热湿独立空调系统2003

传统热湿联合空调系统的弊端温湿度独立控制的空调系统温度控制系统湿度控制系统在焓湿图上的确定热湿独立控制的空调系统传统热湿联合空调系统使用同一冷源对空气进行降温和除湿处理，统一控制房间温、湿度。传统热湿联合空调系统中，对空气的降温处理要求冷源的温度低于房间空气的干球温度，对空气的除湿处理则要求冷源的温度低于房间空气的露点温度。所以一般采用5～7℃的冷冻水。但夏季要求的房间温度为25℃，相对湿度60%，此时露点温度为16.7℃。为何需采用那么低的供水温？传统热湿联合空调系统的弊端考虑5℃传热温差和5℃介质输送温差，实现16.7℃的露点温度需要6.7℃的冷源温度。空调需要的排热是在25℃环境下实现，此时冷源温度只需要15℃即可。因此传统空调系统的弊端：热湿联合处理的能源浪费：需要高品质冷热源，可能需再热，存在冷热量抵消难以适应热湿比的变化：吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化，而实际需要的热湿比却在较大的范围内变化。一般是牺牲对湿度的控制。传统热湿联合空调系统的弊端室内空气品质问题：冷表面成为潮湿表面甚至产生积水，使得霉菌滋生成为健康隐患室内末端装置的问题：为排除足够的余热余湿同时又不使送风温度过低，就要求有较大的循环通风量。这就引起：吹风感、降低室内净高或加大楼层间距、难有效消除的空气噪声。输配能耗的问题：在中央空调系统中，风机、水泵消耗了40~70%的整个空调系统的电耗。传统热湿联合空调系统的弊端空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务。研究表明：排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致，即可以通过新风同时满足排余湿、CO2与异味的要求，而排除室内余热的任务则通过其他的系统（独立的温度控制方式）实现。因此江亿院士提出了温、湿度独立控制的空调系统显热末端调节温度，新风调节湿度，两套独立的系统分别控制和调节室内湿度和温度。温湿度独立控制的空调系统将干燥的新风送入房间控制湿度，而由高温冷源产生16~18℃冷水送入室内的风机盘管、辐射板等显热去除末端，带走房间显热，控制房间温度。从而实现房间温、湿度的独立、灵活调节，营造节能、健康、舒适的室内环境。温湿度独立控制的空调系统介质水。夏季：高温冷源；冬季：供热热源干式风机盘管或者辐射末端。干式风机盘管辐射末端（地板采暖、地板供冷、冷却顶板、毛细管网辐射空调）高温冷源的获取：只需用16~18℃的高温冷水带走房间显热，这就使得多种天然的免费冷源可供利用。温度控制系统我国东南地区，长江流域以北的北京、河北、山西、陕西、河南、山东等地，其年平均气温约为10~14℃。研究表明，地下10m以下的土壤温度基本不随外界环境及季节变化而变化，且约等于当年年平均气温。应用地源热泵（关键是冬、夏热平衡）长江流域以南的地区，比如浙江、安徽、广西、广东、福建、湖南、湖北等地，由于土壤温度较高，外界环境也很潮湿，只能通过电制冷的方式获取高温冷水。温度控制系统和常规制冷机组相比，由于水温提高到18~21℃，蒸发温度随之提高，冷机COP显著提高。目前国内已有厂家研制出磁悬浮压缩机，实现了压缩机无油、无摩擦运行，部分负荷时压缩机变频运行。高温冷水机组在满负荷时的COP可以达到8.5，部分负荷时可以达到11.5，相对传统冷机节能30%以上。中国的西北干燥地区，利用室外的干燥空气作为驱动源的间接蒸发冷水机组问世。温度控制系统实测机组的出水温度15~18℃，低于室外湿球温度，基本处在湿球温度和露点温度的平均值。由于此制冷机组不再使用压缩机，运转部件只有风机和水泵，机组COP高于10，且室外越干，COP越高，能达到20或更高。因不再使用制冷循环，机组成本降低。且不再使用CFCs,对大气无污染。由此，应用间接蒸发冷水机组比传统空调节能60%以上，成为西北干燥地区最适宜应用的冷源获取方式。温度控制系统干燥新风的获取中国的西北部地区，室外的新风本来就是干燥的，可直接用来带走房间湿负荷。此时新风的处理过程就是等湿降温，实现此功能的间接蒸发冷却新风机组已开发成功，并已应用于十多个大型公共建筑中。中国的东南部地区，室外的空气非常潮湿，要获得干燥的新风送风就必须对新风进行除湿。湿度控制系统可用的除湿方式：传统的冷却除湿、转轮除湿和溶液除湿。其中冷却除湿要求冷源温度低，冷机COP低，且存在潮湿表面。转轮除湿为等焓除湿过程，被除湿后的送风温度高，还需冷却水来冷却；且转轮再生热源温度要求较高，一般大于100℃；转轮的新、排风间的漏风问题目前还是较难解决的工艺问题。湿度控制系统溶液除湿方式，可实现等温的除湿过程，可用15~25℃的冷源带走除湿过程中释放的潜热，且再生的热源温度要求低，可用低品位热能（60~70℃）来进行驱动。溶液式全热回收方式避免了新、回风间的交叉污染，能得到较高的热回收效率。目前已有多种类型的溶液除湿机组问世，其中热泵驱动的溶液调湿机组COP高于5.5，热驱动的溶液除湿机组COP高于1.3，已应用于多个实际工程中。湿度控制系统中国东南潮湿地区，采用溶液除湿机组产生干燥的新风；长江流域以北的部分地区，可应用土壤源作为夏季高温冷源；长江流域以南，适宜应用电驱动高温冷水机组作为高温冷源。中国的西北干燥地区，采用间接蒸发冷水机组制取高温冷水，而室外新风通过间接蒸发冷却新风机组等湿降温后送入室内。温湿度控制系统新风末端装置：置换通风口置换通风：根据垂直温度分层和工作区的空气污染而提出的。

当使用置换通风系统时，空气流动方式主要是由各个热源的对流决定的。冷空气被低速低扰动（0.5m/s左右，一般不超过1m/s）地送到地板高度的区域，然后由天花板处排出。下部工作区温差不超过3℃（0.1米和1.1米处工作区温度的差值）。湿度控制系统从出风口流出的空气动量通量较低，所以对整个房间的空气流动没有太大的影响。这样，从地板或墙底部送风口所送冷风在地板表面上扩散开来，可形成“空气湖(airlake)”；并且在热源周围形成浮力尾流(buoyantplume)慢慢，带走热量。室内工作区空气温度在水平方向上比较一致，而在垂直方向上分层，层高越大，这种现象越明显。湿度控制系统由热源产生向上的尾流不仅可以带走热负荷，也将污浊的空气从工作区带到室内上方，由设在顶部的排风口排出。底部风口送出新的空气，余热及污染物在浮力及气流组织的驱动力作用下向上运动，所以置换通风能在室内工作区提供良好的空气品质。湿度控制系统置换通风与传统的混合通风方式相比较，可使室内工作区得到较高的空气品质、较高的热舒适性并具有较高的通风效率。

a稀释通风示意图b置换通风示意图湿度控制系统舒适效果比较湿度控制系统置换通风末端装置：第一代：第二代、第三代：第三代送风末端装有特殊的空气喷射器，可以将大量室内空气与一次气流混合。湿度控制系统1978年德国柏林的一家铸造车间首次采用了置换通风系统，此后，置换通风系统逐渐在工业建筑、民用建筑及公共建筑中得到了广泛的应用。特别是在北欧斯堪的纳维亚，现在约50％的工业通风系统采用了置换通风系统，大约25％的办公室通风系统采用了置换通风系统。在中国也有一些工程采用置换通风系统，并取得了一些令人满意的结果。湿度控制系统置换通风的适用条件：置换通风一般适用于污染源与发热源相关的场所，并且层高不低于2.5m，此时污浊空气才易于被浮力尾流带走；房间设计冷负荷有一个上限，目前的研究表明，如果有足够的空间来布置送风散流装置的话，房间冷负荷可达120w/㎡。如果当房间冷负荷过大，置换通风的动力能耗将显著加大，经济性下降，而且送风装置占地、占空间的矛盾也更为突出。

湿度控制系统置换通风特别适用的场合：在高大空间，大风量小冷负荷情况下更应优先考虑使用；在工业领域，高大厂房中，要求更好的空气品质，要求更节能的效果；热源与污染源同时发生的场合更利于使用（生产和装配车间，厨房，实验室）；湿度控制系统夏季送风状态点的确定温湿度独立控制空调系统在焓湿图上有2个送风状态点：室内回风经显热末端（辐射板、毛细管网、干式风机盘管等）处理的送风状态点O1，承担夏季室内显热负荷Qx，干工况处理过程；新风经降温除湿处理的送风状态点O2，承担新风负荷及室内潜热负荷之和Qq，需去除室内余湿W。在焓湿图上的确定夏季送风状态点的确定也可在作出的N和O1点的基础上进行其他如辐射板面积、毛细管网内流量的计算。在焓湿图上的确定三种除湿方法的比较在焓湿图上的确定冬季送风状态点的确定冬季室内回风承担室内显热负荷，而新风承担新风负荷及室内潜热负荷之和，需去除室内余湿，对新风进行的是加热加湿过程。在焓湿图上的确定冬季需供冷情况的处理对于北方大型建筑物内区、或南方冬季仍需供冷的场合，采用热湿独立控制的空调系统更