文章由山东擎雷环境科技股份有限公司提供
摘要
工业冷热两用暖风机集制热与制冷功能于一体，广泛应用于车间、仓库、物流中心等大空间环境调节场景。本文系统梳理其核心参数体系，涵盖热工性能、结构特性、控制功能及安全标准四大维度，结合典型应用场景提出选型方法，并通过案例分析验证参数匹配对能效与舒适性的影响。研究表明，科学选型可使设备运行能效提升20%-30%，为工业环境温控系统设计提供理论依据。
一、工业冷热两用暖风机工作原理与功能特点
1. 工作原理
制热模式：
通过电加热管（PTC陶瓷/不锈钢电热管）或燃气燃烧器产生热量，风机强制对流将热空气送入空间，实现快速升温。
制冷模式：
采用压缩式制冷循环（压缩机+冷凝器+蒸发器+节流装置），风机将蒸发器表面冷空气吹出，降低环境温度。
双模切换：
通过四通换向阀或电磁阀控制制冷剂流向，实现制热/制冷模式无缝切换。
2. 功能特点
一机多用：替代传统空调+暖风机组合，节省设备投资与安装空间。
快速响应：大风量设计（风量≥5000 m³/h），10分钟内实现环境温度±5℃调节。
智能控制：支持温度设定、定时开关、远程监控等功能，适配工业物联网（IIoT）需求。
二、工业冷热两用暖风机核心参数体系
1. 热工性能参数
（1）制热参数
参数名称定义与计算公式典型值范围（以10kW机型为例）
制热量（Q_h）单位时间内输出的热量，Q h=c p⋅ρ⋅V⋅ΔT⋅36008-12 kW（电加热）
15-25 kW（燃气）
制热效率（COP_h）制热量与输入功率比值，COP h=Q h/Pin电加热：0.95-1.05
燃气：0.85-0.95
出风温度（T_out）暖风机出口空气温度，T out=T in+Q h/(c p⋅ρ⋅V)40-60℃（可调）
（2）制冷参数
参数名称定义与计算公式典型值范围（以10kW机型为例）
制冷量（Q_c）单位时间内吸收的热量，Q
c=m⋅r（r为制冷剂蒸发潜热）8-12 kW（与制热量匹配）
能效比（EER）制冷量与输入功率比值，EER=Q c/P in2.5-3.2（风冷式）出风温度（T_c）蒸发器出口空气温度，T c=T in−Q c/(c p⋅ρ⋅V)10-18℃（可调）
2. 结构参数
（1）风机参数
风量（V）：
单位时间内输送空气体积，计算公式：
V= c p⋅ρ⋅ΔTQ h(制热模式)
典型值：5000-20000 m³/h（根据功率分级）。
风压（P）：
克服管道阻力的能力，推荐值：100-500 Pa（长距离送风需更高风压）。
风机类型：
离心风机（高风压，适用于管道送风）；
轴流风机（大风量，适用于直接送风）。
（2）换热器参数
制热端：
电加热管：功率密度≤5 W/cm²（避免局部过热）；
燃气换热器：采用翅片管式，换热面积≥0.5 m²/kW。
制冷端：
蒸发器：采用铜管铝翅片结构，翅片间距2-3 mm（防积尘）；
冷凝器：风冷式需配置散热风扇，水冷式需循环水流量≥0.2 L/s·kW。
（3）外壳参数
材质：
普通环境：冷轧钢板喷塑（厚度≥1.2 mm）；
腐蚀环境：304不锈钢（厚度≥1.0 mm）。
防护等级：
IP54（防尘防水），适用于车间潮湿环境。
3. 控制参数
温度控制精度：±1℃（PID调节）；
模式切换时间：≤5分钟（四通阀响应时间）；
通信接口：
标准：RS485（Modbus协议）；
选配：4G/WiFi（云平台监控）。
4. 安全参数
过载保护：电流≥1.2倍额定值时自动断电；
高温保护：出风温度≥80℃时停机（电加热型）；
防冻保护：制冷模式环境温度≤5℃时自动切换制热防冻。
三、工业冷热两用暖风机选型方法
1. 负荷计算
（1）制热负荷
计算公式：
Q h=Q 建筑+Q 人员+Q设备−Q 渗透
其中：
Q 建筑：围护结构散热损失（通过Q=K·A·ΔT计算）；Q 人员：人员散热（每人按100-150 W估算）；Q 设备：设备散热（根据功率×0.8估算）；Q 渗透：冷风渗透热损失（通过换气次数估算）。
案例：
某车间面积200 m²，层高5 m，外墙K值0.5 W/(m²·K)，室内外温差20℃，人员10人，设备功率50 kW，换气次数1次/h。
计算得：
Q h=0.5×(200×5)×20+10×120+50×0.8−1.2×3600×1.2×1=12,000W
需选配15 kW机型（预留20%余量）。
（2）制冷负荷
计算公式：
Q c=Q 太阳+Q 人员+Q 设备−Q 通风其中，太阳辐射热需通过窗墙比与遮阳系数修正。
2. 风量匹配
根据空间体积（V_room）与换气次数（n）确定所需风量：
V=n⋅V room(n:制热取1-2次/h，制冷取2-3次/h)
示例：
200 m²车间，层高5 m，制热需风量：
V=1.5×200×5=1500m 3/h选配风量≥2000 m³/h机型（考虑管道阻力损失）。
3. 能效优先级排序
场景推荐类型理由
电力充足且电价低廉电加热型初始投资低，维护简单
燃气价格优势明显燃气型运行成本低（燃气制热成本仅为电加热的1/3）
需精确控温压缩式制冷+电加热制冷EER高，制热COP稳定
极端低温环境（-20℃以下）热泵型（带辅助电加热）热泵在-15℃以上效率高，低温时自动切换电加热保障制热效果
四、工业案例分析：某汽车制造车间暖风机选型
1. 工况条件
面积：5000 m²，层高8 m；
围护结构：金属岩棉夹芯板（K=0.3 W/(m²·K)）；
人员：200人；
设备：焊接机器人50台（总功率200 kW）；
地理位置：华北地区（冬季室外计算温度-10℃，夏季35℃）；
目标：冬季室内温度≥18℃，夏季≤28℃。
2. 负荷计算
（1）制热负荷Q h =0.3×(5000×8)×28+200×120+200×0.8×0.8−0.5×5000×8×1=336,000+24,000+25,600−20,000=365,600W
选配400 kW总制热量（分10台40 kW机型，均匀布置）。
（2）制冷负荷
Q c=150×5000+200×150+200×0.8×0.8−1.0×5000×8×2=750,000+30,000+25,600−80,000=725,600W
选配800 kW总制冷量（分10台80 kW机型，与制热机组共用送风管道）。
3. 运行效果
冬季：
实际制热量380 kW（环境温度-8℃时），室内温度稳定在20℃；
电加热型能效比0.98，日耗电量3800 kWh（电费0.6元/kWh，日费用2280元）。
夏季：
实际制冷量750 kW（环境温度35℃时），室内温度稳定在26℃；
能效比3.0，日耗电量2500 kWh（日费用1500元）。
对比传统方案：
节省设备投资30%（无需单独购置空调与暖风机）；
减少安装空间40%（管道共用）。
五、未来发展趋势
新能源耦合技术
集成光伏发电系统，实现“光储直柔”供暖，降低对电网依赖。
AI控温算法
基于机器学习预测环境温度变化，动态调整制热/制冷功率，节能15%-20%。
纳米流体换热
在制冷剂中添加纳米颗粒（如Al₂O₃），提升换热系数20%-30%，缩小设备体积。
结论
工业冷热两用暖风机的选型需综合负荷计算、风量匹配与能效优先级，通过科学参数配置可实现“高效-舒适-经济”目标。未来，随着新能源与智能控制技术的发展，该设备将向零碳化、自适应化和微型化方向演进，为工业绿色转型提供关键装备支持。
