温湿度独立控制系统在高温高湿环境的应用

温湿度独立控制系统在高温高湿环境的应用
摘要独立新风加干式风机盘管空调系统可以避免和改善常规空调系统在空气处
理过程中存在的弊端。

本文针对夏热冬暖地区的空调系统，首先将常规再热和非再热空调系统与进行对比分析，而后，分析各类实用案例，对室内空气温度与相对湿度状态进行了分析。

结果表明，独立新风加干式风机盘管空调系统在全年空调运行中能保持较好的温湿度控制精度与稳定性，且全年节能效果显著。

关键词：温湿度独立控制; 干式风机盘管
引言
为满足人体舒适感的要求，空调设备在调节温度同时，需要对湿度进行调节。

根据ASHRAEStandard 62-2001 的要求，相对湿度必须在30% ～60% 之间。

一般来说，除湿消耗的冷量占空调总冷量的30% ～ 50%［1］。

在高温高湿地区，由于大量新风的引入，空调的能源使用量增加更为明显。

这就需要对空调系统的节能与优化进行研究，温湿度独立控制系统是一个有效的解决途径。

干式盘管加独立新风系统是采用独立新风控制湿度，承担室内全部潜热负荷和部分显热负荷，利用干式风机盘管去除其余显热负荷达到送风温湿度要求的空调系统。

1.空调系统对比分析
常规再热系统和常规非再热系统的冷冻水供水水温为7 ℃，冷水机组均采用5 ℃的供回水温差。

冷冻水分别流入并联连接的新风机组和风机盘管。

图1 为常规再热系统空气处理过程焓湿图，室外新风状态点0 经新风机组冷却除湿到状态点2，室内回风经风机盘管等湿冷却到状态点3，二者混合至状态点4，为了达到室内送风温湿度要求，处理后的空气需要再热到状态点5，再沿ε线送入室内承担室内热湿负荷。

常规非再热系统的空气处理过程与常规再热系统基本相同，不同的是空气处理至状态点4 后，不经过4 ～ 5 空气再热过程，直接送入室内承担室内热湿负荷。

常规再热系统采用温湿度耦合处理存在很多弊端。

一是由于对湿度的控制能力较弱，常为满足室内温度需要而忽视湿度的调节。

尤其在过渡季，随着显热负荷的减少，风机盘管的供水水温相应提高，会导致系统除湿能力下降。

二是对于工艺性空调和一些对温湿度有较高要求的场所，为了达到送风温度要求，还要对冷却除湿后的空气进行再热处理，造成了能源的浪费。

三是风机盘管湿工况运行会有冷凝水产生，空气中的杂质使得冷凝水管很容易堵塞，导致冷凝水外溢，从而产生破坏吊顶装修等诸多问题。

四是处理后的湿空气通过风管传送，在风管内会造成二次污染，夜间及非工作日停止运行时，冷凝水盘容易成为细菌病原微生物的滋生地，污染物随着空气送入室内，污染整个建筑的空气环境。

采用增加引入新风量的方式，可以解决日趋严重的室内空气质量问题，但会造成能源的浪费。

独立新风加干式风机盘管空调系统空气处理过程如图 2 所示，室外新风状态点0 经新风机组冷却除湿到状态点2，室内回风经干式风机盘管等湿冷却到状态点3，二者混合至状态点4，再沿ε线送入室内承担室内热湿负荷。

独立新风加干式风机盘管空调系统可有效解决常规空调系统存在的弊端，提供较好的温湿度控制和良好的空气品质，同时可以降低能耗。

图2 独立新风加干式风机盘管空调系统
2.应用举例
2.1世博会瑞典王国馆的应用
瑞典王国馆属于2010 年上海世博会第一类外国自建展馆, 该建筑坐落在
世博园区内C10-12 地块, 瑞典王国馆效果图筑面积为3 473 m2 , 由3 个钢结构建筑(A , B, C 区)和1 个木结构的构筑物(D 区)共4 个独立的3 层建筑组成, 局部玻璃走廊空中相连。

湿度控制机组可以应用于温湿度独立控制系统, 其可以作为新风机组、空调机组使用。

由于系统的余湿已经由新风系统承担, 在余热系统中就不再需要低温的冷水同时满足除湿降温的需求, 可以使用高温冷源:18 ℃左右的高温冷水例如天然冷源中的深井水, 通过土壤源换热获取的冷水, 新疆、青海等干燥地区通过直接蒸发或间接蒸发方式获取的冷水, 冷却塔供冷等更能发挥它的优势。

2.2南海意库3 #办公楼的应用
南海意库3 #办公楼项目位于深圳市蛇口兴华路6号, 2008 年8 月22 日投入使用, 为招商地产总部办公楼。

本项目采用了温湿度独立控制空调系统, 采用高温冷水机组承担室内包括围护结构得热、灯光和设备的发热等显热负荷, 采用热泵式溶液调湿新风机组承担室内全部潜热负荷和人员的显热负荷。

南海意库3#办公楼是华南地区最早设计采用温湿度独立控制空调技术的项目之一, 也是该技术应用比较全面、彻底的工程项目, 为今后该技术在高湿度地区的大规模推广应用奠定了基础。

通过实际的运行实践得知:实际运行中, 温湿度独立控制空调系统运行良好, 溶液除湿新风机组承担了全部潜热负荷以及室内人员的显热负荷, 室内空气参数稳定在25 ℃, 60%左右, 且干式风机盘管在整个供冷季保持干工况运行, 无凝结水出现。

采用干式风机盘管的收益应从整个系统的角度进行详细分析。

新风机组宜提前1.5 ～ 2 h 开机进行除湿, 高温冷水机组宜提前1～ 1.5 h 开机除去室内显热负荷。

2.3环境国际公约履约大楼的应用
中国国家环保部环境国际公约履约大楼(又称4C工程)由中国国家环保部、意大利环保局和世界银行共同筹建。

履约大楼是一栋兼具办公和展示功能的综合楼, 为中意环境技术交流搭建平台, 为今后两国间开展更加广泛的环保节能合作奠定良好的基础。

履约大楼建筑面积为30 191 m2 , 建筑总层数为11层(地上9层, 地下2层), 高度为36 m, 绿化率为27%。

本大楼的空调系统采用温湿度独立处理和控制的设计理念, 从而实现热环境、湿环境和空气品质3个环节的最优化处理。

办公区域, 采用辐射冷梁(cooledbeam)末端设备带走显热负荷, 由新风系统除去湿负荷, 空气品质也得到了有力的保障。

部分非办公区域采用风机盘管末端。

这种空调方式, 系统需要提供2种不同温度的冷水:7 ℃和16℃。

由于目前市场上没有成熟的双温冷水机组,因此常规做法是, 利用常规冷水机制取7 ℃冷水,通过板式换热获得16 ℃的冷水。

这种方式一方面有换热损失, 另一方面也没有发挥高温冷水的优势。

因此, 在履约大楼的冷源选型中, 选择了一台常规高效冷水机制取7 ℃低温冷水(COP=7),一台双工况螺杆式冷水机制取16 ℃高温冷水(COP=7.4), 满足不同末端的需求。

3.结论
1) 通过对常规再热系统、常规非再热系统和独立新风加干式风机盘管空调系统的应用分析，可知在不同负荷条件下，独立新风加干式风机盘管空调系统能更好地与空调负荷需求相耦合，在温湿度控制精度、稳定性方面都有不同程度的优势。

2) 独立新风加干式风机盘管空调系统在达到室内设计要求的同时，能减少系统各设备装机容量与年能耗量，相比常规再热系统、常规非再热系统全年能耗可节约54%。

3) 在高温高湿地区，应用独立新风加干式风机盘管空调系统的结露率相对更小。

由此可见，应用独立新风加干式风机盘管空调系统能满足较高的空气品质
要求，同时具有高效节能特性，在夏热冬暖地区有较好的适应性。

参考文献：
[1] ASHRAE Standard 62-2001．Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality［S］．American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers，2 001．
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建筑科学, 2012, 28(10).
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