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不同新風處理方式下,溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用,非常詳細

作者:CEO 時間:2023-02-03

信息摘要:溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)本世紀初由清華大學(xué)提出,因其高效、節(jié)能、健康、舒適的特點,得到國內(nèi)工程界的廣泛認可?!睹裼媒ㄖ┡L與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB–2012對溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的概念、適用范圍、設(shè)計要點等給出了明確的規(guī)定,從國家標準的角度為設(shè)計應(yīng)用提供了依據(jù)。相對于常規(guī)空

不同新風處理方式下,溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用,非常詳細

不同新風處理方式下,溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用,非常詳細

  溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)本世紀初由清華大學(xué)提出,因其高效、節(jié)能、健康、舒適的特點,得到國內(nèi)工程界的廣泛認可。《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB–2012對溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的概念、適用范圍、設(shè)計要點等給出了明確的規(guī)定,從國家標準的角度為設(shè)計應(yīng)用提供了依據(jù)。

  相對于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)采用兩套獨立的系統(tǒng)分別對空調(diào)區(qū)的溫度、濕度進行處理,其中干式末端采用高溫冷水,處理空調(diào)區(qū)的溫度,負擔全部顯熱負荷;獨立新風系統(tǒng)處理濕度,負擔全部濕負荷。一般來說,溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:樹上鳥教育暖通設(shè)計在線教學(xué)杜老師。

 ?。?)節(jié)能:冷源采用高溫冷水機組,效率大大提高;除濕新風機組一般均具有排風全熱回收功能;大多數(shù)的除濕新風機組可獨立除濕運行,過渡季節(jié)可以減少主機開啟時間。

 ?。?)舒適:室內(nèi)溫度由干式末端控制,室內(nèi)相對濕度由獨立新風系統(tǒng)控制,互不影響,全年均可獲得舒適的室內(nèi)環(huán)境。

 ?。?)健康:空調(diào)末端干工況運行,可以避免冷凝水系統(tǒng)引起的各種健康問題。

 ?。?)容易采用各種低品位能源,拓寬了能源應(yīng)用范圍。如易于結(jié)合水蓄冷技術(shù),充分利用低谷電價;易于采用地源、水源等各種自然能源能源;易于采用蒸發(fā)冷卻技術(shù);易于利用工業(yè)余熱、廢熱等。

  經(jīng)過近20年的理論研究及工程實踐,溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展出不同的應(yīng)用形式,其中干式末端有干式風機盤管、輻射式末端、冷梁等。干式末端形式的變化,僅反映了熱量交換方式的變化,對空調(diào)系統(tǒng)影響較大的是濕度處理即獨立新風處理方式的變化。

  《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第7.3.15條列出的有:溶液除濕、冷卻除濕、轉(zhuǎn)輪除濕三種方式,其中冷卻除濕包括普通的低溫水冷卻除濕和雙冷源除濕。當溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)采用不同的新風處理方式時,空調(diào)冷、熱源的容量、干式末端的選擇、輸配系統(tǒng)的計算等均有較明顯的區(qū)別,系統(tǒng)的經(jīng)濟性、節(jié)能性也不同,本文試圖通過一個工程實例,對不同的新風處理方式予以分析。

  項目位于山東省濟南市,包括A、B、C、D四座辦公樓、裙房、地下車庫,總建筑面積為.13m2,其中A、C座為28層塔式辦公樓,采用溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng),干式末端采用干式風機盤管,圖1為標準層平面圖,標準層建筑面積1443m2,空調(diào)面積970m2。表1為夏季室內(nèi)外計算、設(shè)計參數(shù),表2為標準層夏季空調(diào)計算數(shù)據(jù)。

  (1)溫濕度聯(lián)合控制

  常規(guī)溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)采用7℃/12℃低溫冷水為冷源,采用風機盤管加新風系統(tǒng)作為空氣處理的主要手段,對室內(nèi)空氣降溫的同時對室內(nèi)空氣進行除濕。溫度濕度聯(lián)合控制主要存在如下問題:

  1)為了滿足除濕需要,系統(tǒng)需提供7℃的低溫冷水,造成冷源主機效率較低。

  2)由于空調(diào)區(qū)域冷、濕負荷不是同步變化,在不具備再熱條件的舒適性空調(diào)系統(tǒng)中,基本是以室內(nèi)干球溫度為控制目標,相對濕度失控,室內(nèi)舒適性較差。

  3)室內(nèi)風機盤管及新風機組均為濕工況運行,凝水盤易產(chǎn)生細菌,影響空氣品質(zhì),引起空調(diào)病。

  圖2是溫濕度聯(lián)合控制新風處理設(shè)備示意圖。新風經(jīng)空氣-空氣熱回收裝置回收排風中能量,經(jīng)表冷器降溫除濕,送入室內(nèi)。溫濕度聯(lián)合控制的設(shè)備生產(chǎn)廠家較多,造價低。

  (2)雙冷源除濕

  新風機組設(shè)有排風全熱回收裝置,新風在經(jīng)全熱回收裝置預(yù)冷后,再經(jīng)前后兩組盤管進行冷卻除濕,其中前盤管為冷水盤管,采用高溫冷水對新風進行預(yù)冷處理;后盤管為直接蒸發(fā)盤管,用于新風深度除濕。在機組排風側(cè),排風在經(jīng)全熱回收后,再經(jīng)過一個蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),對排風進行二次全熱回收,同時帶走除濕冷源的冷凝熱。圖3是雙冷源除濕設(shè)備示意圖。

  雙冷源除濕具有如下特點:

  1)內(nèi)置冷源深度除濕,負擔全部潛熱負荷及一部分顯熱負荷,降低冷源需求;

  2)利用常規(guī)冷卻除濕原理,工藝簡單;

  3)空調(diào)系統(tǒng)充分利用高溫冷水,但高溫冷水需接入新風機組;

  4)新風機組本身為濕工況運行,需要對機組及新風進行相應(yīng)的消毒、凈化處理。

  (3)溶液除濕

  利用溴化鋰等鹽溶液在不同濃度下吸濕能力差別較大的特點,綜合采用熱泵熱回收等技術(shù),具有除濕、加濕、調(diào)溫、熱回收、殺菌過濾等功能的新風處理方式。夏季,室外高溫高濕的新風在全熱回收單元內(nèi)與低溫濃溶液進行熱質(zhì)交換,升溫后的稀溶液泵送到全熱回收單元的排風側(cè),與室內(nèi)低溫干燥的排風進行熱質(zhì)交換,溫度降低、濃度提高,完成新排風的全熱回收循環(huán)。

  經(jīng)全熱回收單元初步降溫除濕后的新風進入除濕單元,經(jīng)內(nèi)置熱泵的蒸發(fā)器降溫的溫度更低、濃度更高的溶液進一步降溫除濕,送入室內(nèi)。

  濃度變低的稀溶液進入再生單元,再生單元內(nèi),經(jīng)全熱回收單元初步升溫的空氣被內(nèi)置熱泵的冷凝器進一步加熱,對溶液進行加熱,升溫后的溶液,水分析出被空氣帶走,溶液被濃縮,實現(xiàn)再生。圖4是溶液除濕設(shè)備示意圖。

  溶液除濕具有如下特點:

  1)自帶完善的制冷、熱泵再生系統(tǒng),負擔全部潛熱負荷及一部分顯熱負荷,降低冷源需求;

  2)熱泵式溶液除濕機組不需外接其他冷源,大大簡化了空調(diào)水系統(tǒng);

  3)整個系統(tǒng)沒有濕工況,一般認為鹽溶液具有殺菌消毒特點;

  4)鹽溶液具有較強的腐蝕性,對設(shè)備防腐、防止飄液等提出較高的要求;

  5)設(shè)備較復(fù)雜,控制環(huán)節(jié)較多,對可靠性提出更高要求。

  (4)轉(zhuǎn)輪除濕

  固體吸附式轉(zhuǎn)輪除濕,簡稱轉(zhuǎn)輪除濕。核心部件為一不斷緩慢轉(zhuǎn)動的蜂窩狀涂有高吸附性材料(氯化鋰、硅膠、分子篩等)的轉(zhuǎn)輪,由密封條分成兩個扇區(qū):270°的除濕扇區(qū)和90°的再生還原扇區(qū)。濕空氣經(jīng)過除濕扇區(qū)時,水蒸氣被吸濕性材料吸附發(fā)生相變,釋放潛熱,空氣被干燥除濕。吸濕材料吸附了水分后,吸濕能力喪失,進入再生扇區(qū),被再生空氣加熱到100℃~140℃,已吸收的水分被脫附,轉(zhuǎn)輪恢復(fù)吸濕能力。

  轉(zhuǎn)輪除濕的除濕量主要取決于空氣中的絕對含濕量,能連續(xù)地獲得低露點空氣,缺點是再生環(huán)節(jié)能耗高。目前主要用于制藥、航空、鋰電池、電子、玻璃、膠片等對濕度要求較高、對能耗不敏感或容易獲得再生熱源的工業(yè)領(lǐng)域。轉(zhuǎn)輪除濕的工作原理如圖5。

  (1)溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)

  常規(guī)溫濕度聯(lián)合控制空調(diào)系統(tǒng)中,新風機組和風機盤管均采用7℃/12℃冷水作為冷源,新風、風機盤管均負擔潛熱、顯熱,處理過程很多論文均有闡述。本文按熱回收新風機組、新風處理到室內(nèi)等d線,圖6是新風在h-d圖上的處理過程:

  其中排風熱回收裝置采用全熱型,熱回收狀態(tài)點R按顯熱效率ηt=60%、焓效率ηh=50%計算確定:

  新風機組、風機盤管負荷均由7℃/12℃集中冷源承擔,計121kW。

  (2)基于內(nèi)冷式雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

  圖7是內(nèi)冷式雙冷源除濕新風機組在h-d圖上的處理過程。

  熱回收狀態(tài)點R確定過程同3.1;L1為高溫冷水預(yù)冷后的機器露點,當高溫冷水供水溫度為14℃時,取干球溫度19℃,稱為第一機器露點;L2為新風機組內(nèi)置冷源除濕后的狀態(tài)點,取含濕量DL時的機器露點,稱為第二機器露點;最后由內(nèi)置冷源的冷凝器將被處理空氣再熱至18℃,達到送風狀態(tài)點C。

  dL為空調(diào)系統(tǒng)處理室內(nèi)余濕需要的送風含濕量,根據(jù)空調(diào)濕負荷W、新風量LX按下式計算:

  新風機組預(yù)冷負荷及干式風機盤管負荷均由高溫冷源承擔,高溫冷源負荷:

  (3)基于溶液除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

  圖8是熱泵式溶液除濕新風機組在h-d圖上的處理過程。

  溶液除濕機組內(nèi)置全熱回收、除濕、再生功能,直接把室外新風處理到所需的送風狀態(tài)點C,圖中的C點同雙冷源除濕,即干球溫度18℃,絕對含濕量dC=9.6g/kg。

  新風機組負荷:

  (4)基于轉(zhuǎn)輪除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)

  為與前面幾種處理方案一致,采用轉(zhuǎn)輪除濕時,按首先通過全熱回收。圖9是轉(zhuǎn)輪除濕在h-d圖上的處理過程。

  R為熱回收狀態(tài)點,確定過程同3.1。除濕轉(zhuǎn)輪的除濕負荷WZ為室內(nèi)濕負荷W與新風濕負荷WX之和:

  可以看到,轉(zhuǎn)輪除濕的過程是一個升溫去濕過程,接近于等焓過程,其原因一方面水蒸氣相變釋放的潛熱全部被除濕空氣吸收,另一方面,再生區(qū)轉(zhuǎn)輪蓄熱的部分顯熱也被除濕空氣吸收。新風升溫后多余的熱量增加了室內(nèi)顯熱處理末端的負荷,干式風機盤管應(yīng)負擔的負荷為:

  再生加熱量:

  為便于客觀比較不同新風處理方式的節(jié)能性,現(xiàn)確定比較標準如下:

  冷源:常規(guī)工況7℃/12℃離心式冷水機組,COP=5.0;高溫工況14℃/19℃離心式冷水機組,COP=8.0;冷負荷為相應(yīng)需要主機負擔的負荷:

  冷水泵:按揚程36m、根據(jù)負擔負荷Q、溫差Δt=5℃計算流量G,按下式計算輸入功率(水泵效率按70%):

  新風機組:熱泵式溶液除濕新風機組按整機COP=6計算其耗電量,冷負荷為包括熱回收在內(nèi)新風機組處理的全部負荷;內(nèi)冷式雙冷源除濕新風機組按內(nèi)置冷源COP=5計算其耗電量,冷負荷為需要內(nèi)置冷源負擔的負荷。余壓相同情況下,各方案送/排風機功率與機組內(nèi)部阻力有關(guān),略有差別,但相對整個系統(tǒng)的能耗來說,新風輸送能耗的差別較小,工程上可以忽略。

  上表中,溫濕度聯(lián)合控制未考慮任何再熱措施,而是采用露點送風,新風可以負擔更多的室內(nèi)負荷,但其后果就是室內(nèi)濕度無法控制。如新風系統(tǒng)采取再熱措施,達到與溶液除濕、雙冷源除濕相同的送風狀態(tài)點,則能耗必將大幅度上升。

  1)采用溶液除濕、雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)較溫濕度聯(lián)合控制系統(tǒng)均具有明顯的節(jié)能效果。

  2)由于雙冷源除濕利用高溫冷源的比例較高,而高溫冷源的COP遠大于常規(guī)冷源,因此,雙冷源除濕的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性略好。

  3)溶液除濕新風機組本身的供冷能力較高,大大降低了對集中高溫冷源的需求,對于采用地源熱泵等集中冷源造價較高時,對于降低初投資較為有利。

  4)當溶液除濕新風機組采用廢熱作為再生熱源時,溶液除濕的節(jié)能率將大大提高。

  5)充分利用高溫冷源、提高冷源的COP是提高溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟性的關(guān)鍵,利用低溫冷源換熱制備高溫冷源的做法是不可取的,利用普通冷水機組在高溫工況下運行,其COP遠達不到高溫冷水機組的效率,節(jié)能效果也要大打折扣。

  6)轉(zhuǎn)輪除濕的能耗遠高于其他任何除濕方式,不宜在舒適性空調(diào)系統(tǒng)中采用。#暖通設(shè)計杜老師##我要上條頭#

  本文作者:山東省建筑設(shè)計研究院李向東

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