温湿度独立控制的空调系统_江老师

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清华大学建筑学院建筑技术科学系
溶液调湿新风机组
热泵式溶液调湿新风机组空气处理过程
清华大学建筑学院建筑技术科学系
溶液调湿新风机组
热泵式溶液新风机组实测COP
冷却除湿 新风温度 (°C) 新风含湿量 (g/kg) 送风温度 (°C) 送风含湿量 (g/kg) 回风温度 (°C) 回风含湿量 (g/kg) 排风温度 (°C) 排风含湿量 (g/kg) COP 深度除湿 全热回收 加湿工况
36.0 24.6 17.3 8.6 26.0 12.2 39.1 37.3 5.00
22.8 8.6 16.1 5.1 33.2 18.3 43.9 23.4 2.32
22.8 8.6 11.9 3.4 26.3 16.3 42.2 24.1 1.74
35.9 26.7 30.4 19.5 26.1 12.1 32.6 20.3
温度(℃) 10 15 20 25 5
t( C) 30 40 50 10 20
5% 20kJ/kg 10% 40kJ/kg
o
0 0
实测冷水出水温度
间接蒸发冷水机组
August,1st,2006
20%
60kJ/kg
2.5 5 7.5 10 12.5 15
冷水出水温度
进风湿球温度
进风露点温度
17.5 20
溶液式空气处理装置
基本热湿交换单元
回风 排风
回风
排风
送风
新风
送风
新风
全热回收基本模块 增加板式换热器—实现等温、降温的除湿过程; 实现显热和湿的全热回收 内部大流量溶液循环, 外部小流量溶液补充; 三级全热回收并联时,效率 65% 可实现降温除湿、加热加湿等全工况处理过程: 利用溶液作为媒介实现热回收,不 存在新、回风间的漏风和交叉污染。 出风温度控制 — 板换的进水温度和流量, 出风湿度控制 — 输入溶液的浓度
相对于常规冷水机,冷水出水温度变高, 蒸发温度升高, 冷 机COP高。 磁悬浮型电驱动高温冷水机组开发成功-海尔.
压缩机: 无油、无摩擦运行; 蒸发压力和冷凝压力几乎没有限制 低振动 部分负荷式变频运行。 当产生 18~21℃ 冷水时, 满负荷运行时,机组COP为8.5. 50%负荷运行,机组COP为11.5.
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除湿/再生基本模块
溶液调湿新风机组
热泵驱动的溶液调湿新风机组
排风 冷凝器 回风
新风 蒸发器 节流阀 压缩机
送风
蒸发器提供冷量带走除湿过程释放潜热, 冷凝器提供溶液再生所需热量。 两级除湿/再生模块, 增强过程匹配,减小混合损失,提高COP。 压缩机台数-控制送风焓值(或温度),补水—控制送风相对湿度。
6.4 2.1 22.5 7.2 20.5 4.0 7.0 2.7
4.3 1.6 25.6 10.7 22.1 5.1 6.6 2.9 4.6
62.5% 6.2
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溶液调湿新风机组-余热驱动
65-80 ℃ 热水驱动的溶液式新风处理机
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干燥地区-间接蒸发冷却新风机组
温湿度独立控制的空调系统
潮湿地区: 溶液调湿新风机组 干燥新风 16~20℃, 8g/kg 送风末端
如何设计送风末端?
根据人员控制新风量
干燥地区: 间接蒸发冷却新风机组
-湿度控制
高温冷源 潮湿地区: • 地埋管-地源热泵系统 • 电驱动高温冷水机 干燥地区: 间接蒸发冷水机组
15~19 ℃ 显热去除末端 water
干空气的火用
不饱和的干空气具备对外做功的能力。 应用间接蒸发冷却技术从干空气中输出冷量,极限温度为露点温度。
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间接蒸发冷水机组
机组冷水出水的极限温度为进风露点温度. 逆流的表冷器和填料塔成为机组的关键部件. 用户热源的温度水平越高,能利用的室外干空气的能量越多.
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空调系统的任务 ?
从室内向室外排热和排湿,满足人的舒适性要求。 夏季室内- 24~28 ℃,40%~60% 冬季室内- 18~20 ℃,40%~60% 向室内送入足够的新风,满足人的健康需求。 尽可能的节约能耗。
围护结构得热
通过窗的 太阳辐射
内热源 –人员、照明、设备等 人员、植物、食品等的散湿量…
间接蒸发冷水机组
2005年,研发成功世界上第一台间接蒸发冷水机组.
安装在石河子凯瑞酒店, 目前已成功可靠运行三年。 石河子的室外状态: 干球 32.8℃, 湿球 21.5 ℃, 设计冷 水出水温度 18.5 ℃. 机组高6m,占地面积16m2, 设计冷量 120kW.
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高温冷源 15~19 ℃ 冷水
干式风机盘管 辐射吊顶,地板 显热去除末端
控制风盘风机转速, i.e.-房间温度控制
房间
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中国各地区室外空气干湿状况
西北干燥地区: 室外空气本来就是干燥的! 新风不需湿度处理,应用间接蒸 发冷却技术对新风等湿降温. 9.9 11.5 7.6 分界线: 室外含湿量: 12g/kg 12.9 13.8 15.0
14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:20 15:30 15:40 15:50 16:00 16:10 16:20 16:30 16:40 16:50 17:00 17:10 17:20 17:30 17:40 17:50 18:00 18:10 18:20 18:30 18:40 18:50 19:00 19:10 19:20 19:30 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:20 15:30 15:40 15:50 16:00 16:10 16:20 16:30 16:40 17:00 17:10 17:20 17:30 17:40 17:50 18:00 18:10 18:20 18:30 18:40 18:50 19:00 19:10 19:20 19:30 19:40 19:50 20:00 20:10 20:20 10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:00 13:00 13:10 13:20 13:30 13:40 13:50 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00
80kJ/kg
July,16th,2007
22.5 25
40% 60% 80% 100%
100kJ/kg
Dew point(oC)
July,17th,2007
冷水出水温度低于室外湿球温度,基本处在室外湿球和露 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 d (kg/kg) 0 点温度的平均值。 测试的室外气象条件
干式风机盘管 控制风盘转速, i.e.辐射吊顶,地板 温度控制
如何选择显热去除末端?
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新风送风末端装置
根据房间人数控制新风量; 个性化的新风送风口。
渗透风
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传统空调系统面临挑战
冷凝除湿, 7-12 ℃冷冻水承担房间所有的热、湿负荷。 低温、干燥的送风送入室内,统一控制房间的温、湿度。
排除显热的损失
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传统空调系统面临挑战
占总负荷40%~60%的显热负荷被过低的7~12℃冷水带走,冷机电耗高。 冷凝除湿,空气处理的热、湿比变化范围有限;需再热,造成能量浪费。 夏季只能用送风末端, 不能使用舒适性高的辐射末端;冬夏两套环境控制 末端装置。
温度、湿度独立控制 — 中央空调系统的新理念
江 亿 清华大学建筑节能研究中心
清华大学建筑学院建筑技术科学系
内容简介
传统空调系统面临的挑战 温、湿度独立控制空调(THIC)系统的原理 中国潮湿地区和干燥地区的温、湿度独立控 制空调系统形式及其关键组成。 温、湿度独立控制空调系统的示范工程 THIC系统的经济、社会效益及其应用前景
清华大学建筑学院建筑技术科学系
干燥地区- 高温冷水制备
干燥地区: 利用室外干空气 通过间接蒸发冷却技术 制出15~19℃ 冷水。
露点(DP) 12.3 湿球(WB) 16.8 DP 13.2 WB 16.3 DP 3.6 13.2, WB 7.5 15.9
DP 9.9 WB 11.8
清华大学建筑学院建筑技术科学系
10.7
17.1 18.2 东南潮湿地区: 11.4 19.5 室外空气需要被除湿 . 19.4 16.0 如何选择最佳除湿方式成为关键. 20.3
上图所示各地含湿量(g/kg)为最湿月室外含湿量的平均值。
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东南潮湿地区-新风除湿方式
干燥新风的制备
冷凝除湿:
• 空气处理过程热湿比变化有限,再热损失 • 需要低于露点温度的冷水,冷机COP低 • 存在潮湿表面,健康的隐患。
如何获得高温冷水?
房间
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温度控制 - 15~19 ℃ 高温冷源获取
对于东南潮湿地区, 全年平均气温如下图所示。
7.8℃ 11.4℃ 长江流域以北的中部地区 9.5 14.2 土壤源-高温冷源. 13.3 15.7 15.2 18.3 17.2 16.2 长江流域以南, 15.3 17.5 19.6 14.7 21.6 21.8 电驱动高温冷水机组-高温冷源. 23.8
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基于间接蒸发冷却的空调系统
较高温度冷水供给 新风机组 较低温度冷水供给 风机盘管
排风
间 接 蒸 冷水回水 发 典型工况点:提高用户回水温度是提高利用干空气制得冷量的关键。 冷 水 机 新风 表 组 新风 房间 冷 器 机组
送风 新风
风盘
冷水供水
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再热,损失
有限范围变化 的空气处理热、 湿比
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自然界哪些能量源可用于空调系统中?
为将室内环境降温到25 ℃
室外空气,如果其温度<25 ℃ 地表水,比如河流,湖泊,如果其温度<20 ℃ 地下土壤或地下水,如果当地年平均气温<20 ℃ 间接蒸发冷却,如果当地室外露点温度<18 ℃ 天空背景辐射,如果天空辐射温度<20 ℃
为使室内环境除湿到12g/kg.air
室外空气,如果其含湿量<12g/kg 天然冷源,如果其温度低于16 ℃
我们充分利用这些自然能源了吗?
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温、湿度独立控制空调系统组成
首先,如何获得干燥的新风?
干燥新风 16~20℃, 8g/kg 送风末端 根据人数控制新风 量—房间湿度控制
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土壤源-东南地区高温冷源
夏季-采用地埋管换热器,直接向地下放热; 冬季-开启热泵,从地下取热,提升温度后,供室内使用。 关键:夏季的放热量和冬季取热量的平衡,保证地下土壤的全年平均 温度恒定。
夏季运行工况
冬季运行工况
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电驱动高温冷水机组-长江以南高温冷源
转轮除湿:
• 等焓除湿,需要冷却除湿后送风 • 再生热源温度高,>100 ℃ • 工艺难题-新、排风间的漏风问题 • 无湿表面
溶液除湿:
• 可实现任意热湿比的空气处理过程 • 低品位冷、热源的应用— 除湿过程要求冷源温度高, 再生过程所需热源温度低 • 无湿表面,健康空调
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西北干燥地区- 室外含湿量7~11g/kg。 采用间接蒸发冷却技术对空气进行等湿降温处理。
9.9 7.6 11.4 11.5
10.7
以新疆为例, 室外平均露点: 12.3 ℃ 室外平均湿球: 16.8℃
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干燥地区-间接蒸发冷却新风机组
基本模块
外冷型 IEC 模块
内冷型IEC模块
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温、湿度独立控制空调统组成
潮湿地区: 溶液调湿新风机组
根据人数控制新风量 干燥新风
-湿度控制
16~20℃, 8g/kg 送风末端
干燥地区: 间接蒸发冷却新风机组
高温冷源
15~19 ℃ 冷水
干式风机盘管 控制风盘转速等 辐射吊顶(地板) i.e.-温度控制 显热去除末端
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干燥地区-间接蒸发冷却新风机组
实测结果 – 送风温度接近进风的湿球温度
间接蒸发冷却新风机组
40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 3 5 7 9 11 13 15
间接蒸发冷却新风机组 测试工况
温度(℃)
进风干球温度 进风湿球温度 送风干球温度 送风湿球温度
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