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    中央空調系統積塵對其性能的影響
    閱讀次數:2550 次      更新時間:2010年08月28日


    本文通過現場實測和實例分析說明由于空調系統中的表冷器、過濾器和風管的積塵引起空調設備和系統性能的下降,并提出了提高空調系統的過濾性能及加強空調系統的清洗是確?照{系統高效運行和改善室內空氣品質最有效的方法。
    關鍵詞: 積塵 過濾 清洗

    1 前言

    長期生活和居住在現代建筑中的人們常常受到“病態建筑綜合癥”的困擾,為此人們不惜成本千方百計增加室外新風的引入,以求得良好的室內空氣品質,然而效果卻微乎甚微。因為中央空調系統本身也是室內空氣環境的一個主要污染源 [1] 。首先,大部分空調系統的空氣過濾僅僅是靠空調機組新回風口混合段上的抽取式金屬網過濾器,這種過濾設備的過濾效率不高,甚至連初效都達不到,加上室外含塵量普遍偏高、過濾器極易積聚灰塵和微生物(細菌、霉菌、螨等),導致空調系統大量積塵和污染。其次,風管和風道一經安裝完工就很難對它進行徹底的清洗,經過幾年使用,管道內就會積聚起大量的灰塵、纖維、微生物(細菌、霉菌、螨等),甚至腐爛的老鼠、昆蟲的死尸;既使一些新建大樓的空調風管內也會因安裝工人的野蠻施工而留有煙蒂、飲料罐等垃圾。此外,空調機組的表冷器在冷卻去濕過程中,其表面凝水積塵、凝水盤集水都極易滋生細菌,系統中的連接部件如帆布接頭、法蘭連接等處易積塵和發霉。當空氣通過這樣的空調系統送到室內并被我們吸入體內后,引起種種不適,嚴重時會引起傳染病的傳播和流行。

    為此,本文在現場測試的基礎上,通過實例主要分析表冷器積塵和結垢引起肋片間距的減小、風管內積塵和結垢使風管內表面粗糙度提高,而使得空調系統的阻力增加;并分析了由于表冷器積塵和結垢所導致的傳熱系數下降,空調系統效率降低。

    2 實例及其分析

    以我們測試的某賓館餐廳的空調系統為例,該系統的空調機組包括抽取式鐵絲加滌綸絲網過濾段、表冷段和風機段。名牌風量為11520m 3 /h, 4排管(長x寬)1960x1150mm,肋片片距為s=2.3mm,肋片厚0.2mm,每排29根銅管,管徑為16mm。圖1為空調機組的示意圖。


    圖1 空調機組示意圖

    2.1 積灰結垢后的表冷器傳熱系數的下降

    表冷器肋片積灰和結垢將直接影響傳熱系數進而降低空調機組的冷量和熱量。結垢前后表冷器以光壁面為計算基準的傳熱系數分別為

    其中空氣側和水側的對流換熱系數α 1 和α 2 ,析濕系數ξ,金屬壁熱阻δ/λ,肋化系數β,肋壁全效率η這些參數在結垢后都不變。結垢后增加的污垢熱阻為δ 1 /λ 1 。我們仍可用上例進行傳熱系數變化量級的估算,污垢的導熱系數λ 1 一般取鋼的1/25~1/30,即1.8~2.16J/m·s·℃,取1.8 [1]

    機組在混風工況下額定冷量72.3Kw,進出水溫度為7℃/12℃,則對數平均溫差為

    表冷器銅管光壁面的傳熱面積為

    則結垢前傳熱系數為

    結垢后的傳熱系數為

    傳熱系數下降了約3.3%,使得表冷器的熱交換能力降低,影響空調系統的效率。

    2.2 積灰結垢后表冷器空氣阻力的增加

    以測試的空調表冷器為例,污垢厚度取0.1mm,進風溫度t 1 =28℃,出風溫度t 2 =16℃,由平均溫度t m =24℃查得運動粘性系數 ,密度 。

    空氣流動雷諾數 ,其中v為最窄截面流速,d為銅管管徑。

    表冷器結垢后,相當于肋片間距減小了,相應地肋片間速度梯度增加,由牛頓粘性定律 ,粘性應力增加,空氣阻力也相應增加?諝饬鲃幼枇 ,其中,f為阻力系數,L為流動方向翅片長度。

    根據文獻 [2] ,阻力系數

    ,

    因此,經表冷器的空氣流動阻力與空氣流動雷諾數的關系為: 。

    表冷器結垢前后的阻力特性參數計算可歸納為表1。

    表1 表冷器結垢前后的阻力特性參數

    表冷器

    結垢前

    結垢后

    最窄截面面積 ( m 2 )

    1.1486

    0.9526

    最窄截面速度( m / s )

    2.786

    3.359

    雷諾數Re

    2880

    3472

    由此,可求出表冷器結垢后和結垢前空氣阻力的比值為:

    可見結垢后表冷器空氣阻力增加了約33%,這將使空調機組的處理風量明顯減少,從而導致空調室內送風量不足,室內空氣環境難以保證。

    2.3 積灰后風管沿程阻力的增加

    以測試的空調系統為例,風管內空氣溫度經風機溫升后為18℃,查得運動粘性系數 ,則流速為 ,當量直徑為 ,雷諾數為 。

    對于新的、清潔的鍍鋅鐵皮風管的當量糙粒高度 [3] ,則相對粗糙

    對于有積塵積垢的風管當量糙粒高度取 ,則相對粗糙

    可由莫迪公式

    分別求得積垢前和積垢后的沿程阻力系數 ,

    由于風管沿程阻力與沿程阻力系數成正比,因此可得積垢后的沿程阻力損失增加了約70%,阻力的增大將直接導致風管系統風量的下降,影響室內環境。

    3 相應的對策

    3.1 提高空調系統的過濾效率

    國外認為舒適性空調的末級過濾效率達到F7,也即國內的高中效的過濾效率,才可符合室內空氣品質的要求。因此,為減少空調系統積灰,提高室內空氣品質,最可行且有效的方法是提高空調系統的過濾效率。但是,國內大部分現有的舒適性空調系統由于考慮到成本因素,一般只安裝一道鐵絲網夾滌綸絲網,根本起不了什么過濾作用,加上室外空氣含塵量普遍偏高,大量的積灰進入空調系統和室內。

    如果對現有系統進行改造,仍引上例,原機組壓降約50Pa,余壓為400Pa,風機轉速為900rpm,如果增加一阻力為100Pa的中效過濾,則需要調節皮帶輪使風機轉速提高到1000rpm,才能維持相應的靜壓和風量,而風機耗功和轉速的3次方成正比,由此增加的電機能耗約為37%。此外還必須有相應的機房空間安置過濾設備,并且還得解決由于風機轉速提高而增加的噪音問題。

    3.2 清洗空調系統

    一般來講,風管內壁的底面,過濾器迎風面,表冷器迎風面和積水盤是最容易積聚灰塵和滋生細菌的場所,需要經常清洗和維護?照{清洗行業在國外已形成一個發展比較成熟的行業,有相應的清洗行業協會和相應的標準;在國內,一些大中城市如上海,深圳等地清洗行業也已經形成了一定的規模,也出臺了相應的規范 [4] [5] 。表2是對某酒店餐廳空調系統進行清洗前后的比較。圖2是該餐廳空調風管系統。

    表2 空調系統清洗前后的比較

    參數

    清洗前

    清洗后

    送風量(m 3 /h)

    12888

    14544

    回風量(m 3 /h)

    1562

    1738

    可吸入顆粒PM10(mg/m 3 )

    0.923

    0.048

    送風管底部積塵量(g/m 2 )

    5.66

    0.79

    回風管底部積塵量(g/m 2 )

    35.38

    1.51

    室內浮游菌(個/m 3 )

    314~629


    圖2 某酒店餐廳空調風管系統圖

    可見,清洗后送風量增加了12.8%,回風量增加了11.3%,清洗效果是非常明顯的。另外,還測得表冷器肋片表面至1mm深處含菌量為10 6 ~10 7 個/m 2 ,過濾器表面含菌量為2.6x10 5 個/m 2 。這些地方由于溫度和濕度適宜,成了細菌生長的溫床,在清洗時應尤其注意做好消毒抗菌處理。

    目前國內清洗風管所用設備大多為國外引進,成本高,而且專為適應國外圓形風管而設計,而國內的風管多為方形,存在兼容性問題;業主和設計人員為節省空間,沒有留清洗入口,給清洗施工也帶來了一定的困難;風管內由于野蠻施工所留雜物較多;風管系統密封性能較差,漏風導致灰塵直接進入風管系統。這些都是制約國內清洗行業發展的因素。

    4 結論

    通過實例分析,當污垢厚度為0.1mm時,表冷器積塵積垢導致傳熱系數下降為3.3%,阻力增加為33%;當當量糙粒高度K=2mm時,風管積灰導致的風管沿程阻力下降為70%。提高空調系統的空氣過濾效率和加強空調系統的清洗都是改善室內空氣品質的行之有效的方法。

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