风机盘管机组作为集中式空调系统的一种末端装置，结构紧凑，布置灵活，易于独立控制，在住宅、办公、宾馆、医院等场所被广泛应用。它由调速风机和换热盘管两部分组成：风机通常由前倾式叶轮和低噪声电机组成，一般有3档风速，电机为抽头调速，依靠调速开关接通不同抽头，控制电机工作电压实现调速；换热盘管为高效翅片管式换热器，由紫铜管和亲水性铝翅片经高压胀管而成，是冷却和加热空气的部件。另外还有凝结水盘、空气过滤器等附件。
风机盘管机组本身不带冷热源，需要将冷水机组制取的冷冻水通过管网输送到风机盘管机组的换热器内部。输送到换热器内部的冷冻水温度越低，单位水量可交换的冷量就越多。换言之，同样的室内热负荷，需求的水流量将更小，输送设备的能耗将更小，运行费用大幅降低，管网也可以按较小规格设计，从而节省水系统的初投资。随着低温冷水机组技术越来越成熟，以及冰蓄冷系统与风机盘管机组的结合使用，越来越多的空调工程将采用低温冷冻水以达到节能的目的。但是风机盘管机组应用于低温冷冻水工况下会出现送风温度低的问题，为此笔者提出带混风功能的风机盘管机组，并对其分别在设置机组风机、电机不变和设置制冷量不变的2种情况下进行性能测试。
1 风机盘管机组应用于低温冷冻水工况的优缺点
1.1 风机盘管机组标准工况和低温冷冻水工况的定义
依据GB/T 19232—2003《风机盘管机组》，风机盘管机组的额定制冷工况为：进风干/湿球温度27.0 ℃/19.5 ℃，冷冻水进/出水温度7.0 ℃/12.0 ℃。冷冻水进水温度低于7.0 ℃即可认为是低温冷冻水。通常低温冷冻水是结合大温差条件一起使用的，笔者结合实际工程案例，下面的计算、实测均按照如下条件进行：额定风量396 m3/h，4排管，进风干/湿球温度25.0 ℃/16.8 ℃，冷冻水进/出水温度6.0 ℃/14.8 ℃。
1.2 风机盘管机组应用于低温冷冻水工况的优点
风机盘管机组应用于标准冷冻水工况和低温冷冻水工况的空气处理过程如图1所示，N点为室内工况点，1点和2点分别为空气经标准冷冻水盘管和低温冷冻水盘管处理后的最终状态点，实测数据见表1。
图1 风机盘管机组在不同冷冻水工况下的空气处理过程
表1 风机盘管机组在不同冷冻水工况下的性能参数
从表1可以看出，风机盘管机组应用于低温冷冻水工况，在风量保持不变的前提下，制冷量略有提升，实测水流量则大幅下降，约减少45%，这意味着相同冷负荷条件下，空调冷冻水系统水泵功耗可以大幅降低。有资料表明，6 ℃供水工况相对7 ℃供水工况，单位制冷量冷水泵功耗可以降低47%左右。另外，水流量低意味着可以在管路布置上选用更小规格的管径和配件，同时可以采用更小功率的水泵以满足要求，这样整个冷冻水系统的初投资将降低。
1.3 普通风机盘管机组应用于低温冷冻水工况存在的弊端
由表1可以看出，进风干/湿球温度25.0 ℃/16.8 ℃对应的露点为11.5 ℃，当风机盘管机组应用于低温冷冻水工况时，出风干球温度为12.3 ℃，较标准工况降低0.7 ℃，并且仅高于室内露点0.8 ℃，出风口易凝露。经验表明，实际出风温度高于露点2 ℃以上不易产生结露。
笔者结合实际项目应用案例，提出了一种带混风功能的风机盘管机组，以提高风机盘管机组的出风温度，同时解决普通风机盘管机组应用于低温冷冻水工况时的出风温度低的问题。
2 带混风功能的风机盘管机组结构方案
2.1 风机盘管机组通用结构形式
图2所示为普通的风机盘管机组，主要由风机组件、换热器、顶盖板、顶板内保温以及凝水盘组成，风机置于换热器后方，气体输送形式为压送式，目的是获得一定的送风静压，并且保证气流的均匀性。为防止机组表面凝露，顶板和凝水盘需要做保温处理。室内回风经过风机送入换热器，被冷却后送入房间，达到调节室内空气温度的目的。
图2 普通风机盘管机组结构图
2.2 带混风功能的风机盘管机组结构方案
带混风功能的风机盘管机组结构方案如图3和图4所示，在换热器上部增加一个旁通风道，风道与换热器之间由隔板隔开。机组运行时，风机的部分空气会经过旁通风道流入机组送风管内，与经过换热器的空气在送风管道内混合，以提高送风温度。隔板有2个功能，一是与机组顶板形成旁通风道，二是在换热器和顶板之间形成隔热通道，使得顶板无须再进行保温处理，节省机组制造成本。实际上旁通位置不限于设置在换热器上部，也可以是换热器下部或换热器的集分水器侧和尾部U形管侧。
图3 带混风功能的风机盘管机组结构示意图
图4 带混风功能的风机盘管机组爆炸图
1） 假定1，旁通区域设置在盘管的集分水器侧和尾部U形管侧。如设定在集分水器侧，会影响外接水管，因此只能考虑设置在盘管的尾部：这样一方面会在长度方向加大机组尺寸，工程安装时需要更大的空间，这是客户不愿意接受的；另一方面，设置在盘管的尾部形成旁通风道的4个壁，可利用的现有结构只有尾部的侧板，其他3个壁结构均需要重新设计，结构会更加复杂，从成本和生产效率的角度，制造商不愿意接受此方案。
2） 假定2，旁通区域设置在盘管底部。如设置在盘管与凝水盘之间，在实际运行时容易产生吹水现象，凝水盘内的凝水可能会被吹出；如在凝水盘下面再重新设立一个风道，即同假定1旁通区域设置在盘管尾部的情况类似，形成旁通风道的4个壁，可利用的现有结构只有凝水盘的底面，其他3个壁面结构均需要重新设计，结构复杂。
综上所述，就目前风机盘管机组的结构形式看，设置在换热器上部是最经济和结构变动最小的方案。
3 带混风功能的风机盘管机组空气处理过程
3.1 空气混合过程状态变化的理论依据
两股不同状态的空气混合后其焓值（i ）、含湿量（d ）、温度（t ）等均会发生改变，其值可以通过热湿平衡公式进行计算。已知室内工况点N和状态点2，可以计算出混合后的送风状态点O。
空气的热湿平衡方程如下：
式中：下标N为室内工况点，2为空气经换热器处理后的状态点，O为混合后的最终送风状态点；i 为对应状态点的焓值(kJ/kg干空气)；d 为对应状态点的含湿量(kg/kg干空气)；ρ 为空气密度(kg/m3)；L 为空气流量(m3/s)。
3.2 空气处理过程
带混风功能的风机盘管机组空气处理过程如图5所示。依据本文的工程实例，室内状态点为N（25.0 ℃/16.8 ℃），经盘管处理后的状态点为2(12.3 ℃/11.4 ℃),O点为最终的送风状态点。考虑到实际送风温度要高于室内露点2 ℃以上（不易造成结露现象），因此设定最终送风温度为13.5 ℃(室内露点11.5 ℃)。设旁通风量为LN，流经盘管的冷却风量为L2，采用下式计算需要达到该送风温度时的送风比例：
图5 带混风功能的风机盘管空气处理过程图
由式（3）计算得到送风比例为10.4%，若保持机组总风量396 m3/h不变，则旁通风量为37.3 m3/h，冷却风量为358.7 m3/h，制冷量理论下降9.4%；若维持机组原来的制冷量不变，则实际风机的风量需要增加到437.2 m3/h。
从图4中盘管的迎风面看过去，可见旁通区域如图6所示。不考虑区域阻力差异时，旁通区域高度h=H×0.104=21.8 mm。考虑到旁通区域阻力要远远小于盘管区域，本案例设置3种规格：h1=5 mm，h2==11 mm和h3=17 mm。
图6 旁通区域示意图
4 带混风功能的风机盘管机组性能测试
对带混风功能的风机盘管机组的盘管顶部设置旁通通道之后进行性能测试，测试分设置机组风机、电机不变和设置制冷量不变2种情况进行。风机盘管机组结构参数为：4排管Φ 7 mm换热器，翅片密度15片/英寸，换热器迎风面积为210 mm×585 mm，额定风量为396 m3/h。
4.1 风机和电机设置不变条件下的测试结果
测试工况和测试结果分别如表2和表3所示。可以看出，当保持风机和电机设置不变，电源电压恒定，在盘管上部设置旁通风道，能够有效提高出风干球温度，但制冷量略有下降。从测试结果可以看出，本案例最优的旁通区域高度为11 mm，实测出风温度为13.60 ℃，较未设置旁通区域提高1.29 ℃，高于预期温度（13.5 ℃），满足要求，但是制冷量下降10%，风量由于风道阻力的变化增加3.3%，功耗略有增加。
表2 风机和电机设置不变的测试工况
表3 风机和电机设置不变的测试结果
4.2 制冷量不变条件下的测试结果
测试工况和测试结果分别如表4和表5所示。设置旁通区域之后，若维持制冷量不变，则需要调整电源电压（180～250 V可调）以提高风量。从测试结果可以看出，本案例最优的旁通区域高度为11 mm，实测出风温度为13.71 ℃，较未设置旁通提高1.40 ℃，高于预期温度（13.5 ℃），满足要求，但风量需提高17.2%，功率增加18.7%。
表4 设置制冷量不变的测试工况
表5 设置制冷量不变的测试结果
5 结论
笔者提出了一种带混风功能的风机盘管机组的概念，并描述了结构解决方案，旨在有效解决风机盘管机组应用于低温冷冻水工况带来的出风温度低的问题。并指出不同的旁通区域高度会带来不同的结果，若保持风机和电机设置不变，则需要接受一定的制冷量衰减，若保持制冷量不变则需要提升一定的风机风量。结合实际案例分析总结如下：
1） 普通风机盘管机组应用于低温冷冻水工况时冷冻水流量约减少45%，但出风温度比普通风机盘管机组略低；
2） 通过在风机盘管机组送风段设置旁通风道，能够有效提高风机盘管机组送风温度。本案例最优为旁通区域高度为11 mm（旁通区域面积为盘管迎风面积的5%），当维持机组风机、电机设置不变，电源电压恒定，实测出风温度提高1.29 ℃，制冷量下降10%，风量由于风道阻力的变化增加3.3%，功耗略有增加。当维持机组制冷量不变，增加电源电压以提高风量，实测出风温度提高1.40 ℃，风量需要增大17.2%，功耗增加18.7%。
