特别报道 －ａ－脚。ｎ 温湿度独立控制空调系统 及性能分析 空调系统承担着排除室内余热、余湿．ＣＯ，与异味的任务。 由于排除室内余热与排除ＣＯ。、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、ＣＯ 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。由于无需承担除湿的任务 因而较高温度的冷源即 可实现排除余热的控制任务。温湿度独立控制空调系统［１】中， 采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制．调节室 内的温度与湿度．从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所 带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统．可以满足 不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调系统中难以 同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高（或过低） 的现象。温湿度独立控制空调系统的基本组成参见图１。高温 冷源、余热消除末端装置组成了处理显热的空调系统．采用水 作为输送媒介．其输送能耗仅是输送空气能耗的１／１ Ｏ～１／５。 处理潜热（湿度）的系统由新风处理机组、送风末端装置组成． 采用新风作为能量输送的媒介，同时满足室内空气品质的要求。 温湿度独立控制系统的四个核心组成部件分别为：高温冷 空调设备末蜡装置 湿度控 新风 制系统 ｚ＝＝》 温度控 制系统 圈ｌ温湿度独立控制空调原理图 图１温湿度独立控制空调原理图 口清华大学刘晓华江亿谢晓云刘栓强 水机组（出水温度１ ８。ｃ） 新风处理机组（制备干燥新风）、去 除显热的室内末端装置 去除潜热的室内送风末端装置。下面分 别介绍这几个核心部件以及在不同气候地区的推荐形式。 由于除湿的任务由处理潜热的系统承担．因而显热系统的 冷水供水温度由常规空调系统中的７℃提高到１ ８。ｃ左右。此温度 的冷水为天然冷源的使用提供了条件．如地下水、土壤源换热器 等。在西北干燥地区，可以利用室外干燥空气通过直接蒸发或间 接蒸发的方法获取１ ８＂Ｃ冷水。即使没有地下水等自然冷源可供 利用．需要通过机械制冷方式制备出１ ８。ｃ冷水时，由于供水温 度的提高，制冷机的性能系数也有明显提高。 深井回灌供冷技术 １０米以下的地下水水温一般接近当地的年均温．如果当地 的年均温低于１ ５￣Ｃ，通过抽取深井水作为冷源，使用后再回灌 到地下的方法就可以不使用制冷机而获得高温冷源。当采用这 种方式时，一定要注意必须严格实现利用过的地下水的回灌，否 则将造成巨大的地下水资源浪费。 通过土壤换热器获取高温冷水 可以直接利用土中埋管构成土壤源换热器，让水通过埋管 与土壤换热．使水冷却到１８＂Ｃ以下，使其成为吸收室内显热的 冷源。土壤源换热器可以为垂直埋管形式，也可以是水平埋管方 式。当采用垂直埋管形式时，埋管深度一般在１ＯＯｍ左右，管与 管间距在５ｍ左右。当采用土壤源方式在夏季获取冷水时．一定 注意要同时在冬季利用热泵方式从地下埋管中提取热量．以保 证系统（土壤）全年的热平衡。否则长期抽取冷量就会使地下逐 年变热．最终不能使用。当采用大量的垂直埋管时，土壤源换热 器成为冬夏之间热量传递蓄热型换热器。此时夏季的冷却温度 就不再与当地年平均气温有关．而是由冬夏的热量平衡和冬季 取热蓄冷时的蓄冷温度决定。只要做到冬夏间的热量平衡，在南 方地区也可以通过这一方式得到合适温度的冷水。 Ｔｈｅ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｒｅｐｏ￣ 特别报道 ｝｜风口Ｃ ａ． 接焦发冷水机纠 Ｉ划 ｐ 一 赠 含湿量（ １． Ｃ一水逆流换热器 ２． 一水ｒｔ接接触逆 ｅ掀姒 Ｊ符 ３．衔蚪水 ：４－Ｊ 机 ｂ．焓湿Ｉ纠 １ 冷水， ｔ－过 图２间接蒸发冷水机组流程图 应用于西北地区的间接蒸发冷水机组 间接蒸发冷水机组的原理［２】如图２所示。状态为Ｏ的室 外干燥空气进入空气冷却器１．被从塔底部流出的冷水等湿 冷却到Ａ状态，之后进入塔的尾部喷淋区 和Ｔ状态的冷水 进行充分的热湿交换，之后沿近似等焓的过程到达Ｂ，此时 状态已接近饱和线．在排风机的作用下，空气进一步沿塔内 填料层上升，上升过程与顶部喷淋水逆流接触，沿饱和线升 至ｃ后排出。在塔内的热湿交换过程同时产生Ｔ状态的冷水． 一部分进入空气冷却器冷却进风．一部分输出到用户．两部 分回水混合到塔部分喷淋产生冷水，完成水侧循环。（见图２） 利用此间接蒸发冷水机组．在理想工况下 即各部件的 换热面积无限大、且各部件风、水流量比满足匹配时．出水 温度可无限接近进风的露点温度。而实际开发的机组，考虑 ａ．离心－』Ｉ＝Ｉ ＾冷水机 １． 。． 义制冷：ｌｆ 义 定Ｊ』Ｊ． ｋＷ 碑：ｋｗ ＬＳＢＬＸ３６０ ８８６． １０７． ＬＳＢＬＸ５４０ ｌ３２９ １６０ ＬＳＢＬＸ７２０ ｌ７７２， ２ｌ３， ＬＳＢＬＸ９００ ２２ｌ５． ２６６ 汴：冷冻水２１／／１８℃，冷 水３７／３２℃ ｂ， 能参数 图３高温冷水机组 到各部件的效率．实测冷水出水温度低于室外湿球温度．基本 处在湿球和露点的平均值。由于间接蒸发冷水机组产生冷量的 过程．只需花费风、水间接和直接接触换热过程所需风机和水 泵的电耗，和常规机械压缩制冷方式相比 不使用压缩机，机 组的性能系数ＣＯＰ（设备获得冷量与风机、水泵电耗的比值） 很高。在乌鲁木齐的气象条件下．实测机组ＣＯＰ约为１ ２～１ ３。 室外空气越干燥，获得冷水的温度越低 间接蒸发冷水机组的 ＣＯＰ越高。 高温冷水机组 在无法利用地下水等天然冷源或冬蓄夏取技术获取冷水 时，即使采用机械制冷方式，由于要求的水温高．制冷压缩机 需要的压缩比很小．制冷机的性能系数也可以大幅度提高。如 果将蒸发温度从常规冷水机组的２ ３。Ｃ提高到１４～６￣Ｃ，当冷凝 特别报道ｌ ：：ｃ－ａ －ｅ 。ｎ 温度恒为４０。Ｃ时，卡诺制冷机的ＣＯＰ将从７．２ ７．５提高 到１１．０～１ ２．０。对于现有的压缩式制冷机．怎样改进其结构 形式，使其在小压缩比时能获得较高的效率，是对制冷机制 造者提出的新课题。图３给出了海尔高温离心式冷水机组． 该机组采用磁悬浮压缩机、无油润滑等技术。当冷冻水进、 出水温度为２１／１ ８＂Ｃ 冷却水进 出水温度为３７／３２。Ｃ时， 其ＣＯＰ＝８．３，在部分负荷条件下或冷却水温度降低时，其性 能则更为优越。 湿度调节系统——干燥新风的制备 对于我国西北干燥地区，室外新风的含湿量很低．新风 处理机组的核心任务是实现对新风的降温处理过程．可通过 直接或者间接蒸发冷却方式来实现，此处不再赘述。对于我 国东南潮湿地区．室外新风的含湿量很高，新风处理机组的 核心任务是实现对新风的除湿处理过程。对新风的除湿处理 可采用溶液除湿、转轮除湿等方式。转轮的除湿过程接近等 焓过程，除湿后的空气温度显著升高需要进一步通过高温冷 源（１ ８℃）冷却降温。但转轮除湿的运行能耗难以与冷凝除 湿方式抗衡．转轮除湿机除掉的潜热量与耗热量之比一般难 以超过０ ６。溶液除湿新风机组以吸湿溶液为介质 可采用 热泵（电）或者热能作为其驱动能源。 热泵驱动的溶液除湿新风机组．夏季实现对新风的降温 除湿处理功能．冬季实现对新风的加热加湿处理功能。图５ 为一种热泵驱动的溶液调湿新风机组流程图【５】，它由两级全 热回收模块和两级再生／除湿模块组成。热泵的蒸发器对除 湿浓溶液进行冷却．以增强溶液除湿能力并吸收除湿过程中 释放的潜热：热泵冷凝器的排热量用于溶液的浓缩再生。该 新风机组冬夏的性能系数（新风获得冷／热量与压缩机和溶 液泵耗电量之比）均超过５。 溶液除湿新风机组还可采用太阳能 城市热网、工业废 热等热源驱动（７５℃）来再生溶液。溶液新风机组的工作原 理利用排风蒸发冷却的冷量通过水一溶液换热器来冷却下层 新风通道内的溶液．从而提高溶液的除湿能力。室外新风依 次经过除湿模块Ａ、Ｂ、ｃ被降温除湿后，继而进入回风模块 Ｇ所冷却的空气一水换热器被进一步降温后送入室内。该种 形式的溶液除湿系统的性能系数（新风获得冷量／再生消耗 热量）为１．２ １．５。在余热驱动的溶液除湿系统中．一般采 用分散除湿、集中再生的方式，将再生浓缩后的浓溶液分别 输送到各个新风机中。在新风除湿机与再生器之间，经常设 置储液罐．除了起到存储溶液的作用外．还能实现高能力 的能量蓄存功能（蓄能密度超过５００ ＭＪ／ｍ。），从而缓解再 生器对于持续热源的需求．也可降低整个溶液除湿空调系 统的容量。余热驱动的溶液除湿空调系统可使我国北方大 面积的城市热网在夏季也可实现高效运行．同时又减少电 动空调用电量．缓解夏季用电紧张状况。 核心部件：室内末端装置 余热消除末端装置可以采用辐射板、干式风机盘管等多 种形式，采用较高温度的冷源通过辐射、对流等多种方式实 现，装置参见图７。由于冷水的供水温度高于室内空气的露 点温度．因而不存在结露的危险。当室内设定温度为２５。ｃ时， 采用屋顶或垂直表面辐射方式，即使平均冷水温度为２Ｏ。ｃ． 单位面积辐射表面仍可排除显热４０Ｗ／ｍ ，已基本可满足多 数类型建筑排除围护结构和室内设备发热量的要求。此外． 还可以采用干式风机盘管排除显热，由于不存在凝水问题． 干式风机盘管可采用完全不同的结构和安装方式，这可使风 机盘管成本和安装费大幅度降低，并且不再占用吊顶空间。 这种末端方式在冬季可完全不改变新风送风参数．仍由其承 担室内湿度和ＣＯ，的控制。 在温湿度独立控制空调系统中，由于仅是为了满足新风 和湿度的要求 因而送风量远小于变风量系统的风量。这部 分空气可通过置换送风的方式从下侧或地面送出，也可采用 个性化送风方式直接将新风送入人体活动区。 综合比较．温湿度独立控制空调系统在冷源制备、新 风处理等过程中比传统的空调系统具有较大的节能潜力． 这种温湿度独立控制空调系统已经在多个示范工程中得到 应用。 在东南潮湿地区．利用机械制冷方式的高温冷水机组制 备出１６ １ ９℃冷水，送入室内风机盘管或辐射板等末端装置． 控制室内温度；通过溶液除湿方式，实现对新风的降温除湿 处理．将干燥的新风送入室内置换风口或个性化风口．控制 室内湿度。相对于常规空调系统而言，此形式的温湿度独立 控制空调系统可节能约３Ｏ％。 在西北干燥地区，利用间接蒸发冷水机组制得１ ６ １ ９℃ 冷水．送入室内的风机盘管或辐射吊顶等显热末端 带走室 内的显热负荷；通过问接蒸发冷却或者多级蒸发冷却的方式 处理新风，带走室内的湿负荷。相对于常规空调系统而言， 此形式的温湿度独立控制空调系统可节能约５Ｏ％