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          溫濕度獨立控制空調系統
          2015-06-29 11:14:25|點擊次數:



          熱電聯產摘要:本文在分析了目前熱濕聯合處理空調系統所面臨的主要問題的基礎上,提出了熱濕獨立控制空調策略:采用新風去除室內的余濕、承擔室內空氣質量的任務,采用高溫冷源去除室內的余熱。并提出了溫濕度獨立控制空調方式對室內末端裝置、新風處理、制備高溫冷源的要求與影響,介紹了溫濕度獨立控制系統的應用實踐工程。

          關鍵詞:溫濕度獨立控制新風高溫冷源

          1引言

          從熱舒適與健康出發,要求對室內溫濕度進行全面控制。夏季人體舒適區為25篊,相對濕度60%,此時露點溫度為16.6篊??照{排熱排濕的任務可以看成是從25篊環境中向外界抽取熱量,在16.6篊的露點溫度的環境下向外界抽取水分。目前空調方式的排熱排濕都是通過空氣冷卻器對空氣進行冷卻和冷凝除濕,再將冷卻干燥的空氣送入室內,實現排熱排濕的目的?,F有的熱濕聯合處理的空調方式存在如下問題。

          (1)熱濕聯合處理的能源浪費。由于采用冷凝除濕方法排除室內余濕,冷源的溫度需要低于室內空氣的露點溫度,考慮傳熱溫差與介質輸送溫差,實現16.6篊的露點溫度需要約7篊的冷源溫度,這是現有空調系統采用5~7篊的冷凍水、房間空調器中直接蒸發器的冷媒蒸發溫度也多在5篊的原因。在空調系統中,占總負荷一半以上的顯熱負荷部分,本可以采用高溫冷源排走的熱量卻與除濕一起共用5~7篊的低溫冷源進行處理,造成能量利用品位上的浪費。而且,經過冷凝除濕后的空氣雖然濕度(含濕量)滿足要求,但溫度過低,有時還需要再熱,造成了能源的進一步浪費與損失。

          (2)難以適應熱濕比的變化。通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除濕,其吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的范圍內變化,而建筑物實際需要的熱濕比卻在較大的范圍內變化。一般是犧牲對濕度的控制,通過僅滿足室內溫度的要求來妥協,造成室內相對濕度過高或過低的現象。過高的結果是不舒適,進而降低室溫設定值,通過降低室溫來改善熱舒適,造成能耗不必要的增加;相對濕度過低也將導致由于與室外的焓差增加使處理室外新風的能耗增加。

          (3)室內空氣品質問題。大多數空調依靠空氣通過冷表面對空氣進行降溫除濕,這就導致冷表面成為潮濕表面甚至產生積水,空調停機后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所??照{系統繁殖和傳播霉菌成為空調可能引起健康問題的主要原因。另外,目前我國大多數城市的主要污染物仍是可吸入顆粒物,因此有效過濾空調系統引入的室外空氣是維持室內健康環境的重要問題。然而過濾器內必然是粉塵聚集處,如果再漂濺過一些冷凝水,則也成為各種微生物繁殖的最好場所。頻繁清洗過濾器既不現實,也不是根本的解決方案。

          (4)室內末端裝置的問題。為排除足夠的余熱余濕同時又不使送風溫度過低,就要求有較大的循環通風量。例如每平方米建筑面積如果有80W/m2顯熱需要排除,房間設定溫度為25篊,當送風溫度為15篊時,所要求循環風量為24m3/hr/m2,這就往往造成室內很大的空氣流動,使居住者產生不適的吹風感。為減少這種吹風感,就要通過改進送風口的位置和形式來改善室內氣流組織。這往往要在室內布置風道,從而降低室內凈高或加大樓層間距。很大的通風量還極容易引起空氣噪聲,并且很難有效消除。在冬季,為了避免吹風感,即使安裝了空調系統,也往往不使用熱風,而通過另外的暖氣系統通過采暖散熱器供熱。這樣就導致室內重復安裝兩套環境控制系統,分別供冬夏使用。

          (5)輸配能耗的問題。為了完成室內環境控制的任務就需要有輸配系統,帶走余熱、余濕、CO2、氣味等。在中央空調系統中,風機、水泵消耗了40~70%的整個空調系統的電耗。在常規中央空調系統中,多采用全空氣系統的形式。所有的冷量全部用空氣來傳送,導致輸配效率很低。

          此外,隨著能源問題的日益嚴重,以低品位熱能作為夏季空調動力成為迫切需要。目前北方地區大量的熱電聯產集中供熱系統在夏季由于無熱負荷而無法運行,使得電力負荷出現高峰的夏季熱電聯產發電設施反而停機,或者按純發電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅動空調,既省下空調電耗,又可使熱電聯產電廠正常運行,增加發電能力。這樣即可減緩夏季供電壓力,又提高能源利用率,是熱電聯產系統繼續發展的關鍵。由于空調負荷在一天內變化顯著,與熱電聯產電廠提供熱能并不是很好匹配,如何實現有效的蓄能,以協調二者的矛盾也是熱能使用當中存在的問題。

          綜上所述,空調的廣泛需求、人居環境健康的需要和能源系統平衡的要求,對目前空調方式提出了挑戰。新的空調應該具備的特點為:

          加大室外新風量,能夠通過有效的熱回收方式,有效的降低由于新風量增加帶來的能耗增大問題;

          減少室內送風量,部分采用與采暖系統公用的末端方式;

          取消潮濕表面,采用新的除濕途徑;

          不用空氣過濾式過濾器,采用新的空氣凈化方式;

          少用電能,以低品位熱能為動力;

          能夠實現高體積利用率的高效蓄能;

          從如上要求出發,目前普遍認為溫濕度獨立控制系統可能是一個有效的解決途徑。

          2溫濕度獨立控制空調系統

          空調系統承擔著排除室內余熱、余濕、CO2與異味的任務。研究表明:排除室內余熱與排除CO2、異味所需要的新風量與變化趨勢一致,即可以通過新風同時滿足排余濕、CO2與異味的要求,而排除室內余熱的任務則通過其他的系統(獨立的溫度控制方式)實現。由于無需承擔除濕的任務,因而可用較高溫度的冷源即可實現排除余熱的控制任務。對照前言中現有空調系統存在的問題,溫濕度獨立控制空調系統可能是一個有效的解決途徑。溫濕度獨立控制空調系統中,采用溫度與濕度兩套獨立的空調控制系統,分別控制、調節室內的溫度與濕度,從而避免了常規空調系統中熱濕聯合處理所帶來的損失。由于溫度、濕度采用獨立的控制系統,可以滿足不同房間熱濕比不斷變化的要求,克服了常規空調系統中難以同時滿足溫、濕度參數的要求,避免了室內濕度過高(或過低)的現象。

          溫濕度獨立控制空調系統的基本組成為:處理顯熱的系統與處理潛熱的系統,兩個系統獨立調節分別控制室內的溫度與濕度,參見圖1。處理顯熱的系統包括:高溫冷源、余熱消除末端裝置,采用水作為輸送媒介。由于除濕的任務由處理潛熱的系統承擔,因而顯熱系統的冷水供水溫度不再是常規冷凝除濕空調系統中的7篊,而是提高到18篊左右,從而為天然冷源的使用提供了條件,即使采用機械制冷方式,制冷機的性能系數也有大幅度的提高。余熱消除末端裝置可以采用輻射板、干式風機盤管等多種形式,由于供水的溫度高于室內空氣的露點溫度,因而不存在結露的危險。處理潛熱的系統,同時承擔去除室內CO2、異味,以保證室內空氣質量的任務。此系統由新風處理機組、送風末端裝置組成,采用新風作為能量輸送的媒介。在處理潛熱的系統中,由于不需要處理溫度,因而濕度的處理可能有新的節能高效方法。

          3新風處理方式

          溫濕度獨立控制空調系統中,需要新風處理機組提供干燥的室外新風,以滿足排濕、排CO2、排味和提供新鮮空氣的需求。前言已闡述了現有的低溫露點除濕的熱濕聯合處理方式所帶來的問題,如何采用其他的處理方式排除室內的余濕,如何處理出非露點的送風參數,如何實現對新風有效的濕度控制是新風處理機組所面臨的關鍵問題。

          文章來自:http://www.ytebara.com.cn/index.php?catid=840/



                        
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