1.箱体结构和功能

见表2-1,箱体按其制造材料分为金属空调箱和非金属空调箱两类。

箱体作用是支撑和固定各种功能器件(如加热器、表面冷却器、过滤器、喷水室等),并使之相互连接成一整体,以完成空气处理的功能。

对箱体的要求,除满足通常强度、刚度等力学性能之外,还有以下特殊要求：

(1)气密性

如果箱体密封不严,将因风量的渗入或露出而造成冷(热)量的损耗。按规定,其漏风率不应超过5%。

(2)隔热性

一方面是从冷(热)量损失考虑,另一方面是防止夏季供冷时箱体外表面结露,有水滴下,这也是不允许的。

(3)防漏水

喷水室中有水循环和水池,表冷凝对空气处理时,表面也有凝结水产生。这些水不允许任意流至外面,只能由导管导出。

(4)美观性

外形整体要美观。

2.表面式空调换热器的结构和主要结构参数

常用于中央空调系统中的表面式空气换热器(加热器)目前大多采用翅片管型(极少采用光管式)。翅片管型又分为单翅片管型和整体串片型两大类。

(1)结构和类型

表面式翅片管型空气加热器由管束、联箱和护板组成。热媒(热水或蒸汽)进入联箱后,均匀地在管束内流动,空气则横掠管束外表面加热。其结构和类型如图2-2所示。

(2)主要型号和结构参数(见表2-5)

图2-2 表面式空调换热器的结构和类型

表2-5 国产表面式空气换热器型号和结构参数

注：1.肋通系数a=每排肋管外表面积/迎风面积。

2.管簇排列方式均为叉排。

3.肋管总外表面积,即每米管长的散热面积。

3.电加热器的结构和功能

除用热水或蒸汽通过空气加热器加热空气外,还可用电加热器来处理空气。

电加热器的基本结构形式有裸线式和管式两种。

电加热器特点是加热均匀、热量稳定、效率高、体积小、调节方便,但电耗较大,在单元空调机(器)中仍有广泛应用。在中央空调系统中,有时也在各送风支管中或水管外安装电加热器,以补偿热量或实现温度的分区控制。

裸线式电加热器,如图2-3所示。由于空气与电阻线直接接触,其结构简单、热惰性小、加热迅速,但安全性差,电阻丝表面温度高,黏附其上的杂质分解后会产生异味,影响空气质量。

图2-3 裸线式电加热器

1—钢板 2—电阻丝 3—瓷绝缘子 4—隔热层

管式电加热器如图2-4所示,它将电阻丝封装在特制的金属套管内,中间填充导热性好并绝缘的结晶氧化镁,有棒形、蛇形和螺旋形等多种形式,甚至还有带螺旋翅片的电加热器管。

管式电加热器加热均匀、热量稳定、安全性好,其缺点是热惰性大、结构复杂。

电加热器的功率P(kW)计算如下：

P=Q/η

式中 Q——加热空气所需热量(kW)；

η——电加热器效率,通常取η=0.86。

通过电加热器的风速应为8～12m/s,不宜过低。电加热器与通风机之间要有启闭联锁装置,只有通风机运转时,电加热器才能接通。有时电加热器出口处还装有过温器,在空气温度超过某一规定值时即切断加热器。

图2-4 管式电加热器

1—接线端子 2—瓷绝缘子 3—紧固装置 4—结晶氧化镁 5—金属套管 6—电热丝

4.加湿器(段)结构和功能

在空气调节机组中,表面冷却器不具备加湿功能,为增加空气的含湿量,以确保规定的相对湿度指标时,就需要对空气进行加湿处理。采用各种形式的加湿装置,构成组合式空气调节机组的加湿段。

空气加湿的方法,一般有喷蒸汽加湿、喷水加湿、水表面的自然蒸发加湿、电加湿、超声波加湿等。

(1)喷蒸汽加湿(等温加湿)

空调工程中常用的立式干蒸汽加湿器如图2-5所示。

(2)电加湿器(等温加湿)

图2-5 立式干蒸汽加湿器

在没有蒸汽源的场合,采用电能使水汽化的加湿设备为电加湿器。按产生蒸汽的不同电加热元件,可分为电热式加湿器和电极式加湿器两种。

1)电热式加湿器有开口式,如图2-6所示。

图2-6 开口式电热式加湿器

在水槽内置入管状电热元件,通电将水加热成蒸汽。补水方法有自力式和电动式两种。

自力式是用浮球阀维持水位稳定在某一水平,该方式结构简单,但一旦阀门关闭不严,水可能溢出水槽,因此可靠性差。可设置溢水口,水过量时,通过溢水口排放到排水管。

电动式是在水槽外旁侧接上一连接补水罐,其中设置水位高限和低限的水位敏感元件与液位继电器,控制补水管上电磁阀的启闭,增强了运行可靠性。

电热式加湿器的特点与干蒸汽加湿器相同,但耗电量较大。

电加热器(电热式和电极式)所需的功率P(kW)按下式计算：

P=W(h_q-Ct_W)K

式中 W——产生的蒸汽量(kg/s)；

h_q——蒸汽的比焓(kJ/kg)；

t_W——进水温度(℃)；

C——进水的比热容〔kJ/(kg·K)〕；

K——考虑电加热元件结构影响的安全系数(采用蒸馏水K=1.05,采用低硬度的水K=1.10,采用较高硬度的水K=1.20)。

2)电极式加湿器如图2-7所示。

电极式加湿器可以满足中、小型空调系统加湿的需要。国产电极式加湿器的功率有5kW、10kW和20kW等多种规格,其相应的最大加湿量为6kg/h、12kg/h和24kg/h等。电极式加湿器是利用三根不锈钢棒或镀铬的铜棒作电极,将其插入盛水的容器中,水作电阻,金属容器接地。接通三相电源后,水被加热产生蒸汽,蒸汽经排出管道送到待加湿的空气中。水位越高,导电面积越大,通过的电流越强,产生的蒸汽越多。因此可以通过改变溢流管的高低来调节水位高低,从而调节加湿量。

电极式加湿器的优点是：加湿快,加湿量可调节,加湿蒸汽清洁,不含水垢、粉尘,无菌、无臭,安全可靠,维修方便。其缺点是：电极上易积水垢和产生腐蚀。在加湿器下方应设置放水排污管,经常排除沉积在容器底部因水不断蒸发而浓缩的杂质,以减轻对电极和器壁的腐蚀,同时要定期消除污垢。

(3)喷雾加湿器(等焓加湿)

喷雾加湿器是将常温水喷成水雾直接混入空气中,水雾吸收空气中的热量,蒸发成水蒸气来加湿空气。

喷雾加湿器的使用特点：应用空调房间余热量大而余湿量少,房间对相对湿度要求高的场合。对水温无特殊要求,水雾蒸发吸收气化热,可节省为了排除余热所需的风量。其缺点是室内空气状态不均匀,不能用于相对湿度要求较低的场合。

1)压缩空气喷雾加湿器利用高速喷出的压缩空气引射水滴,并使之雾化而对空气进行加湿。常用工作压力为0.03MPa,有固定式和移动式两种。

2)电动喷雾加湿器利用风机把水甩成雾滴,它也有固定式和移动式两种形式。电动喷雾加湿器由电动机、风机、转动圆盘和供水管组成。

3)离心式加湿器如图2-8所示(属于独立加湿时)。

图2-7 电极式加湿器

1—加热电源 2—水位电极 3—加湿桶 4—加湿电极 5—水位 6—进排水口 7—排水电磁阀 8—排水管 9—蒸汽出口 10—进水盒 11—进水管 12—溢水管 13—注水管 14—进水电磁阀 15—供水阀门

图2-8 离心式加湿器

(4)超声波加湿器

水处在一个超声振动的膜片上(频率大于20kHz),它将产生一个自由液滴的频谱,从而使水滴雾化。

超声波雾化的水滴细小,雾化所消耗的能量也较小。对于小流量的超声波加湿器(0.4kg/h、1kg/h)的水量所消耗的能量为100W；对于大流量的超声波加湿器(150kg/h),加湿量1kg/h所消耗的能量仅为1kW。

5.喷水室(段)结构和功能

喷水室与表面式空气加热器和表冷器不同,它是一种直接接触式的热湿处理设备。喷水室不仅能实现对空气的加热、冷却、加湿和减湿等多种处理,而且还具有空气净化能力。

喷水室的优点是：加工简单、金属消耗小。由于喷水室底池中水的热惰性要比表面式换热器中水的热惰性大,所以从喷水室出来的空气状态比较稳定。

喷水室的缺点是：与表面式换热器相比,其体积庞大,占地面积大,水系统复杂,水质卫生要求高,对设备腐蚀性大,运行维修费用高,效率低。

喷水室的用途范围,在一般民用建筑中已不常用,或仅作加湿器用,但在某些工业部门,如纺织厂、卷烟厂仍较广泛应用。

喷水室的形式类别见表2-6。

表2-6 喷水室的形式类别(www.daowen.com)

(1)喷水室的构造及使用特点

单级的卧式和立式喷水室的构造如图2-9所示(属于独立加湿时)。

单级喷水室的工作原理：冷(热)水经过三通混合阀与由循环水管来的循环水相混合,然后经水泵压送到喷嘴与排管,最后通过喷嘴喷出。而空气经过前挡水板后进入喷水空间,与喷嘴喷出的水直接接触,进行热湿交换。处理的空气经过后挡水板挡掉空气中带的水滴。空气离开喷水室时,基本上无水滴,水滴沿挡水板顺流下来,落入底部水池中。

双级喷水室如图2-10所示。

图2-9 单级卧式和立式喷水室的构造

图2-10 双级喷水室

空气经前挡水板先进入第Ⅰ级喷水室,然后进入第Ⅱ级喷水室,而水则先进入第Ⅱ级喷水室,再由第Ⅱ级喷水室的底池抽出送入第Ⅰ级喷水室。空气在第Ⅰ级喷水室中与较高水温的水相接触,主要起降温、降焓作用,进入第Ⅱ级喷水室中的空气接触到的是温度较低的水,主要进行降焓、除湿处理,其优点是空气的焓降和温降较大,终态一般能达到饱和,而水的温降也较大,可以节省水量。

这种方式适合于使用天然水源,如地下水等,既可节约水量,又可增加效果。

喷水室的水系统分为自流回水式和压力回水式。自流回水式喷水室水系统的先决条件是蒸发水箱的位置低于喷水池底,如图2-11所示。

压力回水式喷水室水系统如图2-12所示。

图2-11 自流回水式喷水室水系统

图2-12 压力回水式喷水室水系统

1—冷水机组中的蒸发器 2—表面式冷却器 3—冷热水循环泵 4—膨胀水箱 5—自动补水水箱 6—溢流管 7—自来水水管 8—三通阀 9—绕行管

(2)高速喷水室

高速喷水室风速高(比普通喷水室高一倍左右),喷水室的断面积可明显缩小,但带来的问题是空气与水接触时间少,空气流动阻力增加,挡水板过水量增大。国内目前普遍采用的高速喷水室结构如图2-13所示。

图2-13 国内常用的高速喷水室结构

1)前挡水板为机翼形,可使气流均匀稳定；后挡水板为双波纹形,空气阻力小,挡水效果好。当风速为6m/s时的阻力和每平方米面积的质量流量为3kg/(m²·s)的低速喷水室的阻力差不多,都是130Pa左右。

2)末排喷嘴到后挡水板的间距增大,以增加空气和水的接触时间。

3)使用喷射角大、喷水量小、雾化效果好的供高速喷水室用的离心喷嘴,其性能见表2-7。

表2-7 高速喷水室用离心喷嘴的喷水量 (单位：kg/s)

4)喷水室的喷水系数小(v=0.6kg/kg),喷嘴密度大〔n=38～41个/(m²·排)〕,喷水压力较低,可以较少喷水量处理较多空气量,降低水泵能耗：

v=W/q_m

式中 v——喷水系数,即处理每千克空气所用的水量(kg/kg)；

W——喷水室的喷水量(kg/s)；

q_m——通过喷水室的空气质量流量(kg/s)。

6.过滤器(段)结构和功能

在组合式空气调节机组中往往要采用过滤段,对室外引入的部分新鲜空气中的尘埃和室内出来的回风中的污染物进行过滤净化,因此采用过滤器。

在空调过程中,普遍采用各种干式空气过滤器,按其过滤效率分为粗效、中效、亚高效、高效四种类型,见表2-8。

表2-8 空气过滤器的分类

根据空调房间对洁净度要求不同,当空气净化标准为一般净化时,可采用粗放过滤器。少数空调房间对含尘量有一定要求时,通常规定含尘量为0.15～0.25mg/m³,并滤掉大于或等于10μm的尘埃,此时应采用粗效和中效过滤器。

亚高效和高效过滤器通常用于对空气洁净度要求非常高的洁净室。

这里仅介绍组合式空气调节机组中常用的粗效过滤器及中效过滤器。

图2-14 粗效过滤器

(1)粗效过滤器

1)过滤对象：10～100μm的大颗粒尘埃。

2)形式：平板式、折叠式和袋式。

3)过滤材料：金属丝网、铁屑、瓷环、玻璃纤维(直径20μm左右),粗、中孔聚氨酯泡沫塑料和各种人造纤维等。

4)国产系列型号：YP型、YX型、CWA型、CWB型、HDQCN型、ML型、OWY型、HDQCB型、HDQCC型、HDQCK型、CL系列以及TJ-3型自动卷绕式空气过滤器。

5)结构：参见图2-14所示粗效过滤器。

(2)中效过滤器

1)过滤对象：1～10μm的尘埃。

2)形式：平板式、袋式、分隔板式(框式和楔形结构)等。

3)过滤材料：无纺布,中、细孔泡沫塑料,玻璃纤维等。

4)国产系列型号：ZKL型、ZW型、SZX-W系列、SJ-ZX系列、YB型、M-A型、DWZ型、ZKD系列、ZL型和HDQZD型等。

5)结构：ZKD系列中效过滤器,如图2-15所示,采用新型复合无纺布作为滤料,具有容尘量大、阻力小和能重复清洗使用的特点。框架为钢制,边框内有圆钢将六只滤料袋隔开,使气流均匀通过滤料袋,其密封性可靠,滤料袋更换方便。

7.通风机(段)结构和功能

在组合式空气调节机组中采用的风机类型有离心式风机和轴流式风机。离心式风机用得最多,轴流式风机多用于纺织厂的空调系统。

通风机是空调系统的动力源,是主要耗能设备及噪声主要来源。通风机的节能和降噪声是空调系统的两大课题。

组合式空气调节机组中有只装一台送风机的送风段,也有采用送风机段和回风机段的双风机系统。单风机系统占用面积少,一次投资省,耗电量较少,但要求风压高,噪声增大。

(1)离心式通风机结构

离心式通风机外形如图2-16所示。

图2-15 中效过滤器

图2-16 离心式通风机外形

(2)离心式通风机的型号

1)离心式通风机的型号规定：以4-72No6C左90°型离心式通风机为例,如图2-17所示。

叶轮旋转方向,从电动机位置看,叶轮顺时针旋转方向称“右”,逆时针旋转方向称“左”。

对于传动方式,其代号如下

①A：叶轮装在电动机轴上；

②B：叶轮悬臂,带轮在两轴承中间；

③C：叶轮悬臂,带轮悬臂；

④D：叶轮悬臂,联轴器直联传动；

⑤E：叶轮在两轴承中间,带轮悬臂传动；

⑥F：叶轮在两轴承中间,联轴器直联传动。

图2-17 型号规定示例图

2)空调工程中常用离心式通风机型号：我国空调工程中常用的离心式通风机型号见表2-9。

表2-9 我国空调工程中常用的离心式通风机型号

图2-18 对开式多叶调节阀

8.新风、回风的功能

组合式空调机组中的新风、回风混合段用来连接新风进口和回风管道,使新风、回风在该段中均匀混合。

在新风口和回风口上装有调节阀,用来调节新风量、回风量的比例。调节阀由手动、电动或气动执行机构进行控制。调节阀宜采用对开式多叶调节阀,其构造如图2-18所示。它由框架、导风叶片和传动机构等构成。叶片的边缘镶有橡皮条,阀门能全关或全开,且关闭时严密。橡皮条有利于消除开启时叶尖空气噪声。采用对开方式使空气流过阀时气流均匀,可以不改变方向。

9.消声器(段)的功能

组合式空调机组的噪声源主要来自通风机。通风机的噪声产生原因有空气动力噪声、机器振动噪声以及两者相互作用所产生的混合噪声。此外,还有由于电动机的空气隙中交变力相互作用而产生的电磁噪声。

选型时宜采用低噪声型通风机,相对单风机系统而言,双风机系统噪声要小些。

据资料介绍,通风机噪声频谱特性基本上都处于1000Hz以下的中低频范围,且有明显的峰值出现,频率多在500Hz以下。