工艺性空调机组的特点和应用

工艺性空调机组是指直接蒸发式制冷机组，它通过翅片式蒸发器，使得制冷剂和空气直接进行热交换，对空气进行降温除湿或加热，并将处理好的空气通过送风机直接送入被调节空间，这些工艺性空调机组通常在工厂装配并完成各种测试，既可以制冷，也可以制热，尤其是可以根据客户需要提供各种其他辅助功能，例如加湿、空气过滤、蒸汽或水加热等。以充分适应各种需要，典型的工艺性空调机组通常包含翅片蒸发器、送风机、冷凝器、压缩机、膨胀阀及其他制冷元件和电气控制系统等。工艺性空调机组由于已经包含空气处理过程和送风系统，它的初投资比中央空调系统小，设备安装简单，必要时设备可放置在室外以节约建筑空间，因此它既适合原有空调系统的改造，也适合新建空调系统，尤其是一些中小冷量需求的场合（制冷范围为9～450kW）。工艺性空调机组主要用于生产工艺对空气温度、湿度、洁净度等有特殊要求的场合。主要用于满足生产工艺条件要求，根据其使用目的和场合不同，工艺性空调机组可分为恒温恒湿空调机、除湿机、高温冷风机和其他特殊用途机组等。

1.恒温恒湿空调机组

（1）普通恒温恒湿机组 普通恒温恒湿机组是相对计算机房空调而言，它利用直接膨胀式制冷系统对空气降温除湿，并可以对空气加热和加湿等。使被调节空间保持稳定的温度和湿度，适用于对被调节空间的温度和湿度都有要求的场合，通常其温度控制范围和精度为18～30℃±1℃，相对湿度控制范围为40%～60%。随着制冷和控制技术的发展，市场也可提供温度控制精度达±0.5℃，相对湿度控制精度达±3%的高精度型普通恒温恒湿机组。

图9-40是普通恒温恒湿机组的系统原理图。图9-41是恒温恒湿机组的结构图。表9-32列出了采用R22制冷剂的风冷单元式恒温恒湿空调机组的主要技术参数。按照制冷系统适用温度范围，普通恒温恒湿机组可分为全年制冷型普通恒温恒湿机组和常规型普通恒温恒湿机组，厂家需要对此加以注明以提醒用户。用户在选用普通恒温恒湿机组时，除了关注温湿度控制精度和制冷量是否满足需要外，尤其要注意的是普通恒温恒湿机组标准配置的加湿量、加热量是否满足需要，是否需要全年制冷功能等。切忌不要仅仅从制冷量的角度选择普通恒温恒湿机组，以免在部分室外环境下被调节空间的温湿度达不到设计要求。

图9-40 普通恒温恒湿机组的系统原理图

图9-41 普通恒温恒湿机组的结构图

表9-32 风冷单元式恒温恒湿机组技术参数

（续）

（2）计算机房空调

计算机房空调是随着电子计算机、程控交换机和通信等的发展而特别开发的一种专用型恒温恒湿空调机组，也称为机房空调机组。该类机组是专门为电子计算机房等而特别设计的，具有以下特点：

1）机房空调显热比大而且机组送风量大，采用大风量小焓差设计，这和机房热量的95%为显热的特点适应，送风量比舒适性空调约大一倍。

2）机房空调通常采用下送风上回风的结构，这和电子设备的进风口设在下侧或底部而排风口设在顶部的特点吻合，而且电子设备机房往往是静电隔离地板，这也便于机房中的空调设备采用下送风上回风的布置。

3）机房空调需要全年制冷运行，因此机组中有冷凝压力控制装置，这是由于机房设备的余热量往往大于围护结构的散热量。

4）机组采用中效过滤器，机房内空气洁净度以重量法表示在0.1～0.3mg/m³的范围内，洁净度等级在100000级即可满足要求。

5）和普通恒温恒湿机组相比，相同制冷量的计算机房空调所配置的加热量、加湿量要小得多，只有一般恒温恒湿机组的1/2甚至1/3，这是由于机房全年发热并且对温度、湿度要求的不同而造成的。

6）电磁干扰性能好，不会由于电磁干扰等影响机房中的电子设备的运行。

图9-42 机房空调结构图

机房空调机组基本分为组合式空调机组和单元式空调机组，机房用单元空调机组以冷凝器型式不同分为空气冷却、蒸发冷却和水冷却等三种，还有利用自然冷却的乙二醇机组和利用区域供冷的冷冻水机组。图9-40普通恒温恒湿机组的系统原理图同样适用于机房空调，只是机房空调增加了冷凝压力调节阀或者冷却风扇调速方法保持冷凝压力基本不变的方式，但从节能方面来说则不是好的选择。图9-42是机房空调结构图。此外机房空调还有一些特殊的型式，图9-43为附有制冷机自然循环的空调机组的结构示意图，在空调机组内的压缩机制冷循环外，再组装独立制冷机自然循环回路，借助于主回路的室内、外风机实现在冬季时的无动力自然循环；另一种以节能为主，直接吸进冷空气对机房进行冷却的空气自然冷却的整体式空调机组如图9-44所示。近年随着控制技术的发展，越来越多的单元式机房空调机组已经将多台机组的组网控制功能和远程监控功能作为其标准配置。

图9-43 附有制冷剂自然循环的空调机组

1—冷凝器 2—自然循环冷凝器 3—自然循环储液器 4—过滤器 5—自然循环蒸发器 6—蒸发器 7—室内风机 8—压缩机

图9-44 空气自然冷却的整体式空调机组

1—由室外来 2—由室内来 3—到室外 4—冷凝器 5—风机 6—去室内 7—压缩机 8—蒸发器

2.除湿机

蒸汽压缩式制冷除湿的原理是，湿空气在送风机的作用下流过制冷机组的翅片式蒸发器，由于翅片换热器表面的温度低于湿空气露点温度，从而使得湿空气降温除湿，降温除湿后的空气继续流经制冷机组的翅片式冷凝器，吸收制冷机组的冷凝热等湿升温后温度升高而相对湿度下降，除湿升温后的湿空气由送风机送入被除湿空间。除湿机按照结构类型分为整体式和分体式，按照功能类型分为一般型和调温型，一般型中又分为升温型和降温型，调温型又分为风冷式和水冷式。图9-45是升温型除湿机原理图，图9-46是除湿机的结构图。利用冷冻原理进行除湿的除湿机性能稳定，能连续可靠地工作，但由于冷冻除湿自身特点的限制，主要适用于空气露点温度高于4℃的场合，处理空气的相对湿度为40%～60%，相对湿度低于40%的场合需要其他类型的除湿设备才能满足要求。

图9-45 蒸汽压缩式制冷循环空气除湿机原理图

图9-46 蒸汽压缩式制冷循环空气除湿机结构图

从图9-45和9-46可知，相对常规单元式空调机组而言，除湿机的箱体中同时有翅片式蒸发器和翅片式冷凝器。为了得到更好的除湿效果，通常在翅片式蒸发器和翅片式冷凝器间隔一段距离，必要时设置一些档水装置，以确保凝露水能从空气流中分离出来。除湿机的单位制冷量风量比常规单元式空调机组小。(www.xing528.com)

图9-47是某厂家提供的在不同干球温度和不同相对湿度下除湿量修正系数。市场上除湿机的规格为3～170kg/h，相对湿度控制精度为±5%，采用的压缩机有涡旋式和螺杆式。根据冷凝热利用不同，除湿机可分为升温型除湿机和调温型除湿机。为了提高空气湿度控制精度，空气除湿机往往采用多台压缩机或带有能量调节机构的压缩机。按照GB/T 19411—2003国家标准分类，市场上的除湿机按使用环境温度分为适用于18～32℃的常温型和5～32℃的低温型。表9-33列出了常温型空气除湿机组的技术参数。

图9-47 不同干球温度和不同相对湿度下除湿量修正系数

以机械制冷方式除湿，以冷凝热为再热方式的除湿机属于国家标准GB/T 19411—2003的管辖。表9-34为该标准对除湿机规定的名义工况。除湿机的温度使用范围分别为进风温度18～32℃和5～32℃。

表9-33 常温型除湿机的技术参数

① 指在进风干球温度27℃，湿球温度21.2℃测试条件下的参考值。

表9-34 除湿机的名义工况规定 （单位：℃）

3.高温冷风机

高温冷风机是随着钢铁、化工、焦化和军工等发展需要出现的一种直接膨胀式空气处理机组，也称为行车空调。高温冷风机组使用场合往往高温、多尘、腐蚀、振动大，和单元式空气调节机组相比其在设计中也具有一些自身的特点是：

1）选用开启式或半封闭式活塞压缩机，或者特别开发的全封闭压缩机，例如有些公司选用特别开发的带喷液装置的转子全封闭压缩机。

2）为防止压缩机电动机过热或排气温度过高，有些公司在压缩机吸气管路上采用吸气喷液装置降低吸气温度。

3）选用高温制冷剂，如R134a、R142b、R124等。

4）机组冷凝温度高，通常要求在50～70℃的环境温度下正常运行，国外某些公司的产品甚至可在低于99℃的环境温度下正常运行。

5）机组回风温度高，通常在30℃左右。

6）一般单元式空气调节机的翅片式蒸发器的片距为1.69～2.1mm，而高温冷风机翅片式蒸发器的片距在2.1mm以上，有些甚至达3.2mm。

7）一般单元式空气调节机的翅片式冷凝器的片距为1.69～2.1mm，而高温冷风机翅片式蒸发器的片距在2.1mm以上，有些甚至达4.2mm。

8）高温冷风机的翅片式换热器的铝箔和铜管表面通常镀层处理以适应腐蚀空气环境，例如有些公司在铝箔和铜管表面有环氧树脂涂层。

9）电器元件等能在高环境温度下正常运行。

10）机组抗振性能好，耐蚀性好。

图9-48是某一高温冷风机的结构图。表9-35是不同厂家高温冷风机的性能比较。

图9-48 高温冷风机的结构图

表9-35 不同厂家高温冷风机的性能比较

4.其他特殊用途机组

制冷空调行业根据各种要求，近些年开发出了一些其他特殊用途的工艺性空调机组，以满足不同行业的需要，其主要表现在以下几点：

1）直接对室外空气进行处理的各种全新风工艺空调机组，例如全新风除湿机等，它主要用于医药、军工等一些特殊生产工艺过程。

2）对空气温度或湿度有特殊要求的各种低温型工艺空调机组或低湿型工艺空调机组，主要用于生产工艺上要求温度或湿度较低的场合。市面上有低温和低湿恒温恒湿机组，比较典型的机组是上海冷气机厂生产的全新风低温低湿机组DWDS—6000，图9-49是系统流程图，其出风干球温度22℃，相对湿度35%。

3）可提高空气洁净度的工艺空调机组，通常用于医院、医药和电子等行业。市场有洁净手术室用空气调节机组、洁净式恒温恒湿空气调节机组等。

4）适用于一些特殊行业的工艺空调机组，例如谷物冷却机等。

根据各种特殊用途的工艺性空调机组的发展，制冷空调行业近几年逐步制定了有关产品的标准，例如GB/T 18835—2002《谷物冷却机》，GB/T 20108—2006《低温单元式空调机》、GB/T 20109—2006《全新风除湿机》、GB/T 19569—2004《洁净手术室用空气调节机组》等，以指导产品设计、检验和选型。

图9-49 DWDS—6000系统流程图