变配电房中多联机室内机的冷量计算分析

周青山 何健

1 筑博设计股份有限公司

2 大金（中国）投资有限公司广州分公司

随着建筑物内的用电负荷不断增加，为消除电气设备（尤其是变压器）运行而产生的热负荷，保证电气安全、稳定运行，多联机空调系统在电气设备房中被广泛采用。由于在不同的工况下，多联机室内机的全冷量和显冷量都是变化的。目前，国内多联机厂家的样本中仅提供了标准工况下的全冷量和显冷量，而厂家设计选型手册中的温度修正只表示室外机进风干球温度和室内机回风湿球温度对室外机制冷量的影响，为多联机室内机正确选型带来了很大不便。多联机室内机选型过大，增加了系统初投资。选型过小，使室内温度不满足设计要求。为此本文应用通用热交换效率对多联机室内机的冷量计算进行分析和探讨。

1 通用热交换效率的计算

1.1 理论基础

通用热交换效率（也叫第二热交换效率或接触系数）只考虑空气状态变化。根据文献[1]，多联机室内机中表冷器的通用热交换效率的定义式如下（见图1）。

图1 表冷器处理空气时的各个参数

式中：t1、ts1，t2、ts2分别为表冷器进口和出口的干、湿球温度，℃；t3为在理想条件下，空气通过表冷器最终能够达到的干球温度，℃。

表冷器微元面积dF 上由于存在热交换，空气放出的热量-Gdh 应该等于表冷器表面吸收的热量σ（h-h3）dF，即：

式中：G 为处理空气量，m3/s；σ 为按含湿量差计算的湿交换系数，kg/(m2·s)；h、h3为主体空气和表冷器表面空气的焓，kJ/kg；F 为表冷器总换热面积，m2。

在空气调节工程范围内，可以假定表冷器的表面温度恒定为其平均温度，则可以认为t3是个常数。对式（2）从0 到F 积分计算后可得：

式中：aw为表冷器的外表面热交换系数，W/(m2·℃)；α为表冷器肋通系数；Fy为表冷器迎风面积，m2；N 为表冷器肋管排数；Vy为空气迎面风速，m/s；ρ 为空气密度，kg/m3；cp为空气比热容，kJ/(kg·℃)。

由式（3）可知，对于结构特性一定（型号确定）的表冷器，由于肋通系数α 值一定，而空气密度ρ 可看成常数，aw又与Vy有关，所以通用热交换效率可以看成是Vy和N 的函数，即

由此可见，对于一定型号的多联机室内机，当风量不变时，在空气调节工程范围内的任何进风参数条件下，其通风热交换效率E 都是定值。因此，干工况下多联机室内机的制冷量为：

式中：Q 为室内机的制冷量，kW。

1.2 数据验证

某多联机厂家在不同工况下对室内机的性能进行了实验测试，选取室外干球温度为35 ℃（样本工况）时的测试数据，分析进风参数对多联机室内机性能的影响，测试结果如表1 所示。

表1 室外干球温度为35 ℃时室内机制冷量

根据室内机的风量、不同进风参数下的总制冷量和显热制冷量可计算出室内机的出风参数。利用式（1）可计算出不同工况下的通用热交换效率E，并将不同工况下的通用热交换效率E 进行比较，如表2 所示。

表2 型号FXSQ20MVE（风量540 m3/h）不同进风参数下通用热交换效率E 值

表3 在不同进风参数下通用热交换效率E 值

1.3 冷量计算

根据电气规范要求，高、低压成套开关设备和控制设备的周围空气温度不得超过+40 ℃，且在24 h 内其平均温度不超过+35 ℃。为满足电气设备的运行要求，且在室内机的温度控制范围内，将室内温度设定为30 ℃，相对湿度不要求。

由于变配电房（不设新风）的热负荷全为显热负荷，当变配电房内的多联机空调系统运行稳定时，室内机应处于干工况下运行。多联机在名义制冷工况下的蒸发压力为0.99 MPa[3]，对应的蒸发温度为7 ℃。从变配电房内的空调系统开始运行到室内空气达到稳定状态，室内机刚开始的运行状态为降温除湿，且室内机的出风状态点会沿着饱和相对湿度线慢慢往左移动，最终室内机变成干工况运行状态，此时其出风状态点的露点温度应为7 ℃（忽略热阻影响），即t3为7 ℃。设定室内干球温度为30 ℃、露点温度为7 ℃时，利用式（6）计算出不同型号的多联机室内机的制冷量如表4 所示。

表4 tw=35 ℃时不同型号多联机室内机的制冷量

由表4 可得，在室内干球温度为30 ℃的干工况下，多联机室内机的实际制冷能力比样本上标注的额定总制冷量（TC）和显热制冷量（SHC）都要大。20～63号规格室内机的实际制冷量与额定总制冷量偏差较大，偏大了6%～37%，80～125 号规格室内机的实际制冷量与额定总制冷量基本相同，仅偏大3%～5%。在变配电房设计多联机空调系统时，按照厂家样本额定制冷量选型布置室内机会导致选型偏大，增大初投资。

2 结论

变配电房内设置多联机空调系统，当室内空气达到稳定状态时，多联机室内机是处于干工况下运行。如果将室内温度设定为30 ℃，多联机室内机的实际制冷能力比样本上标注的额定总制冷量（TC）和显热制冷量（SHC）都大。此时20～63 号规格室内机的实际制冷量比额定总制冷量大6%～37%，80～125 号规格室内机的实际制冷量与额定总制冷量基本相同，仅偏大3%～5%。避免多联机系统室内机选型过大，增大系统初投资，室内、外机的容量配比系数可能低于100%。

在非样本测试工况下，可利用通用热交换效率法计算出多联机室内机在不同工况下的全冷量和显冷量，以此指导室内机选型。但值得说明的是，室内机的计算制冷量是以室外机性能满足要求为前提的，若想保证室内机的实际制冷量能达到计算值，还需要根据多联机系统管线布置选择合适型号的室外机。