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1、干净厂房新风机组的空气预热处理XX 大学环境科学与工程学院 X 俊杰 王志强摘要对于干净厂房的新风空调机组来说，当冰雪天气时，存在空气中冰晶颗粒阻塞过滤器的 隐患；另一方面，冬季新风预热时预热盘管非常容易发生冻结。针对以上问题，本文通过比 拟三种不同的新风机组热水供水调节方案，即：二通阀控制、三通阀控制和小型混水站控制， 分析了各方案的优缺点，结合工程实际，发现采用由电动调节阀和循环水泵构成的小型混水 站可以有效的防止预热盘管冻结，同时到达预热新风的目的。通过实际工程案例分析，对这 一混水系统的各个组成局部进展了说明和设计选型计算。关键词 ：过滤器预热 盘管冻结新风 混水系统0 引言 在一次回
2、风空调机组中，如果冬季室外空气焓值低于一定值时，就需要对新风进展预热， 否那么混合后的空气无法处理到送风状态点。而在干净厂房的空气处理中常用到独立新风机 组MAU系统。舒适空调系统的新风机组用于处理满足空调房间的人员的新风需求的新 风量，风量相对较小，而对于干净厂房的空调系统，一方面由于干净厂房的换气次数比拟大， 千级干净室为5060次/h,万级干净室为1525次/h,十万级干净室为1015次/hw,新 风机组处理的风量比拟大；另一方面考虑干净度的要求，干净室风口末端安装有高效过滤器， 而高效过滤器的容尘能力有限,因此需要在新风机组中安装初、中效过滤器。当遇上冰雨天 气（冰雨天气是由于冷暖空气
3、对流,大气上层气温在冰点以上,而地面温度在冰点以下,使 得雨水在下降过程中结成冰粒而形成的特殊降水方式）,过滤器视空气中冰晶为颗粒物而阻 拦,水滴在零度以下的滤材上结冰,并迅速地将过滤器封堵,导致新风机组严重出力缺乏, 进而影响整个干净厂房的干净度及空气品质2。鉴于上述问题的存在，当室外温度低于5C。时应对新风进展预热，就是在新风机组入口 增加一套预热盘管，在新风温度低于5C。时将其预热至5C。，这样以来，即使遇上冰雨和大 雾天气,由于盘管的加热,冰雨转化为水滴,大局部水滴碰到预热盘管壁面会附着在上面, 积累成大的水滴沿着盘管壁流到下面的接水盘中，同时由于新风经预热到5C。再吹向过滤 器,滤材
4、的温度不会到达零度以下,因此滤材上即使有水滴也不会结冰,过滤器也就不会出 现封堵现象。另外,在新风和一次回风时也应考虑混合点是否在雾区的问题,需要根据最小新风比和 室外空气状态点的焓值确定新风的预热。当室外气温降到0以下时，如进风或新风系统中 未采取有效的防冻措施,空气加热器中的水有可能结冻。结冻的结果,轻那么影响正常运行, 重那么使加热器的盘管破裂,必须更新或修理。一般可以采用的预防新风机组盘管冻结的方 法有电加热法、值班风机法和旁通导流法34,这里考虑用混水站的方法来消除预热盘管冻 结的隐患。1. 预热盘管水量调节的方案比拟方案一：一般的空调机组的热水盘管都是通过在机组盘管的供水和回水管道
5、上用三通阀 连接,根据盘管后的空气的温度调节电动三通阀,从而控制热水盘管的水流量,如图1中所 示。这种用三通阀进展调节的水系统,尽管通过末端设备的水流量变化了,但是对整个水系统而言却是定流量的。定流量系统中用户末端盘管采用三通阀调节，水泵大局部时间在较低 的效率点工作，耗能严重。而在实际工程中有的通风或空调系统间歇运行，当系统停顿运行后，预热盘管内的水停 顿循环，由于进风口处阀门的热损耗和室外冷空气的渗入，会使预热盘管内的水因局部温度 逐渐降低而冻结，以至将预热盘管的铜管冻裂，影响通风、空调系统的正常运行。也就是说 如果预热盘管水路系统采用三通阀的连接方式，预热盘管仍存在着冻裂的平安隐患。:專
6、:| 去.I. Ill丄.-匚ft50c的图1新风机组预热盘管采用三通阀连接图2新风机组预热盘管采用二通阀连接方案二：预热盘管水路控制更简单的控制方式是采用电动二通阀，使整个水系统成为变 流量系统，如图2中所示。在这一变流量系统中，用户末端盘管采用二通阀调节，整个系统 循环水流量随负荷变化而成比例变化。变水量的目的是使由热源输出的流量所载热量与经常 变化的末端所需冷量相匹配，节约热量输送动力和热源的运行费用。这种方案与方案一存在着一样的问题，即在通风或空调系统间歇运行时，当系统停顿运 行后，预热盘管存在着冻裂的平安隐患。方案三：采用混水站的控制方式可以消除以上两种方案都存在的问题，其具体连接方
7、式 如图3所示。图3新风机组预热盘管采用混水站连接图4该厂房冬季新风处理焓湿图:l斋 1热效拎i如图3所示，a点接热水管网供水管，d点接热水管网回水管，ac段设置一过滤器，cb 段加装一水泵，ed段加控制阀电动二通阀ec段加止回阀。预热盘管采用这种混水站的方式预防盘管冻裂的原理在于：在正常情况下，通过新风机组的预热盘管后面的空气温度 来调节ed段的控制阀，当其温度低于5C。时，增加控制阀的开度，即增加热水盘管的水流 量，直至预热盘管后面的空气温度到达5C。为止。从图3中可以看出，即使ed点的控制阀开度为0,由于be段的循环水泵的存在，在环 路befe中依然有一定量的水在循环流动，也就是说无论何
8、时在环路befe中都有循环水。即 使在通风或空调系统间歇运行时，当系统停顿运行后，预热盘管内仍然有水循环流动，有效 的消除了盘管冻裂的平安隐患。另外ed段装有电动二通阀，从而使整个水路系统成为变流量系统。通过调节末端盘管 采用二通阀，使整个系统循环流量随负荷变化而成比例变化，变水量的目的是使由热源输出 的流量所载热量与经常变化的末端所需热量相匹配，节约热量输送动力和热源的运行费用。分析比拟上述三种预热盘管水量调节方案：方案一采用三通阀调节，水泵大局部时间在 降低的效率点工作，耗能严重，而且存在预热盘管冻裂的平安隐患；方案二通过变流量节约 热量输送动力和热源的运行费用，但是也存在着预热盘管冻结的
9、平安隐患；方案三虽然管路 复杂些，由于预热盘管侧循环水泵的存在，此管路系统在有效消除预热盘管冻结的同时，还 分担了一局部管网的资用压头，变流量的系统也满足节能的需要。因此，对于新风量要求较 大的干净厂房新风机组预热盘管水路系统宜采用混水站的方式。2. 实例分析下面以某制药厂的新风机组为例，说明干净厂房新风机组的空气预热盘管混水站水系统 的设计及选型计算。3.1 根本资料空调新风机组的总新风量：73000 m3/h;室外空气设计参数：t =-11C,甲=53%w室内空气设计参数：tn=21C。，甲=60%预热后的空气温度：5C热水管网供回水温度：70C/50C热水盘管供回水温度：60C/50C。
10、3.2 热水盘管换热量及接收管径确实定根据公式1确定热水盘管所需换热量。Q 二 Gxp x(i -i )cw式中，Q盘管换热量，W ;G新风量，73000 m3/h ；P新风密度，1.342kg/m3 ;ie新风预热后焓值，6.9 KJ/Kg预热后的温度为5C。，相对湿度仍为53%；i室外空气计算状态点焓值，-9.2KJ/Kg ；w计算得热水盘管的换热量为438KW。再由公式2确定盘管水量。Q - C x m x Atp计算得热水质量流量为10.5kg/s,进而求得体积流量为37.8m3/h，比摩阻取250Pa/m，接收 管径取DN100，校核流速1.2m/s。3.3 新风机组空气处理过程的焓
11、湿图空气处理过程的流程如下：预热加热蒸汽加湿eWWEON其处理过程的焓湿图表示如图4所示。3.4 控制阀电动二通阀位置确实定此混水站为二级系统，一级侧为热水管网，二级侧为预热盘管，盘管50C。回水通过ec 段止回阀与管网70C供水混合为60C的二级系统供水供应预热盘管。下面来讨论控制阀位 置确实定。如图3中所示，一级系统的供水温度t1=70C,回水温度t2=50C，流量为G,一级系 统的供水温度t3=60C，回水温度t2=50C,流量为G3。控制阀假设放在二级系统中，当二级系 统的负荷发生变化，比方负荷变小时，二级系统所需的制冷量变小，虽然可以通过调节阀调 小二级系统的流量，但是假设控制阀关小
12、，那么预热盘管流量变小，相应的be管段的流量 变小，而ac管段的流量不变，那么就的旁通管路ec段流量变小才能满足系统的流量要求。 这样以来，70C高温水流量变小，而50C的低温水流量不变，那么be管段的混水温度将会 低于60C，无法满足预热盘管的设计供水温度；另外，由上述分析易知，当二机级系统负 荷变化时，一级系统流量却没有变化，显然不符合节能的要求。更为重要的一点是，根据设 计，当新风温度低于5C时控制阀开启，那么当新风温度略高于5C。时，控制阀就是关闭的 状态，也就是说此时盘管中的水流量为零，假设此时室外气温剧降，那么预热盘管仍存在冻 结的可能性，盘管冻裂的平安隐患并没有消除，所以控制阀不
13、应设置在二级系统中。下面来分析控制阀放在一级系统中情况。如图3中所示，当二级系统的负荷变化时，如 负荷减小，相应的二级系统流量变小，调节控制阀使一级系统的流量减小，即be管段流量 减小，ac管段的流量变小，旁通阀也关小，这样不仅可以满足流量要求，也可以满足温度 的要求，即70C。高温水和50C的低温水的流量同时减小,仍可以保证二级系统60C。的供水， 而且二级系统的负荷变化时，一级系统的流量有相应的变化，符合节能的要求，此外，不管 控制阀的开启和关闭，即不管一级系统中是否有水流量，二级系统中始终有水循环流动，不 存在盘管冻裂的平安隐患，所以控制阀应放在一级系统中。3.5 水泵流量和扬程确实定热
14、水管网的供水温度ti=70C，回水温度t2=50C。,流量为G1,预热盘管的供水温度t3=60C, 回水温度t2=50C。,流量为G3。G2为旁通管ce段流量。如图3中所示可知流量关系：G = G + G;312根据2.2中的计算，G3=33.6m3/h。又由混水热量平衡：G x C x t + G x C x t 二 G x C x t 1 p 1 2 p 2 3 p 3根据以上条件可以求解得G1=G2=16.8 m3/h。这样水泵和控制阀的流量就都确定了，即 水泵流量为33.6 m3/h，控制阀流量为16.8 m3/h。所以图3中的ed和ac段的接收管径为 DN65比摩阻取250 Pa/m
15、,校核流速1.4m/s。如图3中所示，此混水系统各点压头满足以下几点：(1) a点的资用压头满足向c点供水即可；(2) c点的资用压头满足向b点供水即可；(3) e点的资用压头应满足向d点及向c点提供压头，同时流量满足平衡关系。(4) ad间有6mH2O的资用压力。 由此可以得到以下关系式：P 二 AP +AP +AP + P(5)b 盘 y1 j1 dP =AP + Pe 控 d二 AP + P止 c由(5)(6)式可得混水泵水泵扬程：H = P P =APb c 盘+ AP +AP +APy1 j1 止7查止回阀样本，DN50的对夹式蝶型止回阀的压力损失AP =32 KPa，取250 Pa/m的 止比摩阻，那么AP =2.5KPa，AP =2KPa，AP =50KPa，计算得混水泵扬程H为86.5 KPa。 y1j 盘由7式可以看出，be管段所设置的混水泵只要克制feebf环路的阻力即可。此外还有：P 二 P - 6da8P = P +APc a y 29将89式代入(6)式可得控制阀的压力损失：AP =AP + P P 二 AP +AP + 6控止 c d止y2(10)
