輻射空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)路線分析

摘 要：通過原理對比說明，單水冷技術(shù)路線的除濕能力不穩(wěn)定，節(jié)能性差，存在過冷現(xiàn)象;雙冷源技術(shù)路線的除濕能力穩(wěn)定，擁有變頻壓縮機進行深度除濕，除濕能力基本不會受水溫波動的影響;分體式除濕機技術(shù)路線的除濕不依賴熱泵，兩者獨立運行，但需考慮安裝空間。通過計算說明，制冷工況下，分體式除濕機技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線更節(jié)能，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合考慮，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機技術(shù)路線可以適用于不同的氣候環(huán)境。

關(guān)鍵詞：輻射空調(diào)系統(tǒng);分體式除濕機;單水冷除濕機;雙冷源除濕機

中圖分類號：TU831.6? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0075-04

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

0? ? 引言

輻射空調(diào)系統(tǒng)利用溫濕度獨立控制原理實現(xiàn)室內(nèi)溫度和濕度的控制，除濕機對輻射空調(diào)系統(tǒng)極其重要，目前市場上出現(xiàn)了單水冷除濕機、雙冷源除濕機、溶液除濕機以及分體式除濕機等各種形式的除濕機。對于整個系統(tǒng)的技術(shù)路線是以除濕機形式來區(qū)分，目前市場上仍以單水冷技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線為主。單水冷技術(shù)路線應(yīng)用和配套最為成熟，設(shè)備廠家眾多;雙冷源技術(shù)路線節(jié)能性較高，在零售市場已經(jīng)占據(jù)主流;而溶液除濕機目前在戶式系統(tǒng)中應(yīng)用較少;分體式除濕機技術(shù)路線已逐漸有廠家推出產(chǎn)品，市場上已經(jīng)有所應(yīng)用。對于各種技術(shù)路線，學(xué)者均有所研究，其中卜根等人[1]分析了單水冷技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線的優(yōu)缺點;李娜等人[2]對水冷式除濕、制冷劑直膨式除濕及雙冷源除濕進行了理論模擬分析，得出了利用直膨式除濕機的系統(tǒng)最節(jié)能的結(jié)論;趙紅梅[3]分析了雙冷源除濕機的應(yīng)用實例;涂敏[4]研究了冷輻射板技術(shù)與溶液除濕技術(shù)聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。本文重點對分體式除濕機技術(shù)路線、雙冷源技術(shù)路線和單水冷技術(shù)路線的制冷除濕進行了對比分析。

1? ? 原理分析對比

1.1? ? 分體式除濕機技術(shù)路線

分體式除濕機技術(shù)路線為熱泵提供16～19 ℃高溫水直接去輻射末端，分體式除濕機除濕提供新風(fēng)。熱泵提供高溫水按照正常水系統(tǒng)設(shè)計，但分體式除濕機的原理有所不同，下面對分體式除濕機的原理進行介紹。分體式除濕機有二管制和三管制的區(qū)別，二管制分體式除濕機夏季利用蒸發(fā)器除濕，再利用電加熱提高送風(fēng)溫度送至房間，這種方式的電加熱能耗較高;而三管制分體式除濕機利用冷凝熱來加熱送風(fēng)溫度，較節(jié)能。

下面詳細(xì)介紹三管制分體式除濕機。分體式除濕機原理如圖1所示，在普通除濕機的基礎(chǔ)上增加再熱換熱器，制冷除濕時，室外高溫高濕新風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器除濕后，經(jīng)過再熱換熱器加熱達到設(shè)置的溫度送至室內(nèi);制冷劑側(cè)，壓縮機排出的高壓高溫氣體主要經(jīng)四通閥去室外機冷凝器冷凝放熱，再經(jīng)制熱電子膨脹閥和第一電子膨脹閥節(jié)流后去蒸發(fā)器;另一部分直接去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，經(jīng)第二電子膨脹閥節(jié)流后去蒸發(fā)器;兩路匯合后在蒸發(fā)器制冷除濕后經(jīng)四通閥回到壓縮機。

1.2? ? 雙冷源技術(shù)路線

雙冷源技術(shù)路線為熱泵提供16～19 ℃高溫水，一路提供給輻射末端，另一路提供給雙冷源除濕機。這種技術(shù)路線的雙冷源除濕機按照工作原理可以分為兩種：第一種并聯(lián)方案如圖2（a）所示，室外高溫高濕新風(fēng)先經(jīng)通高溫水的第一換熱器預(yù)冷后再經(jīng)蒸發(fā)器深度除濕，然后經(jīng)過再熱換熱器加熱達到設(shè)置的溫度送至室內(nèi);制冷劑側(cè)，壓縮機排出的高壓高溫氣體一部分主要去通冷水的板式換熱器冷凝放熱，經(jīng)主電子膨脹閥節(jié)流去蒸發(fā)器，另一部分去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，經(jīng)輔電子膨脹閥節(jié)流去蒸發(fā)器;兩路匯合后回壓縮機。第二種雙冷源除濕機也具備再熱功能，如圖2（b）所示，但其再熱能力比第一種雙冷源機器要小，新風(fēng)側(cè)流經(jīng)途徑相同，但制冷側(cè)有區(qū)別，壓縮機排出的高壓高溫氣體直接去通冷水的板式換熱器冷凝放熱，再去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，節(jié)流去蒸發(fā)器制冷除濕回壓縮機。雙冷源除濕機并聯(lián)方案可以提供的冷凝熱更多，送風(fēng)溫度控制更精確，但控制邏輯較復(fù)雜，對于設(shè)計能力有一定的要求，主、輔電子膨脹閥的開度調(diào)節(jié)直接影響整個制冷循環(huán)的運行參數(shù)，特別是主電子膨脹閥的開度;串聯(lián)方案控制風(fēng)溫的精確度沒有并聯(lián)方案高，高低負(fù)荷下風(fēng)溫可調(diào)節(jié)范圍較并聯(lián)方案窄，但控制邏輯較并聯(lián)方案簡單，只有一個電子膨脹閥。

1.3? ? 單水冷技術(shù)路線

單水冷技術(shù)路線為熱泵提供7～12 ℃冷水，一路供給換熱中心，二次側(cè)水泵將置換出高溫水輸送去輻射末端;另一路冷水直接供給單水冷機器，單水冷除濕機直接采用熱泵提供的冷水進行除濕。單水冷除濕機的除濕能力完全依靠熱泵，熱泵水溫只要不穩(wěn)定，除濕能力就會波動，可能導(dǎo)致房間結(jié)露，需要加裝水箱來保證水溫穩(wěn)定。初始開機時，系統(tǒng)水溫較高，熱泵需要將系統(tǒng)的水溫降至設(shè)定溫度，單水冷除濕機才能開啟，而且系統(tǒng)又加裝了水箱，熱泵降至設(shè)定水溫的時間延長。達到水溫之后，單水冷除濕機開啟，新風(fēng)除濕后送至房間內(nèi)，換熱中心根據(jù)房間的露點來調(diào)節(jié)送水溫度，總的來說，房間達到設(shè)定溫度所需時間較長。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，夏季輻射空調(diào)系統(tǒng)對除濕能力要求較高，但單水冷除濕機除濕能力完全依靠熱泵，除濕不穩(wěn)定。對于單水冷除濕機，其設(shè)計和控制邏輯極其簡單。為了控制風(fēng)溫，廠家會增加電加熱來提升出風(fēng)溫度，如果不提升送風(fēng)溫度，對于風(fēng)管的保溫厚度就要增加，而且在過渡季節(jié)房間會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。風(fēng)溫過低，嚴(yán)重時送風(fēng)方式會影響樓下的住戶，樓下住戶的樓板會出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象，但增加電加熱，又會增加除濕機能耗。因此，這種技術(shù)路線正逐漸被取代。

1.4? ? 技術(shù)路線對比

通過原理對比可知，分體式除濕機技術(shù)路線可以達到雙冷源技術(shù)路線的效果，同時減少了對熱泵的依賴，無冷卻水泵就可以獨立工作，室內(nèi)機減少了壓縮機，使室內(nèi)機噪聲和體積都減小了。單水冷技術(shù)路線完全依賴熱泵，需增加換熱中心且不節(jié)能，但設(shè)備和設(shè)計等簡單。由此可以發(fā)現(xiàn)，從原理上分析，分體式除濕機技術(shù)路線綜合來說，獨立運行，室內(nèi)機體積和噪聲小，增加了一個室外機，需要考慮安裝問題。雙冷源技術(shù)路線除濕同樣穩(wěn)定，室外機較分體式技術(shù)路線少一個。

2? ? 理論計算

2.1? ? 工況和設(shè)備參數(shù)

計算設(shè)定制冷工況：室外溫度35 ℃，相對濕度60%，額定新風(fēng)量500 m3/h，末端負(fù)荷8 kW;除濕工況：室外溫度24 ℃，相對濕度80%，額定新風(fēng)量500 m3/h，末端無負(fù)荷。各技術(shù)路線的設(shè)備參數(shù)如表1所示。

2.2? ? 計算方法

利用Solkane軟件和Excel軟件進行計算，如圖3所示，將冷媒統(tǒng)一設(shè)定為R410A，冷凝溫度根據(jù)環(huán)境溫度和負(fù)荷率選取，滿負(fù)荷選取13 ℃，低負(fù)荷選取10 ℃;一體機出風(fēng)含濕量為7.6 g/kg，利用制冷循環(huán)界面將設(shè)備的耗電量計算出來，再加上水泵、風(fēng)扇等設(shè)備耗電量，以此計算出系統(tǒng)總耗電量。

2.3? ? 計算結(jié)果分析

計算結(jié)果如表2所示。制冷工況下，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機技術(shù)路線均比單水冷技術(shù)路線節(jié)能，耗電量分別為5.25 kW·h和5.29 kW·h，相較于單水冷技術(shù)路線耗電量百分比僅為81.3%和81.9%。除濕工況下，分體式除濕機技術(shù)路線最節(jié)能，耗電量僅為1.42 kW·h，相較于單水冷技術(shù)路線耗電量百分比為79.3%;雙冷源技術(shù)路線耗電量最大，達到2.09 kW·h，分析原因為空氣源熱泵此時需要運轉(zhuǎn)，水泵也需要輸送冷水至雙冷源除濕機帶走除濕冷凝熱，增加了耗電量;單水冷技術(shù)路線耗電量為1.79 kW·h，此時單水冷技術(shù)路線耗電量降低是因為換熱中心不需要工作，等于熱泵直接出冷水除濕。

由分析計算結(jié)果可知：制冷工況下，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機技術(shù)路線更節(jié)能，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合分析，單水冷技術(shù)路線節(jié)能性最差，分體式除濕機技術(shù)路線綜合考慮耗電量最小，雙冷源技術(shù)路線除濕工況表現(xiàn)差。因此，雙冷源技術(shù)路線可以適用于大部分時期環(huán)境溫度和濕度都很高、設(shè)備安裝空間較小的建筑，分體式除濕機技術(shù)路線可以適用于梅雨季節(jié)較長、空間足夠的建筑，單水冷技術(shù)路線從能耗角度考慮則不推薦。

3? ? 結(jié)論

本文通過原理分析和計算對比，主要可以得出以下兩點結(jié)論：

（1）通過原理對比，單水冷技術(shù)路線除濕不穩(wěn)定，節(jié)能性最差，需要換熱中心;雙冷源技術(shù)路線擁有變頻壓縮機進行深度除濕，除濕能力基本不會受水溫波動的影響，但也依賴熱泵，適用于高溫高濕環(huán)境和設(shè)備安裝空間較小的建筑;分體式除濕機技術(shù)路線除濕不依賴熱泵，適用于梅雨季節(jié)較長、空間足夠的建筑。

（2）通過計算可知，制冷工況下，分體式除濕機技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線耗電量相近，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合考慮，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機技術(shù)路線可以適用于不同的氣候環(huán)境。

[參考文獻]

[1] 卜根，王倩.分戶式輻射毛細(xì)管空調(diào)兩種不同的技術(shù)方案可行性分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（30）：3179.

[2] 李娜，王永紅，張欽，等.不同除濕方式戶式輻射空調(diào)系統(tǒng)能耗研究[J].暖通空調(diào)，2021，51（7）：100-103.

[3] 趙紅梅.雙冷源全新風(fēng)除濕機應(yīng)用實例分析[J].硫磷設(shè)計與粉體工程，2020（4）：27-31.

[4] 涂敏.輻射制冷與溶液除濕系統(tǒng)的性能分析及優(yōu)化設(shè)計[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

收稿日期：2022-02-11

作者簡介：閆旭（1993—），男，安徽人，助理工程師，研究方向：除濕機設(shè)計及輻射空調(diào)系統(tǒng)。