空調系統(tǒng)中熱濕處理過程的評價方法及應用

王 厲,李念平

(湖南大學土木工程學院,長沙 410000)

王 厲,李念平

(湖南大學土木工程學院,長沙 410000)

提出對熱、濕處理過程進行單獨評價的概念,并構建了相應評價指標。以某一次回風空調系統(tǒng)的典型夏季空氣處理過程為例,在熱力學極限意義上闡明了對熱、濕處理進行單獨評價的實施過程,計算結果表明該空氣處理過程的顯熱效明顯高于潛熱效,潛熱效低下的原因主要在于再熱顯熱損和冷凝水損,因此從潛熱效看,表冷器并不是一個節(jié)能的除濕設備,采用露點送風回熱措施可以有效提高潛熱效,結果表明在空調系統(tǒng)分析中采用熱、濕獨立評價可以更好地評價其利用表現并提出針對性措施。

;負荷;顯熱效;潛熱效;空調系統(tǒng)

1 濕空氣的負荷

空調處理的主要對象是濕空氣,由干空氣和水蒸汽組成,在常壓情況下,可以將兩者視為理想氣體,由于濕空氣的溫度以及其中干空氣、水蒸汽分壓力和環(huán)境不同,濕空氣對環(huán)境具有一定的做功能力,該做功能力就是濕空氣的。按照焓的定義,在常壓下,單位質量濕空氣的可以表示成[15]：

由式(2)、(3),當單位質量濕空氣從狀態(tài)n點變化到狀態(tài)s點時,其顯熱和潛熱的變化分別由式(4)、(5)表示：

若Ts＜Tn,則上式右邊第1項的物理意義表示表示微小變化時,濕空氣等濕冷卻所需要的顯熱,右邊第2項表示濕空氣水蒸汽含量變化所引起的顯熱變化。對于通常的降溫除濕過程,第1項遠大于第2項,則第2項可以忽略不計,因此當濕空氣從一個狀態(tài)降溫除濕到另一個狀態(tài)時,濕空氣顯熱的改變相當于其所經歷的若干微元等濕冷過程卻所消耗的顯熱的總和。反之亦然。

同樣,當過程變化非常小,即→時,由式(5),濕空氣的潛熱的微小變化為：

理想情況下,采用無限大風量消除室內余熱、余濕時,勢差極小,則將送風量G乘以式(6)兩端,可推導得到室內顯熱負荷所對應的最小顯熱負荷△：

式中Qs為室內顯熱負荷。上式與式(8)相比誤差一般在5%左右,其物理意義相當于將顯熱從室內轉移到環(huán)境所需要消耗的理論。

同樣,將送風量G乘以式(7)兩端,可推導得到室內潛熱負荷所對應的最小潛熱負荷△EXl,min,in為：

其物理意義為將余濕從室內空氣環(huán)境對應的水蒸汽分壓力狀態(tài)轉移到環(huán)境對應的水蒸汽分壓力狀態(tài)所需要消耗的理論。

2 空調處理過程的效評價指標

通常室內余熱、余濕的比值關系常采用熱濕比來表示,它對應于能量分析概念。在分析層面上,提出如下室內負荷比：

3 實例分析

以某商場一次回風空調系統(tǒng)典型夏季工況的熱、濕處理過程為例進行分析。空調系統(tǒng)設計參數見表1。

表1 空調系統(tǒng)設計參數

針對上述空調對象,采用表冷器對濕空氣進行減濕降溫處理,同時采取理想化假設進行初步分析,包括：

1)濕空氣能處理到100%相對濕度線。

2)表冷器處理過程無不可逆損失。

這2個假設雖然非常理想化,但卻具有熱力學極限意義。

表2 系統(tǒng)計算參數

表2 系統(tǒng)計算參數

設計參數 數值 單位室內最小負荷3.164 kW室內最小顯熱負荷0.707 kW室內最小潛熱負荷2.457 kW新風負荷0.650 kW新風顯熱負荷0.1 kW新風潛熱負荷0.55 kW室內負荷比28.8 %最小顯熱負荷0.807 kW最小潛熱負荷3.007 kW

當采用新回風先混合再處理的一次回風方式時,其空調處理過程見圖 1,其中系統(tǒng)送風量為17 170 m3/h。系統(tǒng)狀態(tài)P在飽和線上且與送風狀態(tài)S具有相同溫度,當混合空氣處理到該狀態(tài)時,即認為達到了消除顯熱的目的,則在將混合空氣從C處理到P的過程中為降低溫度所消耗的顯熱即為系統(tǒng)的顯熱輸入,而從C處理到L過程為降低濕度所消耗的即為系統(tǒng)的潛熱輸入。因此C-O處理過程所耗全部為顯熱輸入,O-P處理過程所耗一部分為顯熱輸入,另一部分為潛熱輸入,P-L處理過程所耗全部為潛熱輸入并由顯熱和潛熱2部分組成。

圖1 一次回風空調過程

當濕空氣從狀態(tài)1減濕變化到狀態(tài)2時,根據式(7),有

該式左邊第2項表示將濕空氣從狀態(tài)1減濕到狀態(tài)2所消耗的最小。

由于露點L和送風點S比環(huán)境溫度低,所以理論上可以不消耗而使?jié)窨諝鈴腖再熱到S送風點。根據圖1所示的空調處理過程進行計算得到的結果見表3和表4。

表3 空調處理過程的顯熱效

表3 空調處理過程的顯熱效

表4 空調處理過程的潛熱效

在實際空氣處理過程中,表冷器和被處理空氣間存在較大的傳熱溫差,而且露點空氣的再熱過程往往要消耗額外熱,因此實際的顯熱效和潛熱效將大大低于理想情況下的效率。

4 結 論

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(編輯 胡英奎)

Method and Application of Independent Exergy Evaluation of Temperature and Humidity Control in HVAC System s

WANGLi,LINian-ping

(College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410000,P.R.China)

The conception of independent exergy evaluation of tem perature and humidity contro l in HVAC system s is proposed w ith the corresponding evaluation indexes presented.This type ofevaluation process is illustrated in an air conditioning system w ith p rim ary return air from the view of thermodynam ics.The results show that exergy efficiency of sensible heat is larger than that of latent heat.The reason lies in the fact that the destructions in reheat process and condensed water are very serious.It is concluded that the surface air cooler is not an energy-saving equipment in respect of exergy utilization,and the regeneration of the supp ly air stream at the state of dew point would improve its exergy efficiency of latent heat.The analysis indicates that this independent exergy evaluation is benefit for the exergy evaluation for HVAC system s,and it provides effective resolutions.

exergy;exergy load;exergy efficiency of sensible heat;exergy efficiency of latent heat;HVAC system

TU831.1

A

1674-4764(2011)02-0106-06

2010-08-05

國家自然科學基金資助項目(50878078)

王厲(1976-),男,博士生,主要從事空調系統(tǒng)分析和能耗分析,(E-mail)deepstoh361@163.com。李念平(通訊作者),男,教授,博士生導師,(E-mail)linianping@126.com。