不同新風(fēng)處理方式下，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，非常詳細

　　溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)本世紀初由清華大學(xué)提出，因其高效、節(jié)能、健康、舒適的特點，得到國內(nèi)工程界的廣泛認可?！睹裼媒ㄖ┡L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB–2012對溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的概念、適用范圍、設(shè)計要點等給出了明確的規(guī)定，從國家標準的角度為設(shè)計應(yīng)用提供了依據(jù)。

　　相對于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)采用兩套獨立的系統(tǒng)分別對空調(diào)區(qū)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(diào)區(qū)的溫度，負擔(dān)全部顯熱負荷；獨立新風(fēng)系統(tǒng)處理濕度，負擔(dān)全部濕負荷。一般來說，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：樹上鳥教育暖通設(shè)計在線教學(xué)杜老師。

　?。?）節(jié)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(shù)的除濕新風(fēng)機組可獨立除濕運行，過渡季節(jié)可以減少主機開啟時間。

　?。?）舒適：室內(nèi)溫度由干式末端控制，室內(nèi)相對濕度由獨立新風(fēng)系統(tǒng)控制，互不影響，全年均可獲得舒適的室內(nèi)環(huán)境。

　　（3）健康：空調(diào)末端干工況運行，可以避免冷凝水系統(tǒng)引起的各種健康問題。

　?。?）容易采用各種低品位能源，拓寬了能源應(yīng)用范圍。如易于結(jié)合水蓄冷技術(shù)，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(fā)冷卻技術(shù)；易于利用工業(yè)余熱、廢熱等。

　　經(jīng)過近20年的理論研究及工程實踐，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展出不同的應(yīng)用形式，其中干式末端有干式風(fēng)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(diào)系統(tǒng)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(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第7.3.15條列出的有：溶液除濕、冷卻除濕、轉(zhuǎn)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(dāng)溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)采用不同的新風(fēng)處理方式時，空調(diào)冷、熱源的容量、干式末端的選擇、輸配系統(tǒng)的計算等均有較明顯的區(qū)別，系統(tǒng)的經(jīng)濟性、節(jié)能性也不同，本文試圖通過一個工程實例，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(diào)系統(tǒng)，干式末端采用干式風(fēng)機盤管，圖1為標準層平面圖，標準層建筑面積1443m2，空調(diào)面積970m2。表1為夏季室內(nèi)外計算、設(shè)計參數(shù)，表2為標準層夏季空調(diào)計算數(shù)據(jù)。

　　（1）溫濕度聯(lián)合控制

　　常規(guī)溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)采用7℃/12℃低溫冷水為冷源，采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)作為空氣處理的主要手段，對室內(nèi)空氣降溫的同時對室內(nèi)空氣進行除濕。溫度濕度聯(lián)合控制主要存在如下問題：

　　1）為了滿足除濕需要，系統(tǒng)需提供7℃的低溫冷水，造成冷源主機效率較低。

　　2）由于空調(diào)區(qū)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(diào)系統(tǒng)中，基本是以室內(nèi)干球溫度為控制目標，相對濕度失控，室內(nèi)舒適性較差。

　　3）室內(nèi)風(fēng)機盤管及新風(fēng)機組均為濕工況運行，凝水盤易產(chǎn)生細菌，影響空氣品質(zhì)，引起空調(diào)病。

　　圖2是溫濕度聯(lián)合控制新風(fēng)處理設(shè)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(nèi)。溫濕度聯(lián)合控制的設(shè)備生產(chǎn)廠家較多，造價低。

　　（2）雙冷源除濕

　　新風(fēng)機組設(shè)有排風(fēng)全熱回收裝置，新風(fēng)在經(jīng)全熱回收裝置預(yù)冷后，再經(jīng)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(fēng)進行預(yù)冷處理；后盤管為直接蒸發(fā)盤管，用于新風(fēng)深度除濕。在機組排風(fēng)側(cè)，排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，再經(jīng)過一個蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，對排風(fēng)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(shè)備示意圖。

　　雙冷源除濕具有如下特點：

　　1）內(nèi)置冷源深度除濕，負擔(dān)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(guī)冷卻除濕原理，工藝簡單；

　　3）空調(diào)系統(tǒng)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)進行相應(yīng)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(shù)，具有除濕、加濕、調(diào)溫、熱回收、殺菌過濾等功能的新風(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(nèi)與低溫濃溶液進行熱質(zhì)交換，升溫后的稀溶液泵送到全熱回收單元的排風(fēng)側(cè)，與室內(nèi)低溫干燥的排風(fēng)進行熱質(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)進入除濕單元，經(jīng)內(nèi)置熱泵的蒸發(fā)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(nèi)。

　　濃度變低的稀溶液進入再生單元，再生單元內(nèi)，經(jīng)全熱回收單元初步升溫的空氣被內(nèi)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(xiàn)再生。圖4是溶液除濕設(shè)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(tǒng)，負擔(dān)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(diào)水系統(tǒng)；

　　3）整個系統(tǒng)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(shè)備防腐、防止飄液等提出較高的要求；

　　5）設(shè)備較復(fù)雜，控制環(huán)節(jié)較多，對可靠性提出更高要求。

　　（4）轉(zhuǎn)輪除濕

　　固體吸附式轉(zhuǎn)輪除濕，簡稱轉(zhuǎn)輪除濕。核心部件為一不斷緩慢轉(zhuǎn)動的蜂窩狀涂有高吸附性材料（氯化鋰、硅膠、分子篩等）的轉(zhuǎn)輪，由密封條分成兩個扇區(qū)：270°的除濕扇區(qū)和90°的再生還原扇區(qū)。濕空氣經(jīng)過除濕扇區(qū)時，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，進入再生扇區(qū)，被再生空氣加熱到100℃~140℃，已吸收的水分被脫附，轉(zhuǎn)輪恢復(fù)吸濕能力。

　　轉(zhuǎn)輪除濕的除濕量主要取決于空氣中的絕對含濕量，能連續(xù)地獲得低露點空氣，缺點是再生環(huán)節(jié)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(zhuǎn)輪除濕的工作原理如圖5。

　　（1）溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)

　　常規(guī)溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)機組和風(fēng)機盤管均采用7℃/12℃冷水作為冷源，新風(fēng)、風(fēng)機盤管均負擔(dān)潛熱、顯熱，處理過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(nèi)等d線，圖6是新風(fēng)在h-d圖上的處理過程：

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

　　新風(fēng)機組、風(fēng)機盤管負荷均由7℃/12℃集中冷源承擔(dān)，計121kW。

　　（2）基于內(nèi)冷式雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

　　圖7是內(nèi)冷式雙冷源除濕新風(fēng)機組在h-d圖上的處理過程。

　　熱回收狀態(tài)點R確定過程同3.1；L1為高溫冷水預(yù)冷后的機器露點，當(dāng)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(fēng)機組內(nèi)置冷源除濕后的狀態(tài)點，取含濕量DL時的機器露點，稱為第二機器露點；最后由內(nèi)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C。

　　dL為空調(diào)系統(tǒng)處理室內(nèi)余濕需要的送風(fēng)含濕量，根據(jù)空調(diào)濕負荷W、新風(fēng)量LX按下式計算：

　　新風(fēng)機組預(yù)冷負荷及干式風(fēng)機盤管負荷均由高溫冷源承擔(dān)，高溫冷源負荷：

　　（3）基于溶液除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

　　圖8是熱泵式溶液除濕新風(fēng)機組在h-d圖上的處理過程。

　　溶液除濕機組內(nèi)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(fēng)機組負荷：

　　（4）基于轉(zhuǎn)輪除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

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

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

　　可以看到，轉(zhuǎn)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(qū)轉(zhuǎn)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(nèi)顯熱處理末端的負荷，干式風(fēng)機盤管應(yīng)負擔(dān)的負荷為：

　　再生加熱量：

　　為便于客觀比較不同新風(fēng)處理方式的節(jié)能性，現(xiàn)確定比較標準如下：

　　冷源：常規(guī)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(yīng)需要主機負擔(dān)的負荷：

　　冷水泵：按揚程36m、根據(jù)負擔(dān)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(nèi)新風(fēng)機組處理的全部負荷；內(nèi)冷式雙冷源除濕新風(fēng)機組按內(nèi)置冷源COP=5計算其耗電量，冷負荷為需要內(nèi)置冷源負擔(dān)的負荷。余壓相同情況下，各方案送/排風(fēng)機功率與機組內(nèi)部阻力有關(guān)，略有差別，但相對整個系統(tǒng)的能耗來說，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，而是采用露點送風(fēng)，新風(fēng)可以負擔(dān)更多的室內(nèi)負荷，但其后果就是室內(nèi)濕度無法控制。如新風(fēng)系統(tǒng)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，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(diào)系統(tǒng)較溫濕度聯(lián)合控制系統(tǒng)均具有明顯的節(jié)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(guī)冷源，因此，雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)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較高時，對于降低初投資較為有利。

　　4）當(dāng)溶液除濕新風(fēng)機組采用廢熱作為再生熱源時，溶液除濕的節(jié)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(diào)系統(tǒng)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(jié)能效果也要大打折扣。

　　6）轉(zhuǎn)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(diào)系統(tǒng)中采用。#暖通設(shè)計杜老師##我要上條頭#

　　本文作者：山東省建筑設(shè)計研究院李向東