫度，但是機組並沒有出現冷凝水。也有的情況下，即（jí）使進水（shuǐ）銅管上有冷凝水出現，滴（dī）水盤中也沒有冷（lěng）凝（níng）水析出。此次（cì）試驗顯示：當供水溫度低於室內空氣露點溫度小於1℃時，無冷凝水出現；小於2℃時，僅進水銅管（guǎn）上有冷凝水出現；隻有當（dāng）大（dà）於2℃時，滴水盤中即有（yǒu）冷凝水溢出出（chū）口。
風（fēng）機（jī）盤（pán）管的盤管風側表麵（miàn）平均溫度可以采用下式進（jìn）行計算：

式中，t₃為風機盤管表麵（miàn）平均溫度，℃；
    ε₂為接觸係數；
    ε₁為熱交換效（xiào）率；
    t_J1為風機盤管進風溫度，℃；
    t_JL1為風機盤管進風露點溫度，℃；
    t_s1為風機盤管進風濕球溫度，℃；
    t_w1為風機盤管進水溫度，℃。
通過計算風機（jī）盤管的表麵平均溫度，結果表明風機盤管（guǎn）的表麵平均溫度比進水溫度（dù）高3.5～6.7℃，進水溫度越低，這一差值越大。
此次試驗也測量了風（fēng）機盤管的表麵溫度，采用（yòng）測量盤管側平均（jun1）分布3點的溫度與風（fēng）機側平（píng）均分布的3點的溫度，取其平均值作為盤管（guǎn）的（de）表麵溫度（dù），實驗結果與上述理論一致。因此（cǐ）實際（jì）工程（chéng）中，采用進（jìn）水溫度與（yǔ）室內空氣露點溫度（dù）比較（jiào）來確定盤管的幹濕工況，從而確定盤管的進水（shuǐ）溫度是有很大偏差的。