辐射空调系统技术路线分析

摘 要：通过原理对比说明，单水冷技术路线的除湿能力不稳定，节能性差，存在过冷现象;双冷源技术路线的除湿能力稳定，拥有变频压缩机进行深度除湿，除湿能力基本不会受水温波动的影响;分体式除湿机技术路线的除湿不依赖热泵，两者独立运行，但需考虑安装空间。通过计算说明，制冷工况下，分体式除湿机技术路线和双冷源技术路线更节能，单水冷技术路线最耗电;除湿工况下，分体式除湿机技术路线最节能，双冷源技术路线最耗电。综合考虑，双冷源技术路线和分体式除湿机技术路线可以适用于不同的气候环境。

关键词：辐射空调系统;分体式除湿机;单水冷除湿机;双冷源除湿机

中图分类号：TU831.6  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）07-0075-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.021

0    引言

辐射空调系统利用温湿度独立控制原理实现室内温度和湿度的控制，除湿机对辐射空调系统极其重要，目前市场上出现了单水冷除湿机、双冷源除湿机、溶液除湿机以及分体式除湿机等各种形式的除湿机。对于整个系统的技术路线是以除湿机形式来区分，目前市场上仍以单水冷技术路线和双冷源技术路线为主。单水冷技术路线应用和配套最为成熟，设备厂家众多;双冷源技术路线节能性较高，在零售市场已经占据主流;而溶液除湿机目前在户式系统中应用较少;分体式除湿机技术路线已逐渐有厂家推出产品，市场上已经有所应用。对于各种技术路线，学者均有所研究，其中卜根等人[1]分析了单水冷技术路线和双冷源技术路线的优缺点;李娜等人[2]对水冷式除湿、制冷剂直膨式除湿及双冷源除湿进行了理论模拟分析，得出了利用直膨式除湿机的系统最节能的结论;赵红梅[3]分析了双冷源除湿机的应用实例;涂敏[4]研究了冷辐射板技术与溶液除湿技术联合系统的优化设计。本文重点对分体式除湿机技术路线、双冷源技术路线和单水冷技术路线的制冷除湿进行了对比分析。

1    原理分析对比

1.1    分体式除湿机技术路线

分体式除湿机技术路线为热泵提供16～19 ℃高温水直接去辐射末端，分体式除湿机除湿提供新风。热泵提供高温水按照正常水系统设计，但分体式除湿机的原理有所不同，下面对分体式除湿机的原理进行介绍。分体式除湿机有二管制和三管制的区别，二管制分体式除湿机夏季利用蒸发器除湿，再利用电加热提高送风温度送至房间，这种方式的电加热能耗较高;而三管制分体式除湿机利用冷凝热来加热送风温度，较节能。

下面详细介绍三管制分体式除湿机。分体式除湿机原理如图1所示，在普通除湿机的基础上增加再热换热器，制冷除湿时，室外高温高湿新风经蒸发器除湿后，经过再热换热器加热达到设置的温度送至室内;制冷剂侧，压缩机排出的高压高温气体主要经四通阀去室外机冷凝器冷凝放热，再经制热电子膨胀阀和第一电子膨胀阀节流后去蒸发器;另一部分直接去再热换热器加热除湿后的新风，经第二电子膨胀阀节流后去蒸发器;两路汇合后在蒸发器制冷除湿后经四通阀回到压缩机。

1.2    双冷源技术路线

双冷源技术路线为热泵提供16～19 ℃高温水，一路提供给辐射末端，另一路提供给双冷源除湿机。这种技术路线的双冷源除湿机按照工作原理可以分为两种：第一种并联方案如图2（a）所示，室外高温高湿新风先经通高温水的第一换热器预冷后再经蒸发器深度除湿，然后经过再热换热器加热达到设置的温度送至室内;制冷剂侧，压缩机排出的高压高温气体一部分主要去通冷水的板式换热器冷凝放热，经主电子膨胀阀节流去蒸发器，另一部分去再热换热器加热除湿后的新风，经辅电子膨胀阀节流去蒸发器;两路汇合后回压缩机。第二种双冷源除湿机也具备再热功能，如图2（b）所示，但其再热能力比第一种双冷源机器要小，新风侧流经途径相同，但制冷侧有区别，压缩机排出的高压高温气体直接去通冷水的板式换热器冷凝放热，再去再热换热器加热除湿后的新风，节流去蒸发器制冷除湿回压缩机。双冷源除湿机并联方案可以提供的冷凝热更多，送风温度控制更精确，但控制逻辑较复杂，对于设计能力有一定的要求，主、辅电子膨胀阀的开度调节直接影响整个制冷循环的运行参数，特别是主电子膨胀阀的开度;串联方案控制风温的精确度没有并联方案高，高低负荷下风温可调节范围较并联方案窄，但控制逻辑较并联方案简单，只有一个电子膨胀阀。

1.3    单水冷技术路线

单水冷技术路线为热泵提供7～12 ℃冷水，一路供给换热中心，二次侧水泵将置换出高温水输送去辐射末端;另一路冷水直接供给单水冷机器，单水冷除湿机直接采用热泵提供的冷水进行除湿。单水冷除湿机的除湿能力完全依靠热泵，热泵水温只要不稳定，除湿能力就会波动，可能导致房间结露，需要加装水箱来保证水温稳定。初始开机时，系统水温较高，热泵需要将系统的水温降至设定温度，单水冷除湿机才能开启，而且系统又加装了水箱，热泵降至设定水温的时间延长。达到水温之后，单水冷除湿机开启，新风除湿后送至房间内，换热中心根据房间的露点来调节送水温度，总的来说，房间达到设定温度所需时间较长。

通过分析可以发现，夏季辐射空调系统对除湿能力要求较高，但单水冷除湿机除湿能力完全依靠热泵，除湿不稳定。对于单水冷除湿机，其设计和控制逻辑极其简单。为了控制风温，厂家会增加电加热来提升出风温度，如果不提升送风温度，对于风管的保温厚度就要增加，而且在过渡季节房间会出现过冷现象。风温过低，严重时送风方式会影响楼下的住户，楼下住户的楼板会出现结露发霉现象，但增加电加热，又会增加除湿机能耗。因此，这种技术路线正逐渐被取代。

1.4    技术路线对比

通过原理对比可知，分体式除湿机技术路线可以达到双冷源技术路线的效果，同时减少了对热泵的依赖，无冷却水泵就可以独立工作，室内机减少了压缩机，使室内机噪声和体积都减小了。单水冷技术路线完全依赖热泵，需增加换热中心且不节能，但设备和设计等简单。由此可以发现，从原理上分析，分体式除湿机技术路线综合来说，独立运行，室内机体积和噪声小，增加了一个室外机，需要考虑安装问题。双冷源技术路线除湿同样稳定，室外机较分体式技術路线少一个。

2    理论计算

2.1    工况和设备参数

计算设定制冷工况：室外温度35 ℃，相对湿度60%，额定新风量500 m3/h，末端负荷8 kW;除湿工况：室外温度24 ℃，相对湿度80%，额定新风量500 m3/h，末端无负荷。各技术路线的设备参数如表1所示。

2.2    计算方法

利用Solkane软件和Excel软件进行计算，如图3所示，将冷媒统一设定为R410A，冷凝温度根据环境温度和负荷率选取，满负荷选取13 ℃，低负荷选取10 ℃;一体机出风含湿量为7.6 g/kg，利用制冷循环界面将设备的耗电量计算出来，再加上水泵、风扇等设备耗电量，以此计算出系统总耗电量。

2.3    计算结果分析

计算结果如表2所示。制冷工况下，双冷源技术路线和分体式除湿机技术路线均比单水冷技术路线节能，耗电量分别为5.25 kW·h和5.29 kW·h，相较于单水冷技术路线耗电量百分比仅为81.3%和81.9%。除湿工况下，分体式除湿机技术路线最节能，耗电量仅为1.42 kW·h，相较于单水冷技术路线耗电量百分比为79.3%;双冷源技术路线耗电量最大，达到2.09 kW·h，分析原因为空气源热泵此时需要运转，水泵也需要输送冷水至双冷源除湿机带走除湿冷凝热，增加了耗电量;单水冷技术路线耗电量为1.79 kW·h，此时单水冷技术路线耗电量降低是因为换热中心不需要工作，等于热泵直接出冷水除湿。

由分析计算结果可知：制冷工况下，双冷源技术路线和分体式除湿机技术路线更节能，单水冷技术路线最耗电;除湿工况下，分体式除湿机技术路线最节能，双冷源技术路线最耗电。综合分析，单水冷技术路线节能性最差，分体式除湿机技术路线综合考虑耗电量最小，双冷源技术路线除湿工况表现差。因此，双冷源技术路线可以适用于大部分时期环境温度和湿度都很高、设备安装空间较小的建筑，分体式除湿机技术路线可以适用于梅雨季节较长、空间足够的建筑，单水冷技术路线从能耗角度考虑则不推荐。

3    结论

本文通过原理分析和计算对比，主要可以得出以下两点结论：

（1）通过原理对比，单水冷技术路线除湿不稳定，节能性最差，需要换热中心;双冷源技术路线拥有变频压缩机进行深度除湿，除湿能力基本不会受水温波动的影响，但也依赖热泵，适用于高温高湿环境和设备安装空间较小的建筑;分体式除湿机技术路线除湿不依赖热泵，适用于梅雨季节较长、空间足够的建筑。

（2）通过计算可知，制冷工况下，分体式除湿机技术路线和双冷源技术路线耗电量相近，单水冷技术路线最耗电;除湿工况下，分体式除湿机技术路线最节能，双冷源技术路线最耗电。综合考虑，双冷源技术路线和分体式除湿机技术路线可以适用于不同的气候环境。

[参考文献]

[1] 卜根，王倩.分户式辐射毛细管空调两种不同的技术方案可行性分析[J].建筑工程技术与设计，2018（30）：3179.

[2] 李娜，王永红，张钦，等.不同除湿方式户式辐射空调系统能耗研究[J].暖通空調，2021，51（7）：100-103.

[3] 赵红梅.双冷源全新风除湿机应用实例分析[J].硫磷设计与粉体工程，2020（4）：27-31.

[4] 涂敏.辐射制冷与溶液除湿系统的性能分析及优化设计[D].长沙：湖南大学，2011.

收稿日期：2022-02-11

作者简介：闫旭（1993—），男，安徽人，助理工程师，研究方向：除湿机设计及辐射空调系统。