不同新風(fēng)處理方式下，溫濕度獨立控制空調系統的應用，非常詳細

不同新風(fēng)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(xué)提出，因其高效、節能、健康、舒適的特點(diǎn)，得到國內工程界的廣泛認可?！睹裼媒ㄖ┡L(fēng)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(diǎn)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(jìn)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(fēng)系統處理濕度，負擔全部濕負荷。一般來(lái)說(shuō)，溫濕度獨立控制空調系統具有如下優(yōu)點(diǎn)：樹(shù)上鳥(niǎo)教育暖通設計在線(xiàn)教學(xué)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(fēng)機組一般均具有排風(fēng)全熱回收功能；大多數的除濕新風(fēng)機組可獨立除濕運行，過(guò)渡季節可以減少主機開(kāi)啟時(shí)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(fēng)系統控制，互不影響，全年均可獲得舒適的室內環(huán)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(wèn)題。

　?。?）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(shù)，充分利用低谷電價(jià)；易于采用地源、水源等各種自然能源能源；易于采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)；易于利用工業(yè)余熱、廢熱等。

　　經(jīng)過(guò)近20年的理論研究及工程實(shí)踐，溫濕度獨立控制空調系統發(fā)展出不同的應用形式，其中干式末端有干式風(fēng)機盤(pán)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(fēng)處理方式的變化。

　　《民用建筑供暖通風(fēng)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(fēng)處理方式時(shí)，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(jīng)濟性、節能性也不同，本文試圖通過(guò)一個(gè)工程實(shí)例，對不同的新風(fēng)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(chē)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(fēng)機盤(pán)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(lián)合控制

　　常規溫濕度聯(lián)合控制空調系統采用7℃/12℃低溫冷水為冷源，采用風(fēng)機盤(pán)管加新風(fēng)系統作為空氣處理的主要手段，對室內空氣降溫的同時(shí)對室內空氣進(jìn)行除濕。溫度濕度聯(lián)合控制主要存在如下問(wèn)題：

　　1）為了滿(mǎn)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(fēng)機盤(pán)管及新風(fēng)機組均為濕工況運行，凝水盤(pán)易產(chǎn)生細菌，影響空氣品質(zhì)，引起空調病。

　　圖2是溫濕度聯(lián)合控制新風(fēng)處理設備示意圖。新風(fēng)經(jīng)空氣-空氣熱回收裝置回收排風(fēng)中能量，經(jīng)表冷器降溫除濕，送入室內。溫濕度聯(lián)合控制的設備生產(chǎn)廠(chǎng)家較多，造價(jià)低。

　　（2）雙冷源除濕

　　新風(fēng)機組設有排風(fēng)全熱回收裝置，新風(fēng)在經(jīng)全熱回收裝置預冷后，再經(jīng)前后兩組盤(pán)管進(jìn)行冷卻除濕，其中前盤(pán)管為冷水盤(pán)管，采用高溫冷水對新風(fēng)進(jìn)行預冷處理；后盤(pán)管為直接蒸發(fā)盤(pán)管，用于新風(fēng)深度除濕。在機組排風(fēng)側，排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，再經(jīng)過(guò)一個(gè)蒸發(fā)冷卻系統，對排風(fēng)進(jìn)行二次全熱回收，同時(shí)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(diǎn)：

　　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(jiǎn)單；

　　3）空調系統充分利用高溫冷水，但高溫冷水需接入新風(fēng)機組；

　　4）新風(fēng)機組本身為濕工況運行，需要對機組及新風(fēng)進(jìn)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(diǎn)，綜合采用熱泵熱回收等技術(shù)，具有除濕、加濕、調溫、熱回收、殺菌過(guò)濾等功能的新風(fēng)處理方式。夏季，室外高溫高濕的新風(fēng)在全熱回收單元內與低溫濃溶液進(jìn)行熱質(zhì)交換，升溫后的稀溶液泵送到全熱回收單元的排風(fēng)側，與室內低溫干燥的排風(fēng)進(jìn)行熱質(zhì)交換，溫度降低、濃度提高，完成新排風(fēng)的全熱回收循環(huán)。

　　經(jīng)全熱回收單元初步降溫除濕后的新風(fēng)進(jìn)入除濕單元，經(jīng)內置熱泵的蒸發(fā)器降溫的溫度更低、濃度更高的溶液進(jìn)一步降溫除濕，送入室內。

　　濃度變低的稀溶液進(jìn)入再生單元，再生單元內，經(jīng)全熱回收單元初步升溫的空氣被內置熱泵的冷凝器進(jìn)一步加熱，對溶液進(jìn)行加熱，升溫后的溶液，水分析出被空氣帶走，溶液被濃縮，實(shí)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(diǎn)：

　　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(jiǎn)化了空調水系統；

　　3）整個(gè)系統沒(méi)有濕工況，一般認為鹽溶液具有殺菌消毒特點(diǎn)；

　　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(huán)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(jiǎn)稱(chēng)轉輪除濕。核心部件為一不斷緩慢轉動(dòng)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(gè)扇區：270°的除濕扇區和90°的再生還原扇區。濕空氣經(jīng)過(guò)除濕扇區時(shí)，水蒸氣被吸濕性材料吸附發(fā)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(jìn)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(diǎn)空氣，缺點(diǎn)是再生環(huán)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(yè)領(lǐng)域。轉輪除濕的工作原理如圖5。

　　（1）溫濕度聯(lián)合控制空調系統

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

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

　　新風(fēng)機組、風(fēng)機盤(pán)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(fēng)機組在h-d圖上的處理過(guò)程。

　　熱回收狀態(tài)點(diǎn)R確定過(guò)程同3.1；L1為高溫冷水預冷后的機器露點(diǎn)，當高溫冷水供水溫度為14℃時(shí)，取干球溫度19℃，稱(chēng)為第一機器露點(diǎn)；L2為新風(fēng)機組內置冷源除濕后的狀態(tài)點(diǎn)，取含濕量DL時(shí)的機器露點(diǎn)，稱(chēng)為第二機器露點(diǎn)；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(fēng)狀態(tài)點(diǎn)C。

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

　　新風(fēng)機組預冷負荷及干式風(fēng)機盤(pán)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(fēng)機組在h-d圖上的處理過(guò)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(fēng)處理到所需的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)C，圖中的C點(diǎn)同雙冷源除濕，即干球溫度18℃，絕對含濕量dC=9.6g/kg。

　　新風(fēng)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(shí)，按首先通過(guò)全熱回收。圖9是轉輪除濕在h-d圖上的處理過(guò)程。

　　R為熱回收狀態(tài)點(diǎn)，確定過(guò)程同3.1。除濕轉輪的除濕負荷WZ為室內濕負荷W與新風(fēng)濕負荷WX之和：

　　可以看到，轉輪除濕的過(guò)程是一個(gè)升溫去濕過(guò)程，接近于等焓過(guò)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(fēng)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(fēng)機盤(pán)管應負擔的負荷為：

　　再生加熱量：

　　為便于客觀(guān)比較不同新風(fēng)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(fēng)機組：熱泵式溶液除濕新風(fēng)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(fēng)機組處理的全部負荷；內冷式雙冷源除濕新風(fēng)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(fēng)機功率與機組內部阻力有關(guān)，略有差別，但相對整個(gè)系統的能耗來(lái)說(shuō)，新風(fēng)輸送能耗的差別較小，工程上可以忽略。

　　上表中，溫濕度聯(lián)合控制未考慮任何再熱措施，而是采用露點(diǎn)送風(fēng)，新風(fēng)可以負擔更多的室內負荷，但其后果就是室內濕度無(wú)法控制。如新風(fēng)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(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，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(lián)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(fēng)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(jià)較高時(shí)，對于降低初投資較為有利。

　　4）當溶液除濕新風(fēng)機組采用廢熱作為再生熱源時(shí)，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(jīng)濟性的關(guān)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