摘要  对于洁净厂房的新风空调机组来说，当冰雪天气时，存在空气中冰晶颗粒阻塞过滤器的隐患；另一方面，冬季新风预热时预热盘管非常容易发生冻结。针对以上问题，本文通过比较三种不同的新风机组热水供水调节方案，即：二通阀控制、三通阀控制和小型混水站控制，分析了各方案的优缺点，结合工程实际，发现采用由电动调节阀和循环水泵构成的小型混水站可以有效的避免预热盘管冻结，同时达到预热新风的目的。通过实际工程案例分析，对这一混水系统的各个组成部分进行了说明和设计选型计算。

关键词 ： 过滤器  预热 盘管冻结  新风   混水系统

0引言

    在一次回风空调机组中，如果冬季室外空气焓值低于一定值时，就需要对新风进行预热，否则混合后的空气无法处理到送风状态点。而在洁净厂房的空气处理中常用到独立新风机组（MAU）系统。舒适空调系统的新风机组用于处理满足空调房间的人员的新风需求的新风量，风量相对较小，而对于洁净厂房的空调系统，一方面由于洁净厂房的换气次数比较大，千级洁净室为50~60次/h，万级洁净室为15~25次/h，十万级洁净室为10~15次/h[1]，新风机组处理的风量比较大；另一方面考虑洁净度的要求，洁净室风口末端安装有高效过滤器，而高效过滤器的容尘能力有限，因此需要在新风机组中安装初、中效过滤器。当遇上冰雨天气(冰雨天气是由于冷暖空气对流，大气上层气温在冰点以上，而地面温度在冰点以下，使得雨水在下降过程中结成冰粒而形成的特殊降水方式)，过滤器视空气中冰晶为颗粒物而阻拦，水滴在零度以下的滤材上结冰，并迅速地将过滤器封堵，导致新风机组严重出力不足，进而影响整个洁净厂房的洁净度及空气品质[2]。

    鉴于上述问题的存在，当室外温度低于5℃时应对新风进行预热，就是在新风机组入口增加一套预热盘管，在新风温度低于5℃时将其预热至5℃，这样以来，即使遇上冰雨和大雾天气，由于盘管的加热，冰雨转化为水滴，大部分水滴碰到预热盘管壁面会附着在上面，积累成大的水滴沿着盘管壁流到下面的接水盘中，同时由于新风经预热到5℃再吹向过滤器，滤材的温度不会达到零度以下，因此滤材上即使有水滴也不会结冰，过滤器也就不会出现封堵现象。

    另外，在新风和一次回风时也应考虑混合点是否在雾区的问题，需要根据最小新风比和室外空气状态点的焓值确定新风的预热。当室外气温降到0℃以下时，如进风或新风系统中未采取有效的防冻措施，空气加热器中的水有可能结冻。结冻的结果，轻则影响正常运行，重则使加热器的盘管破裂，必须更新或修理。一般可以采用的预防新风机组盘管冻结的方法有电加热法、值班风机法和旁通导流法[3][4]，这里考虑用混水站的方法来消除预热盘管冻结的隐患。

1.预热盘管水量调节的方案比较

方案一：一般的空调机组的热水盘管都是通过在机组盘管的供水和回水管道上用三通阀连接，根据盘管后的空气的温度调节电动三通阀，从而控制热水盘管的水流量，如图1中所示。这种用三通阀进行调节的水系统，尽管通过末端设备的水流量变化了，但是对整个水系统而言却是定流量的。定流量系统中用户末端盘管采用三通阀调节，水泵大部分时间在较低的效率点工作，耗能严重。
而在实际工程中有的通风或空调系统间歇运行，当系统停止运行后，预热盘管内的水停止循环，由于进风口处阀门的热损耗和室外冷空气的渗入，会使预热盘管内的水因局部温度逐渐降低而冻结，以至将预热盘管的铜管冻裂，影响通风、空调系统的正常运行。也就是说如果预热盘管水路系统采用三通阀的连接方式，预热盘管仍存在着冻裂的安全隐患。

方案二：预热盘管水路控制更简单的控制方式是采用电动二通阀，使整个水系统成为变流量系统，如图2中所示。在这一变流量系统中，用户末端盘管采用二通阀调节，整个系统循环水流量随负荷变化而成比例变化。变水量的目的是使由热源输出的流量所载热量与经常变化的末端所需冷量相匹配，节约热量输送动力和热源的运行费用。

    这种方案与方案一存在着相同的问题，即在通风或空调系统间歇运行时，当系统停止运行后，预热盘管存在着冻裂的安全隐患。

方案三：采用混水站的控制方式可以消除以上两种方案都存在的问题，其具体连接方式如图3所示。
  

      
    如图3所示，a点接热水管网供水管，d点接热水管网回水管，ac段设置一过滤器，cb段加装一水泵，ed段加控制阀（电动二通阀），ec段加止回阀。预热盘管采用这种混水站的方式预防盘管冻裂的原理在于：在正常情况下，通过新风机组的预热盘管后面的空气温度来调节ed段的控制阀，当其温度低于5℃时，增加控制阀的开度，即增加热水盘管的水流量, 直至预热盘管后面的空气温度达到5℃为止。

    从图3中可以看出，即使ed点的控制阀开度为0，由于bc段的循环水泵的存在，在环路bcfe中依然有一定量的水在循环流动，也就是说无论何时在环路bcfe中都有循环水。即使在通风或空调系统间歇运行时，当系统停止运行后，预热盘管内仍然有水循环流动，有效的消除了盘管冻裂的安全隐患。

    另外ed段装有电动二通阀，从而使整个水路系统成为变流量系统。通过调节末端盘管采用二通阀，使整个系统循环流量随负荷变化而成比例变化，变水量的目的是使由热源输出的流量所载热量与经常变化的末端所需热量相匹配，节约热量输送动力和热源的运行费用。

    分析比较上述三种预热盘管水量调节方案：方案一采用三通阀调节，水泵大部分时间在降低的效率点工作，耗能严重，而且存在预热盘管冻裂的安全隐患；方案二通过变流量节约热量输送动力和热源的运行费用，但是也存在着预热盘管冻结的安全隐患；方案三虽然管路复杂些，由于预热盘管侧循环水泵的存在，此管路系统在有效消除预热盘管冻结的同时，还分担了一部分管网的资用压头，变流量的系统也满足节能的需要。因此，对于新风量要求较大的洁净厂房新风机组预热盘管水路系统宜采用混水站的方式。

2.实例分析

下面以某制药厂的新风机组为例，说明洁净厂房新风机组的空气预热盘管混水站水系统的设计及选型计算。

3.1 基本资料

空调新风机组的总新风量：73000 m3/h;
室外空气设计参数：tw=-11℃, φ=53%   
室内空气设计参数：tn=21℃, φ=60%
预热后的空气温度：5℃    
热水管网供回水温度：70℃/50℃
热水盘管供回水温度：60℃/50℃
3.2 热水盘管换热量及接管管径的确定

3.3 新风机组空气处理过程的焓湿图

    空气处理过程的流程如下：

    其处理过程的焓湿图表示如图4所示。

3.4 控制阀（电动二通阀）位置的确定

    此混水站为二级系统，一级侧为热水管网，二级侧为预热盘管，盘管50℃回水通过ec段止回阀与管网70℃供水混合为60℃的二级系统供水供给预热盘管。下面来讨论控制阀位置的确定。如图3中所示，一级系统的供水温度t1=70℃,回水温度t2=50℃,流量为G1,二级系统的供水温度t3=60℃,回水温度t2=50℃,流量为G3。控制阀若放在二级系统中，当二级系统的负荷发生变化，比如负荷变小时，二级系统所需的制冷量变小，虽然可以通过调节阀调小二级系统的流量，但是若控制阀关小，则预热盘管流量变小，相应的bc管段的流量变小，而ac管段的流量不变，那么就的旁通管路ec段流量变小才能满足系统的流量要求。这样以来，70℃高温水流量变小，而50℃的低温水流量不变，那么bc管段的混水温度将会低于60℃，无法满足预热盘管的设计供水温度；另外，由上述分析易知，当二机级系统负荷变化时，一级系统流量却没有变化，显然不符合节能的要求。更为重要的一点是，根据设计，当新风温度低于5℃时控制阀开启，那么当新风温度略高于5℃时，控制阀就是关闭的状态，也就是说此时盘管中的水流量为零，若此时室外气温剧降，那么预热盘管仍存在冻结的可能性，盘管冻裂的安全隐患并没有消除，所以控制阀不应设置在二级系统中。