空调系统积尘对其性能的影响

空调系统积尘对其性能的影响--Tag：积尘过滤清洗论文作者：聂一新刘燕敏摘要：本文通过现场实测和实例分析说明由于空调系统中的表冷器、过滤器和风管的积尘引起空调设备和系统性能的下降，并提出了提高空调系统的过滤性能及加强空调系统的清洗是确保空调系统高效运行和改善室内空气品质最有效的方法。1前言长期生活和居住在现代建筑中的人们常常受到“病态建筑综合症”的困扰，为此人们不惜成本千方百计增加室外新风的引入，以求得良好的室内空气品质，然而效果却微乎甚微。因为中央空调系统本身也是室内空气环境的一个主要污染源[1]。首先，大部分空调系统的空气过滤仅仅是靠空调机组新回风口混合段上的抽取式金属网过滤器，这种过滤设备的过滤效率不高，甚至连初效都达不到，加上室外含尘量普遍偏高、过滤器极易积聚灰尘和微生物（细菌、霉菌、螨等），导致空调系统大量积尘和污染。其次，风管和风道一经安装完工就很难对它进行彻底的清洗，经过几年使用，管道内就会积聚起大量的灰尘、纤维、微生物（细菌、霉菌、螨等），甚至腐烂的老鼠、昆虫的死尸；既使一些新建大楼的空调风管内也会因安装工人的野蛮施工而留有烟蒂、饮料罐等垃圾。此外，空调机组的表冷器在冷却去湿过程中，其表面凝水积尘、凝水盘集水都极易滋生细菌，系统中的连接部件如帆布接头、法兰连接等处易积尘和发霉。当空气通过这样的空调系统送到室内并被我们吸入体内后，引起种种不适，严重时会引起传染病的传播和流行。为此，本文在现场测试的基础上，通过实例主要分析表冷器积尘和结垢引起肋片间距的减小、风管内积尘和结垢使风管内表面粗糙度提高，而使得空调系统的阻力增加；并分析了由于表冷器积尘和结垢所导致的传热系数下降，空调系统效率降低。2实例及其分析以我们测试的某宾馆餐厅的空调系统为例，该系统的空调机组包括抽取式铁丝加涤纶丝网过滤段、表冷段和风机段。名牌风量为11520m3/h，4排管（长x宽）1960x1150mm，肋片片距为s=2.3mm，肋片厚0.2mm，每排29根铜管，管径为16mm。图1为空调机组的示意图。图1空调机组示意图2.1积灰结垢后的表冷器传热系数的下降表冷器肋片积灰和结垢将直接影响传热系数进而降低空调机组的冷量和热量。结垢前后表冷器以光壁面为计算基准的传热系数分别为其中空气侧和水侧的对流换热系数α1和α2，析湿系数ξ，金属壁热阻δ/λ，肋化系数β，肋壁全效率η这些参数在结垢后都不变。结垢后增加的污垢热阻为δ1/λ1。我们仍可用上例进行传热系数变化量级的估算，污垢的导热系数λ1一般取钢的1/25~1/30，即1.8~2.16J/m·s·℃，取1.8[1]机组在混风工况下额定冷量72.3Kw，进出水温度为7℃/12℃，则对数平均温差为表冷器铜管光壁面的传热面积为则结垢前传热系数为结垢后的传热系数为传热系数下降了约3.3％，使得表冷器的热交换能力降低，影响空调系统的效率。2.2积灰结垢后表冷器空气阻力的增加以测试的空调表冷器为例，污垢厚度取0.1mm，进风温度t1=28℃，出风温度t2=16℃，由平均温度tm=24℃查得运动粘性系数，密度。空气流动雷诺数，其中v为最窄截面流速，d为铜管管径。表冷器结垢后，相当于肋片间距减小了，相应地肋片间速度梯度增加，由牛顿粘性定律，粘性应力增加，空气阻力也相应增加。空气流动阻力，其中，f为阻力系数，L为流动方向翅片长度。根据文献[2]，阻力系数，因此，经表冷器的空气流动阻力与空气流动雷诺数的关系为：。表冷器结垢前后的阻力特性参数计算可归纳为表1。表1表冷器结垢前后的阻力特性参数表冷器结垢前结垢后最窄截面面积(m2)1.14860.9526最窄截面速度(m/s)2.7863.359雷诺数Re28803472由此，可求出表冷器结垢后和结垢前空气阻力的比值为：可见结垢后表冷器空气阻力增加了约33％，这将使空调机组的处理风量明显减少，从而导致空调室内送风量不足，室内空气环境难以保证。2.3积灰后风管沿程阻力的增加以测试的空调系统为例，风管内空气温度经风机温升后为18℃，查得运动粘性系数，则流速为,当量直径为,雷诺数为。对于新的、清洁的镀锌铁皮风管的当量糙粒高度[3]，则相对粗糙对于有积尘积垢的风管当量糙粒高度取，则相对粗糙可由莫迪公式分别求得积垢前和积垢后的沿程阻力系数，由于风管沿程阻力与沿程阻力系数成正比，因此可得积垢后的沿程阻力损失增加了约70%，阻力的增大将直接导致风管系统风量的下降，影响室内环境。3相应的对策3.1提高空调系统的过滤效率国外认为舒适性空调的末级过滤效率达到F7，也即国内的高中效的过滤效率，才可符合室内空气品质的要求。因此，为减少空调系统积灰，提高室内空气品质，最可行且有效的方法是提高空调系统的过滤效率。但是，国内大部分现有的舒适性空调系统由于考虑到成本因素，一般只安装一道铁丝网夹涤纶丝网，根本起不了什么过滤作用，加上室外空气含尘量普遍偏高，大量的积灰进入空调系统和室内。如果对现有系统进行改造，仍引上例，原机组压降约50Pa，余压为400Pa，风机转速为900rpm，如果增加一阻力为100Pa的中效过滤，则需要调节皮带轮使风机转速提高到1000rpm，才能维持相应的静压和风量，而风机耗功和转速的3次方成正比，由此增加的电机能耗约为37%。此外还必须有相应的机房空间安置过滤设备，并且还得解决由于风机转速提高而增加的噪音问题。3.2清洗空调系统一般来讲，风管内壁的底面，过滤器迎风面，表冷器迎风面和积水盘是最容易积聚灰尘和滋生细菌的场所，需要经常清洗和维护。空调清洗行业在国外已形成一个发展比较成熟的行业，有相应的清洗行业协会和相应的标准；在国内，一些大中城市如上海，深圳等地清洗行业也已经形成了一定的规模，也出台了相应的规范[4][5]。表2是对某酒店餐厅空调系统进行清洗前后的比较。图2是该餐厅空调风管系统。表2空调系统清洗前后的比较参数清洗前清洗后送风量(m3/h)1288814544回风量(m3/h)15621738可吸入颗粒PM10(mg/m3)0.9230.048送风管底部积尘量(g/m2)5.660.79回风管底部积尘量(g/m2)35.381.51室内浮游菌(个/m3)314～629－图2某酒店餐厅空调风管系统图可见，清洗后送风量增加了12.8%，回风量增加了11.3%，清洗效果是非常明显的。另外，还测得表冷器肋片表面至1mm深处含菌量为106～107个/m2，过滤器表面含菌量为2.6x105个/m2。这些地方由于温度和湿度适宜，成了细菌生长的温床，在清洗时应尤其注意做好消毒抗菌处理。目前国内清洗风管所用设备大多为国外引进，成本高，而且专为适应国外圆形风管而设计，而国内的风管多为方形，存在兼容性问题；业主和设计人员为节省空间，没有留清洗入口，给清洗施工也带来了一定的困难；风管内由于野蛮施工所留杂物较多；风管系统密封性能较差，漏风导致灰尘直接进入风管系统。这些都是制约国内清洗行业发展的因素。4结论通过实例分析，当污垢厚度为0.1mm时，表冷器积尘积垢导致传热系数下降为3.3%，阻力增加为33%；当当量糙粒高度K=2mm时，风管积灰导致的风管沿程阻力下降为70%。提高空调系统的空气过滤效率和加强空调系统的清洗都是改善室内空气品质的行之有效的方法。