不同新風(fēng)處理方式下，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用，非常詳細(xì)
溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)本世紀(jì)初由清華大學(xué)提出，因其高效、節(jié)能、健康、舒適的特點(diǎn)，得到國(guó)內(nèi)工程界的廣泛認(rèn)可?！睹裼媒ㄖ┡L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB–2012對(duì)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的概念、適用范圍、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等給出了明確的規(guī)定，從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的角度為設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了依據(jù)。
相對(duì)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用兩套獨(dú)立的系統(tǒng)分別對(duì)空調(diào)區(qū)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(diào)區(qū)的溫度，負(fù)擔(dān)全部顯熱負(fù)荷；獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)處理濕度，負(fù)擔(dān)全部濕負(fù)荷。一般來說，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：樹上鳥教育暖通設(shè)計(jì)在線教學(xué)杜老師。
?。?）節(jié)能：冷源采用高溫冷水機(jī)組，效率大大提高；除濕新風(fēng)機(jī)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(jī)組可獨(dú)立除濕運(yùn)行，過渡季節(jié)可以減少主機(jī)開啟時(shí)間。
?。?）舒適：室內(nèi)溫度由干式末端控制，室內(nèi)相對(duì)濕度由獨(dú)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。
?。?）健康：空調(diào)末端干工況運(yùn)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(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)過近20年的理論研究及工程實(shí)踐，溫濕度獨(dú)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(jī)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(duì)空調(diào)系統(tǒng)影響較大的是濕度處理即獨(dú)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(jì)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(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)采用不同的新風(fēng)處理方式時(shí)，空調(diào)冷、熱源的容量、干式末端的選擇、輸配系統(tǒng)的計(jì)算等均有較明顯的區(qū)別，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性也不同，本文試圖通過一個(gè)工程實(shí)例，對(duì)不同的新風(fēng)處理方式予以分析。
項(xiàng)目位于山東省濟(jì)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(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，干式末端采用干式風(fēng)機(jī)盤管，圖1為標(biāo)準(zhǔn)層平面圖，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積1443m2，空調(diào)面積970m2。表1為夏季室內(nèi)外計(jì)算、設(shè)計(jì)參數(shù)，表2為標(biāo)準(zhǔn)層夏季空調(diào)計(jì)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(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)作為空氣處理的主要手段，對(duì)室內(nèi)空氣降溫的同時(shí)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)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(jī)效率較低。
2）由于空調(diào)區(qū)域冷、濕負(fù)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(biāo)，相對(duì)濕度失控，室內(nèi)舒適性較差。
3）室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管及新風(fēng)機(jī)組均為濕工況運(yùn)行，凝水盤易產(chǎn)生細(xì)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(jià)低。
（2）雙冷源除濕
新風(fēng)機(jī)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(jìn)行冷卻除濕，其中前盤管為冷水盤管，采用高溫冷水對(duì)新風(fēng)進(jìn)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(jī)組排風(fēng)側(cè)，排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，再經(jīng)過一個(gè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，對(duì)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(shè)備示意圖。
雙冷源除濕具有如下特點(diǎn)：
1）內(nèi)置冷源深度除濕，負(fù)擔(dān)全部潛熱負(fù)荷及一部分顯熱負(fù)荷，降低冷源需求；
2）利用常規(guī)冷卻除濕原理，工藝簡(jiǎn)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(jī)組；
4）新風(fēng)機(jī)組本身為濕工況運(yùn)行，需要對(duì)機(jī)組及新風(fēng)進(jìn)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(diǎn)，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(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(cè)，與室內(nèi)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(nèi)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(nèi)。
濃度變低的稀溶液進(jìn)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(jìn)一步加熱，對(duì)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(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(diǎn)：
1）自帶完善的制冷、熱泵再生系統(tǒng)，負(fù)擔(dān)全部潛熱負(fù)荷及一部分顯熱負(fù)荷，降低冷源需求；
2）熱泵式溶液除濕機(jī)組不需外接其他冷源，大大簡(jiǎn)化了空調(diào)水系統(tǒng)；
3）整個(gè)系統(tǒng)沒有濕工況，一般認(rèn)為鹽溶液具有殺菌消毒特點(diǎn)；
4）鹽溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)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(duì)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(jiǎn)稱轉(zhuǎn)輪除濕。核心部件為一不斷緩慢轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪，由密封條分成兩個(gè)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(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(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(duì)含濕量，能連續(xù)地獲得低露點(diǎn)空氣，缺點(diǎn)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(duì)濕度要求較高、對(duì)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(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管均采用7℃/12℃冷水作為冷源，新風(fēng)、風(fēng)機(jī)盤管均負(fù)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(jī)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(diǎn)R按顯熱效率ηt=60%、焓效率ηh=50%計(jì)算確定：
新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷均由7℃/12℃集中冷源承擔(dān)，計(jì)121kW。
（2）基于內(nèi)冷式雙冷源除濕的溫濕度獨(dú)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(jī)組在h-d圖上的處理過程。
熱回收狀態(tài)點(diǎn)R確定過程同3.1；L1為高溫冷水預(yù)冷后的機(jī)器露點(diǎn)，當(dāng)高溫冷水供水溫度為14℃時(shí)，取干球溫度19℃，稱為第一機(jī)器露點(diǎn)；L2為新風(fēng)機(jī)組內(nèi)置冷源除濕后的狀態(tài)點(diǎn)，取含濕量DL時(shí)的機(jī)器露點(diǎn)，稱為第二機(jī)器露點(diǎn)；最后由內(nèi)置冷源的冷凝器將被處理空氣再熱至18℃，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)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(fù)荷W、新風(fēng)量LX按下式計(jì)算：
新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷負(fù)荷及干式風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷均由高溫冷源承擔(dān)，高溫冷源負(fù)荷：
（3）基于溶液除濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)
圖8是熱泵式溶液除濕新風(fēng)機(jī)組在h-d圖上的處理過程。
溶液除濕機(jī)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(diǎn)C，圖中的C點(diǎn)同雙冷源除濕，即干球溫度18℃，絕對(duì)含濕量dC=9.6g/kg。
新風(fēng)機(jī)組負(fù)荷：
（4）基于轉(zhuǎn)輪除濕的溫濕度獨(dú)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(shí)，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(diǎn)，確定過程同3.1。除濕轉(zhuǎn)輪的除濕負(fù)荷WZ為室內(nèi)濕負(fù)荷W與新風(fēng)濕負(fù)荷WX之和：
可以看到，轉(zhuǎn)輪除濕的過程是一個(gè)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(fù)荷，干式風(fēng)機(jī)盤管應(yīng)負(fù)擔(dān)的負(fù)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(biāo)準(zhǔn)如下：
冷源：常規(guī)工況7℃/12℃離心式冷水機(jī)組，COP=5.0；高溫工況14℃/19℃離心式冷水機(jī)組，COP=8.0；冷負(fù)荷為相應(yīng)需要主機(jī)負(fù)擔(dān)的負(fù)荷：
冷水泵：按揚(yáng)程36m、根據(jù)負(fù)擔(dān)負(fù)荷Q、溫差Δt=5℃計(jì)算流量G，按下式計(jì)算輸入功率（水泵效率按70%）：
新風(fēng)機(jī)組：熱泵式溶液除濕新風(fēng)機(jī)組按整機(jī)COP=6計(jì)算其耗電量，冷負(fù)荷為包括熱回收在內(nèi)新風(fēng)機(jī)組處理的全部負(fù)荷；內(nèi)冷式雙冷源除濕新風(fēng)機(jī)組按內(nèi)置冷源COP=5計(jì)算其耗電量，冷負(fù)荷為需要內(nèi)置冷源負(fù)擔(dān)的負(fù)荷。余壓相同情況下，各方案送/排風(fēng)機(jī)功率與機(jī)組內(nèi)部阻力有關(guān)，略有差別，但相對(duì)整個(gè)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(diǎn)送風(fēng)，新風(fēng)可以負(fù)擔(dān)更多的室內(nèi)負(fù)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(dá)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(dú)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(yuǎn)大于常規(guī)冷源，因此，雙冷源除濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性略好。
3）溶液除濕新風(fēng)機(jī)組本身的供冷能力較高，大大降低了對(duì)集中高溫冷源的需求，對(duì)于采用地源熱泵等集中冷源造價(jià)較高時(shí)，對(duì)于降低初投資較為有利。
4）當(dāng)溶液除濕新風(fēng)機(jī)組采用廢熱作為再生熱源時(shí)，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(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jī)組在高溫工況下運(yùn)行，其COP遠(yuǎn)達(dá)不到高溫冷水機(jī)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(yuǎn)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(jì)杜老師##我要上條頭#
本文作者：山東省建筑設(shè)計(jì)研究院李向東
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