房間空調(diào)器循環(huán)空氣的焓差值對房間空氣的舒適水平有重要影響，本文從房間空氣舒適性要求等幾個角度對空調(diào)器焓差值的取值范圍進行了探討，提出焓差值的極限范圍是6.76~23.82kJ/kg，并將該范圍劃分成3個區(qū)域，討論了相應(yīng)的3種類型空調(diào)器的特點，指出房間空調(diào)器的焓差值一般應(yīng)在12.06~23.82kJ/kg的范圍內(nèi)。http://kingberchem17.100nets.com.cn/kingber-SonList-357048/
1 引言
房間空調(diào)器循環(huán)空氣的焓差值是進風(fēng)與出風(fēng)狀態(tài)的焓值之差，其量值等于單位循環(huán)風(fēng)量的制冷量，有時該指標以其倒數(shù)的形式出現(xiàn)，即單位制冷量的循環(huán)風(fēng)量。在以往較長的時間里，有關(guān)的技術(shù)標準曾經(jīng)對≥7000W的單元式空調(diào)機單位制冷量的空氣循環(huán)范圍有過明確的規(guī)定，例如ZB J73026-89《單元式空氣調(diào)節(jié)機型式和基本參數(shù)》要求，單位制冷量的循環(huán)風(fēng)量應(yīng)在0.13~0.22m3/（h·W）的范圍內(nèi)，這是對舒適型空調(diào)設(shè)備的循環(huán)風(fēng)量確定規(guī)定的取值范圍。ZB J73026-89目前已經(jīng)被新的標準所取代，此外，在1997年之后，額定制冷量為＞7000~14000W的單元空調(diào)機部分納入了房間空調(diào)器標準的管理范圍，有關(guān)單元空調(diào)機和房間空調(diào)器的現(xiàn)行標準都在條文里取消了對單位制冷量的循環(huán)風(fēng)量或單位循環(huán)風(fēng)量的制冷量范圍的規(guī)定。目前，在房間空調(diào)器設(shè)計過程中，循環(huán)風(fēng)量是作為一個重要的基本參數(shù)，但是又沒有受到相關(guān)標準、規(guī)范明確制約。本文就合理確定房間空調(diào)器焓差值，從房間空氣環(huán)境的舒適性要求、空調(diào)器運行穩(wěn)定性要求以及技術(shù)經(jīng)濟性等方面進行了探討。
2 房間空調(diào)器的濕度調(diào)節(jié)
按GB/T 7725-1996《房間空氣調(diào)節(jié)器》的定義，房間空調(diào)器是采用空冷式冷凝器、全封閉電動機-壓縮機、制冷量在14000W以下，以創(chuàng)造舒適環(huán)境為目的的家用和類似用途的空調(diào)裝置。
GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》對室內(nèi)空氣質(zhì)量的考核指標有4個類型19項內(nèi)容，其中物理性能指標為溫度、濕度、氣流速度和新風(fēng)量等4項。由于房間空調(diào)器相對與其它類型的空調(diào)設(shè)備而言，具有結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉的特點，其基本的功能是通過對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對室內(nèi)空氣質(zhì)量的控制，至于濕度、氣流速度以及新風(fēng)量的調(diào)節(jié)功能往往屬于附加的功能。GB/T 7725對其功能的基本要求是，在正常使用條件下，當(dāng)空調(diào)器的設(shè)定溫度為18~30℃中某調(diào)節(jié)值，其控制溫度可在調(diào)節(jié)值的±2℃范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。所以，房間空調(diào)器只能調(diào)節(jié)房間的熱舒適度，由于空氣在冷卻過程中往往出現(xiàn)析出水份的現(xiàn)象，而房間空調(diào)器的應(yīng)用場合多數(shù)是濕、熱負荷并存，不僅房間中一些物體會釋放水份，而且，人體在向環(huán)境釋放熱量的同時也在釋放水份，所以，人體對環(huán)境的熱舒適程度的感受不僅取決于周圍的空氣溫度，空氣的相對濕度也有重要的影響，在相同的環(huán)境溫度下，較低的相對濕度可以使人感覺更為涼快。因此，為維持房間環(huán)境對人體的良好舒適感，一定的附濕能力是房間空調(diào)器應(yīng)該具備的重要功能。通常房間空調(diào)器在設(shè)計時，就有目的地使得在某些運行條件下，空氣在冷卻過程中除去部分水份，這是簡單而有效地同時處理濕、熱負荷的措施。
對環(huán)境濕度的控制方式，房間空調(diào)器不同于具備專項濕度控制功能的空調(diào)設(shè)備，在房間空調(diào)器中除濕作為空氣冷卻過程的附帶過程，除濕過程的開始和結(jié)束條件以及除濕量，均由進風(fēng)與出風(fēng)的焓差值決定，房間空調(diào)器一般是不能夠單獨對房間的空氣濕度進行調(diào)節(jié)的，除非是增加了一些專項的功能，所以，確定了焓差就確定了除濕性能。
空調(diào)設(shè)備*解決濕度控制問題，
有十分成熟的技術(shù)方案，而對于外形尺寸以及生產(chǎn)成本都受到嚴格制約的房間空調(diào)器而言，效果并不是zui重要的問題，簡單而又低成本的方案才是優(yōu)先考慮的選擇。房間空調(diào)器常用的獨立除濕功能，往往就是焓差較大的制冷運行過程，仍然無法避免降低房間的溫度，只能夠利用一些經(jīng)過優(yōu)化的運行模式，盡量使房間內(nèi)溫度變化較小的情況下取得較顯著的除濕效果，有時甚至在制冷運行無法進行的較低室內(nèi)環(huán)境溫度條件下，用解除溫度限制的方法使得這種特殊的制冷運行能夠繼續(xù)。有些高性能的房間空調(diào)器的除溫過程可以取得近似恒溫恒濕機組的效果，這需要對制冷系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的變化，因此涉及的制造成本以及產(chǎn)品復(fù)雜性與現(xiàn)有的常規(guī)產(chǎn)品有較大的差異。
3 焓差值約束條件
3.1 相對濕度的范圍
由于房間空調(diào)器的特點，房間空調(diào)器標準對房間濕度范圍并無具體規(guī)定，從房間空調(diào)器設(shè)計的角度，有必要了解舒適型空調(diào)環(huán)境條件對濕度范圍的要求，有關(guān)的標準歸納如下：
①GBJ 1987《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（2001年版）規(guī)定，夏季舒適性空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算參數(shù)，相對濕度范圍：40~65%。
②GB 50189-1993《旅游旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計標準》規(guī)定各種等級客房的相對濕度計算參數(shù)為，一級：≤55%，二級：≤60%，三級：≤65%。
③GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》規(guī)定，夏季空調(diào)環(huán)境，相對濕度范圍：40~80%?？紤]到房間空調(diào)器除濕方式的特點，規(guī)定房間相對濕度計算參數(shù)范圍的意義在于，確定空調(diào)器運行過程中進入除濕狀態(tài)和退出除濕狀態(tài)的條件，而并非空調(diào)器能夠把房間的相對濕度控制在某一范圍。若規(guī)定65%為相對濕度的上限，就意味房間的相對濕度高于65%時，空調(diào)器應(yīng)進入除濕狀態(tài)，具備除濕能力，而且相對濕度越大，空調(diào)器的除濕能力就越強。同理，若規(guī)定30%為相對濕度的下限，就意味當(dāng)房間的相對濕度低于30%時，空調(diào)器應(yīng)退出除濕狀態(tài)，除溫能力為零。只有相對濕度高于此下限值，空調(diào)器才能除濕，而且除濕能力隨相對濕度增大而增強，如果取得相對穩(wěn)定的40%的房間相對濕度，那么以相對濕度30%作為進入除濕狀態(tài)的臨界點就是必然的結(jié)果。顯然，假如把80%的相對濕度確定為相對濕度計算參數(shù)的上限，以此作為進入除濕狀態(tài)的臨界點，在臨界點狀態(tài)，空調(diào)器的除濕能力幾乎為零，那么，房間的實際相對濕度必然遠高于80%。因此，本文中房間空調(diào)器的相對濕度計算參數(shù)范圍是：30~65%。
3.2 zui小運行制冷運行
GB/T 7725-1996《房間空氣調(diào)節(jié)器》規(guī)定，空調(diào)器應(yīng)通過zui小運行制冷運行試驗。試驗方法是，將空調(diào)器的溫度控制器、風(fēng)扇速度、風(fēng)門和導(dǎo)向格柵調(diào)到zui易結(jié)冰霜的狀態(tài)，按zui小運行制冷工況，使空調(diào)器啟動運行至工況穩(wěn)定后再運行4小時。空調(diào)器在10min的起動期間后4小時運行中安全裝置不應(yīng)跳開，蒸發(fā)器室內(nèi)側(cè)的迎風(fēng)表面凝結(jié)的冰箱面積不應(yīng)大于蕭發(fā)器迎風(fēng)面積的50%。
zui小制冷運行的情況與焓差密切相關(guān)，蒸發(fā)器是否結(jié)霜主要取決于運行過程中，出風(fēng)狀態(tài)是否處于易結(jié)霜的狀態(tài)，由于蒸發(fā)器換熱表面結(jié)構(gòu)以及氣流中溫度差的存在等因素，在平均出風(fēng)干球溫度仍高于0℃，就開始出現(xiàn)結(jié)霜情況。避免蒸發(fā)器結(jié)霜的基本方法就是使平均出風(fēng)露點溫度高于0℃。
3.3 技術(shù)與經(jīng)濟因素
在壓縮機、換熱器配置確定的情況下，焓差值增大，蒸發(fā)器空氣循環(huán)量因而增大，無疑將導(dǎo)致空氣側(cè)平均溫度提高，從而提高蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度，制冷量因而增大，同時整機的能效比將相應(yīng)提高，除濕能力就降低。同時，由于循環(huán)風(fēng)量增大將導(dǎo)致出現(xiàn)風(fēng)機葉輪直徑加大，運行噪聲增強、空調(diào)器外形尺寸增大、生產(chǎn)成本提高等等問題。情況是導(dǎo)致空調(diào)器在房間濕度較高的情況下仍然不能有效除濕，房間的舒適性大降低。
反之，焓差值減小，蒸發(fā)器空氣循環(huán)量因而減小，將導(dǎo)致空氣側(cè)平均溫度降低，從而降低蒸壓力與蒸發(fā)溫度，制冷量因而減小，同時整機的能效比將相應(yīng)降低，除濕能力就將有所提高。同時，由于循環(huán)風(fēng)量減小將得到風(fēng)機葉輪直徑減小，運行噪聲減弱、空調(diào)器外形尺寸減小、生產(chǎn)成本降低有利的變化。但是，過小的焓差可能造成能效比過低的情況，影響產(chǎn)品的競爭力，甚至不能滿足有關(guān)市場準入的要求。情況是導(dǎo)致空調(diào)器無法通過額定制冷運行、zui小運行制冷測試，設(shè)計方案因此被否決。
3.4 臨界焓差值
3.4.1 為簡化分析計算過程，結(jié)合空調(diào)器運行的特點，在分析過程中作如下約定：
①由于換熱表面溫度以及氣流的分布狀態(tài)都不均勻，即使蒸發(fā)器表面已經(jīng)析出水份，但是，空調(diào)器出風(fēng)的相對濕度通常為80~95%。因此，在出風(fēng)相對濕度通常為80~95%時，蒸發(fā)器表面可能析出水份，也可能未析出水份。在本文把≤80%作為不析出水份的臨界狀態(tài)，而把≥95%作為析出水份的臨界狀態(tài)。
②許多空調(diào)器的循環(huán)風(fēng)量是可調(diào)的，調(diào)節(jié)范圍各不相同，本文約定，風(fēng)機低速運行時的循環(huán)風(fēng)量為風(fēng)機高速運行時的80%。
③空調(diào)器在不同的運行條件下，制冷量是變化的，無論進風(fēng)狀態(tài)的溫度、濕度，還是風(fēng)機的循環(huán)風(fēng)量都對空調(diào)器實際運行的制冷量產(chǎn)生影響?？紤]到由于這些因素對制冷量的實際影響通常在10%以內(nèi)，為此約定，在本文討論的各種運行條件下，制冷量保持不變。
3.4.2 臨界焓差值計算
①在額定制冷運行時，即進風(fēng)狀態(tài)為27℃DB/19℃WB，蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份，出風(fēng)相對濕度≤95%，焓差值為12.03kJ/kg。
②在室內(nèi)處于干燥狀態(tài)時，即進風(fēng)狀態(tài)為27℃DB/30%RH，蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份，出風(fēng)相對濕度≤95%，焓差值為 18.80kJ/kg。
③在室內(nèi)處于潮濕狀態(tài)時，即進風(fēng)狀態(tài)為27℃DB/65%RH，蒸發(fā)器換熱表面可能不析出水份，出風(fēng)相對濕度≤95%，焓差值為6.76kJ/kg。
④在zui小制冷運行時，即進風(fēng)狀態(tài)為21℃DB/15℃WB，蒸發(fā)器換熱表面不結(jié)霜，出風(fēng)相對濕度≤80%，焓差值為29.77kJ/kg。由于zui小制冷運行時，風(fēng)機的運轉(zhuǎn)速度調(diào)到zui低，所以，對應(yīng)的額定制冷運行時，焓差值為23.82kJ/kg。
4 焓差值范圍
根據(jù)以上的分析，本文以相應(yīng)的臨界點作為依據(jù)，把房間空調(diào)器在額定制冷運行條件下允許的焓差值范圍劃分為以下類型：
①節(jié)能型 6.76~12.03kJ/kg；
②舒適型 12.03~18.80kJ/kg；
③緊湊型 18.80~23.82kJ/kg。
ZB J73026-89要求空調(diào)裝置單位制冷量的循環(huán)風(fēng)量應(yīng)在0.13~0.22m3/（h·W），按空氣密度1.18kg/m3換算為對應(yīng)的焓差值為13.89~23.50kJ/kg，基本上與上述舒適型和緊湊型空調(diào)器的焓差值覆蓋的區(qū)域重疊。
4.1 節(jié)能型空調(diào)特點
節(jié)能型房間空調(diào)器的焓差值較小，在額定制冷運行條件下，蒸發(fā)器翅片表面將不析出凝結(jié)水，這就是空調(diào)專業(yè)所謂顯然比為100%的情況，在這種運行狀態(tài)下，由于蒸發(fā)器翅片表面沒有通常存在的凝結(jié)水膜所形在的熱阻以及風(fēng)阻，空氣側(cè)的換熱能力大幅度提高，實測制冷量和能效比指標因而明顯優(yōu)于在翅片表面析出水份的條件下運行時的指標。由于房間空調(diào)器的主要技術(shù)指標，如制冷量、能效比等等是在額定制冷運行條件測試的，若以這些指標作為衡量空調(diào)器運行效率的依據(jù)，節(jié)能型空調(diào)器顯著優(yōu)于舒適性和緊湊型空調(diào)器。
以減小焓差值來取得節(jié)能效果的方法，存在一些問題：
①若除了循環(huán)風(fēng)量之外，空調(diào)器的制冷系統(tǒng)配置相同，也許在額定制冷運行條件下，節(jié)能型空調(diào)器指標較優(yōu)，但是，若進風(fēng)的相對濕度增大導(dǎo)致翅片析出凝結(jié)水之后，其節(jié)能優(yōu)勢將逐漸喪失。
②在環(huán)境濕度較大時，空調(diào)器的除濕能力較弱。例如，焓差值為6.76kJ/kg的空調(diào)器，在進風(fēng)狀態(tài)為27℃DB/65%RH，蒸發(fā)器換熱表面可能仍不析出水份，直到進風(fēng)的相對濕度增大到80%，出風(fēng)中所含的水份才比進風(fēng)中所含水的減少約6%，在使用這種空調(diào)器的房間中，即使不感覺到潮濕，至少也無法體驗到通常在空調(diào)房間中應(yīng)該感受到的干爽。如果焓差更小的話，空調(diào)器的舒適性作用可能會蕩然無存。
③這類空調(diào)器通常外形尺寸較大，而且價格較高，風(fēng)機噪聲也較強烈。
不能因為存在上述問題就簡單地否定以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器存在的意義。在氣候干燥的地區(qū)，室內(nèi)的物體以及人體釋放的水份有時還不足以使得室內(nèi)空氣的相對濕度達到感覺潮濕的程度，空調(diào)器僅具備除去顯熱負荷就足以滿足舒適性要求，節(jié)能型空調(diào)器就可以充分發(fā)揮其處理顯熱負荷率的優(yōu)點。其實，大風(fēng)量、小焓差的運行特征，是許多工藝性空調(diào)設(shè)備的共性，典型的例子就是一些電子設(shè)備機房空調(diào)機，只有顯熱負荷而幾乎沒有濕負荷是通常電子計算機房、電信交換機機房的負荷特性，大風(fēng)量、小焓差的運轉(zhuǎn)方式不僅可以取得顯著的節(jié)能效果，同時也有利于穩(wěn)定空調(diào)房間的溫度。
至于僅僅是為了取得較優(yōu)的能效比指標而采用小焓差運行方式，則有取巧之疑，除了在營銷過程中使顧客產(chǎn)生錯覺之外，實際上并無得益。較弱的除濕能力在客觀上降侈了空調(diào)房間的舒適性，如果需要采取其它措施補救除濕能力的不足，所付出的能耗代價一般不會小于簡單地增大焓差值的措施。換言之，在通常的應(yīng)用場合，以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器的實際節(jié)能效果并不顯著。建議有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)，如果專門為干燥氣候地區(qū)開發(fā)的小焓差空調(diào)器，應(yīng)以適當(dāng)方式讓顧客了解，以免產(chǎn)生誤會而損害顧客的利益。
4.2 舒適型空調(diào)器的特點
舒適型空調(diào)器注重對房間相對濕度的控制，在額定制冷運行條件下，要求具備除濕能力，當(dāng)進風(fēng)的相對濕度達到65%時，空調(diào)器可以除去進風(fēng)中所含水份的10%以上；當(dāng)進風(fēng)的相對濕度達到80%時，空調(diào)器可以除去進風(fēng)中所含水份的14%以上；而當(dāng)進風(fēng)的相對濕度達到30%以下時，空調(diào)器則不再除濕。
由于這類空調(diào)器的技術(shù)和經(jīng)濟指標比較均衡，所以，通常為高性能的房間空調(diào)器設(shè)計所采用，典型的產(chǎn)品就是分體式空調(diào)器。分體式空調(diào)器在設(shè)計過程中，其結(jié)構(gòu)特點決定了室內(nèi)、室外機組的相互制約比較少，因而選擇技術(shù)措施的范圍可以比較大，容易取得較好的整體技術(shù)經(jīng)濟指標。目前在市場上節(jié)能、低噪聲以及具備多種附加功能的空調(diào)器多數(shù)是分體式空調(diào)器。
4.3 緊湊型空調(diào)器的特點
緊湊型空調(diào)器突出結(jié)構(gòu)緊湊的特點，因而采用大焓差方式運行。與以小焓差方式運行的節(jié)能型空調(diào)器相反，這類空調(diào)器的除濕能力很強，可能使得房間的空氣讓人感到干燥。由于緊湊性通常是這類空調(diào)器的設(shè)計指導(dǎo)思想，空調(diào)器的外形尺寸比較小，相應(yīng)地，風(fēng)機和換熱器都比較小，這就對制冷能力的發(fā)揮以及運行效率的提高都產(chǎn)生不利的影響，所以，在壓縮機選型時，往往要采用制冷量裕度大一點的型號。
理論上，緊湊型空調(diào)器的運行噪聲低一些，如果結(jié)構(gòu)型式相同的話，實際情況應(yīng)符合這一規(guī)律，不過，采用緊湊型設(shè)計方案的空調(diào)器，較多是窗式空調(diào)器或類似的整體式空調(diào)器，由于這些整體式空調(diào)器對壓縮機運行噪聲處理方式以及風(fēng)機結(jié)構(gòu)型式與分體式空調(diào)器不同，以及考慮到外形尺寸制經(jīng)我和生產(chǎn)成本控制等因素，空調(diào)器的運行噪聲反而較強。
有關(guān)的技術(shù)標準、規(guī)范對緊湊型空調(diào)器性能的限制是明確的，制冷量、能效比等指標必須滿足基本的要求，空調(diào)器必須通過一系列的運行試驗，例如，zui小運行制冷運行時，蒸發(fā)器表面結(jié)霜面積不得超過一半；zui大制冷運行時，冷凝器換熱能力應(yīng)足以保證能夠通過測試等等。
5 結(jié)束語
綜上所述，建議房間空調(diào)器在額定制冷運行條件下的焓差值應(yīng)確定在12.03~23.82kJ/kg的范圍內(nèi)，對于舒適性要求較高的高性能空調(diào)器，焓差值應(yīng)盡量限定在12.03~18.80kJ/kg范圍。至于專門為干燥地區(qū)開發(fā)的空調(diào)器，焓差值可考慮限定在6.76~12.03kJ/kg范圍。由于本文在計算焓差值過程中，對空調(diào)器實際問題進行簡化處理，所以，提出的焓差取值范圍只能用于房間空調(diào)器總體方案設(shè)計時參考，在設(shè)計和開發(fā)過程中必須通過充分的技術(shù)驗證工作zui終確定并優(yōu)化焓差值指標。
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