基于焓差實驗室對風機盤管結垢分析研究

閻占宇 王夢琦

沈陽建筑大學市政與環境工程學院（110168）

1 焓差試驗室簡介

焓差試驗臺由控制臺、機房和環境室構成（如圖 1、2 所示），環境室的外尺寸為 6 500 mm×3 500 mm×3 500 mm。依照《風機盤管機組》（GB/T 19232—2003）設計標準，采用房間水流量計法以及空氣焓差法，準確測定風機盤管機組風量、出口靜壓、輸入功率、供冷量、供熱量等技術參數。其中，設備啟停、工況調節、數據的采集及計算、原始記錄的生成均在監控電腦完成。

圖1 焓差試驗室控制臺、機房

圖2 焓差試驗室環境室

本試驗臺的風系統由室內組合空調機組和風量測量裝置組成。 室內組合空調機組包括水表冷段、風機段、風側電加熱段和加濕段組成，用以調節被試機的進口空氣干濕球溫度；風量測量裝置包括進風段、混流段、整流段、取樣段、噴嘴測量段及出風段，是測量風量及出口空氣干濕球溫度的主要裝置。 環境室采用全面孔板送風，保證了環境室內具有較為均勻的溫度場和速度場。 試驗臺冷源采用水冷冷水機組，獨立的3 臺壓縮機實現冷量分級控制，通過PLC 控制各設備的啟停，可根據冷水箱的水溫確定3 臺獨立壓縮機的啟停； 采用電加熱作為試驗室的熱源。 同時， 試驗臺包含監控軟件和聯鎖保護說明，采集的數據以數字、曲線圖的形式進行實時連續監測， 事故實時報警； 對水泵及風機電流過載保護，冷卻水路斷流保護，水冷冷水機組壓縮機高低壓保護[1]。

2 風機盤管結垢基本原理

根據對文獻的梳理發現， 風機盤管性能對建筑能耗有不同程度的影響，具體方式為:結垢（顆粒污垢，腐蝕污垢，生物污垢，凝固污垢，物理因素結垢、化學因素結垢）、風機盤管的結構（管束數翅片間距、管徑、翅片放置角度）及風機盤管的運行方式（風調節、水調節、混合調節）。 通過查看沈陽建筑大學教學樓圖紙進行分析，確定在學校教室中，風機盤管的數量及布置安裝情況: 沈陽建筑大學二層教學樓內空調運行過程絕大多數采用風機盤管， 總數高達834 個。 文章運用焓差試驗臺對沈陽建筑大學教學樓內風機盤管結垢前后進行試驗對比分析，旨在得出風機盤管結垢對風機盤管性能的影響[2]。

風機盤管污垢沉積主要是由于物理和化學過程引起的，污垢大致可分為以下六類:①顆粒污垢是指換熱面上聚集的流體中的固體顆粒。 顆粒污垢包括膠體粒子沉積物和沉淀污垢等；②化學反應污垢是指通過化學反應在換熱面上形成的沉積物。 化學反應污垢的實例有碳氫化合物的聚合和裂化；③腐蝕污垢是指由于材料自身參與了化學反應使腐蝕物產生的聚集。腐蝕污垢污染了換熱面自身，也會使潛在的污垢在換熱面附著產生垢層；④生物污垢是指由微生物和其排泄物聚集在換熱面表面生長形成的有機物膜或生物新膜；⑤凝固污垢是指在過冷的換熱面上凝固而成的公制及其組成部分；⑥混合污垢是指在換熱面的換熱過程中，由以上五種污垢機制一種以上同時發生從而形成的污垢[3]。

污垢的形成伴隨著質量、熱量、動量交換，影響這一過程的因素包括:流體的性質、露點溫度、表面粗糙度、流體流速、污穢物質粒子的形狀、濃度、粒徑等。 影響因素不同，污垢特性也各不相同，但不同特性的污垢形成過程基本相同，一般都要經歷以下5 個階段:起始、輸運、附著、剝蝕和老化。 ①起始階段。 污垢在潔換熱面上的形成的第一階段，換熱面被污垢組分完全覆蓋時結束；②輸送階段。 污垢形成過程各階段中研究得最為充分的一個過程；③附著過程。 污穢粒子穿過流動邊界層被輸運到固體表面,通常不會全部附著在固體表面形成污垢；④剝蝕過程。 換熱面上的污垢脫離換熱面或污垢層被流體帶走；⑤老化過程。 污垢沉積的老化從換熱上一開始就逐步形成，其表現為晶體結構的變化、沉積物質的聚合作用、熱應力的發展等（見表1）。

表1 二層教學樓風機盤管數量及布置安裝情況

3 清洗前后風機盤管的對比試驗及性能分析

焓差試驗臺可測FP-34 至FP-238 型風機盤管機組，被測機組類型廣，文章選取選取學校教學樓內使用的典型風機盤管進行測試，被測試風機盤管型號信息見表2。

由于測試現場條件限制, 對一臺風機盤管結垢前后進行測試，測試結果見表3。

根據 GB 19232—2019 對 TCR300FL3SNNNTN型號的風機盤管進行試驗，采用控制變量的方法對清洗后，運行一年及運行兩年的風機盤管進行對比分析。 三次檢測中， 試驗室干球溫度保持在 （27±0.5） ℃，濕球溫度保持在（19.5±0.3） ℃，進水溫度保持在（7±0.2） ℃。 出口靜壓為 TCR300FL3SNNNTN型號風機盤管的額定靜壓30 Pa。 由試驗數據可以看出清洗后的盤管， 與結垢一年兩年的盤管相比，風機盤管中水的流量并沒有發生變化，風機盤管的功率也幾乎不變，但進出口干球溫差和進出口濕球溫度溫差均發生了變化。 其中運行兩年的風機盤管平均進出口干球溫差為2.76 ℃，平均進出口濕球溫差為2.85 ℃，運行一年的風機盤管平均進出口干球溫差為3.43 ℃，平均進出口濕球溫差為3.43 ℃，清洗后的風機盤管平均進出口干球溫差為3.91 ℃，平均進出口濕球溫差為3.82 ℃，送風溫差的改變直接會影響盤管的焓差， 進而影響到風機盤管的效率，使能耗增加。 還可以看出隨著使用年限的增加污垢的增長率也會升高，使能耗進一步增大[4]。

表2 被測試風機盤管信息

表3 清洗后風機盤管測試數據

表4 運行一年風機盤管測試數據

表5 運行兩年風機盤管測試數據

4 結論

隨著風機盤管使用年限的增加，盤管內的污垢也會隨著使用年限累積， 從而使送風溫差降低，使能耗增加。 所以定期對風機盤管進行清理對空調系統的節能意義重大。