风管机系统设计中的问题探讨
风管机系统设计中的问题探讨
R前言
目前市面上流行的户式中央空调主要有三种，一是风冷热泵冷热水机组，俗称水机；二是多联机，俗称一拖多；三是风管送风式空调热泵机组，俗称风管机。对于这三种机组的比较，文献进行了比较详细的阐述[1~2]。风管机虽然噪音较大，但其具有价格较低、机组的能效比较高等优点，尤其是2003年春季的一场“非典”风波，让人们对具有良好换新风功能的风管机有了重新的认识，风管机仍然在户式中央空调中占据一定的份额。据报导，美国户式中央空调风管机的年产量约600万台，占其家用空调产量的一半以上。另外，对于现在的房地产开发商来说，出售带有户式中央空调的新房，显然要比出售普通的新房具有更多的卖点，能够获得更高的附加值，所以房产开发商乐于在新盖的住宅中安装初投资较低的风管送风式户式中央空调。我们对河南安阳、洛阳、商丘等地的调查表明，风管机最能赢得用户的青睐。
风管机是将一个室外机和一个室内机之间用铜管连接，从室内引出送风管通向各房间，风管机的叫法由此而来。其工作方式是：室内的热交换器集中在一个室内机上，室内机产生的冷风从系统风管送达各个房间，再经过回风管送回室内机，经冷却并混合部分新风后再送出，是一种全空气系统的中央空调。本文从工程的角度就风管机用作户式空调时在设计、选型和施工中需要注意的问题进行探讨，讨论的内容对从事户式中央空调生产、设计和施工的企业以及选用风管机的用户具有一定的实际应用价值。
机组能效比
风管送风式空调机组属于直冷式系统，从制冷原理的角度看，由于风管机的蒸发温度为7℃而冷水机组的蒸发温度为2℃，在其他条件一定的前提下，提高蒸发温度可以提高机组的效率和能效比。比如，制冷量为18kW的风管机和冷水机组，其能效比分别为2.45和3.07[3]。而对于采用相同压缩机的风管机和冷水机组，风管机提供的冷量是冷水机组的1.2倍。由此，我们可以说，在机组供冷能力相同的情况下，风管送风式空调机组要比冷水机组节能15%~20%。国家标准规定的不同能力的风管机和冷水机组的能效比对比见表1，从表1可以很明显地看出风管机具有比冷水机组更高的能效比[4][5]。
然而，必须清醒地看到，户式中央空调是一个系统工程，与普通的空调有很大的区别。企业生产出来的空调机组只是一个半成品，一个性能优异的机组需要和优良的设计与施工结合起来才能够充分发挥出机组的优势。就风管机而言，由于机组的价格较低，各生产厂家在制造风管机时不可能考虑机组的能量调节等问题，而风管机的特征又是“一开全开”，这就造成了风管机在使用中经常“大马拉小车”，非但不能发挥出风管机较冷水机组能效比高的优势，反而还浪费电力资源。这个问题如果在工程中对机组的选型、设计、施工等环节处理不当，将更加严重；而如果处理好这些环节，将能够充分发挥出风管机用于户式空调的优点。
2风管机的选型
2.1机组类型的选择
大部分厂家的风管机有高静压和低静压之分，有些厂家考虑到机组的噪音还开发了普通静压的产品。高静压机组可以长距离输送冷（热）空气，一般需要多个送风口的户式空调可以选用这种机组，但这种机组的噪音较大，设计时需要考虑消声措施；低静压机组的出风口风压低，送风距离短，适合于一拖一的安装，噪音较小；普通静压机组的出风口风压值和送风噪音值介于前面两种机组之间，适用于一拖多，即一个主机带若干个送风口的安装，是目前综合性能比较优良的户式空调用风管机。
从机组的功能来说，风管机有单冷型机组、冷暖型机组、带电辅助加热器冷暖型机组
以及带热水盘管的冷暖型机组等类型。在我国海南等地，冬季温和，可以选用单冷型机组；在昆明一带，冬季气温也较高，可以选用普通的冷暖型机组；在河南一带则需要选用带电辅助加热器的冷暖型机组；在东北地区，如果有热水供应时，可以考虑采用带热水盘管的风管型机组。
机组的配置主要有：“一拖一”风管机、“二拖一”风管机、“一拖多”风管机。“一拖一”风管机由于一个室外机仅配一个室内机，不具备能量调节功能；“二拖一”风管机由两个室外机配一个室内机组成，具备能量调节功能；“一拖多”风管机由一个室外机配多个室内机，一般来说，室外机上安装有与室内机个数相同的压缩机及其回路，同样具有很好的能量调节功能。“二拖一”风管机、“一拖多”风管机具有较好的节能效果。
机组容量的选择
风管送风式空调(热泵)机组的容量选用时，一般以夏季总冷量为选型依据，并以冬季总热负荷作为校核依据。
户式中央空调的制冷量或供热量的确定是十分关键的因素，由于建筑物的冷（热）负荷与建筑本身的围护结构传热、人员散热及照明散热等诸多因素有关，在较正规的条件下需要进行繁杂的传热计算。为此，通常采用一种简单而又可靠的估算法对空调的制冷量和制热量进行估算。利用一些经验数据，根据各种不同的建筑类型查表求出每平方米的冷负荷或热负荷，然后再乘以面积即可求出空调设备的容量。其步骤如下：
1）根据房间功能、地域室外温度、湿度选择每平方米冷热负荷
空调负荷计算结果表明，室内温度提高1℃，相对湿度提高5%，空调负荷将降低6%~8%，因此，室内设计参数如温度、相对湿度的标准不应过高。室内温度设置要合适，不能太高或太低，要使室内所有的人员都感到舒适。实践证明，人体感到舒适的环境条件为：空气温度18~28℃，相对湿度40%~60%RH，空气流动速度0.25m/s左右[6]。一般室内温度夏天设定为26~28℃，冬天设定为17~22℃。对婴幼儿、老人、病人需要特别关注，温度应调整合适。典型城市住宅建筑冷热负荷的简单估算可以参考表2中的数值[7]。[ 2）计算房间所需制冷量
房间所需制冷量=房间实用面积×单位面积冷负荷
3）根据房间所需制冷量选择室内机
一般情况是所选择室内机的额定制冷量大于或等于房间所需实际制冷量，如房间所需实际制冷量略大于室内机的额定制冷量时，宜选用较大型号的室内机。
4）计算所需总制冷量
每个房间的实际制冷量相加，计算出总制冷量。
5）计算风系统的附加冷负荷
对于风管送风式户式空调系统，由于其风系统的规模很小，风系统的温升近似为0.1~0.2℃，导致的风系统附加的冷负荷损失为2%~4%。
6）根据所需总制冷量选择主机
住宅建筑的空调负荷计算应充分考虑住宅使用的特殊性，并且还应考虑同时利用系数。住宅主要由卧室、客厅、餐厅、厨房和卫生间组成，厨房和卫生间一般不设空调，而卧室、客厅、餐厅同时开启空调的概率很小。根据居民的生活习惯，客厅是主要活动场所，晚上睡眠之前开启空调的时间较多，休息时则开启卧室空调，就餐时则开启餐厅空调，因此同时使用系数较低，可以按0.5~0.7进行选取。对于一个全部房间同时开启或同时关闭的空调系统来说，同时使用系数则接近1.0。
选型注意问题
2.3.1空调室内机容量可适量放大
按我国目前大多数人的生活习惯，下班回家，迅速打开空调，并希望尽快达到空调效
果；另由于围护结构无隔热处理，楼上、下邻居未开空调时，冷损大，应适当放大空调室内机的容量，以保证空调效果。同时室内机设有调节装置，可根据需要调节风量和冷量[8]。
2.3.2室外主机容量可适当减小
按目前大多数三口或五口家庭的生活习惯，空调末端不可能同时满负荷运行，当客厅、餐厅开空调时，卧室、书房几乎不开或少开。可视具体情况，适当降低主机容量，以降低初投资和运行费用。一般说来，采用风管机的空调系统不宜太大，一个风管机以供3~4房间使用比较合适。这样可以避免风管机“一开全开”时带来的大马拉小车现象，节约空调机组运行费用，降低初投资费用。
风管机的施工
3.1风管类型
中央空调风管主要类型有白铁皮风管、玻璃钢风管、铝箔复合保温风管等。白铁皮风管由白铁皮和在白铁皮外包裹的保温材料组成，价格比较便宜，可以现场制作，施工方便。玻璃钢风管用玻璃钢制作，施工不方便。铝箔复合空调保温风管是基于对聚氨酯夹芯板（双面均为压型铝箔）的切割、组装而成，具有其它种类风管所不能比拟的优异特性：质轻形巧、高效节能、制作方便、节省工期。三种风管的比较见表3，可以根据不同的工程造价和使用场合选择
3.2风管的设计
风管的设计主要包括风管尺寸确定和风管阻力损失计算，而风管风速的确定与两者均有关系，因此首先应确定风速。风速的确定与初投资、系统运行费用和气流噪声有关。在设计风管时，风管内风送不宜太大，控制在2~4m/s为宜，风口风速控制在0.8~1.6m/s为宜。风管内风速的选取也可以参照表4。矩形风管的宽高比不宜大于4:1。在设计风管时，一定要注意风管的连接处不能出现在墙内，以便于风管的安装。
3.3施工中应注意问题
户式中央空调功能能否正常发挥，使用是否方便，设备运行是否安全、稳定、可靠，日后的维护及检修是否方便，都与合理、规范的安装有很大的关系。空调系统80%以上的故障是由安装问题引起的。因此，安装质量直接影响到使用效果，甚至影响到系统能否长期稳定可靠地运行。
不同的家庭装修不同，对空调安装的要求也不同。在风管机的安装过程中，最重要的一条是需要与业主就设计方案和施工方案等方面进行沟通，要听取业主意见，对业主提出的不符合规定和规范的要求需要进行耐心解释，以取得业主的理解和支持，并纠正其错误的观点。室内、外机安装的位置、制冷剂铜管的走向、冷凝水排水管的走向及排水口的位置、送风管的走向、送风口的位置、主电源线的走向、电控箱的位置、手操器的固定位置、风阀开关控制电源线的走向及布置、风阀开关的位置等，都需要与业主沟通并取得业主的同意。与业主沟通工作进行的好坏，对户式中央空调的施工和将来的使用效果具有很大的影响。具体说，安装风管机时需要注意以下主要问题：
1）不得在梁上打洞，过墙洞尽量小，以充分利用住宅空间。
2）安装需要符合国家的相关安全、施工和设计规范。风管、电线、制冷剂连接管安装时需要做到横平竖直，送风口和手操器固定后也需要横平竖直。
3）冷凝水管水平管的坡度≥8‰，立管必须垂直，安装完后进行排水试验，确保排水顺畅，冷凝水盘无积水、无渗漏。
4）室内机安装必须牢固、水平，无歪斜现象。安装室外机时，在安装牢固的同时，要考虑诸如噪声和排气不影响邻居、离地安装必须在2.5m以上等因素。
5）试机前一定要对制冷剂回路、电气接线、冷凝水管、风管和风口等进行必要的检查。
6）安装完毕后，一定要与业主进行详细的使用与技术交底，以方便业主了解并正确使用空调器，减少不必要的麻烦。
4结论
本文分析了风管送风式空调（热泵）机组的优点，指出风管机用作户式空调具有很多的优点，同时提出了风管式户式中央空调机组是一个包括选型、设计、施工等环节的系统工程，并就这些环节开展了讨论。文中的讨论结果和提出的看法，对从事户式中央空调的设计、施工和机组开发等工作的人员具有一定参考作用。
风管设计
一、暗装风机盘管检查口的尺寸
现象：不少单位发现客房风机盘应当清洗、检修。虽然留了一个检查口，但风机管拿不下来，进行检修就得破坏吊顶，影响客房出租。
原因：风机盘管卧式暗装时，不少单位设计无检修口，或是检查修口位置不对，或尺寸太小。700×300，600×600，不能满足维修的需要，造成不好操作，以致堵塞。风量冷量减少，室温达不到要求，见图2.9.2-1(a)、(b)。
对策：
最好是用活动小吊顶。如小门厅处用轻钢铝板一条条可拿下来，对维修风机盘管很方便。
2）也可以把吊顶分成几块，每块都可以拆下来。而回风口开在壁柜旁边等位置。如图2.9.2-2。
也有用合页像柜门一样，处理回风口的。
检查口的大小应考虑其拆换方便。
二、防振基础偏斜水泵产生噪声
现象：吸入口径为65mm的水泵，钢架基础下设橡胶减振器，如图2.6.3-1(a)，投入运行一个月后，水泵的噪声，振动开始产生。一端橡胶压下比另一端多2mm。水泵的电机联轴器偏移，振动加剧，直至挠坏。
原因：水泵的进出水立管的吊架位置不妥，使管道及阀门的重量压在水泵上，故泵一侧的重量大于电机一侧，将橡胶减振器压扁，使水泵的轴偏移。振动噪声随之而来，以致不能正常运转。
对策：将管道的支吊架移至立管拐弯处，并将钢架上增加重量，以求稳定。如图
2.6.3-1(b)。
三、分体式空调机的风冷冷凝器失
现象：某用户发现室外温度35℃，而室内温度高达28~30℃，热得受不了。于是不得不检查空调系统，为什么冷不下来？本例主要是风冷冷凝器的原因。
?原因：风冷冷凝器选配不当。冷凝器规格和尺寸的选用是否恰当，就看它能否将制冷剂中的蒸发和压缩热都排除出去。如果冷凝(或压力)升高，则说明冷凝器不能把全部蒸发和压缩热从制冷剂中排除出去，使系统制冷量下降。更有甚者会使压缩机的排气压力升高，压缩机的耗能量和压缩热增大，有导致损坏压缩机的可能。反之，若风冷冷凝器选得有一定余量，则冷凝温度会较低，以致压缩机的排气压力也相应降低，而压缩机便能压送更多的制冷剂。为此有人建议确定冷凝器的尺寸时，宜采用11℃的温差以代替标准的16.7~22.2℃的温差。而一般的空调系统中压缩机的排气温度与风冷冷凝器的空气人口温度之差最好在11.1~13.9℃之间，千万不要超过22.2℃。超过此值在任何情况下都会引起严重的问题。
风冷冷凝器应安装在通风良好且清洁的环境中，周围应为水泥地面，有树木防尘的地方。因为风冷冷凝器的盘管如在空气侧沾满污垢并被堵塞，则冷凝器的效率会急剧下降。
对策：该例经调查发现冷凝器的盘管为白杨树的籽毛所堵塞，后来清洗了盘管，砍倒了白杨树，问题就解决了。
附表：F-22压缩机的排气压力与排气湿度换算表
四、风道设计问题
现象：风管不能突然扩大、突然缩小。很多工程中由于建筑空间窄小，风管的变径或与设备的连接处，苦于地方不够或虽有足够的空间但对空间的尺寸未能详尽安排，施工者又未从气流合理着手考虑接法等问题，结果造成阻力增大，风量减少。达不到设计要求者屡见不鲜。现举一例如下：
某饭店一个送风系统安装尺寸见图2.6.6-1(a)。设计风量10000m3/h。而竣工后试车时实测风量只有6000m3/h左右。
原因：主要是管道安装不合理，突扩、突缩、直角弯头等，造成吸入段阻力过大，影响了风机效率。
对策：将风管拆掉，重新作安装。尽量按照合理的变径，拐弯等要求制作，如图2.6.6-1（b）。改装后测得风量为10800m3/h。
注意：风管变径时，顺气流方向分为扩大与缩小两种情况。一般扩大斜度宜不大于1/7，即是≤150，而缩小不宜大于1/4，即≤300。为了保持上述斜度，变径管的长度L可按下法求得：
单边变径时，如图2.6.6-2(a)。
当(W1-W2)≥(h1-h2)时L=(W1-W2)×7
当(W1-W2)≤(h1-h2)时，L=(h1-h2)×7
双边均变径时，如图2.6.6-2(b)
当(W1-W2)≥(h1-h2)时，L=(W1-W2)×3.5
当(W1-W2)≤(h1-h2)时，L=(h1-h2)×3.5,
现象：弯头不能随便弯。
1.弯头无导流叶片时，其弯曲半径R最小不得小于1/2W，(W–为风管的宽度)。一般以1W为宜。