8.5 空气处理

8.5.1 本条规定了空气冷却方式。
    1 空气的蒸发冷却有直接蒸发冷却和间接蒸发冷却之分。直接蒸发冷却是利用喷淋水(循环水)的喷淋雾化或淋水填料层直接与待处理的室外新风空气接触。这时由于喷淋水的温度一般都低于待处理空气(即准备进入室内的新风)的温度，空气将会因不断地把自身的显热传递给水而得以降温；与此同时，喷淋水(循环水)也会因不断吸收空气中的热量作为自身蒸发所耗，而蒸发后的水蒸气随后又会被气流带入室内。于是新风既得以降温，又实现了加湿。所以这种利用空气的显热换得潜热的处理过程，既可称为空气的直接蒸发冷却，又可称为空气的绝热降温加湿。待处理空气通过直接蒸发冷却所实现的空气处理过程为等焓加湿降温过程，其极限温度能达到空气的湿球温度。
    在某些情况下，当对待处理空气有进一步的要求，如果要求较低的含湿量或比焓时，应采用间接蒸发冷却。间接蒸发冷却有三种主要形式。一种是利用一股辅助气流先经喷淋水(循环水)直接蒸发冷却，温度降低后，再通过空气-空气换热器来冷却待处理空气(即准备送入室内的空气)，并使之降低温度。由此可见，待处理空气通过间接蒸发冷却所实现的便不再是等焓加湿降温过程，而是减焓等湿降温过程，从而得以避免由于加湿而把过多的湿量带入空调区。如果将上述两种过程放在一个设备内同时完成，这样的设备便成为间接蒸发冷却器。第二种是间接蒸发冷却器有两个通道，第一通道通过待处理空气，第二通道通过辅助气流及喷淋水。在第一通道中水蒸发吸热，第二通道辅助气流把水冷却到接近其湿球温度，然后水通过盘管把另一侧的待处理空气冷却下来。第三种是待处理空气经过由蒸发冷却冷水机组制取高温冷水(16℃～18℃)，使空气减焓等湿降温。待处理空气通过间接蒸发冷却所实现的空气处理过程为等湿降温过程，其极限温度能达到空气的露点温度。
    由于空气的蒸发冷却不需要人工冷源，只是利用水的蒸发吸热以降低空气温度，所以是最节能的一种空气降温处理方式，常常用在纺织车间、高温车间或干热气候条件下的空气调节中。但是随着对空气调节节能要求的提高和蒸发冷却空气处理技术的不断发展，空气的蒸发冷却在空气调节工程中的应用必将得到进一步的推广。特别是我国幅员辽阔，各地气候条件相差很大，这种空气冷却方式在干热地区(如新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、云南)是很适用的。
    干燥地区(夏季空调室外计算湿球温度通常在低于23℃的地区)，夏季空气的干球温度高，湿球温度低，含湿量低，不仅可直接利用室外干燥空气消除空调区的湿负荷，还可以通过蒸发冷却等来消除空调区的热负荷。在新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、云南等地区，应用蒸发冷却技术可大量节约空调系统的能耗。
    2 对于温度较低的江、河、湖水等，如西北部地区的某些河流、深水湖泊等，夏季水体温度在10℃左右，完全可以作为空调的冷源。对于地下水资源丰富且有合适的水温、水质的地区，当采取可靠的回灌和防止污染措施时，可适当利用这一天然冷源，并应征得地区主管部门的同意。
    3 当无法利用蒸发冷却，且又没有水温、水质符合要求的天然冷源可利用时，或利用天然冷源无法满足空气冷却要求时，空气冷却应采用人工冷源，并在条件许可的情况下，适当考虑利用天然冷源的可能性，以达到节能的目的。
8.5.2 本条规定了空气处理装置的水质要求，为新增条文。
    水与被处理空气直接接触，涉及室内空气品质，并会影响空气处理装置的使用效果和寿命，如直接与被处理空气接触的水有异味或不卫生，会直接影响处理后空气的品质，进而影响室内的空气质量，同时水的硬度过高会加速换热管结垢。
8.5.3 本条规定了空气冷却装置的选择。
    1 直接蒸发冷却是绝热加湿过程，实现这一过程是直接蒸发冷却装置的特有功能，是其他空气冷却处理装置所不能代替的。典型的直接蒸发冷却装置有喷水室和水膜式蒸发冷却器。前者利用循环水的喷淋雾化与待处理的空气接触，后者利用淋水填料层与待处理的空气接触。
    2 当夏季空调室外计算湿球温度较高或空调区显热负荷较大，但无散湿量时，采用多级间接加直接蒸发冷却器可以得到较大的送风温差，以消除室内余热。
    3 当用地下水、江水、湖水等作冷源时，其水温一般相对较高，此时若采用间接冷却方式处理空气，一般不易满足要求。采用空气与水直接接触冷却的双级喷水室比前者更易满足要求，还可以节省水资源。
    4 采用人工冷源时，原则上选用空气冷却器和喷水室都是可行的。空气冷却器由于其具有占地面积小，水的管路简单，特别是可采用闭式水系统，可减少水泵安装数量，节省水的输送能耗，空气出口参数可调性好等原因，它得到了比其他形式的冷却器更加广泛的应用。空气冷却器的缺点是消耗有色金属较多，因此价格也相应地较贵。
    喷水室可以实现多种空气处理过程，尤其在要求保证较严格的露点温度控制时，具有较大的优越性；喷水室采用的是水与空气直接接触进行热、质交换的工作原理，在要求的空气出口露点温度相同情况下，其所需冷水的供水温度可以比间接式冷却器高得多；喷水室挡水板的间距较大(远大于空气冷却器的翅片间距)，且可以拆卸清理，处理含尘特别是短绒较多的空气，不易导致堵塞。因此在纺织厂的空气调节中，喷水室迄今是无可替代的。此外，喷水室设备制造比较容易，金属材料消耗量少，造价便宜。但是采用喷水室时，冷水系统必须采用开式系统，靠重力回水。或者需要设置中间水箱，增加水泵，使水系统变得复杂化，既会增加输送能耗，又会加大维修工作量。所以其应用受到一定的影响。
8.5.4 本条是关于采用空气冷却器的注意事项。
    空气冷却器迎风面的空气流速大小会直接影响其外表面的放热系数。据测定，当风速在1.5m/s～3.0m/s范围内，风速每增加0.5m/s，相应的放热系数递增率在10％左右。但是考虑到提高风速不仅会使空气侧的阻力增加，而且会把冷凝水吹走，增加带水量，所以一般当质量流速大于3.0kg/(m2·s)时，应设挡水板。在采用带喷水装置的空气冷却器时，一般都应设挡水板。
    规定空气冷却器的冷媒进口温度应比空气的出口干球温度至少低3.5℃，是从保证空气冷却器有一定的热质交换能力提出来的。在空气冷却器中，空气与冷媒的流动方向主要为逆交叉流。一般认为，冷却器的排数大于或等于4排时，可将逆交叉流看成逆流。按逆流理论推导，空气的终温是逐渐趋近冷媒初温。
    冷媒温升宜为5℃～10℃，是从减小流量、降低输配系统能耗的角度考虑确定的。
    据实测，冷水流速在2m/s以上时，空气冷却器的传热系数K值几乎没有什么变化，但却增加了冷水系统的能耗。冷水流速只有在1.5m/s以下时，K值才会随冷水流速的提高而增加，其主要原因是水侧热阻对冷却器换热的总热阻影响不大，加大水侧放热系数，K值并不会得到多大提高。所以从冷却器传热效果和水流阻力两者综合考虑，冷水流速以取0.6m/s～1.5m/s为宜。
    工业建筑的特点是空气处理机组通常需要全年昼夜24h运行，严寒和寒冷地区空气处理机组的表冷器经常发生冻结事故，所以设计中应采取必要措施，如表冷器设在加热器后，若表冷器前无加热器，则表冷器应有排水装置，冬季能将水排空，以防止表冷器冻结事故发生。
8.5.5 本条规定了制冷剂直接膨胀式空气冷却器的蒸发温度。
    制冷剂蒸发温度与空气出口干球温度之差和冷却器的单位负荷、冷却器结构形式、蒸发温度的高低、空气质量流速和制冷剂中的含油量大小等因素相关。根据国内空气冷却器产品设计中采用的单位负荷值、管内壁的制冷剂换热系数和冷却器肋化系数的大小，可以算出制冷剂蒸发温度应比空气的出口干球温度至少低3.5℃，这一温差值也可以说是在技术上可能达到的最小值。随着今后蒸发器在结构设计上的改进，这一温差值必将会有所降低。
    空气冷却器的设计供冷量很大时，若蒸发温度过低，会在低负荷运行的情况下，由于冷却器的供冷能力明显大于系统所需的供冷量，造成空气冷却器表面易于结霜，影响制冷机的正常运行。
8.5.6 本条是关于直接膨胀式空气冷却器的制冷剂选择，为强制性条文。
    为防止氨制冷剂泄漏时，经送风机直接将氨送至空调区，危害人体或造成其他事故，所以采用制冷剂直接膨胀式空气冷却器时，不得用氨作制冷剂。
8.5.7 本条是关于喷水室水温升的要求。
    冷水温升主要取决于水气比。在相同条件下，水气比越大，冷水温升越小。水气比取大了，由于冷水温升小，冷水系统的水泵容量就需相应增大，水的输送能耗也会增大。这显然是不经济的。根据经验总结，采用人工冷源时，冷水温升取3℃～5℃为宜；采用天然冷源时，应根据当地的实际水温情况，通过计算确定。
8.5.8 本条规定了挡水板的过水量。
    挡水板后气流中的带水现象会引起空气调节区的湿度增大。要消除带水量的影响，则需额外降低喷水室的机器露点温度，实际运行经验表明，当带水量为0.7g/kg时，机器露点温度需相应降低1℃。机器露点温度的额外降低必然导致处理空气的耗冷量增加。因此在设计计算中，挡水板过水的影响是不容忽视的。
    需要指出的是，机器露点温度的额外降低也同时加大了送回风焓差，空调系统的通风量可得以减少。空气输送能耗可因此而降低。纺织厂的生产车间要求有较高的湿度且设备散热量大，其空调系统往往通过适当控制挡水板的过水量而减少通风量，从而降低风机的能耗，当系统以最小新风量运行时，冷量增加是可以接受的。
    挡水板的过水量大小与挡水板的材料、形式、折角、折数、间距、喷水室截面的空气流速以及喷嘴压力等相关。许多单位对挡水板过水量做过测定，但因具体条件不同，也略有差异。因此设计时可根据具体情况参照相关的设计手册确定。
8.5.9 本条规定了空气调节系统的热媒及加热器选型。
    合理地选用空气调节系统的热媒是为了满足空气调节控制精确度和稳定性以及节能的要求。对于室内温度要求控制的允许波动范围等于或大于±1.0℃的场合，采用热水作为热媒是可以满足要求的。
    地处严寒和寒冷地区的新风集中处理系统以及全新风系统，工程实测数据表明，其一级加热器的上部和下部的空气温差很大，如设计或运行不当，加热器的下部铜管很容易冻裂，所以应设计防冻措施。防冻措施需要根据情况选用，具体如下：
    (1) 采用电动保温型新风阀并与风机连锁；
    (2) 分设预热盘管和加热盘管，预热盘管结构形式应利于防冻，预热盘管热水和空气应顺流；
    (3) 加热盘管后设温度检测装置，低于5℃时停机保护；
    (4) 加热器设置循环水泵，以加大循环水量；
    (5) 当空调箱比较高时，应在高度方向上分隔成多层，防止出现大的温度梯度；
    (6) 设混风阀，必要时通过开启混风阀关小新风阀，提高加热器前空气温度。
8.5.10 本条规定了送风末端设置精调加热器或冷却器，为新增条文。
    当室内温度允许波动范围小于±1.0℃时，原规范规定设置精调电加热器，工程实例证明，当室内温度允许波动范围小于±1.0℃，甚至接近±0.02℃时，送风末端设置空气加热器或空气冷却器，且热水或冷冻水的供水温度与室温相差不大时，也是一种很好的保证高精度温度的方法，所以本条规定不仅设置精调电加热器一种方式。
8.5.11 本条是关于两管制水系统的冷、热盘管选用，为新增条文。
    许多两管制的空调水系统中，空气的加热和冷却处理均由一组盘管来实现。设计时，通常以供冷量来计算盘管的换热面积，当盘管的供冷量和供热量差异较大时，盘管的冷水和热水流量相差也较大，会造成电动控制阀在供热工况时的调节性能下降，对控制不利。另外，热水流量偏小时，在严寒或寒冷地区，也可能造成空调机组的盘管冻裂现象出现。
    综合以上原因，本条对两管制的冷、热盘管选用作了规定。
8.5.12 本条是关于新风、回风的过滤及净化，为新增条文。
    工艺性空气调节，其空气过滤器应按相关规范要求设置。舒适性空气调节，一般都有一定的洁净度和室内卫生要求，因此送入室内的空气都应通过必要的过滤处理；同时为防止盘管的表面积尘严重影响其热湿交换性能，进入盘管的空气也需进行过滤处理。
    当过滤处理不能满足要求时，如在化工、石化等企业厂区内或其周边区域内，室外空气中可能含有化学物质，化学物质会随着新风不断进入空气调节房间，室内空气中化学物质的浓度终将与室外空气相同。当室外空气中某种或某几种化学物质的浓度超过室内该化学物质许用限值时，室内空气中该化学物质的浓度终将超过其许用限值。此时，新风是室内空气污染源，故应经化学过滤处理，以移除该化学物质。
    如石化企业的中央控制室(CCR)、分散系统控制室(DCS)和现场机柜间(FAR)等，工艺对室内空气中硫化氢和二氧化硫的最高容许浓度有要求，而厂区室外空气中难免含有该两种化学物质，因此石化企业的中控室、DCS机柜间的新风系统普遍设置化学过滤器。
    有些行业，如电子工业对生产环境中化学污染物有较严格要求，超出限值会影响产品的质量，且各生产工序有时需要在一个大的空间内进行，不便进行物理隔离，各生产工序释放的化学物质交叉污染，相互影响，此时只能对房间的回风进行化学过滤。
8.5.13 本条规定了空气过滤器的设置。
    1 根据现行国家标准《空气过滤器》GB/T 14295的规定，空气过滤器按其性能可分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器及亚高效过滤器，其中，中效过滤器额定风量下的计数效率为：70％＞E≥20％(粒径≥0.5μm)。
    为降低能耗，应选用低阻、高效的滤料；为降低运行费用，过滤器的滤料宜选用能清洗的材料，但清洗后的滤料性能不能明显降低；为延长过滤器的更换周期，过滤器应选用容尘量大的滤料制作。另外，为满足消防要求，过滤器的滤料和封堵胶的燃烧性能不应低于B2级。
    2 对于工艺性空气调节系统，如果空气调节系统仅设置粗效过滤器不能满足生产工艺要求，系统中还应设置中效过滤器；对于舒适性空气调节，随着人们对工作环境要求的提高，通常空气调节系统中仅设置一级粗效过滤器是不够的，宜设置中效过滤器。
    3 空气调节系统计算风机压头时，过滤器的阻力应按其终阻力计算。空气过滤器额定风量下的终阻力分别为：粗效过滤器100Pa，中效过滤器160Pa。
    4 过滤器应具备更换条件，抽出型的应留有抽出空间，需进入设备内更换的应留有检修门等。
8.5.14 本条规定了加湿装置的选择，为新增条文。
    目前，常用的加湿装置有干蒸汽加湿器、电加湿器、高压微雾加湿器、高压喷雾加湿器、湿膜加湿器等。
    1 干蒸汽加湿器具有加湿迅速、均匀、稳定，并不带水滴，有利于细菌的抑制等特点，因此在有蒸汽源可利用时，宜优先考虑采用干蒸汽加湿器。
    2 空气调节区湿度控制精度要求较严格，一般是指湿度控制精度小于或等于±5％的情况。常用的电加湿器有电极式、电热式蒸汽加湿器。该加湿器具有蒸汽加湿的各项优点，且控制方便、灵活，可以满足空气调节区对相对湿度允许波动范围严格的要求。高压微雾加湿器通过不同的开关量组合，也可以达到较严格的相对湿度允许波动范围要求。但前两种加湿器耗电量大，运行、维护费用较高，适用于加湿量比较小的场合。当加湿量较大时，宜采用淋水加湿器，淋水加湿器前通常设置加热器，通过控制加热器后的温度来控制加湿量，从而达到较严格的相对湿度精度要求。
    3 湿度控制精度要求不高，一般是指大于或等于±10％的情况。
    高压喷雾加湿器和湿膜加湿器等绝热加湿器具有耗电量低、初投资及运行费用低等优点，在普通民用建筑中得到广泛应用，但该类加湿易产生微生物污染，卫生要求较严格的空气调节区不应采用。
    4 淋水加湿器的空气处理为等焓过程，当新风集中处理时，为满足生产车间内相对湿度要求，通常在淋水加湿器前的加热器需要将空气加热到较高的温度，这就限制了工厂低温余热的利用。如将淋水室加湿方式改为温水淋水加湿方式，即室外新风淋水加湿前用空气加热器对之加热的同时，淋水室喷淋系统的循环水也采取加热措施，使淋水温度提高，这样淋水室空气的处理过程介于等焓和等温过程之间，所以加湿前不需要将空气加热到较高的温度，通常只需25℃左右，同时将淋水室的循环水也加热到25℃左右，使之与空气加热器后的空气温度基本一致。这样淋水加湿器和空气加热器热水供水温度可降低，使工厂内大量的低温余热热水得以充分利用。
    5 某些生物、医药、电子等工厂的生产工艺对空气中化学物质有严格要求，若采用传统的加湿方式，工业蒸气或自来水中的某些杂质将通过加湿系统进入到生产车间，从而影响工艺生产。针对上述对空气中化学物质有要求的空气调节区，其空气处理系统的加湿如采用蒸汽加湿方式，其加湿源应是洁净蒸汽，如采用淋水加湿方式，其循环淋水系统的补充水应是初级纯水。
    6 二流体加湿为压缩空气和水对喷使水雾化，或使用压缩空气经过文丘里管将水雾化，产生几十微米直径或更细微的雾点，从而使雾化的水进入空气中。该过程为等焓加湿，雾化的水珠汽化过程中吸收显热，在增加空气湿度的同时使空气的温度降低，可以说是一举两得，有较明显的节能效果，但这种加湿方式缺点是湿度控制精度不高，所以比较适合于生产车间有大量余热，且湿度控制精度要求不严格的场合。
    7 一方面，由于加湿处理后的空气中如含有杂质，会影响室内空气质量；另一方面，如加湿器供水中含有颗粒、杂质，会堵塞加湿器的喷嘴，直接影响加湿器的正常工作，因此加湿器的供水水质应符合卫生标准及加湿器供水要求，可采用生活饮用水等。
8.5.15 本条是对空气进行联合除湿处理的规定，为新增条文。
    近几年，制药、电子、锂电池、夹层玻璃、印刷制品等行业的有些生产车间或仓库有低湿环境的要求，通常这些房间的温度为常温，即23℃左右，但要求的相对湿度不大于35％或更低。当房间所要求的温、湿度所对应的露点温度低于6℃时，仅采用空气冷却器对空气进行处理很难达到低湿度要求，也不经济，因此推荐采用联合除湿的方法。比较常用的做法是先用空气冷却器对新风进行冷却除湿，该部分新风处理后与房间的回风混合，再采用干式除湿方法，如转轮除湿机，或其他除湿方法，如溶液除湿、固体除湿对空气进行进一步除湿处理。当采用转轮除湿机对空气进行除湿处理时，由于转轮除湿机对空气除湿的同时空气的温度也急剧升高，为保证房间的温度，经转轮除湿后的干空气还应经空气冷却器干冷却后才能送入房间。
8.5.16 本条是关于恒温恒湿空气调节系统新风应预先单独处理或集中处理的规定。
8.5.17 本条是关于空调系统避免冷却和加热、加湿和除湿相互抵消现象的规定。
    现在对相对湿度有上限控制要求的空气调节工程越来越多。这类工程虽然只要求全年室内相对湿度不超过某一限度，比如60％，并不要求对相对湿度进行严格控制，但实际设计中对夏季的空气处理过程却往往不得不采取与恒温恒湿型空气调节系统相类似的做法。所以在这里有必要特别提出，并把它们归并于一起讨论。
    过去对恒温恒湿型或对相对湿度有上限控制要求的空气调节系统，大都采用新风和回风先混合，然后经降温去湿处理，实行露点温度控制加再热式控制。这必然会带来大量的冷热抵消，导致能量的大量浪费。本条力图改变这种状态。近年来，不少新建集成电路洁净厂房的恒温恒湿空气调节系统采用新的空气处理方式，成功地取消了再热，而相对湿度的控制允许波动范围可达±5％。这表明新条文的规定是必要的、现实的。
    本条规定不仅旨在避免采用上述耗能的再热方式，而且也意在限制采用一般二次回风或旁通方式。因采用一般二次回风或旁通，尽管理论上说可起到减轻由于再热引起的冷热抵消的效应，但经实践证明，如完全依靠二次回风来避免出现冷热抵消现象，其控制较难实现。这里所提倡的实质上是采取简易的解耦手段，把温度和相对湿度的控制分开进行。譬如，采用单独的新风处理机组专门对新风空气中的湿负荷进行处理，使之一直处理到相应于室内要求参数的露点温度，然后再与回风相混合，经干冷降温到所需的送风温度即可。这一系统的组成、空气处理过程、自动控制原理及其相应的夏季空气焓图见图2和图3。

图2 大中型精密恒温恒湿空调系统的空气热湿处理和自控原理
Ⅰ-新风处理机组，Ⅱ-主空气处理机组；1-新风预加热器；
2-新风空气冷却器：3-新风风机；4-空气干冷冷却器；5-加湿器；6-送风机

图3 在焓湿图上表示的夏季空气处理过程

    如果系统是直流式系统或新风量比例很大，则新风空气经过处理后与回风空气混合后的温度有可能低于所需的送风温度。在这种情况下再热便成为不可避免，否则相对湿度便会控制不住。
    至于当相对湿度控制允许波动范围很小，比如±(2％～3％)时，情况可能会不同。因为在所述的空气调节控制系统中，夏季湿度控制环节采用的恒定露点温度控制，对室内相对湿度参数而言终究还是低级别的开环性质的控制。
    这里用“不宜”而没有用“不应”作出规定，是因为有例外。如对于小型空调系统，不能生硬地规定不允许冷热抵消、加湿去湿抵消，这是因为：
    (1) 再热损失(即冷热抵消量的多少)与送风量的大小(即系统的大小)成正比例关系。系统规模越大，改进节能的潜力越大。小型系统规模小，即使用再热有一些冷热抵消，数量有限。
    (2) 小型系统常采用整体式恒温恒湿机组，使用方便、占地面积小，在实用中确实有一定的优势，因此不应限制使用。况且对于小型系统，如果再另外加设一套新风处理机组也不现实。这里“大、中型”意在定位于通常高度为3m左右，面积在300㎡以上的恒温恒湿空气调节区对象。对于这类对象适用的恒温恒湿机组的容量大致为：风量10000m³/h，冷量约56kW。现在也有将恒温恒湿机组越做越大的现象。这是不节能、不经济、不合理的。因为：
    (1) 恒温恒湿机本身难以对温度和相对湿度实现解耦控制，难以避免因再热而引起大量的冷热抵消；
    (2) 系统容量大，因冷却和加热、加湿和除湿相互抵消而引起的能耗量更会令人难以容忍；
    (3) 其冬季运行全靠电加热供暖，与电炉取暖并无不同。系统容量大，这种能源不能优质优用的损失也必然随着增大。