不同新风处理方式下，温湿度独立控制空调系统的应用，非常详细

　　温湿度独立控制空调系统本世纪初由清华大学 提出，因其高效、节能、健康、舒适的特点，得到 国内工程界的广泛认可。《民用建筑供暖通风与空 气调节设计规范》GB 50736–2012 对温湿度独立控 制空调系统的概念、适用范围、设计要点等给出了 明确的规定，从国家标准的角度为设计应用提供了 依据。

　　相对于常规空调系统，温湿度独立控制空调系 统采用两套独立的系统分别对空调区的温度、湿度 进行处理，其中干式末端采用高温冷水，处理空调 区的温度，负担全部显热负荷；独立新风系统处理 湿度，负担全部湿负荷。一般来说，温湿度独立控 制空调系统具有如下优点： 树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

　　（1）节能：冷源采用高温冷水机组，效率大大 提高；除湿新风机组一般均具有排风全热回收功能； 大多数的除湿新风机组可独立除湿运行，过渡季节 可以减少主机开启时间。

　　（2）舒适：室内温度由干式末端控制，室内相 对湿度由独立新风系统控制，互不影响，全年均可 获得舒适的室内环境。

　　（3）健康：空调末端干工况运行，可以避免冷 凝水系统引起的各种健康问题。

　　（4）容易采用各种低品位能源，拓宽了能源应 用范围。如易于结合水蓄冷技术，充分利用低谷电价； 易于采用地源、水源等各种自然能源能源；易于采 用蒸发冷却技术；易于利用工业余热、废热等。

　　经过近 20 年的理论研究及工程实践，温湿度独 立控制空调系统发展出不同的应用形式，其中干式 末端有干式风机盘管、辐射式末端、冷梁等。干式 末端形式的变化，仅反映了热量交换方式的变化，对空调系统影响较大的是湿度处理即独立新风处理 方式的变化。

　　《民用建筑供暖通风与空气调节设计 规范》第 7.3.15 条列出的有：溶液除湿、冷却除湿、 转轮除湿三种方式，其中冷却除湿包括普通的低温 水冷却除湿和双冷源除湿。当温湿度独立控制空调 系统采用不同的新风处理方式时，空调冷、热源的 容量、干式末端的选择、输配系统的计算等均有较 明显的区别，系统的经济性、节能性也不同，本文 试图通过一个工程实例，对不同的新风处理方式予 以分析。

　　工程概况

　　项目位于山东省济南市，包括A、B、C、D四座办公楼、裙房、地下车库，总建筑面积为 197932.13m2 ，其中 A、C 座为 28 层塔式办公楼， 采用温湿度独立控制空调系统，干式末端采用干式 风机盘管，图 1 为标准层平面图，标准层建筑面积 1443m2 ，空调面积 970m2 。表 1 为夏季室内外计算、 设计参数，表 2 为标准层夏季空调计算数据。

不同新风处理方式的特点分析

　　（1）温湿度联合控制

　　常规温湿度联合控制空调系统采用 7℃/12℃ 低温冷水为冷源，采用风机盘管加新风系统作为空气处理的主要手段，对室内空气降温的同时对室内空气进行除湿。温度湿度联合控制主要存在如下问题：

　　1）为了满足除湿需要，系统需提供 7℃ 的低温冷水，造成冷源主机效率较低。

　　2）由于空调区域冷、湿负荷不是同步变化，在不具备再热条件的舒适性空调系统中，基本是以室内干球温度为控制目标，相对湿度失控，室内舒适性较差。

　　3）室内风机盘管及新风机组均为湿工况运行，凝水盘易产生细菌，影响空气品质，引起空调病。

　　图2是温湿度联合控制新风处理设备示意图。新风经空气 - 空气热回收装置回收排风中能量，经表冷器降温除湿，送入室内。温湿度联合控制的设备生产厂家较多，造价低。

　　（2）双冷源除湿

　　新风机组设有排风全热回收装置，新风在经全热回收装置预冷后，再经前后两组盘管进行冷却除湿，其中前盘管为冷水盘管，采用高温冷水对新风进行预冷处理；后盘管为直接蒸发盘管，用于新风深度除湿。在机组排风侧，排风在经全热回收后，再经过一个蒸发冷却系统，对排风进行二次全热回收，同时带走除湿冷源的冷凝热。图 3 是双冷源除湿设备示意图。

　　双冷源除湿具有如下特点：

　　1）内置冷源深度除湿，负担全部潜热负荷及一部分显热负荷，降低冷源需求；

　　2）利用常规冷却除湿原理，工艺简单；

　　3）空调系统充分利用高温冷水，但高温冷水需接入新风机组；

　　4）新风机组本身为湿工况运行，需要对机组及新风进行相应的消毒、净化处理。

　　（3）溶液除湿

　　利用溴化锂等盐溶液在不同浓度下吸湿能力差别较大的特点，综合采用热泵热回收等技术，具有除湿、加湿、调温、热回收、杀菌过滤等功能的新风处理方式。夏季，室外高温高湿的新风在全热回收单元内与低温浓溶液进行热质交换，升温后的稀溶液泵送到全热回收单元的排风侧，与室内低温干燥的排风进行热质交换，温度降低、浓度提高，完成新排风的全热回收循环。

　　经全热回收单元初步降温除湿后的新风进入除湿单元，经内置热泵的蒸发器降温的温度更低、浓度更高的溶液进一步降温除湿，送入室内。

　　浓度变低的稀溶液进入再生单元，再生单元内，经全热回收单元初步升温的空气被内置热泵的冷凝器进一步加热，对溶液进行加热，升温后的溶液， 水分析出被空气带走，溶液被浓缩，实现再生。图 4 是溶液除湿设备示意图。

　　溶液除湿具有如下特点：

　　1）自带完善的制冷、热泵再生系统，负担全部潜热负荷及一部分显热负荷，降低冷源需求；

　　2）热泵式溶液除湿机组不需外接其他冷源，大大简化了空调水系统；

　　3）整个系统没有湿工况，一般认为盐溶液具有杀菌消毒特点；

　　4）盐溶液具有较强的腐蚀性，对设备防腐、防止飘液等提出较高的要求；

　　5）设备较复杂，控制环节较多，对可靠性提出更高要求。

　　（4）转轮除湿

　　固体吸附式转轮除湿，简称转轮除湿。核心部件为一不断缓慢转动的蜂窝状涂有高吸附性材料（氯化锂、硅胶、分子筛等）的转轮，由密封条分成两个扇区： 270° 的除湿扇区和 90° 的再生还原扇区。湿空气经过除湿扇区时，水蒸气被吸湿性材料吸附发生相变，释放潜热，空气被干燥除湿。吸湿材料吸附了水分后，吸湿能力丧失，进入再生扇区，被再生空气加热到 100℃~140℃，已吸收的水分被脱附，转轮恢复吸湿能力。

　　转轮除湿的除湿量主要取决于空气中的绝对含湿量，能连续地获得低露点空气，缺点是再生环节能耗高。目前主要用于制药、航空、锂电池、电子、玻璃、胶片等对湿度要求较高、对能耗不敏感或容易获得再生热源的工业领域。转轮除湿的工作原理如图 5。

不同新风处理方式的处理过程分析

　　（1）温湿度联合控制空调系统

　　常规温湿度联合控制空调系统中，新风机组和风机盘管均采用 7℃/12℃ 冷水作为冷源，新风、风机盘管均负担潜热、显热，处理过程很多论文均有阐述。本文按热回收新风机组、新风处理到室内等d 线，图 6 是新风在 h-d 图上的处理过程：

　　其中排风热回收装置采用全热型，热回收状态点 R 按显热效率 ηt=60%、焓效率 ηh=50% 计算确定：

　　新风机组、风机盘管负荷均由 7℃/12℃ 集中冷源承担，计 121kW。

　　（2）基于内冷式双冷源除湿的温湿度独立控制空调系统

　　图 7 是内冷式双冷源除湿新风机组在 h-d 图上的处理过程。

　　热回收状态点 R 确定过程同 3.1； L1 为高温冷水预冷后的机器露点，当高温冷水供水温度为 14℃时，取干球温度 19℃，称为第一机器露点； L2 为新风机组内置冷源除湿后的状态点，取含湿量 DL 时的机器露点，称为第二机器露点；最后由内置冷源的冷凝器将被处理空气再热至 18℃，达到送风状态点C。

　　dL为空调系统处理室内余湿需要的送风含湿量，根据空调湿负荷 W、新风量 LX 按下式计算：

　　新风机组预冷负荷及干式风机盘管负荷均由高温冷源承担，高温冷源负荷：

　　（3）基于溶液除湿的温湿度独立控制空调系统

　　图 8 是热泵式溶液除湿新风机组在 h-d 图上的处理过程。

　　溶液除湿机组内置全热回收、除湿、再生功能，直接把室外新风处理到所需的送风状态点 C，图中的 C 点同双冷源除湿，即干球温度 18℃，绝对含湿量 dC = 9.6g/kg。

　　新风机组负荷：

　　（4）基于转轮除湿的温湿度独立控制空调系统

　　为与前面几种处理方案一致，采用转轮除湿时，按首先通过全热回收。 图 9 是转轮除湿在 h-d 图上的处理过程。

　　R 为热回收状态点，确定过程同 3.1。除湿转轮的除湿负荷 WZ 为室内湿负荷 W 与新风湿负荷 WX 之和：

　　可以看到，转轮除湿的过程是一个升温去湿过程，接近于等焓过程，其原因一方面水蒸气相变释放的潜热全部被除湿空气吸收，另一方面，再生区转轮蓄热的部分显热也被除湿空气吸收。新风升温后多余的热量增加了室内显热处理末端的负荷，干式风机盘管应负担的负荷为：

　　再生加热量：

不同新风处理方式的节能性分析

　　为便于客观比较不同新风处理方式的节能性，现确定比较标准如下：

　　冷源：常规工况 7℃/12℃ 离心式冷水机组，COP=5.0；高温工况 14℃/19℃ 离心式冷水机组，COP=8.0；冷负荷为相应需要主机负担的负荷：

　　冷水泵：按扬程 36m、根据负担负荷 Q、温差Δt=5℃计算流量 G，按下式计算输入功率（水泵效率按 70%）：

　　新风机组：热泵式溶液除湿新风机组按整机COP=6 计算其耗电量，冷负荷为包括热回收在内新风机组处理的全部负荷；内冷式双冷源除湿新风机组按内置冷源 COP=5 计算其耗电量，冷负荷为需要内置冷源负担的负荷。余压相同情况下，各方案送/排风机功率与机组内部阻力有关，略有差别，但相对整个系统的能耗来说，新风输送能耗的差别较小，工程上可以忽略。

　　上表中，温湿度联合控制未考虑任何再热措施，而是采用露点送风，新风可以负担更多的室内负荷，但其后果就是室内湿度无法控制。如新风系统采取再热措施，达到与溶液除湿、双冷源除湿相同的送风状态点，则能耗必将大幅度上升。

结论及建议

　　1）采用溶液除湿、双冷源除湿的温湿度独立控制空调系统较温湿度联合控制系统均具有明显的节能效果。

　　2）由于双冷源除湿利用高温冷源的比例较高，而高温冷源的 COP 远大于常规冷源，因此，双冷源除湿的温湿度独立控制空调系统节能性略好。

　　3）溶液除湿新风机组本身的供冷能力较高，大大降低了对集中高温冷源的需求，对于采用地源热泵等集中冷源造价较高时，对于降低初投资较为有利。

　　4）当溶液除湿新风机组采用废热作为再生热源时，溶液除湿的节能率将大大提高。

　　5）充分利用高温冷源、提高冷源的 COP 是提高温湿度独立控制空调系统经济性的关键，利用低温冷源换热制备高温冷源的做法是不可取的，利用普通冷水机组在高温工况下运行，其 COP 远达不到高温冷水机组的效率，节能效果也要大打折扣。

　　6）转轮除湿的能耗远高于其他任何除湿方式，不宜在舒适性空调系统中采用。

　　本文作者：山东省建筑设计研究院 李向东