THIC空调系统存在的问题及性能提升策略

2019-03-28

福建质量管理 2019年6期

(北京建筑大学环境与能源工程学院北京 100044)

随着社会的发展，需要特定室内温湿度条件下的行业应运而生，但传统空调系统由于其热湿耦合的特性很难满足相应的空气品质。相比较而言，THIC空调系统的引入不仅满足了室内动态温湿度变化的条件，同时其能耗约为传统空调的70%-80%，其优势甚是明显。但是随着技术的不断发展，THIC空调系统的问题也随之产生。基于此笔者通过对THIC空调系统存在的问题进行统一总结并给出了相应的提升策略。

一、THIC空调系统存在的问题

THIC空调系统与常规空调系统相比，虽然解决了热湿耦合控制存在的弊端，具有明显的优势，但同时也存在一些问题。比如显然末端容易结露、辐射末端供冷量不足、高温冷源中自然冷源的利用不够充分。再比如溶液除湿中存在的带液问题，溶液具有腐蚀性以及溶液再生过程能耗较高的问题；转轮除湿中除湿材料与转轮之间存在磨损问题，转轮除湿后的新风需再冷造成能源抵消的问题，转轮除湿容易发生混风的问题；此外冷凝除湿中机房占地面积较大，水系统的管道较为复杂，所占空间较大且管理维修复杂后期维护费用较高等。而恰恰是这些问题的出现，为我们提升策略的研究也指明了方向。THIC空调系统存在的问题虽然较多且比较杂乱，但就其问题本质而言，可以大致从三个角度归纳，即显热末段角度、高温冷源角度、新风处理机组角度。

二、THIC空调系统性能提升策略

通过上文的归纳与总结，得出了THIC空调系统存在的问题，下面对总结出的这三个角度所存在的问题进一步去探讨，并给出性能提升策略。

(一)显热末端

辐射末端受供水温度的限制，其供冷量通常情况下低于60W/m2，对于解决此问题，可以通过增加空气和辐射板之间的换热面积或减少换热热阻。为减少辐射板和室内空气之间换热的热阻以提高辐射供冷量，殷平[1]及西南科技大学研究出两种金属辐射板。两者设计的核心是通过加宽金属辐射板的冷水流道，使冷水在流经水道时减小换热时的热阻，以此来提高辐射吊顶供冷末端的供冷能力。这两种金属辐射板的供冷能力都优于常规的供冷末端，其供冷量都高于60W/m2，而殷平研究的辐射板的供冷量高达100W/m2。江亿院士[2]为探究在高温工况下毛细管辐射末端供冷能力的影响因素，通过采用实验研究的方式，分别将毛细管辐射末端和与金属板相结合的毛细管辐射末端安装至同一THIC空调系统中作为显热末端，实验结果显示：前者的供冷能力约为后者的2倍。针对于辐射末端存在结露现象的问题，可以通过采用优化其运行控制策略的方式进行解决，首先确保室内供冷辐射末端的运行是处于干工况下；其次对室内的门窗以及其他可渗透部位进行检查，防止高湿空气进入室内；最后在空调系统开启的顺序上应先开启新风处理机组，当室内湿度降至安全值以下，再开启温度控制系统。除此之外还可以采用加大循环水流量、提升末端供冷能力、保持辐射末端温度均匀等方式。

(二)高温冷源

对于自然冷源的利用而言，可以通过建筑所处的地理位置选取相应的自然冷量。同时对于土壤作为冷源利用时，应注意的是采用全年运行策略，使其达到全年热平衡以确保可持续性。对于地下水以及湖水作为冷源利用时，也要考虑其回灌等问题。采用高温冷水机组冷冻水为高温冷源时，由于其运行效率较常规冷水机组相比偏低，其经济性没有明显优势。殷平[3]提出了磁悬浮高温冷水机组冷热电三联供(CCHP)系统，通过应用到实际工程中发现其经济性有明显优势。针对于西北地区，采用蒸发冷却高温冷水机组冷冻水为高温冷源，黄翔[4]等人提出了一种二级蒸发冷却空调系统，该空调系统中的蒸发冷却器采用了新型吸水性材料，并改变其换热器结构形式，通过数学模型分析验证了该模型的实用性后应用于实际工程，其结果显示，二级蒸发冷却空调系统在湿球温度低于18℃时可完全替代传统空调系统。

(三)新风处理机组

对于溶液除湿新风机组容易产生带液问题来说，可以通过采用无机盐溶液作为除湿溶液可降低带液问题的发生。对于除湿溶液存在腐蚀性的问题来说，可以在除湿溶液中加入不影响溶液除湿的缓蚀剂或者研究新型抗腐蚀材料。对于除湿溶液、转轮除湿再生能耗较高的问题来说，可以利用工厂废热或其他可再生能源等。J·R·Mehta[5]等人采用了太阳能真空集热管作为溶液再生源，通过实验得知其再生效率可达到44.7%。同时通过对溶液除湿机理研究也可以降低溶液除湿系统的能耗。殷勇高[6]等通过实验对板翅式除湿器进行研究，发现溶液温度和冷却水温度越低越有利于其性能及再生效率的提升。对于转轮除湿新风机组中除湿材料容易与转轮发生磨损问题，可以通过研究抗磨性转轮材料。针对于提高转轮除湿性能的研究，R·Narayanan[7]等人通过实验加模拟的方式，在同样工况下运用两不同传热传质数学模型研究发现，加入轴向的冷却区可提高其除湿性能。