对温湿度独立控制空调系统的探析

2013-09-06安文卓刘泽勤

发电技术 2013年1期

安文卓，刘泽勤，裴凤

（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）

0 引言

在夏热冬冷地区，空调系统的湿负荷是冷负荷的重要组成部分，许多城市夏季平均相对湿度较高，常采用通过7℃低温水的冷凝除湿方法除去室内潜热和显热负荷，但由于吸收的显热与潜热比变化范围有限，当超出这一范围，系统仅满足对温度的控制需要，极易造成室内湿度过高。因此，采用冷凝除湿传统形式达到降温除湿的目的常会降低室内空气品质。当系统仅考虑满足室内除湿需求时，又会造成送风温度的过度冷却，需要再热器对房间进行升温处理，造成能源浪费[1，2]。据统计，我国空调负荷高峰值已达4500万kW，降低空调能耗已成为建筑节能技术的重要研究内容[3]。为解决常规空调系统中温度与湿度控制耦合的问题，温湿度独立控制空调系统应运而生，通过对温度和湿度分别调节，最大程度地降低能源消耗，满足人们对空气品质的追求。

1 温湿度独立控制空调系统

温湿度独立控制的空调系统包括温度控制与湿度控制两个子系统，分别处理室内的显热和潜热负荷。在供冷的夏季，承担室内显热负荷的冷水，其供水温度可从7℃提高到18℃左右，可使用天然冷源进行冷却，而室内潜热负荷可由除湿系统处理过的新风全部承担。图1为温湿度独立控制空调系统示意图[4]。组成温湿度独立控制系统主要由高温冷水机组、去除显热的室内末端装置和新风处理机组、去除潜热的室内送风末端装置。可以根据不同房间的温湿度需求对相关参数进行调节，精确控制送风温度和湿度，保证室内环境控制要求，从而解决室内空气处理的显热和潜热与室内热湿负荷相匹配的问题，减少能量损失。但该系统也存在着一些问题，如对控制系统要求更加严格，初投资较大，机组体型较大、占用空间，系统更加复杂等[5，6]。

2 温度控制

因无需承担除湿，可选用较高温度（18～21℃）的天然冷源作为冷水来排除室内显热，如深井水、土壤源、江海湖泊等。地源热泵利用地下热交换器和地热能进行热交换，从地下获取冷量，去除房间显热负荷。在某些情况下，地下热交换器的出口温度就能够达到18℃，可以直接满足室内温度需求，而无需启动热泵机组，节约了能源[7]。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，具有清洁无污染、廉价易得的优点，可以利用太阳能吸收式或吸附式制冷空调系统为房间提供冷源，通过显热末端装置，如辐射板、主动式冷梁、干式风机盘管或运行在干工况下的普通风机盘管等进行降温处理辐射板能直接与室内环境进行换热，减少常规供冷方式中的不可逆损失，且辐射均匀，无温度死角，常采用通过将特制的塑料管直接埋在水泥楼板中，形成冷辐射地板或楼板[9，10]，或以金属、塑料为材料，制成模块化的辐射板产品，安装在室内形成冷辐射吊顶或墙壁。而对于干式风机盘管，由于供水温度较高，在给定供、回水温度情况下，同一盘管干工况的制冷量约为湿工况的30%～40%，耗能较大[11]。

3 湿度控制

湿度控制系统由新风处理机组、送风末端装置组成，通过新风处理机组向室内送入干燥新风来承担全部室内潜热负荷，并通过改变送风量辅助调节湿度，同时去除室内CO2与异味。常用温度控制系统的末端装置有置换通风口、个性化送风口等形式[4]，而新风处理方式种类较多，如冷却除湿、转轮除湿、溶液除湿等。图2是冷却除湿系统组成示意图，常温潮湿空气通过风机被吸入机器内，空气中的水蒸气通过与蒸发器换热液化成水滴，被排出机外，经过处理后的干燥空气在经过冷凝器升温至常温进入房间[12]。

转轮除湿是通过物理或化学过程吸附湿空气中的水分子以达到除湿的目的。图3为转轮除湿机原理图，由吸湿转轮、传动机构、外壳、风机及再生加热器等组成，转轮被隔板分为3/4的除湿区和1/4的再生区。随温度的变化，吸湿剂中水蒸气分压力与空气中水蒸气分压力亦在发生变化，吸湿剂在各分区对水蒸气分别产生吸收和释放作用。转轮以一定速度不断转动，反复循环达到连续除湿的目的[13]。但转轮除湿机存在再生能耗偏高的问题，降低转轮除湿再生能耗是复合式空调系统应用的关键问题[14]。综合冷却除湿与转轮除湿的特点，梁仲智[15]提出将二者组合用来除湿：前期用冷却除湿降温，后期用转轮除湿以保证低湿度，且前期的降温更有利于后期的转轮吸附除湿。通过优化结合，互补所短，在满足湿度要求的前提下，有效降低工程造价和运行耗电。

溶液除湿作为一种新型的除湿方法，其所需热源可由低品位热源提供，如废热余热、太阳能等；所采用的溶液除湿剂不会对环境造成危害，而且具有很强的蓄能能力，此除湿方法有较好的除尘杀菌作用，大大提高空气品质[16]。图4为溶液除湿原理图，在热交换器中浓溶液对需要除湿的空气进行喷淋除湿，吸收空气中的水蒸气后转化为稀溶液；而稀溶液又可以在再生器中通过加热的方式变成浓溶液循环利用。常用的溶液除湿剂有溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、乙二醇、三甘醇等[17]。但除湿剂溶液具有腐蚀性，容易损害容器，同时存在除湿剂泄露危害人体健康的可能性。

除了上述除湿方法外，现在空调常用的除湿方式还有膜除湿、加压冷却除湿等[18]。

4 温湿度独立控制空调系统组合形式

通过对温度和湿度控制系统的探索，发现在不同工况下需要考虑结合不同的控制系统，达到满足特定环境的参数要求。温湿度独立控制空调系统在实际应用中有多种形式，国内外学者针对不同工程实际案例，利用不同温湿度控制结合形式，给出了详细地解决方案。向灵均等[19]将温湿度独立控制空调系统的不同之处归结为新风处理方法的不同，将其分为五种形式：转轮除湿+高温冷源降温、溶液除湿+高温冷源降温、双温冷源冷冻除湿+降温、单温冷源冷冻除湿+降温、联合除湿等。路诗奎等[20]提出了一种溶液除湿与辐射供冷联合的热湿独立处理的新型空调系统，将毛细管辐射末端作为一种新型的用来控制显热的末端装置，并指出了新型空调制冷系统的研究方向。金梧凤、朱颖秋等[21～24]专门对毛细管辐射系统进行了实验和应用性研究，将溶液除湿与辐射顶板相结合的温湿度独立控制空调系统应用于实际工程中，取得良好的节能效果。

5 结语

节能减排已成为现代社会经济发展的重点关注内容之一，为解决常规空调系统中温度与湿度控制耦合的问题，采用温湿度独立控制空调系统，能够解决室内空气处理过程中显热和潜热与室内热湿负荷相匹配的问题，并可使用低品位的天然冷源，对温湿度实施精确控制。根据不同地区气候条件或参数需求，在系统的方式上可有多种组合，特别是对溶液除湿与毛细管辐射供冷相结合的温湿度独立控制空调系统技术的研究，在节约能源和提高空气品质方面有广阔的发展前景。因此，进一步深入探索和研究温湿度独立控制空调系统对降低建筑能耗具有很好的实际意义。

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[1]张桂荣，李敏霞，郝长生.温湿度独立控制在医院建筑中的应用研究[J].建筑热能通风空调，2008，27（4）：37～38，77.

[2]王建奎，陆麟，曾宪纯.温湿度独立控制系统中最小新风量计算方法研究[J].暖通空调，2010，40（1）：29～32.

[3]贾磊，张秀平，等.温湿度独立控制空调系统关键设备的研究进展[J].流体机械，2011，39（4）：67～70.

[4]刘泽勤，常远，郭宪民.不同自然通风方式室内热舒适性研究[J].河北工业大学学报，2012，41（3）：68～72.

[5]陈国林.浅谈通风空调几项新技术[J].节能减排，2008，22（4）：509～511.

[6]马艺然，李德英.温湿度独立控制系统的适用性分析[J].建筑热能通风空调，2011：140～141.

[7]杨修飞，罗清海，等.温湿度独立控制空调系统的现状分析[J].使用节能技术，58～60，68.

[8]裴凤，陈华，等.毛细管网辐射供冷空调系统形式研究[J].发电与空调，2012，（33）：35～38，80.

[9]颜承初，刘燕华，石文星.基于温湿度独立控制的水蓄冷空调系统[J].暖通空调，2010，40（6）：36～41.

[10]王立雷，赵菊.温湿度独立控制空调系统CFD模拟及实验研究[J].建筑热能通风空调，2009，28（1）：40～42，39.

[11]贾磊，张秀平，等.温湿度独立控制空调系统关键设备的研究进展[J].流体机械，2011，39（4）：67～70.