對(duì)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的探析

安文卓， 劉澤勤， 裴 鳳

（天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

0 引言

在夏熱冬冷地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)的濕負(fù)荷是冷負(fù)荷的重要組成部分，許多城市夏季平均相對(duì)濕度較高，常采用通過7℃低溫水的冷凝除濕方法除去室內(nèi)潛熱和顯熱負(fù)荷，但由于吸收的顯熱與潛熱比變化范圍有限，當(dāng)超出這一范圍，系統(tǒng)僅滿足對(duì)溫度的控制需要，極易造成室內(nèi)濕度過高。因此，采用冷凝除濕傳統(tǒng)形式達(dá)到降溫除濕的目的常會(huì)降低室內(nèi)空氣品質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)僅考慮滿足室內(nèi)除濕需求時(shí)，又會(huì)造成送風(fēng)溫度的過度冷卻，需要再熱器對(duì)房間進(jìn)行升溫處理，造成能源浪費(fèi)[1，2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)空調(diào)負(fù)荷高峰值已達(dá)4500萬kW，降低空調(diào)能耗已成為建筑節(jié)能技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容[3]。為解決常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中溫度與濕度控制耦合的問題，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，通過對(duì)溫度和濕度分別調(diào)節(jié)，最大程度地降低能源消耗，滿足人們對(duì)空氣品質(zhì)的追求。

1 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

溫濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)包括溫度控制與濕度控制兩個(gè)子系統(tǒng)，分別處理室內(nèi)的顯熱和潛熱負(fù)荷。在供冷的夏季，承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷的冷水，其供水溫度可從7℃提高到18℃左右，可使用天然冷源進(jìn)行冷卻，而室內(nèi)潛熱負(fù)荷可由除濕系統(tǒng)處理過的新風(fēng)全部承擔(dān)。圖1為溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)示意圖[4]。組成溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)主要由高溫冷水機(jī)組、去除顯熱的室內(nèi)末端裝置和新風(fēng)處理機(jī)組、去除潛熱的室內(nèi)送風(fēng)末端裝置?？梢愿鶕?jù)不同房間的溫濕度需求對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，精確控制送風(fēng)溫度和濕度，保證室內(nèi)環(huán)境控制要求，從而解決室內(nèi)空氣處理的顯熱和潛熱與室內(nèi)熱濕負(fù)荷相匹配的問題，減少能量損失。但該系統(tǒng)也存在著一些問題，如對(duì)控制系統(tǒng)要求更加嚴(yán)格，初投資較大，機(jī)組體型較大、占用空間，系統(tǒng)更加復(fù)雜等[5，6]。

2 溫度控制

因無需承擔(dān)除濕，可選用較高溫度（18～21℃）的天然冷源作為冷水來排除室內(nèi)顯熱，如深井水、土壤源、江海湖泊等。地源熱泵利用地下熱交換器和地?zé)崮苓M(jìn)行熱交換，從地下獲取冷量，去除房間顯熱負(fù)荷。在某些情況下，地下熱交換器的出口溫度就能夠達(dá)到18℃，可以直接滿足室內(nèi)溫度需求，而無需啟動(dòng)熱泵機(jī)組，節(jié)約了能源[7]。太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，具有清潔無污染、廉價(jià)易得的優(yōu)點(diǎn)，可以利用太陽(yáng)能吸收式或吸附式制冷空調(diào)系統(tǒng)為房間提供冷源，通過顯熱末端裝置，如輻射板、主動(dòng)式冷梁、干式風(fēng)機(jī)盤管或運(yùn)行在干工況下的普通風(fēng)機(jī)盤管等進(jìn)行降溫處理 輻射板能直接與室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行換熱，減少常規(guī)供冷方式中的不可逆損失，且輻射均勻，無溫度死角，常采用通過將特制的塑料管直接埋在水泥樓板中，形成冷輻射地板或樓板[9，10]，或以金屬、塑料為材料，制成模塊化的輻射板產(chǎn)品，安裝在室內(nèi)形成冷輻射吊頂或墻壁。而對(duì)于干式風(fēng)機(jī)盤管，由于供水溫度較高，在給定供、回水溫度情況下，同一盤管干工況的制冷量約為濕工況的30%～40%，耗能較大[11]。

3 濕度控制

濕度控制系統(tǒng)由新風(fēng)處理機(jī)組、送風(fēng)末端裝置組成，通過新風(fēng)處理機(jī)組向室內(nèi)送入干燥新風(fēng)來承擔(dān)全部室內(nèi)潛熱負(fù)荷，并通過改變送風(fēng)量輔助調(diào)節(jié)濕度，同時(shí)去除室內(nèi)CO2與異味。常用溫度控制系統(tǒng)的末端裝置有置換通風(fēng)口、個(gè)性化送風(fēng)口等形式[4]，而新風(fēng)處理方式種類較多，如冷卻除濕、轉(zhuǎn)輪除濕、溶液除濕等。圖2是冷卻除濕系統(tǒng)組成示意圖，常溫潮濕空氣通過風(fēng)機(jī)被吸入機(jī)器內(nèi)，空氣中的水蒸氣通過與蒸發(fā)器換熱液化成水滴，被排出機(jī)外，經(jīng)過處理后的干燥空氣在經(jīng)過冷凝器升溫至常溫進(jìn)入房間[12]。

轉(zhuǎn)輪除濕是通過物理或化學(xué)過程吸附濕空氣中的水分子以達(dá)到除濕的目的。圖3為轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)原理圖，由吸濕轉(zhuǎn)輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、外殼、風(fēng)機(jī)及再生加熱器等組成，轉(zhuǎn)輪被隔板分為3/4的除濕區(qū)和1/4的再生區(qū)。隨溫度的變化，吸濕劑中水蒸氣分壓力與空氣中水蒸氣分壓力亦在發(fā)生變化，吸濕劑在各分區(qū)對(duì)水蒸氣分別產(chǎn)生吸收和釋放作用。轉(zhuǎn)輪以一定速度不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，反復(fù)循環(huán)達(dá)到連續(xù)除濕的目的[13]。但轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)存在再生能耗偏高的問題，降低轉(zhuǎn)輪除濕再生能耗是復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問題[14]。綜合冷卻除濕與轉(zhuǎn)輪除濕的特點(diǎn)，梁仲智[15]提出將二者組合用來除濕：前期用冷卻除濕降溫，后期用轉(zhuǎn)輪除濕以保證低濕度，且前期的降溫更有利于后期的轉(zhuǎn)輪吸附除濕。通過優(yōu)化結(jié)合，互補(bǔ)所短，在滿足濕度要求的前提下，有效降低工程造價(jià)和運(yùn)行耗電。

溶液除濕作為一種新型的除濕方法，其所需熱源可由低品位熱源提供，如廢熱余熱、太陽(yáng)能等；所采用的溶液除濕劑不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，而且具有很強(qiáng)的蓄能能力，此除濕方法有較好的除塵殺菌作用，大大提高空氣品質(zhì)[16]。圖4為溶液除濕原理圖，在熱交換器中濃溶液對(duì)需要除濕的空氣進(jìn)行噴淋除濕，吸收空氣中的水蒸氣后轉(zhuǎn)化為稀溶液；而稀溶液又可以在再生器中通過加熱的方式變成濃溶液循環(huán)利用。常用的溶液除濕劑有溴化鋰溶液、氯化鋰溶液、氯化鈣溶液、乙二醇、三甘醇等[17]。但除濕劑溶液具有腐蝕性，容易損害容器，同時(shí)存在除濕劑泄露危害人體健康的可能性。

除了上述除濕方法外，現(xiàn)在空調(diào)常用的除濕方式還有膜除濕、加壓冷卻除濕等[18]。

4 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)組合形式

通過對(duì)溫度和濕度控制系統(tǒng)的探索，發(fā)現(xiàn)在不同工況下需要考慮結(jié)合不同的控制系統(tǒng)，達(dá)到滿足特定環(huán)境的參數(shù)要求。溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有多種形式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同工程實(shí)際案例，利用不同溫濕度控制結(jié)合形式，給出了詳細(xì)地解決方案。向靈均等[19]將溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的不同之處歸結(jié)為新風(fēng)處理方法的不同，將其分為五種形式：轉(zhuǎn)輪除濕+高溫冷源降溫、溶液除濕+高溫冷源降溫、雙溫冷源冷凍除濕+降溫、單溫冷源冷凍除濕+降溫、聯(lián)合除濕等。路詩(shī)奎等[20]提出了一種溶液除濕與輻射供冷聯(lián)合的熱濕獨(dú)立處理的新型空調(diào)系統(tǒng)，將毛細(xì)管輻射末端作為一種新型的用來控制顯熱的末端裝置，并指出了新型空調(diào)制冷系統(tǒng)的研究方向。金梧鳳、朱穎秋等[21～24]專門對(duì)毛細(xì)管輻射系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性研究，將溶液除濕與輻射頂板相結(jié)合的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的節(jié)能效果。

5 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能減排已成為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容之一，為解決常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中溫度與濕度控制耦合的問題，采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，能夠解決室內(nèi)空氣處理過程中顯熱和潛熱與室內(nèi)熱濕負(fù)荷相匹配的問題，并可使用低品位的天然冷源，對(duì)溫濕度實(shí)施精確控制。根據(jù)不同地區(qū)氣候條件或參數(shù)需求，在系統(tǒng)的方式上可有多種組合，特別是對(duì)溶液除濕與毛細(xì)管輻射供冷相結(jié)合的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的研究，在節(jié)約能源和提高空氣品質(zhì)方面有廣闊的發(fā)展前景。因此，進(jìn)一步深入探索和研究溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)對(duì)降低建筑能耗具有很好的實(shí)際意義。

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收稿日期：2012-12-07

修回日期：2013-01-07