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:
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。