,本文試圖通過一個(gè)工程實(shí)例
,對(duì)不同的新風(fēng)處理方式予以分析
。
項(xiàng)目位于山東省濟(jì)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(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)
,干式末端采用干式風(fēng)機(jī)盤管,圖1為標(biāo)準(zhǔn)層平面圖
,標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積1443m2
,空調(diào)面積970m2。表1為夏季室內(nèi)外計(jì)算
、設(shè)計(jì)參數(shù),表2為標(biāo)準(zhǔn)層夏季空調(diào)計(jì)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(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)作為空氣處理的主要手段
,對(duì)室內(nèi)空氣降溫的同時(shí)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)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(jī)效率較低
。
2)由于空調(diào)區(qū)域冷、濕負(fù)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(biāo)
,相對(duì)濕度失控
,室內(nèi)舒適性較差
。
3)室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管及新風(fēng)機(jī)組均為濕工況運(yùn)行
,凝水盤易產(chǎn)生細(xì)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(fēng)處理設(shè)備示意圖
。新風(fēng)經(jīng)空氣-空氣熱回收裝置回收排風(fēng)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(jià)低
。
(2)雙冷源除濕
新風(fēng)機(jī)組設(shè)有排風(fēng)全熱回收裝置
,新風(fēng)在經(jīng)全熱回收裝置預(yù)冷后
,再經(jīng)前后兩組盤管進(jìn)行冷卻除濕
,其中前盤管為冷水盤管,采用高溫冷水對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷處理
;后盤管為直接蒸發(fā)盤管,用于新風(fēng)深度除濕
。在機(jī)組排風(fēng)側(cè)
,排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后
,再經(jīng)過一個(gè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)
,對(duì)排風(fēng)進(jìn)行二次全熱回收,同時(shí)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(diǎn):
1)內(nèi)置冷源深度除濕,負(fù)擔(dān)全部潛熱負(fù)荷及一部分顯熱負(fù)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(fēng)機(jī)組
;
4)新風(fēng)機(jī)組本身為濕工況運(yùn)行,需要對(duì)機(jī)組及新風(fēng)進(jìn)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(diǎn)
,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(fēng)處理方式
。夏季,室外高溫高濕的新風(fēng)在全熱回收單元內(nèi)與低溫濃溶液進(jìn)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(fēng)側(cè),與室內(nèi)低溫干燥的排風(fēng)進(jìn)行熱質(zhì)交換
,溫度降低、濃度提高
,完成新排風(fēng)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(fēng)進(jìn)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(jìn)一步降溫除濕,送入室內(nèi)
。
濃度變低的稀溶液進(jìn)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(jìn)一步加熱
,對(duì)溶液進(jìn)行加熱,升溫后的溶液
,水分析出被空氣帶走
,溶液被濃縮,實(shí)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(diǎn):
1)自帶完善的制冷
、熱泵再生系統(tǒng)
,負(fù)擔(dān)全部潛熱負(fù)荷及一部分顯熱負(fù)荷
,降低冷源需求
;
2)熱泵式溶液除濕機(jī)組不需外接其他冷源,大大簡化了空調(diào)水系統(tǒng)
;
3)整個(gè)系統(tǒng)沒有濕工況,一般認(rèn)為鹽溶液具有殺菌消毒特點(diǎn)
;
4)鹽溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性
,對(duì)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(duì)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(dòng)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(gè)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(shí),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(jìn)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(duì)含濕量
,能連續(xù)地獲得低露點(diǎn)空氣,缺點(diǎn)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(duì)濕度要求較高
、對(duì)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(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管均采用7℃/12℃冷水作為冷源
,新風(fēng)
、風(fēng)機(jī)盤管均負(fù)擔(dān)潛熱
、顯熱
,處理過程很多論文均有闡述。本文按熱回收新風(fēng)機(jī)組
、新風(fēng)處理到室內(nèi)等d線,圖6是新風(fēng)在h-d圖上的處理過程:
其中排風(fēng)熱回收裝置采用全熱型
,熱回收狀態(tài)點(diǎn)R按顯熱效率ηt=60%、焓效率ηh=50%計(jì)算確定:
新風(fēng)機(jī)組
、風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷均由7℃/12℃集中冷源承擔(dān)
,計(jì)121kW。
(2)基于內(nèi)冷式雙冷源除濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)
圖7是內(nèi)冷式雙冷源除濕新風(fēng)機(jī)組在h-d圖上的處理過程
。
熱回收狀態(tài)點(diǎn)R確定過程同3.1
;L1為高溫冷水預(yù)冷后的機(jī)器露點(diǎn),當(dāng)高溫冷水供水溫度為14℃時(shí)
,取干球溫度19℃
,稱為第一機(jī)器露點(diǎn);L2為新風(fēng)機(jī)組內(nèi)置冷源除濕后的狀態(tài)點(diǎn)
,取含濕量DL時(shí)的機(jī)器露點(diǎn),稱為第二機(jī)器露點(diǎn)
;最后由內(nèi)置冷源的冷凝器將被處理空氣再熱至18℃
,達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)C。
dL為空調(diào)系統(tǒng)處理室內(nèi)余濕需要的送風(fēng)含濕量
,根據(jù)空調(diào)濕負(fù)荷W、新風(fēng)量LX按下式計(jì)算:
新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷負(fù)荷及干式風(fēng)機(jī)盤管負(fù)荷均由高溫冷源承擔(dān)
,高溫冷源負(fù)荷:
(3)基于溶液除濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)
圖8是熱泵式溶液除濕新風(fēng)機(jī)組在h-d圖上的處理過程
。
溶液除濕機(jī)組內(nèi)置全熱回收、除濕
、再生功能,直接把室外新風(fēng)處理到所需的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)C
,圖中的C點(diǎn)同雙冷源除濕
,即干球溫度18℃,絕對(duì)含濕量dC=9.6g/kg
。
新風(fēng)機(jī)組負(fù)荷:
(4)基于轉(zhuǎn)輪除濕的溫濕度獨(dú)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(shí)
,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(diǎn)
,確定過程同3.1。除濕轉(zhuǎn)輪的除濕負(fù)荷WZ為室內(nèi)濕負(fù)荷W與新風(fēng)濕負(fù)荷WX之和:
可以看到
,轉(zhuǎn)輪除濕的過程是一個(gè)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(fēng)升溫后多余的熱量增加了室內(nèi)顯熱處理末端的負(fù)荷
,干式風(fēng)機(jī)盤管應(yīng)負(fù)擔(dān)的負(fù)荷為:
再生加熱量:
為便于客觀比較不同新風(fēng)處理方式的節(jié)能性,現(xiàn)確定比較標(biāo)準(zhǔn)如下:
冷源:常規(guī)工況7℃/12℃離心式冷水機(jī)組
,COP=5.0
;高溫工況14℃/19℃離心式冷水機(jī)組,COP=8.0
;冷負(fù)荷為相應(yīng)需要主機(jī)負(fù)擔(dān)的負(fù)荷:
冷水泵:按揚(yáng)程36m、根據(jù)負(fù)擔(dān)負(fù)荷Q
、溫差Δt=5℃計(jì)算流量G
,按下式計(jì)算輸入功率(水泵效率按70%):
新風(fēng)機(jī)組:熱泵式溶液除濕新風(fēng)機(jī)組按整機(jī)COP=6計(jì)算其耗電量
,冷負(fù)荷為包括熱回收在內(nèi)新風(fēng)機(jī)組處理的全部負(fù)荷
;內(nèi)冷式雙冷源除濕新風(fēng)機(jī)組按內(nèi)置冷源COP=5計(jì)算其耗電量,冷負(fù)荷為需要內(nèi)置冷源負(fù)擔(dān)的負(fù)荷
。余壓相同情況下
,各方案送/排風(fēng)機(jī)功率與機(jī)組內(nèi)部阻力有關(guān)
,略有差別
,但相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的能耗來說,新風(fēng)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(diǎn)送風(fēng),新風(fēng)可以負(fù)擔(dān)更多的室內(nèi)負(fù)荷
,但其后果就是室內(nèi)濕度無法控制。如新風(fēng)系統(tǒng)采取再熱措施
,達(dá)到與溶液除濕
、雙冷源除濕相同的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),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(dú)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(yuǎn)大于常規(guī)冷源
,因此,雙冷源除濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性略好。
3)溶液除濕新風(fēng)機(jī)組本身的供冷能力較高
,大大降低了對(duì)集中高溫冷源的需求
,對(duì)于采用地源熱泵等集中冷源造價(jià)較高時(shí),對(duì)于降低初投資較為有利
。
4)當(dāng)溶液除濕新風(fēng)機(jī)組采用廢熱作為再生熱源時(shí),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(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jī)組在高溫工況下運(yùn)行,其COP遠(yuǎn)達(dá)不到高溫冷水機(jī)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(yuǎn)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(jì)杜老師##我要上條頭#
本文作者:山東省建筑設(shè)計(jì)研究院李向東
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