第10卷 第3期2010年6月
制冷与空调
REFRIGERATION AND AIR -CONDIT IONING
38-40
风机墙组合式空调机组
陈玉良
(山东格瑞德集团有限公司)
摘 要 针对组合式空调机组研制一种新结构的风机段) )) 风机墙, 其由无蜗壳风机单元按照一定的规则并联排列组成, 可通过关闭风机数量及采用变频技术2种途径实现节能, 与其他组合式空调机组的风机段相比具有很大优势。
关键词 风机墙; 无蜗壳风机; 组合式空调机组; 节能
Fan wall centra-l station air handling units
Chen Yuliang
(Shandong GRAD Gro up Co., Ltd.)
ABSTRACT Fan w all, a new com position of fan sectio n fo r com bined air -co nditioning unit, is made up of regular parallel arrang em ent of fans units w ithout vo lute casing. Its
function of energy -saving can be acquired through closing fans w hich ar e w or king and con -verter technique. It has great advantage com pared w ith fan section of other combined air -conditio ning unit.
KEY WORDS fan w all; fan w ithout vo lute casing; combined air -co nditioning unit; ener -gy -sav ing
由国务院发展研究中心课题组完成的5中国国家能源战略和政策6[1]提出了/为确立节能的重要战略地位, 建议将节约资源提升到基本国策的高度0。风机墙组合式空调机组应运而生, 笔者认为其独特的风机墙技术将是未来中央空调系统的升级换代产品。
1 风机墙组合式空调机组技术方案
国际上风机技术发展趋势是, 风机容量不断增大, 高效化、节能化、高速小型化和低噪声。传统的组合式空调机组采用单台大功率风机送风, 要实现1600Pa 以上的送风压力, 达到20万m /h 的送风量, 须要2台送风机(各110kW) , 风机的体积庞大, 送风段很长, 风机的噪声较高, 且采用定速驱动。而中央空调系统通常是按最大负荷进行设计的, 也就是考虑温湿度最不利和全员都用空调的情况, 实际上这种情况不一定存在(或使用的时间很短) , 所以中央空调系统99%的时间是在非额定工况下运行, 此时要调节风机的运行
收稿日期:2009-11-04
, ail:. com
3
工况就须要关小管网中的阀门, 这种调节方式既不节能, 又不方便。风机墙技术具有全新的送风理念, 从经济、高效和节省工作空间的角度进行设计, 大型风机墙组合式空调机组根据用户对风
量、风压的需求采用若干个小功率无蜗壳离心风机(WKF 系列) 单元, 依次排列组成风机墙系统, 电机直联传动。无蜗壳离心风机采用独有的双面机翼型铝制叶片, 可以弥补单板叶片噪声高的缺点。无蜗壳离心风机箱体内侧为消音孔板, 孔板外侧敷设消音材料(见图1) 。各风机单元通过密封板可按不同的空间尺寸调整组合方式相互连接在一起, 形成风机墙(见图2) 。此结构配置降低了风机运行的噪声, 不须要单独设置消音段。风机进风侧设有自垂百叶式风量止回阀, 可根据风量需求灵活控制风机运行数量, 且关闭部分风机不会影响整个机组的正常运行。同时, 须要时可配置变频调节装置, 从而取得更好的节能效果。
风机墙组合式空调机组的设计充分考虑了用户的使用工况, 在无蜗壳风机上设计了风量止回
阀, 当用户根据使用工况关闭风机时, 风量止回阀在重力作用下自行关闭(见图1) 。根据实际测量的风机风量(风机开启数量) 与风压的变化情况(如图4所示) 可以看出, 由于风道和风量止回阀的压损, 风压有所下降, 当风机关闭的数量不多时,
风压降低的幅度不大。
2 风机墙组合式空调机组节能途径
用多台风机代替单台风机在额定工况下可能并不节能, 但在非额定工况下其节能效果会很明显, 节能的途径主要有2个。
2. 1 根据对风量的需求确定关闭风机的数量
以2007年5月笔者所在公司出口到菲律宾的1台风量为200000m /h(40台无蜗壳风机) 的风机墙组合式空调机组为例说明节能效果。
实际上, 空调机组90%以上的时间在设计风量工况的50%~90%之间工作, 其中以75%风量使用工况居多(风量使用变化情况如图3及表1所示) 。风机墙组合式空调机组可通过关闭10台风机达到设计风量75%的使用工况; 关闭16台风机达到设计风量60%的使用工况。而单台风机控制风量主要是通过开启风量调节阀来实现,
实际上并不节能。
3
图4 风机墙风机风量与风压变化特性曲线
根据上述风量使用情况及风机的关闭数量, 按每台风机5. 5kW 以及1. 0元/千瓦时计算, 年节省费用如表2所示(按200000m /h 风量计算) 。由表可知, 用户选用的空调机组风量越大, 节能效果越显著。
表2 风机墙风机开启数量及年节能情况
实际风量/设计工况风量/%使用的时间/年开启的风机数量节约费用/元
年节约费用合计/元
500. 0620
750. 730
850. 1534
900. 0836
1000. 01400
3
[***********]417. 6
453855. 6
2. 2 增加变频器
风机墙变频节能, 假设要求保持空调房间正压为p 0, 则管路特性曲线可以表示为
p =p 0+SQ 2
3
[2]
(1)
式中:p 为风机出口全压(Pa ) ; S 为管路特性系数; Q 为管路风量(m /s ) 。
变频调节风系统风量是通过变频器改变风机电机输入交流电源的频率, 改变电机转速, 从而改
图3 风机墙组合式空调机组风量年使用变化特性曲线表1 风机墙风量年使用情况(按200000m 3/h 风量计算)
实际风量/设计工况风量/%使用频率/年开启的风机数量
500. 0620
750. 730
850. 1534
900. 0836
1000. 0140
变风机风量, 这是调节风量的最好手段。当电源频率从f 1降到f 2时, 电机转速从n 1降到n 2, 且
n 1/n 2=f 1/f 2
路阻力未变, 如图5所示, 由通风机相似定律
212
(2)
变频调节方法改变了风机运行性能曲线, 假设管
由式(2) 和式(3) 得f 1/f 2=Q 1/Q 2。在开式系统中, 由式(1) 得p 1=p 0+SQ 1, p 2=p 0+SQ 2。
由此得频率、风量、风压、轴功率之间的关系:f 1/f 2=Q 1/Q 2=1-p 0/2-p 0(4)
2
N 1/N 2=(p 0+SQ 21) Q 1/[(p 0+SQ 2) Q 2](5) 由式(4
) 可知, 变频调节频率和风量基本成正比关系。
2
2
机单元的宽高排列, 根据机房空间任意组合。3) 大大缩小了机组占地面积
传统空调系统采用单个风机, 风机段较长, 无法缩短。采用风机墙后, 风机段的长度可以减少50%以上, 尤其对具有送风机和回风机的机组, 长度缩短更明显。
4) 气流均匀度高
每个风机电机的组合单元的工作点都选在电机的最高效率点上。机组断面气流均匀度高, 可实现高效换热。
5) 风机段开口位置不受限制无蜗壳风机风压各项同性, 风机出口位置不受限制, 无须增加静压箱。
6) 环保净化
机组采用无蜗壳风机, 电机与风机叶轮采用直联形式, 避免了传统风机因皮带磨损产生的粉尘。
7) 系统可靠性高
采用电机直联形式, 极大地减少或消除了由于机械失效而出现的意外停机风险, 而且个别风机电机出现故障时, 不影响其他风机单元的正常运行, 因此不须要设置备用机组。
8) 采用专利技术的防冷桥结构
机组内外完全绝缘, 在节能基础上实现机组的防结露和高净化功能。
9) 维修方便, 维修费用低
单个风机单元出现故障时, 维修更换简单方便, 不须拆除机组箱板, 不须租用吊车。4 结束语
在借鉴以往空气净化机组产品优点的基础上, 研发具有自主知识产权的节能产品) ) ) 风机墙组合式空调机组。该机组可广泛应用于精密电子、制药生物工程、医疗卫生、食品、化妆品和军工等洁净度要求很高的洁净空间。鉴于其在节能、静音、高效、稳定性强、便于安装维护等方面的特点, 该机组将逐步取代传统组合式空调机组, 具有广阔的市场前景和发展空间。
参考文献
[1] 陈清泰. 中国国家能源战略和政策M 中国可持续发展研
究会[EB/OL].2004-01-13. http:M cssd. acca 21. org. cn/.[2] 周谟仁. 流体力学泵与风机. 3版. 北京:中国建筑工业出版社, 1994. [3] 熊军, 刘泽华, 谢东, 等. 空调机组风系统变频调节特
. , , (5) :9-11.
图5 变频调节特性
由式(5) 知, 风量Q 和功率不是简单的三次方
关系, 但风量减少时, 功率减小非常明显[3]。
采用变频器节能情况如表3所示。
表3 风机墙不同频率下的节能情况
频率/H z
50454035
转速/%100908070
流量/%100908070
轴功率/%
10072. 9051. 2034. 30
节电率/%0. 0027. 1048. 8065. 70
由上述2种节能方法对比来看, 当风量减少相同数量(如风量减少到设计风量的75%) 时, 由图4和图5可以看出, 关闭风机数量对风压的影响要远远小于采用变频器对风压的影响。变频虽然达到了节能效果, 但风压降低很明显, 这种节能方式会使空调管网中末端的制冷效果受到影响。而通过关闭风机墙中的风机数量产生的节能效果对空调管网中末端的制冷效果影响微乎其微。3 风机墙组合式空调机组的优点
1) 静音优势
风机墙技术选用的电机采用了最高优值转速, 高转速大幅度降低电机的低频噪声, 风机箱体采用减振消音结构, 无蜗壳离心风机采用独有的双面机翼型铝制叶片, 可以弥补单板叶片噪声高的缺点。同时, 箱体内侧设置孔板, 孔板与外壳中间设置填充消音材料, 对噪声源进行消音控制, 消音效果明显, 不须要单独设置消音段。
2) 机组尺寸具有极大的灵活性
传统空调系统采用单个风机, 空间尺寸无法
第10卷 第3期2010年6月
制冷与空调
REFRIGERATION AND AIR -CONDIT IONING
38-40
风机墙组合式空调机组
陈玉良
(山东格瑞德集团有限公司)
摘 要 针对组合式空调机组研制一种新结构的风机段) )) 风机墙, 其由无蜗壳风机单元按照一定的规则并联排列组成, 可通过关闭风机数量及采用变频技术2种途径实现节能, 与其他组合式空调机组的风机段相比具有很大优势。
关键词 风机墙; 无蜗壳风机; 组合式空调机组; 节能
Fan wall centra-l station air handling units
Chen Yuliang
(Shandong GRAD Gro up Co., Ltd.)
ABSTRACT Fan w all, a new com position of fan sectio n fo r com bined air -co nditioning unit, is made up of regular parallel arrang em ent of fans units w ithout vo lute casing. Its
function of energy -saving can be acquired through closing fans w hich ar e w or king and con -verter technique. It has great advantage com pared w ith fan section of other combined air -conditio ning unit.
KEY WORDS fan w all; fan w ithout vo lute casing; combined air -co nditioning unit; ener -gy -sav ing
由国务院发展研究中心课题组完成的5中国国家能源战略和政策6[1]提出了/为确立节能的重要战略地位, 建议将节约资源提升到基本国策的高度0。风机墙组合式空调机组应运而生, 笔者认为其独特的风机墙技术将是未来中央空调系统的升级换代产品。
1 风机墙组合式空调机组技术方案
国际上风机技术发展趋势是, 风机容量不断增大, 高效化、节能化、高速小型化和低噪声。传统的组合式空调机组采用单台大功率风机送风, 要实现1600Pa 以上的送风压力, 达到20万m /h 的送风量, 须要2台送风机(各110kW) , 风机的体积庞大, 送风段很长, 风机的噪声较高, 且采用定速驱动。而中央空调系统通常是按最大负荷进行设计的, 也就是考虑温湿度最不利和全员都用空调的情况, 实际上这种情况不一定存在(或使用的时间很短) , 所以中央空调系统99%的时间是在非额定工况下运行, 此时要调节风机的运行
收稿日期:2009-11-04
, ail:. com
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工况就须要关小管网中的阀门, 这种调节方式既不节能, 又不方便。风机墙技术具有全新的送风理念, 从经济、高效和节省工作空间的角度进行设计, 大型风机墙组合式空调机组根据用户对风
量、风压的需求采用若干个小功率无蜗壳离心风机(WKF 系列) 单元, 依次排列组成风机墙系统, 电机直联传动。无蜗壳离心风机采用独有的双面机翼型铝制叶片, 可以弥补单板叶片噪声高的缺点。无蜗壳离心风机箱体内侧为消音孔板, 孔板外侧敷设消音材料(见图1) 。各风机单元通过密封板可按不同的空间尺寸调整组合方式相互连接在一起, 形成风机墙(见图2) 。此结构配置降低了风机运行的噪声, 不须要单独设置消音段。风机进风侧设有自垂百叶式风量止回阀, 可根据风量需求灵活控制风机运行数量, 且关闭部分风机不会影响整个机组的正常运行。同时, 须要时可配置变频调节装置, 从而取得更好的节能效果。
风机墙组合式空调机组的设计充分考虑了用户的使用工况, 在无蜗壳风机上设计了风量止回
阀, 当用户根据使用工况关闭风机时, 风量止回阀在重力作用下自行关闭(见图1) 。根据实际测量的风机风量(风机开启数量) 与风压的变化情况(如图4所示) 可以看出, 由于风道和风量止回阀的压损, 风压有所下降, 当风机关闭的数量不多时,
风压降低的幅度不大。
2 风机墙组合式空调机组节能途径
用多台风机代替单台风机在额定工况下可能并不节能, 但在非额定工况下其节能效果会很明显, 节能的途径主要有2个。
2. 1 根据对风量的需求确定关闭风机的数量
以2007年5月笔者所在公司出口到菲律宾的1台风量为200000m /h(40台无蜗壳风机) 的风机墙组合式空调机组为例说明节能效果。
实际上, 空调机组90%以上的时间在设计风量工况的50%~90%之间工作, 其中以75%风量使用工况居多(风量使用变化情况如图3及表1所示) 。风机墙组合式空调机组可通过关闭10台风机达到设计风量75%的使用工况; 关闭16台风机达到设计风量60%的使用工况。而单台风机控制风量主要是通过开启风量调节阀来实现,
实际上并不节能。
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图4 风机墙风机风量与风压变化特性曲线
根据上述风量使用情况及风机的关闭数量, 按每台风机5. 5kW 以及1. 0元/千瓦时计算, 年节省费用如表2所示(按200000m /h 风量计算) 。由表可知, 用户选用的空调机组风量越大, 节能效果越显著。
表2 风机墙风机开启数量及年节能情况
实际风量/设计工况风量/%使用的时间/年开启的风机数量节约费用/元
年节约费用合计/元
500. 0620
750. 730
850. 1534
900. 0836
1000. 01400
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[***********]417. 6
453855. 6
2. 2 增加变频器
风机墙变频节能, 假设要求保持空调房间正压为p 0, 则管路特性曲线可以表示为
p =p 0+SQ 2
3
[2]
(1)
式中:p 为风机出口全压(Pa ) ; S 为管路特性系数; Q 为管路风量(m /s ) 。
变频调节风系统风量是通过变频器改变风机电机输入交流电源的频率, 改变电机转速, 从而改
图3 风机墙组合式空调机组风量年使用变化特性曲线表1 风机墙风量年使用情况(按200000m 3/h 风量计算)
实际风量/设计工况风量/%使用频率/年开启的风机数量
500. 0620
750. 730
850. 1534
900. 0836
1000. 0140
变风机风量, 这是调节风量的最好手段。当电源频率从f 1降到f 2时, 电机转速从n 1降到n 2, 且
n 1/n 2=f 1/f 2
路阻力未变, 如图5所示, 由通风机相似定律
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(2)
变频调节方法改变了风机运行性能曲线, 假设管
由式(2) 和式(3) 得f 1/f 2=Q 1/Q 2。在开式系统中, 由式(1) 得p 1=p 0+SQ 1, p 2=p 0+SQ 2。
由此得频率、风量、风压、轴功率之间的关系:f 1/f 2=Q 1/Q 2=1-p 0/2-p 0(4)
2
N 1/N 2=(p 0+SQ 21) Q 1/[(p 0+SQ 2) Q 2](5) 由式(4
) 可知, 变频调节频率和风量基本成正比关系。
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机单元的宽高排列, 根据机房空间任意组合。3) 大大缩小了机组占地面积
传统空调系统采用单个风机, 风机段较长, 无法缩短。采用风机墙后, 风机段的长度可以减少50%以上, 尤其对具有送风机和回风机的机组, 长度缩短更明显。
4) 气流均匀度高
每个风机电机的组合单元的工作点都选在电机的最高效率点上。机组断面气流均匀度高, 可实现高效换热。
5) 风机段开口位置不受限制无蜗壳风机风压各项同性, 风机出口位置不受限制, 无须增加静压箱。
6) 环保净化
机组采用无蜗壳风机, 电机与风机叶轮采用直联形式, 避免了传统风机因皮带磨损产生的粉尘。
7) 系统可靠性高
采用电机直联形式, 极大地减少或消除了由于机械失效而出现的意外停机风险, 而且个别风机电机出现故障时, 不影响其他风机单元的正常运行, 因此不须要设置备用机组。
8) 采用专利技术的防冷桥结构
机组内外完全绝缘, 在节能基础上实现机组的防结露和高净化功能。
9) 维修方便, 维修费用低
单个风机单元出现故障时, 维修更换简单方便, 不须拆除机组箱板, 不须租用吊车。4 结束语
在借鉴以往空气净化机组产品优点的基础上, 研发具有自主知识产权的节能产品) ) ) 风机墙组合式空调机组。该机组可广泛应用于精密电子、制药生物工程、医疗卫生、食品、化妆品和军工等洁净度要求很高的洁净空间。鉴于其在节能、静音、高效、稳定性强、便于安装维护等方面的特点, 该机组将逐步取代传统组合式空调机组, 具有广阔的市场前景和发展空间。
参考文献
[1] 陈清泰. 中国国家能源战略和政策M 中国可持续发展研
究会[EB/OL].2004-01-13. http:M cssd. acca 21. org. cn/.[2] 周谟仁. 流体力学泵与风机. 3版. 北京:中国建筑工业出版社, 1994. [3] 熊军, 刘泽华, 谢东, 等. 空调机组风系统变频调节特
. , , (5) :9-11.
图5 变频调节特性
由式(5) 知, 风量Q 和功率不是简单的三次方
关系, 但风量减少时, 功率减小非常明显[3]。
采用变频器节能情况如表3所示。
表3 风机墙不同频率下的节能情况
频率/H z
50454035
转速/%100908070
流量/%100908070
轴功率/%
10072. 9051. 2034. 30
节电率/%0. 0027. 1048. 8065. 70
由上述2种节能方法对比来看, 当风量减少相同数量(如风量减少到设计风量的75%) 时, 由图4和图5可以看出, 关闭风机数量对风压的影响要远远小于采用变频器对风压的影响。变频虽然达到了节能效果, 但风压降低很明显, 这种节能方式会使空调管网中末端的制冷效果受到影响。而通过关闭风机墙中的风机数量产生的节能效果对空调管网中末端的制冷效果影响微乎其微。3 风机墙组合式空调机组的优点
1) 静音优势
风机墙技术选用的电机采用了最高优值转速, 高转速大幅度降低电机的低频噪声, 风机箱体采用减振消音结构, 无蜗壳离心风机采用独有的双面机翼型铝制叶片, 可以弥补单板叶片噪声高的缺点。同时, 箱体内侧设置孔板, 孔板与外壳中间设置填充消音材料, 对噪声源进行消音控制, 消音效果明显, 不须要单独设置消音段。
2) 机组尺寸具有极大的灵活性
传统空调系统采用单个风机, 空间尺寸无法