1.空调系统运行中机组露点温度过高导致空调房间内相对湿度过大的故障分析

空调系统在高湿季节运行时,无论是采用喷水室空气处理方式,还是采用水冷式表面冷却器的空气处理方式,由于室外新风的补入,增加了处理空气的耗冷量。同时,为保证运行中空调系统机组露点的相对稳定,必须供给喷水室或表面冷却器的冷水温度要比系统机组露点的干球温度至少低3.5～5℃。如果所供冷水温度过高,则空气处理机组露点也必须随着增高,甚至达不到冷却干燥的处理过程。由于系统机组露点的升高,必然导致空调房间内相对湿度的失调。

2.系统运行中由于送风气流中夹带水滴过多而导致空调房间内相对湿度异常的故障分析

1)表面冷却器处理的空调系统,在对空气进行冷却干燥处理时,处理过程中从空气中分离处理的凝结水沉降于空气处理室的底部。如果空气处理室内排水不畅而积存其内,当空气以一定的速度通过空气处理室时,将加速空气处理室内积水的蒸发,蒸发的这部分水蒸气随空气流一起进入空调房间,造成空调房间内的相对湿度过大而失调。

2)采用表面冷却器处理的空调系统,如果在表面冷却器后面不设挡水板,而通过表面冷却器的空气流速又高,此时较大的气流将会把空气处理过程中析出的、挂在表面冷却器外表面的水滴带入气流中。这部分水滴一部分以水珠的形式随送风气流进入空调房间,另一部分水珠在进入空调房间的途中蒸发而以水蒸气的形式进入空调房间,从而加大了空调房间内的相对湿度,使室内相对湿度失控。

3)采用喷水室处理空气的空调系统,在喷水室的出口处尽管一般均设有挡水板,但由于通过喷水室时的空气流速较大,在风机的吸入段仍会有水滴落下。如采风机的吸入口较低,将会把部分积水吸入而随气流沿送风管道进入空调房间,从而会产生以下3种情况：

①凝结水会通过风管连接处的衬垫漏出。

②凝结水将聚积在送风口处,以水滴的形式进入空调房间。

③凝结水在随气流的流动过程中挥发而以水蒸气的形式进入空调房间内,从而加大了空调房间内的相对湿度,如图8-22a所示。

图8-22 喷水室处理空气中的带水及处理

a)改造前 b)改造后

对于以上三个问题的处理可采用下述方法：

①改善空气处理室内的排水系统,避免凝结水在空气处理室内积存。

②降低空气处理室的空气流速(一般以2～2.5m/s为宜),尽量减少气流中所夹带的水分。

③将挡水板设在喷水室的集水池内,同时抬高风机吸入口高度,如图8-22b所示。

3.蒸汽加湿系统运行中造成空调房间内湿度过大的故障分析

将水蒸气直接喷入送风流中是一种对空气进行加湿处理最简便而有效的方法。但如果加湿管路的配置不当,或蒸汽压力被动过大和过于频繁,都会不同程度地影响加湿处理效果。

1)由于加湿管路配置不当造成房间内湿度过大。在对空气进行喷蒸汽加湿的空调系统中,尽管一般都使用干蒸汽加湿器,且蒸汽压力一般为0.1MPa左右,但由于蒸汽在输送途中凝结而产生一定量的凝结水,尤其在加湿系统停运期间,供汽管道内的凝结水都聚集在加湿调节阀之前的一部分管段内,如图8-23所示。在加湿系统运行时(尤其是在加湿调节阀开启的最初几分钟内),积存于加湿调节阀之前管道内的凝结水将随蒸汽流一起进入加湿器内,其中一部分凝结水进入加湿器后向下通过安置在加湿器后部的疏水器排至回水管网中,而另一部分凝结水随蒸汽流通过加湿器的喷孔进入空气处理室。这部分进入空气处理室的凝结水中水滴较大者沉降于空气处理室的底部,它们在空气输送途中或在室内进一步汽化,从而加大了空调房间的湿度,使湿度控制产生失调现象。

图8-23 喷蒸汽加湿系统的管路原理图

实践证明,在靠近加湿调节阀进口处加装一凝结水排水装置(见图8-23中的虚线所示),使积存于加湿调节阀之前的凝结水随时通过排水装置排出,以保证进入加湿器的蒸汽基本为干蒸汽,使加湿系统正常运行。

2)喷蒸汽加湿系统中,如果供汽压力稳定装置(蒸汽减压阀)失灵,由于供汽压力的波动过大和频繁,可能会造成空调房间内相对湿度的波动频繁和过大。

我们知道,在一定的蒸汽管路中,通过管路内的蒸汽量随其压力的升高而增多,如图8-24所示。

空调系统在喷蒸汽加湿的运行季节里,在供汽压力恒定的条件下,在控制系统的作用下,加湿调节阀的开度将随空调房间内相对湿度的变化而变化,使之通过的蒸汽量从维持空调房间内一定的相对湿度。

设调节系统处于平衡状态时,供汽压力为P₁,调节阀的开度为L_max,单位时间里通过的蒸汽量为q_m(kg/h),室内相对湿度为ф₁。如果由于供冷压力的波动变为P₂(P₂≠P₁),则相当于对减少控制系统加上一个干扰信号。由于瞬间通过减少调节阀的蒸汽量的变化,而使室内相对湿度发生变化,由ф₁变到ф₂。要使空调房间内的相对湿度恢复到最初状态,在湿度传感器、变送器、调节器和执行器滞后时间的共同作用下,则需经过一段时间(相当滞后时间)后,加湿调节阀的开度开始发生变化,使室内相对湿度逐渐接近于ф₁。但当室内相对湿度还未达到ф₁时,接着再次发生供蒸汽压力的波动,控制系统在新的干扰信号作用下,再经过一段滞后时间,使加湿调节阀的阀位再次发生变化。这样由于供汽压力的无规则反复大幅度的波动,将会使空调房间内的相对湿度很难稳定在要求范围内,从而使相对湿度的变化处于无规则的反复振荡中。

图8-24 调节阀的开度与蒸汽压力、流量的关系

3)喷蒸汽加湿系统,在停止供汽后又恢复供汽时,容易造成空调房间内的过湿。

采用常规调节仪表(如TH湿度传感器、TS-A相对湿度调节器和电动双通调节阀)组成的空调房间内相对湿度调节系统,调节器MIC-01将根据安装在空调房间空调区域内的湿度传感器ME所发出的相对湿度信号,送至相对湿度调节器MIC-01内与设定的空调房间内的湿度比较,发出调节指令,使执行机构推动加湿调节的电动双通调节阀MV,改变加湿调节阀MV的开度,以控制室内相对湿度维持在一定范围内。

空调系统在加湿调节的运行中,当蒸汽源(锅炉房)由于各种原因停止供汽时,由于空气不能得到加湿处理而使室内的相对湿度偏低,在湿度调节器的作用下,控制系统中的继电器将会反复吸合、释放,使加湿调节阀处于最大开度状态。此时,可将湿度调节器由自动控制换为手动控制,同时关闭加湿调节阀。这时调节器将不会再有控制信号输出。如果加湿调节阀仍处于最大开度状态,一旦汽源又恢复蒸汽的供应,大量的水蒸气将会在瞬间通过处于开启状态的加湿阀进入干蒸汽加湿器,从加湿器的孔口喷出,随气流进入空调房间,在极短的时间内就会造成空调房间内的过湿现象。因此,此种运行方式是非常危险的。

为了避免此类现象的发生,可采取以下措施：

①在加湿季节运行的空调系统,当汽源停止供汽时,可采用收到调节方式关闭加湿调节阀,同时将调节器由自动调节位置转换为手动调节位置。这样,即使汽源突然恢复供汽后,由于加湿调节阀的关闭,也不会产生大量水蒸气随气流冲入空调房间而造成过湿现象。

②在空调集中控制室内设置供汽和停汽报警装置。在加湿季节运行中,当加湿系统供汽时发出声、光信号,此时运行人员可打开加湿供汽总阀,按正常运行方式进行。当汽源不论因何种原因停止供汽时,也同样发出声、光信号,此时可关闭加湿系统供汽总阀,使相对湿度调节器由自动换为手动控制。这样既可避免由于控制系统在调节器的作用下,中间继电器频繁的吸合、释放所造成的磨损,延长其使用寿命,又可避免由于突然恢复供蒸汽后,大量蒸汽冲入空调房间而造成房间的过湿。

4)加湿供汽管路中的杠杆薄膜式蒸汽调压阀发生故障时,造成加湿系统供蒸汽的压力过高,使喷蒸汽加湿系统不能正常工作,导致空调房间内相对湿度过大。

杠杆薄膜式减压阀用于加湿供汽管道中作为加湿蒸汽压力的调节,使供加湿的蒸汽压力相对稳定。这是由于杠杆式薄膜减压阀的调节信号直接来自于被调的蒸汽压力的变化,逐渐克服重锤所产生的力,托盘带动调节主轴、阀杆、阀芯上下运动,达到调压的目的。这种减压阀又称为直接作用式压力调节阀,工作原理如图8-25所示。

如果空调加湿系统在正常运行中,无论由于何种原因而中断供汽时,则有P₁、P₃均为零,在重锤作用力的作用下,阀杆以加速度的方式向上迅速运动,从而产生较大的冲击力。当阀杆向上的移动距离大于膜片正常工作时上下移动距离Δl时,将使膜片发生撕裂,从而使其对通过减压阀的气体失去调压作用。在重新恢复供汽时,蒸汽将会以汽源的供汽压力迅速通过减压阀、加湿用电动双通调节阀而进入蒸汽加湿器,并随气流进入空调房间,由于控制系统的滞后而使空调房间的相对湿度造成短时间的失控现象和过程的难以控制。

图8-25 杠杆薄膜式减压阀工作原理

4.挡水板过小量较大而引起空调房间内相对湿度过量的故障分析

空调系统中采用喷水室处理空气时,在喷水室的前后均设有挡水板(主要是后挡水板),用来捕集通过喷水室的气流中所夹带的水滴,以达到正确控制空调房间内相对湿度的目的。

采用喷水室处理空气的空调系统,其空气状态的变化(部分)过程线如图8-26所示。

在设有二次加热器的空调系统中,设系统的机器露点、送风状态点、室内状态点分别为L、O和N,室内要求的空气状态参数为t_N、ф_N,送风温差为Δt₀。如果挡水板具有极高的挡水效率,能够完全捕集通过喷水室处理的气流中的水滴,则空气的变化过程应为L→O→ε→N。但实际过程中,任何一种挡水板都不能对通过喷水室处理后的空气中的水滴具有100%的捕集效率,因此通过挡水板后的空气流中所夹带的水滴,在通过二次加热后将会汽化而随气流一起进入空调房间内,使室内空气的相对湿度控制参数发生变化,状态点发生偏移如图8-26a所示。

设由ф_N变为ф_N',如果Δф=ф_N'-ф_N小于或等于室内相对湿度的控制精度范围,则可认为挡水板的过水量是合适的；如果Δф大于室内相对湿度的控制精度范围,则应设法提高挡水板的挡水效率(如换挡水板、调整挡水板的间距、降低通过喷水室的气流速度等),以保证空调房间内的相对湿度。

对于不设二次加热的空调系统,一般是将喷水室处理后的系统机器露点作为系统的送风状态点,如图8-26b所示。如果挡水板具有极高的捕集喷水室后空气中水滴的能力,在空气送入房间后将沿L→N线变化至室内状态点N(但这种情况一般是不太可能的)。(www.daowen.com)

在空调系统的实际运行中,由于挡水板水量的存在,将处于系统机器露点的空气送入室内后,其室内状态点将处于N'点,此时挡水板的过水量将为：W=d'N-d_N/1000kg/kg,同样有ф'N如果超出室内相对湿度的范围,也必须采取相应的措施进行处理来满足空调房间内的相对湿度。

图8-26 挡水板的过水量对室内相对湿度的影响

a)设二次加热器的系统 b)不设二次加热器的系统

5.由TH湿度传感器、TS-A湿度调节器和电动双通调节阀组成的喷蒸汽加湿控制系统运行中出现的故障分析

(1)由TH湿度传感器的原因造成的故障分析

TS-A湿度调节器所指示的相对湿度值超过90%,但空调房间内相对湿度正常。TH湿度传感器(变送器)是由两支电阻温度计(一支用于测量环境的干球温度,另一支套有脱脂纱布套管,且浸于水中,用于测量同一环境的湿球温度)、微型轴流风扇和塑料水杯所组成。其实质为一套通风干、湿球温度计,其相对湿度值是由TH传感器所测出的环境干、湿球温度的电阻信号送入TS-A调节器,经运算、放大等环节后,指示出环境相对湿度与设定值的偏差,从而确定环境的相对湿度。

环境的相对湿度越小,则其干、湿球温度差就越大；反之,则干、湿球温度差就越小。当空气处于饱和状态时(即空气的相对湿度为100%),干、湿球温度差Δt=0℃(即空气的干球温度与湿球温度相等)；空气的相对湿度为90%时,干、湿球温度差Δt=0.64℃；当空气的相对湿度为80%时,干、湿球温度差Δt=1.39℃。

当TH湿度传感器在下列情况下,所测得的干、湿球温度接近或相等：

1)用于测量环境湿球温度的电阻温度及上所套的脱脂纱布套脱落,此时由TH湿度传感器所测得的两个温度值均为环境的干球温度,则干球温度差Δt=0℃,此时由TS-A湿度调节器上所反映出来的环境相对湿度值将为100%。

2)用于测量环境湿球温度的电阻温度计上的脱脂纱布套,由于使用时间较长,吸收了水杯中的悬浮物及其他杂物后,堵塞了脱脂纱布套的孔眼,使其硬化失去了吸水性,因而其无法测定环境的湿球温度,此时由TH传感器所测得干、湿球温度值相接近,即其温度差Δt=0℃,TS-A湿度调节器所反映出来的环境相对湿度值在90%以上。

3)由于TH湿度传感器的塑料水杯中的水过少或干涸,使作为湿球温度测量的电阻温度计上所套的脱脂纱布无法吸水,从而使其失去测量湿球温度的作用。此时由TH湿度传感器所测得的干、湿球温度值相等,即其温差Δt=0℃,故由TS-A湿度调节器所反映出来的环境相对湿度值在100%左右。

因此,在由TH湿度传感器和TS-A相对湿度调节器及电动双通调节阀、干蒸汽加湿器组成的相对湿度控制系统中,当TS-A相对湿度调节器所反映出的环境相对湿度值在90%以上时,可首先关闭加湿调节阀,在确定控制的环境相对湿度基本正常时,则应对TH湿度传感器进行检查,造成此情况的原因基本属于上述三种情况,可采取相应措施进行处理。

对于采用此种相对湿度的控制系统,应在其操作规程及值班员责任制中明确规定每天应按时对TH湿度传感器加水一次,并检查其脱脂纱布套的吸水性是否正常,否则应及时更换,以保证空调系统正常、可靠地运行。

(2)由于TS-A相对湿度调节器的故障,而造成的空调房间内相对湿度异常的故障分析

TS-A相对湿度调节器是断续式触点输出的三位PI调节器,它按照偏差的大小和极性控制两个继电器,按PI规律使调节阀实现开、关动作,达到调节湿度的目的。其动作原理如图8-27所示。

图8-27 TS-A相对湿度调节器的动作原理

由上述可知,采用此种湿度控制系统的空调系统在运行中,值班运行人员定时或不定时的巡视检查是相当重要的。在巡视检查中要做到及时发现故障,及时采取必要的措施,以保证系统安全、可靠、正常的运行。

(3)由于加湿系统中电动双通加湿调节阀的故障,而造成空调房间内相对湿度异常的故障分析

在由TH湿度传感器、TS-A相对湿度调节器和ZAP-C型双通电动调节阀及干蒸汽加湿器所组成的加湿控制系统中,当控制环境的相对湿度值低于湿度调节器上所设定的相对湿度值时,TS-A相对湿度调节器将发出开阀指令,使ZAP-C型电动双通调节阀按照三位的PI调节规律增大阀的开度,使通过ZAP-C型双通电动调节阀的干蒸汽量增加。如果控制环境的相对湿度高于湿度调节器上所设定的相对湿度值,TS-A相对湿度调节器发出关阀指令,使ZAP-C型电动双通调节阀按照三位的PI调节规律减小阀的开度,减少通过ZAP-C型电动双通调节阀干蒸汽量,以达到环境相对湿度的控制目的。

如果所控制环境的相对湿度值高于(或低于)相对湿度调节器的湿度设定值,TS-A相对湿度调节器发出关(或开)阀信号,使阀的开度减小(或增大),当调节阀的开度为零,即调节阀处于全闭状态(或开度为最大即开度为100%)时,断开电动调节阀传动机构中的电动机的电源,使电动机停转；电动调节阀的传动示意如图8-28所示。

如图8-28所示,传动机构中的上限位块与上限微动开关接触时,调节阀的阀位处于最大开度,电动机的电源自动切断。在电源切断的瞬间,由于电动机的惯性作用,使上限位块继续再转过一个角度,甚至使上限位块冲过微动开关。一旦上限位块脱离开微动开关,只要TS-A相对湿度调节器再次发出开阀信号时,电动机的电源将再次接通,电动机继续转动。但此时由于调节阀已处于最大开度,传动机构将无法转动,在电动机力矩的作用下使传动齿轮打碎,电动机空转,时间过长致使电动机烧毁,或者电动机通过传动机构使力矩施加于阀杆上,使阀芯被阀体卡住而导致电动机烧毁,从而使调节阀一直处于最大开度状态而无法关闭和进行调节,使加湿系统失控。相反,当下限位块冲过下限微动开关时,同样会造成调节阀电动机的烧毁,导致调节阀一直处于全闭状态而使加湿系统失控。

图8-28 ZAP-C型双通电动调节阀传动示意图

还有一种情况是,如果ZAP-C型双通电动调节阀传动机构中的限位块为胶木等非金属材料制成时,当限位块与微动开关碰触后,在电动机惯性力的作用下,限位块与微动开关继续挤压,将会导致限位块破碎,从而也会使调节阀中的电动机烧毁,使加湿系统失控。

鉴于上述情况,在使用ZAP-C型电动双通调节阀时,应根据调节阀的这一特点,适当地调整上、下限位块的角度,将电动机惯性转动的角度、阀杆的行程考虑在内,同时应尽量避免调节阀的两极限位置运行。

6.送风口结露导致的故障分析

某些空调系统在夏季运行中,有时会产生送风口的结露现象,于是认为空调房间内相对湿度过大。原因是空调系统的送风量过大、送风温度过低所致。

如某一空调系统,在夏季运行中发现位于空调房间顶棚上的送风口处出现结露,且有水珠落下。空调运行人员使用通风干、湿球温度计对空调房间内的温、湿度进行测定,其结果是室内的温、湿度均正常。

当时空调房间内的干球温度t_N=24℃、相对湿度ф_N=60%,此时室内的露点温度t_NL=15.5℃。空调系统的送风温度却只有14℃。

由此可知,空调系统在运行中,由于送风温度低于室内的空气露点温度,因而使位于空调房间内的送风口金属叶片和边框的温度也低于空调房间内空气的露点温度。

此时,处于t_N=24℃、ф_N=60%状态的室内空气与送风口的金属叶片和边框接触后,由于冷却作用而此时冷凝水贴附于其上,当水珠质量达到一定值时,在重力作用下便会落到地板上。

解决方法是：根据空调房间内的实际情况,减小送风温差,提高送风温度(使送风温度高于空调房间内空气的露点温度),加大系统的送风量。

7.喷水室(或喷蒸汽加湿系统)的停运而造成湿度的异常的故障分析

在我国北方地区,由于冬、春季节室外空气干燥,相对湿度较低,因此在空气的热湿处理中如果不对其进行加湿处理,对于有一定室内相对湿度要求的空调房间,则往往难以保证其要求的空气参数。因而,为了保证空调房间内工作条件,保证产品质量所需的生产环境,就必须满足房间内所要求的空气相对湿度。为此,用于这些空调房间的空调系统,都配置了一定的空气加湿装置,如喷水室、喷蒸汽加湿器、超声波加湿器、电极加湿器等。

但是,有些空调运行人员只了解具有喷水室的空调系统,夏季采用冷冻水喷雾可以实现对空气的降温除湿处理过程,而忽视了冬季采用循环水喷淋时可实现对空气的等焓加湿的处理过程。也还有一些空调运行人员在冬、春季室外空气比较干燥时,由于各种原因而不愿意将加湿系统投入运行。

因此,空调运行人员应该了解空调系统中各种空气处理设备的功能,同时应具有高度的责任心,在空调系统的全年运行中,根据室外条件的变化,及时地采用不同的空气处理方式,以满足空调房间内工艺条件的要求。对于采用喷蒸汽及时的空调系统,在加湿系统投入运行时,只有认真操作,及时地巡视检查和调整,空调房间内的过程现象是可以避免的。

8.空调房间内夏季温度偏低、相对湿度偏高的故障分析

在空调系统中所设置的二次空气加热器是用来保证系统的送风温度,对于一次回风式空调系统,用二次空气加热器来调节系统的送风温度尤为重要,对于一、二次回风式空调系统,在采用二次回风调节不能满足系统送风温度要求时,则应开启二次空气加热器进行调节。

空调系统在夏季运行时,一次回风与新风混合后经冷水喷淋或水冷式表面冷却器处理后,其温度较低(接近其露点温度值),相对湿度较高(在90%以上),如果关闭二次空气加热器,直接将处于机器露点的低温、高湿空气送入空调房间,则这部分空气在吸收室内的余热和余湿后,室内空气将处于N'点,如果空调房间内要求的空气参数为t_N、ф_N,则会有t'N＜t_N,ф'N＞ф_N,如图8-29所示。如果将经过干燥冷却处理后的空气,采用二次加热器将其由L状态点处理至O状态点后再送入空调房间,则必然满足室内空气参数的要求。

图8-29 采用二次加热器调节湿度

因此,空调系统在夏季运行时,如果发现空调房间内温度值低于要求值,相对湿度高于要求值时,可首先调节二次空气加热器,使室内温度达到要求,则室内的相对湿度会自然降低至要求值(其条件是供冷水温度和冷水量应满足设计要求)。如果此时室内相对湿度仍高于要求值时,则说明空气经冷却干燥处理后的露点温度过高,应通过调节进入喷水室或通过表面冷却器的冷水量、冷水温度,来降低空调系统的机器露点,从而达到降低空调房间内相对湿度的目的。