溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的應用

張哲 張睿 律寶瑩 陳薩如拉

(1．天津商業(yè)大學機械工程學院，天津 300134;2．天津商業(yè)大學商業(yè)設(shè)計研究院，天津 300134)

0 引言

建筑能耗在國內(nèi)總能耗的比重是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標。隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，建筑能耗的比重將會逐漸增加，這必將會導致能源需求量的快速增長。年能耗統(tǒng)計表明，空調(diào)系統(tǒng)的能耗在建筑中所占的比重為40%～60%，年運營費用所占的比重為25%［1］。因此空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題已成為研究的重點。

本文通過分析常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，提出溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)可以有效解決當前存在的問題。對新型空調(diào)系統(tǒng)的不足進行探討，并定性的提出了改良的方向。

1 常規(guī)空調(diào)分析

1．1 典型的空氣處理過程

在一次回風系統(tǒng)中空氣處理過程如圖1所示室外新風W與室內(nèi)回風N經(jīng)混合后到達點C，經(jīng)過空調(diào)機組冷凝除濕后到達機器露點L，其相對濕度為90%～95%，由于送風溫差小，需將L再加熱到送風點O，送入空調(diào)房間。

圖1 全空氣系統(tǒng)一次回風空氣處理過程

風機盤管加新風系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，空氣處理過程如圖2所示。室外新風處理到與室內(nèi)等含濕量的值。常用的冷源溫度為7℃的冷凍水，新風系統(tǒng)和風機盤管采用相同溫度的冷源。新風系統(tǒng)承擔新風的全熱負荷和部分室內(nèi)顯熱負荷，風機盤管系統(tǒng)承擔全部室內(nèi)潛熱負荷和部分室內(nèi)顯熱負荷(從N點到L'點)。

圖2 風機盤管加新風系統(tǒng)的空氣處理過程

1．2 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

1)風量大的問題。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)運行，既要完全消除室內(nèi)的顯熱和潛熱負荷，又不能使用過低的送風溫度，因此只能通過增大送風量來滿足要求。然而大的送風量會帶來一系列問題。風量大必然管徑大，在室內(nèi)布置大管徑時，會降低室內(nèi)凈高或增大層高。大風量會使室內(nèi)風速增大，有吹風感降低人體舒適度，同時會產(chǎn)生噪聲。在冬季為了避免吹風感，往往另設(shè)一套采暖系統(tǒng)由散熱器供暖，導致投資增加。

2)溫濕度共同處理的損失。夏季人體舒適區(qū)為25℃，相對濕度60%，此時露點溫度為16．6℃。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的除熱除濕功能，大都通過對空氣進行冷卻和冷凝除濕來完成的。如果空調(diào)系統(tǒng)僅滿足人體對室內(nèi)溫度的要求，送風溫度只要低于25℃，考慮媒介輸送造成的冷量損失和傳熱溫差(10℃)，冷源溫度只需15℃～18℃。如果只去除室內(nèi)濕度，送風溫度只要低于露點溫度16．6℃，考慮輸送損耗和傳熱溫差(10℃左右)，冷源溫度為6．6℃。在空調(diào)系統(tǒng)中，顯熱負荷占總負荷的比重大于潛熱負荷，占比重大的顯熱負荷本可以用高溫冷源排走熱量的，但實際工程中處理顯熱和潛熱負荷的冷源都為低溫冷源，造成低品位能源的浪費。有時通過再加熱的方式提高室內(nèi)溫濕度的控制精度，造成冷熱抵消，造成能源不必要的浪費。

圖3 冷凝除濕的處理范圍

3)難以適應顯熱和潛熱比的變化。冷凝除濕的實質(zhì)是通過降低溫度使空氣冷卻到露點以下，達到降溫和除濕的目的，因此降溫和除濕必須同時進行。所以這種方式溫濕度比的變化范圍比較小，如圖3所示N，B，W圍成的三角形區(qū)域(其中N為室內(nèi)空氣的狀態(tài)點，對應的露點為B，W為冷水的狀態(tài)點)。而實際中建筑物需要的顯熱和潛熱比變化有時會超出圖中的區(qū)域。有時溫濕度不能同時滿足，只能犧牲濕度而只考慮溫度要求了。當濕度大時，過高的溫度會造成不舒適，就要降低室內(nèi)溫度來滿足舒適度，這必然會造成能源浪費。含濕量不變，溫度降低，相對濕度就會升高，導致焓值降低，加大了與室外空氣點的焓差，必然會增加處理新風時的能耗。由于冷凝除濕的顯熱和潛熱比的變化范圍受到限制，為了適應建筑顯熱和潛熱比的變化范圍就要尋求新的除濕方法。

4)對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響。隨著人們生活水平的不斷提高，室內(nèi)空氣品質(zhì)得到重視，而空調(diào)系統(tǒng)直接影響人們的身體健康。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)大多采用冷凝除濕的方法，使空氣和表冷器等冷表面直接接觸達到降溫除濕的目的，表冷器表面出現(xiàn)潮濕甚至產(chǎn)生凝水，成為霉菌等的繁殖場所。空調(diào)系統(tǒng)導致霉菌繁殖和傳播是影響人們健康的主要因素。因此如何實現(xiàn)除濕又不會產(chǎn)生潮濕表面是亟待解決的問題。另一方面，我國城市大氣污染物主要是可吸入顆粒物，引進空調(diào)系統(tǒng)的新風要通過過濾除塵，過濾器就會聚集大量粉塵，如果過濾器比較潮濕，則會繁殖各種微生物。因此如何有效過濾又不會繁殖微生物也是需要解決的另一個問題。

5)輸配損耗問題。為了達到設(shè)定的溫濕度，帶走室內(nèi)的污染物，就需要有輸配網(wǎng)系統(tǒng)，而采用不同的輸配形式，不同的輸配媒介，輸配系統(tǒng)的效率是不同的，如采用空氣作為輸配媒介的能源消耗是采用水的5倍～10倍。

2 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢

2．1 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的原理

溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)由溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)組成，兩套系統(tǒng)分別調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，如圖4所示。

圖4 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)原理圖

2．2 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點

針對常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題，研究發(fā)現(xiàn)溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)可有效解決現(xiàn)有的問題。溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)包括處理顯熱和處理潛熱的兩套系統(tǒng)，分別控制溫度和濕度。顯熱控制系統(tǒng)通過干式末端排除室內(nèi)余熱，滿足室內(nèi)溫度要求;潛熱控制系統(tǒng)對新風除濕，用干燥的新風去除室內(nèi)余濕，CO2及異味，滿足室內(nèi)濕度和空氣品質(zhì)的要求［3］。這種方法單獨控制溫度和濕度，能夠達到比較高的控制精度，能更大范圍適應建筑顯熱和潛熱比的變化。

作為一種新型空調(diào)系統(tǒng)，溫濕度獨立控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

1)由于分別控制系統(tǒng)的除濕量和除熱量，可以根據(jù)建筑物熱濕比的變化情況，對室內(nèi)環(huán)境的溫濕度進行實時控制，克服了常規(guī)空調(diào)熱濕比變化范圍小的缺陷。2)對于溫度控制系統(tǒng)，只需滿足室內(nèi)溫度要求，低于室內(nèi)溫度25℃，同時考慮傳輸溫差和傳熱溫差，冷源溫度一般在15℃左右。采用高溫冷源降低了能耗。3)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)可以避免送風再加熱問題，減少再加熱產(chǎn)生的不必要的能耗。4)采用輻射換熱末端裝置，可以和冬季采暖共用一套環(huán)境控制裝置，減少初投資，并且溫度場均勻。5)采用溶液除濕方法，通常的除濕劑為氯化鈣、氯化鋰、三甘醇等?？梢员苊饫淠凉癞a(chǎn)生潮濕表面，同時避免在表冷器和風道中產(chǎn)生霉菌，通過噴淋的方法可以去除空氣中的可吸入顆粒和霉菌，兼有清潔空氣的作用。6)克服了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中難以同時滿足溫度、濕度參數(shù)要求的致命缺點。7)過渡季能充分利用室外新風去除余濕，保證較舒適的室內(nèi)環(huán)境，減少空調(diào)系統(tǒng)的運行時間。

3 溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的弊端

1)干式風機盤管的輸送性能系數(shù)較濕式風機盤管的低。干式風機盤管仍和常規(guī)風機盤管結(jié)構(gòu)相同，造成輸送性能系數(shù)比較低，由于干式風機盤管沒有凝結(jié)水，因此干式風機盤管完全可以用不同的結(jié)構(gòu)形式。目前市場上已經(jīng)有輸送性能系數(shù)很高的干式風機盤管產(chǎn)品。

2)溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)比較復雜，測點多，要求嚴格，會加大控制系統(tǒng)的初投資。

3)冷卻塔的出水溫度不高。冷卻塔的出水溫度影響高溫冷水機組的冷凝溫度，從而會降低冷水機組的COP值。如果增大冷卻塔的進風量將會提高其使用效率，降低高溫冷水機組的冷凝溫度。

4 結(jié)語

通過與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的比較，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)具有很高的節(jié)能效率，并且可以更好的保證室內(nèi)環(huán)境的舒適度，同時也可以減少霉菌的產(chǎn)生，空氣品質(zhì)好，所以該系統(tǒng)有很大的發(fā)展前景。但由于這項技術(shù)起步晚，國內(nèi)外沒有成熟的工程實例，所以有待研究人員進一步研究和推廣。

［1］崔文盈．溫濕度獨立控制溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)的理論研究及技術(shù)方案論證［D］．重慶:重慶大學城市建設(shè)與環(huán)境工程學院，2007:2-3．

［2］茅江曼．基于溶液除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)研究［D］．南京:南京理工大學，2010:15-19．

［3］王 飛．基于雙溫冷源的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的研究［D］．廣州:華南理工大學土木與交通學院，2011:6-8．

［4］薛志峰．超低能耗建筑技術(shù)及應用［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［5］郭永聰．深圳建筑太陽能利用技術(shù)研究——深圳太陽能溶液除濕空調(diào)可行性研究［D］．重慶:重慶大學城市建設(shè)與環(huán)境工程學院，2006:11-19．

［6］陳雷娟，劉春花，仲 婷．酒店空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計及優(yōu)化［J］．山西建筑，2011，37(24):123-124．

［7］江 億，劉曉華．溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006．

［8］陸耀慶．實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［M］．第2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993．