不同新風處理方式下，溫濕度獨立控制空調系統的應用，非常詳細

　　

　　溫濕度獨立控制空調系統本世紀初由清華大學提出，因其高效、節能、健康、舒適的特點，得到國內工程界的廣泛認可?！睹裼媒ㄖ┡L與空氣調節設計規范》GB–2012對溫濕度獨立控制空調系統的概念、適用范圍、設計要點等給出了明確的規定，從國家標準的角度為設計應用提供了依據。

　　

　　相對于常規空調系統，溫濕度獨立控制空調系統采用兩套獨立的系統分別對空調區的溫度、濕度進行處理，其中干式末端采用高溫冷水，處理空調區的溫度，負擔全部顯熱負荷；獨立新風系統處理濕度，負擔全部濕負荷。一般來說，溫濕度獨立控制空調系統具有如下優點：樹上鳥教育暖通設計在線教學杜老師。

　　

　?。?）節能：冷源采用高溫冷水機組，效率大大提高；除濕新風機組一般均具有排風全熱回收功能；大多數的除濕新風機組可獨立除濕運行，過渡季節可以減少主機開啟時間。

　　

　?。?）舒適：室內溫度由干式末端控制，室內相對濕度由獨立新風系統控制，互不影響，全年均可獲得舒適的室內環境。

　　

　?。?）健康：空調末端干工況運行，可以避免冷凝水系統引起的各種健康問題。

　　

　　（4）容易采用各種低品位能源，拓寬了能源應用范圍。如易于結合水蓄冷技術，充分利用低谷電價；易于采用地源、水源等各種自然能源能源；易于采用蒸發冷卻技術；易于利用工業余熱、廢熱等。

　　

　　經過近20年的理論研究及工程實踐，溫濕度獨立控制空調系統發展出不同的應用形式，其中干式末端有干式風機盤管、輻射式末端、冷梁等。干式末端形式的變化，僅反映了熱量交換方式的變化，對空調系統影響較大的是濕度處理即獨立新風處理方式的變化。

　　

　　《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》第7.3.15條列出的有：溶液除濕、冷卻除濕、轉輪除濕三種方式，其中冷卻除濕包括普通的低溫水冷卻除濕和雙冷源除濕。當溫濕度獨立控制空調系統采用不同的新風處理方式時，空調冷、熱源的容量、干式末端的選擇、輸配系統的計算等均有較明顯的區別，系統的經濟性、節能性也不同，本文試圖通過一個工程實例，對不同的新風處理方式予以分析。

　　

　　項目位于山東省濟南市，包括A、B、C、D四座辦公樓、裙房、地下車庫，總建筑面積為.13m2，其中A、C座為28層塔式辦公樓，采用溫濕度獨立控制空調系統，干式末端采用干式風機盤管，圖1為標準層平面圖，標準層建筑面積1443m2，空調面積970m2。表1為夏季室內外計算、設計參數，表2為標準層夏季空調計算數據。

　　

　　（1）溫濕度聯合控制

　　

　　常規溫濕度聯合控制空調系統采用7℃/12℃低溫冷水為冷源，采用風機盤管加新風系統作為空氣處理的主要手段，對室內空氣降溫的同時對室內空氣進行除濕。溫度濕度聯合控制主要存在如下問題：

　　

　　1）為了滿足除濕需要，系統需提供7℃的低溫冷水，造成冷源主機效率較低。

　　

　　2）由于空調區域冷、濕負荷不是同步變化，在不具備再熱條件的舒適性空調系統中，基本是以室內干球溫度為控制目標，相對濕度失控，室內舒適性較差。

　　

　　3）室內風機盤管及新風機組均為濕工況運行，凝水盤易產生細菌，影響空氣品質，引起空調病。

　　

　　圖2是溫濕度聯合控制新風處理設備示意圖。新風經空氣-空氣熱回收裝置回收排風中能量，經表冷器降溫除濕，送入室內。溫濕度聯合控制的設備生產廠家較多，造價低。

　　

　　（2）雙冷源除濕

　　

　　新風機組設有排風全熱回收裝置，新風在經全熱回收裝置預冷后，再經前后兩組盤管進行冷卻除濕，其中前盤管為冷水盤管，采用高溫冷水對新風進行預冷處理；后盤管為直接蒸發盤管，用于新風深度除濕。在機組排風側，排風在經全熱回收后，再經過一個蒸發冷卻系統，對排風進行二次全熱回收，同時帶走除濕冷源的冷凝熱。圖3是雙冷源除濕設備示意圖。

　　

　　雙冷源除濕具有如下特點：

　　

　　1）內置冷源深度除濕，負擔全部潛熱負荷及一部分顯熱負荷，降低冷源需求；

　　

　　2）利用常規冷卻除濕原理，工藝簡單；

　　

　　3）空調系統充分利用高溫冷水，但高溫冷水需接入新風機組；

　　

　　4）新風機組本身為濕工況運行，需要對機組及新風進行相應的消毒、凈化處理。

　　

　　（3）溶液除濕

　　

　　利用溴化鋰等鹽溶液在不同濃度下吸濕能力差別較大的特點，綜合采用熱泵熱回收等技術，具有除濕、加濕、調溫、熱回收、殺菌過濾等功能的新風處理方式。夏季，室外高溫高濕的新風在全熱回收單元內與低溫濃溶液進行熱質交換，升溫后的稀溶液泵送到全熱回收單元的排風側，與室內低溫干燥的排風進行熱質交換，溫度降低、濃度提高，完成新排風的全熱回收循環。

　　

　　經全熱回收單元初步降溫除濕后的新風進入除濕單元，經內置熱泵的蒸發器降溫的溫度更低、濃度更高的溶液進一步降溫除濕，送入室內。

　　

　　濃度變低的稀溶液進入再生單元，再生單元內，經全熱回收單元初步升溫的空氣被內置熱泵的冷凝器進一步加熱，對溶液進行加熱，升溫后的溶液，水分析出被空氣帶走，溶液被濃縮，實現再生。圖4是溶液除濕設備示意圖。

　　

　　溶液除濕具有如下特點：

　　

　　1）自帶完善的制冷、熱泵再生系統，負擔全部潛熱負荷及一部分顯熱負荷，降低冷源需求；

　　

　　2）熱泵式溶液除濕機組不需外接其他冷源，大大簡化了空調水系統；

　　

　　3）整個系統沒有濕工況，一般認為鹽溶液具有殺菌消毒特點；

　　

　　4）鹽溶液具有較強的腐蝕性，對設備防腐、防止飄液等提出較高的要求；

　　

　　5）設備較復雜，控制環節較多，對可靠性提出更高要求。

　　

　　（4）轉輪除濕

　　

　　固體吸附式轉輪除濕，簡稱轉輪除濕。核心部件為一不斷緩慢轉動的蜂窩狀涂有高吸附性材料（氯化鋰、硅膠、分子篩等）的轉輪，由密封條分成兩個扇區：270°的除濕扇區和90°的再生還原扇區。濕空氣經過除濕扇區時，水蒸氣被吸濕性材料吸附發生相變，釋放潛熱，空氣被干燥除濕。吸濕材料吸附了水分后，吸濕能力喪失，進入再生扇區，被再生空氣加熱到100℃~140℃，已吸收的水分被脫附，轉輪恢復吸濕能力。

　　

　　轉輪除濕的除濕量主要取決于空氣中的絕對含濕量，能連續地獲得低露點空氣，缺點是再生環節能耗高。目前主要用于制藥、航空、鋰電池、電子、玻璃、膠片等對濕度要求較高、對能耗不敏感或容易獲得再生熱源的工業領域。轉輪除濕的工作原理如圖5。

　　

　　（1）溫濕度聯合控制空調系統

　　

　　常規溫濕度聯合控制空調系統中，新風機組和風機盤管均采用7℃/12℃冷水作為冷源，新風、風機盤管均負擔潛熱、顯熱，處理過程很多論文均有闡述。本文按熱回收新風機組、新風處理到室內等d線，圖6是新風在h-d圖上的處理過程：

　　

　　其中排風熱回收裝置采用全熱型，熱回收狀態點R按顯熱效率ηt=60%、焓效率ηh=50%計算確定：

　　

　　新風機組、風機盤管負荷均由7℃/12℃集中冷源承擔，計121kW。

　　

　　（2）基于內冷式雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調系統

　　

　　圖7是內冷式雙冷源除濕新風機組在h-d圖上的處理過程。

　　

　　熱回收狀態點R確定過程同3.1；L1為高溫冷水預冷后的機器露點，當高溫冷水供水溫度為14℃時，取干球溫度19℃，稱為第一機器露點；L2為新風機組內置冷源除濕后的狀態點，取含濕量DL時的機器露點，稱為第二機器露點；最后由內置冷源的冷凝器將被處理空氣再熱至18℃，達到送風狀態點C。

　　

　　dL為空調系統處理室內余濕需要的送風含濕量，根據空調濕負荷W、新風量LX按下式計算：

　　

　　新風機組預冷負荷及干式風機盤管負荷均由高溫冷源承擔，高溫冷源負荷：

　　

　　（3）基于溶液除濕的溫濕度獨立控制空調系統

　　

　　圖8是熱泵式溶液除濕新風機組在h-d圖上的處理過程。

　　

　　溶液除濕機組內置全熱回收、除濕、再生功能，直接把室外新風處理到所需的送風狀態點C，圖中的C點同雙冷源除濕，即干球溫度18℃，絕對含濕量dC=9.6g/kg。

　　

　　新風機組負荷：

　　

　　（4）基于轉輪除濕的溫濕度獨立控制空調系統

　　

　　為與前面幾種處理方案一致，采用轉輪除濕時，按首先通過全熱回收。圖9是轉輪除濕在h-d圖上的處理過程。

　　

　　R為熱回收狀態點，確定過程同3.1。除濕轉輪的除濕負荷WZ為室內濕負荷W與新風濕負荷WX之和：

　　

　　可以看到，轉輪除濕的過程是一個升溫去濕過程，接近于等焓過程，其原因一方面水蒸氣相變釋放的潛熱全部被除濕空氣吸收，另一方面，再生區轉輪蓄熱的部分顯熱也被除濕空氣吸收。新風升溫后多余的熱量增加了室內顯熱處理末端的負荷，干式風機盤管應負擔的負荷為：

　　

　　再生加熱量：

　　

　　為便于客觀比較不同新風處理方式的節能性，現確定比較標準如下：

　　

　　冷源：常規工況7℃/12℃離心式冷水機組，COP=5.0；高溫工況14℃/19℃離心式冷水機組，COP=8.0；冷負荷為相應需要主機負擔的負荷：

　　

　　冷水泵：按揚程36m、根據負擔負荷Q、溫差Δt=5℃計算流量G，按下式計算輸入功率（水泵效率按70%）：

　　

　　新風機組：熱泵式溶液除濕新風機組按整機COP=6計算其耗電量，冷負荷為包括熱回收在內新風機組處理的全部負荷；內冷式雙冷源除濕新風機組按內置冷源COP=5計算其耗電量，冷負荷為需要內置冷源負擔的負荷。余壓相同情況下，各方案送/排風機功率與機組內部阻力有關，略有差別，但相對整個系統的能耗來說，新風輸送能耗的差別較小，工程上可以忽略。

　　

　　上表中，溫濕度聯合控制未考慮任何再熱措施，而是采用露點送風，新風可以負擔更多的室內負荷，但其后果就是室內濕度無法控制。如新風系統采取再熱措施，達到與溶液除濕、雙冷源除濕相同的送風狀態點，則能耗必將大幅度上升。

　　

　　1）采用溶液除濕、雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調系統較溫濕度聯合控制系統均具有明顯的節能效果。

　　

　　2）由于雙冷源除濕利用高溫冷源的比例較高，而高溫冷源的COP遠大于常規冷源，因此，雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調系統節能性略好。

　　

　　3）溶液除濕新風機組本身的供冷能力較高，大大降低了對集中高溫冷源的需求，對于采用地源熱泵等集中冷源造價較高時，對于降低初投資較為有利。

　　

　　4）當溶液除濕新風機組采用廢熱作為再生熱源時，溶液除濕的節能率將大大提高。

　　

　　5）充分利用高溫冷源、提高冷源的COP是提高溫濕度獨立控制空調系統經濟性的關鍵，利用低溫冷源換熱制備高溫冷源的做法是不可取的，利用普通冷水機組在高溫工況下運行，其COP遠達不到高溫冷水機組的效率，節能效果也要大打折扣。

　　

　　6）轉輪除濕的能耗遠高于其他任何除濕方式，不宜在舒適性空調系統中采用。#暖通設計杜老師##我要上條頭#

　　

　　本文作者：山東省建筑設計研究院李向東