高溫雙冷源熱泵熱回收機(jī)在溫濕度獨(dú)立系統(tǒng)的應(yīng)用

呂 智 程 權(quán)

(1.廣東浩特普爾空調(diào)有限公司，廣東 佛山 528225； 2.山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

高溫雙冷源熱泵熱回收機(jī)在溫濕度獨(dú)立系統(tǒng)的應(yīng)用

呂 智1程 權(quán)2

(1.廣東浩特普爾空調(diào)有限公司，廣東 佛山 528225； 2.山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

介紹了高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)工作原理及適合溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的應(yīng)用，測試了機(jī)組出風(fēng)狀態(tài)所能達(dá)到的含濕量及能效比，通過排風(fēng)能量全熱回收及熱泵冷凝熱回收技術(shù)與系統(tǒng)16 ℃～19 ℃高溫冷水的綜合應(yīng)用，計(jì)算了機(jī)組的節(jié)能潛力。

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，雙冷源，全熱回收，熱泵

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)作為一種全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備，能避免回風(fēng)對建筑環(huán)境安全的潛在威脅以及因回風(fēng)交叉污染造成傳染性疾病傳播的可能。其中新風(fēng)采用低溫送風(fēng)方式，承擔(dān)空調(diào)房間的全部濕負(fù)荷，使室內(nèi)末端裝置實(shí)現(xiàn)干工況運(yùn)行，避免室內(nèi)凝水滋生細(xì)菌，污染空調(diào)環(huán)境。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在防止病毒、細(xì)菌擴(kuò)散方面具有其他空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性[1-3]，逐漸受到人們的重視，成為一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境安全性和健康性目標(biāo)的有利措施。

目前溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)大部分應(yīng)用于16 ℃～19 ℃高溫冷水機(jī)組+深度除濕新風(fēng)空調(diào)[4-6]。新風(fēng)機(jī)組不但承擔(dān)了新風(fēng)全部濕負(fù)荷，還包括了室內(nèi)全部濕負(fù)荷及部分顯熱負(fù)荷，由此可見，高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)的除濕效果對溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的成功應(yīng)用起著關(guān)鍵的作用。

1 系統(tǒng)原理及運(yùn)行模式

高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)應(yīng)用了排風(fēng)能量全熱回收及熱泵冷凝熱回收兩項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)研發(fā)，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

1.1 夏季高溫高濕室外空氣處理過程

高溫潮濕的室外新風(fēng)依次經(jīng)過全熱回收器12及高溫冷水盤管11、蒸發(fā)器4、冷凝熱回收器5，新風(fēng)被全熱回收器12預(yù)冷及高溫冷水盤管11冷卻除濕后，再經(jīng)過蒸發(fā)器4進(jìn)一步降溫除濕，然后經(jīng)過冷凝熱回收器5升溫后送入室內(nèi)。室內(nèi)排風(fēng)分別經(jīng)過全熱回收器12后再經(jīng)過冷凝器2排出室外；排風(fēng)經(jīng)過全熱回收器12與新風(fēng)進(jìn)行全熱交換，有助于新風(fēng)預(yù)冷；室內(nèi)的低溫排風(fēng)有助于冷卻冷凝器2以增強(qiáng)其散熱能力，及降低耗電量提高能效比。全熱回收器12、高溫冷水盤管11、蒸發(fā)器4及冷凝熱回收器5串聯(lián)使用，有助于降低新風(fēng)含濕量及調(diào)節(jié)新風(fēng)出風(fēng)溫度，提高機(jī)組能效比及熱交換效率。

1.2 冬季低溫干燥空氣處理過程

當(dāng)室外空氣為低溫干燥空氣時，開啟壓縮機(jī)1，通過四通閥10換向?qū)崿F(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器的相互轉(zhuǎn)換。室外干燥、低溫的新風(fēng)依次經(jīng)過全熱回收器12及冷凝器4，被全熱回收器12預(yù)熱及冷凝器4加熱后送入室內(nèi),冷凝器4的排熱量用于加熱新風(fēng)。室內(nèi)高溫高濕空氣分別通過全熱回收器12，再經(jīng)過蒸發(fā)器2，降溫后被排出室外；電磁閥8開啟，電磁閥7關(guān)閉，冷凝熱回收器5不工作。

2 新風(fēng)機(jī)組實(shí)驗(yàn)測試

在新風(fēng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，新風(fēng)與排風(fēng)先進(jìn)行全熱交換，對經(jīng)過全熱交換器的新風(fēng)入口及出口的溫濕度進(jìn)行測試，以確定全熱回收器的熱回收效率；然后確定經(jīng)過高溫冷水盤管后的空氣狀態(tài)，再通過溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)要求新風(fēng)的含濕量，確定直接蒸發(fā)器的冷量，最后以要求的出風(fēng)溫度18確定冷凝熱回收量。

全熱回收器的效率及回收冷量的測量與計(jì)算?？紤]到新風(fēng)的高能耗及室內(nèi)排風(fēng)的低焓值，對二者進(jìn)行能量交換，以降低新風(fēng)機(jī)組對新風(fēng)處理的能耗，達(dá)到節(jié)能目的。

由能量平衡式：

m1(h1-h2)=m2(h4-h3)

(1)

及質(zhì)量平衡式：

m1(d1-d2)=m2(d4-d3)

(2)

m=vSρ

(3)

其中，m為質(zhì)量流量；h為空氣焓；d為空氣含濕量；v為空氣流速；S為通道面積；ρ為空氣密度，1.2 kg/m3。

新風(fēng)機(jī)風(fēng)量為1 150 m3/h時，測量得新風(fēng)入口，室內(nèi)空氣及設(shè)備各部位狀態(tài)參數(shù)見表1。

表1 室內(nèi)空氣及設(shè)備各部位狀態(tài)參數(shù)

通過全熱交換效率式：

(4)

及全熱回收冷量式：

Q=m(h1-h2)

(5)

全熱交換器新風(fēng)出口狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算：

(6)

(7)

得出夏季全熱交換效率ηh=52%，顯熱交換效率ηt=64%。

計(jì)算全熱交換器回收冷量：

Q1=1 150×1.2×(h2-h3)/3 600=6.5 kW。

表冷器制冷量：

Q2=1 150×1.2×(h2-h4)/3 600=7.2 kW。

蒸發(fā)器制冷量：

Q3=1 150×1.2×(h4-h5)/3 600=8 kW。

壓縮機(jī)冷凝熱回收升溫?zé)崃浚?/p>

Q4=1 150×1.2×(h6-h5)/3 600=2.26 kW。

壓縮機(jī)輸入功率Q5：1.63 kW。

壓縮機(jī)EER=4.9。

3 方案比較

高溫冷水機(jī)組+高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)與常規(guī)中央空調(diào)冷水機(jī)系統(tǒng)的方案比較。

以10 000 m2辦公場所為例，常規(guī)中央空調(diào)冷水機(jī)系統(tǒng)采用7 ℃/12 ℃冷凍水(方案1)，末端負(fù)荷為50 W/m2，1次換氣；高溫冷水機(jī)組+高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)采用16 ℃/19 ℃高溫冷凍水(方案2)，末端負(fù)荷為80 W/m2，1次換氣。

兩種方案的計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如表2所示。

表2 10 000 m2辦公場所空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

由此可見，基于高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)在溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)只是常規(guī)中央空調(diào)冷水機(jī)系統(tǒng)耗電量的140.8/246=57.23%。

4 結(jié)語

1)雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)空調(diào)由于回收低溫排風(fēng)冷量，利用低溫排風(fēng)冷卻制冷系統(tǒng)冷凝器，升溫除濕利用冷凝器排放廢熱進(jìn)行除濕，壓縮機(jī)EER達(dá)到4.9，空調(diào)系統(tǒng)能效大幅提高。

2)高溫冷水機(jī)組+高溫冷水雙冷源熱泵全熱回收新風(fēng)的中央空調(diào)系統(tǒng)只是常規(guī)中央空調(diào)耗電量的57.23%左右，節(jié)能效果明顯。

[1] 殷 平.室內(nèi)環(huán)境的安全性和獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)[J].暖通空調(diào),2003(3)：13-15.

[2] 左遠(yuǎn)志,楊曉西,丁 靜.轉(zhuǎn)輪除濕與單元式空調(diào)機(jī)相結(jié)合的空氣處理系統(tǒng)[J].建筑科學(xué),2008(6)：34-36.

[3] 劉拴強(qiáng),劉曉華,江 億.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)的研究(1):濕負(fù)荷計(jì)算[J].暖通空調(diào),2010(1)：18-19.

[4] 張海強(qiáng),劉曉華,江 億.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的性能比較[J].暖通空調(diào),2011(1)：21-24.

[5] 賈 磊,張秀平,田旭東,等.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研究進(jìn)展[J].流體機(jī)械,2011(4)：27-29.

[6] 田旭東,史 敏,周建誠,等.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中冷水設(shè)計(jì)溫差的選取探討[J].流體機(jī)械,2008(12)：32-34.

High temperature double cold heat source heat pump heat recovery conditioning in the application of the temperature and humidity independent control system

Lv Zhi1Cheng Quan2

(1.GuangdongHead-PowerAirConditioninglimitedCompany,Foshan528225,China; 2.ShanxiArchiteeturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

Introduces the double cold heat cold water source heat pump heat recovery air conditioning work principle and suitable for the application of temperature and humidity independent control system, tested the unit state can achieve the wind out of moisture content and can effect comparing, through the full heat recovery and exhaust air energy heat pump condensing heat recovery technology with 16 ℃～19 ℃ high temperature cooling water system of integrated application, calculation of the unit energy-saving potential.

temperature and humidity independent control system, double cold source, all the heat recovery, heat pump

1009-6825(2017)20-0132-02

2017-04-20

呂 智(1972- )，男，工程師； 程 權(quán)(1976- )，男，高級工程師

TU821

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