肖靜

淺談熱泵式溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

肖靜

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

簡(jiǎn)介熱泵式溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)的原理，通過(guò)案例來(lái)分析熱泵式溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。由i-d圖分析熱泵式溶液除濕空調(diào)設(shè)備的新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)以及干盤管承擔(dān)的負(fù)荷。

熱泵式溶液除濕空調(diào)；溫濕度獨(dú)立控制；i-d圖

0 引言

隨著人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)要求的提高，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。但常規(guī)的舒適性空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，冷卻與除濕兩個(gè)過(guò)程都是通過(guò)冷盤管來(lái)完成。實(shí)際運(yùn)行中，夏季空調(diào)并不能完全滿足兩個(gè)參數(shù)同時(shí)控制。而是以房間溫度為控制參數(shù)，不保證濕度。有些工程中為了達(dá)到溫、濕度實(shí)時(shí)有效調(diào)控，會(huì)增加再熱系統(tǒng)。這樣明顯的冷、熱抵消，浪費(fèi)能源。另外由于常規(guī)空調(diào)依靠使空氣通過(guò)冷表面對(duì)空氣進(jìn)行降溫減濕，這就導(dǎo)致冷表面成為潮濕表面甚至產(chǎn)生積水。空調(diào)停止運(yùn)行后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場(chǎng)所,危害人體健康。因此專家提出了溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)。

1 溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

在《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50736-2012[1]中，對(duì)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)解釋為：由相互獨(dú)立的兩套系統(tǒng)分別控制空調(diào)區(qū)的溫度和濕度的空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)區(qū)的全部顯熱負(fù)荷由干工況室內(nèi)末端設(shè)備承擔(dān)，空調(diào)區(qū)的全部散失量由經(jīng)濕處理的干空氣承擔(dān)。溫度控制的末端設(shè)備一般采用干式盤管、輻射板、毛細(xì)管等。這樣可避免盤管滋生細(xì)菌，有利于人體健康。濕度控制有冷卻除濕、溶液除濕、轉(zhuǎn)輪除濕等。

2 案例分析

熱泵式熱回收型溶液除濕空調(diào)作為溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的一種形式。筆者將以一個(gè)工程為例，簡(jiǎn)述熱泵式熱回收型溶液除濕空調(diào)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。并利用i-d圖來(lái)分析熱泵式溶液除濕空調(diào)設(shè)備的新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)及干盤管的設(shè)計(jì)。

2.1 溶液除濕空調(diào)工作原理[2]

夏季工況：高溫潮濕的新風(fēng)在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風(fēng)進(jìn)行全熱回收，新風(fēng)被初步降溫除濕，然后進(jìn)入除濕單元進(jìn)一步除濕。新風(fēng)單獨(dú)處理至低濕狀態(tài)后與回風(fēng)混合，通過(guò)外界提供的高溫冷水（14/19℃）對(duì)混合空調(diào)進(jìn)行降溫，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。由除濕單元和表冷器分別控制送風(fēng)的濕度和溫度。

冬季工況，低溫干燥的新風(fēng)在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風(fēng)進(jìn)行全熱回收，新風(fēng)被初步加熱加濕，進(jìn)入加濕單元進(jìn)一步加濕。濕潤(rùn)的新風(fēng)與回風(fēng)混合，通過(guò)外界提供的熱水（50/45℃）對(duì)混合空氣進(jìn)行加熱，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。由加濕單元和加熱器分別控制送風(fēng)的濕度和溫度。

2.2 項(xiàng)目概況

V R體驗(yàn)館的空調(diào)面積：935m2，人員密度：0.33m2/人。經(jīng)華電源負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)算此區(qū)域的負(fù)荷如下：

室內(nèi)全熱負(fù)荷：94kW，室內(nèi)顯熱負(fù)荷：74.9kW，室內(nèi)濕負(fù)荷：28.1kg/h。

夏季設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 夏季設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 新風(fēng)量GX

（1）衛(wèi)生要求的新風(fēng)量GX1：

取人均新風(fēng)量qx=20m3/（h·人），人員密度：0.33m2/人，空調(diào)面積：935m2，則新風(fēng)量為GX1=20×0.33× 935=6171m3/h

（2）除濕要求的新風(fēng)量GX2：

式中GX2—滿足除濕要求的新風(fēng)量，m3/h；

W—室內(nèi)濕負(fù)荷，g/h；

ρa(bǔ)—空氣密度，kg/m3；

dn—室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)空氣含濕量，g/kg；

ds—機(jī)組送風(fēng)最低含濕量，g/kg，一般取8g/kg。

則，

系統(tǒng)新風(fēng)量取大值、取整，GX=6200m3/h

2.4 全熱回收段后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)

式中tw—室外干球溫度，℃；

hw—室外空氣焓值，kJ/kg；

tn—室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度

hn—室內(nèi)空氣焓值，

tw′—熱回收后新風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，℃；

hw′—熱回收后新風(fēng)焓值，kJ/kg；

η—熱回收效率，%；

Gp—排風(fēng)量，m3/h；

Gx—新風(fēng)量，m3/h。

全熱回收段后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)W′的確定：

利用式（2）、式（3），熱回收效率η取60%、排風(fēng)量Gp取新風(fēng)量Gx的80%，則全熱回收后新風(fēng)焓值hw′與溫度tw′：

全熱回收后hw′=73.7kJ/kg，tw′=29.9℃。

2.5 除濕后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)

因新風(fēng)承擔(dān)所有室內(nèi)濕負(fù)荷，由式（1）可得新風(fēng)除濕處理后含濕量d1。

目前市面上的溶液除濕空調(diào)機(jī)組一般能夠處理新風(fēng)的出口相對(duì)濕度介于55%-75%之間，溫度在18-20℃，本項(xiàng)目的新風(fēng)除濕后的含濕量d1=8.22g/kg。

根據(jù)溫濕度獨(dú)立控制的定義：新風(fēng)只承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，室內(nèi)顯熱負(fù)荷由末端設(shè)備（干式盤管）承擔(dān)。理論上新風(fēng)經(jīng)過(guò)除濕處理后的溫度應(yīng)該跟室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度一致，而實(shí)際機(jī)器處理的溫度在18-20℃。承擔(dān)一部分室內(nèi)顯熱。下面用i-d分析如何確定新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)及新風(fēng)承擔(dān)了多少室內(nèi)顯熱。

圖1 除濕后新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)i-d圖

各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

由上圖可知，如果要達(dá)到真正的溫濕度獨(dú)立控制，理想狀態(tài)除濕后的新風(fēng)參數(shù)點(diǎn)應(yīng)該是等d1=8.22g/kg與等tn=25℃的交點(diǎn)7，而實(shí)際機(jī)器處理后的狀態(tài)點(diǎn)是1～4的一個(gè)范圍區(qū)間即（t=18-20℃，ψ=55%-75%）。作d1=8. 22g/kg的等濕線，5～6狀態(tài)點(diǎn)都能滿足除濕要求，取溫度越靠近室內(nèi)溫度的狀態(tài)點(diǎn)5作為新風(fēng)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)。但如果要達(dá)到狀態(tài)點(diǎn)7，需再熱，增加耗能，不節(jié)能。確定了新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，即可計(jì)算出溶液除濕段承擔(dān)的室內(nèi)顯熱負(fù)荷Q1X：

式中GX—新風(fēng)量，m3/h；

t1—除濕后新風(fēng)溫度，℃；

ca—比熱容，J/（kg/℃）。

由式（4）得：

因室內(nèi)顯熱負(fù)荷為74.9kW，所以新風(fēng)承擔(dān)了14%室內(nèi)顯熱。如果選取狀態(tài)點(diǎn)6，則承擔(dān)18%的室內(nèi)顯熱。

2.6 溶液除濕后空調(diào)箱設(shè)備選型設(shè)計(jì)

2.6.1i-d圖

圖2 熱泵式溶液除濕空調(diào)機(jī)組夏季一次回風(fēng)i-d圖

W～W′為室外新風(fēng)經(jīng)熱回收后的過(guò)程線，W′～L為新風(fēng)除濕過(guò)程線。此過(guò)程其實(shí)并不能單純的用一條直線連接（此為示意），送風(fēng)狀態(tài)O點(diǎn)確定。采用溫差法確定送風(fēng)溫度。在焓濕圖上畫出室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N及熱濕比線。送風(fēng)溫差取Δt=6.5℃，即送風(fēng)溫度為18.5℃。作t=18.5℃等溫線與熱濕比線交點(diǎn)即為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，過(guò)O點(diǎn)作等d線與室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N和新風(fēng)出口狀態(tài)點(diǎn)W′連線的交點(diǎn)即為混風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)C。

各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

2.6.2機(jī)組送風(fēng)量G

式中hc—混合點(diǎn)焓值；

h1—新風(fēng)焓值，kJ/kg；

G—送風(fēng)量，m3/h。

由i-d圖和式（5）得：

2.6.3機(jī)組總冷量QL

溶液除濕段承擔(dān)的負(fù)荷QL1：

干盤管承擔(dān)的負(fù)荷QL2：

式中ho—送風(fēng)點(diǎn)焓值，kJ/kg。

機(jī)組總負(fù)荷：QL=QL1+QL2=67.56+64.5=132.1kW

因此空調(diào)機(jī)組選擇QL為132.1kW，送風(fēng)量G為34215m3/h。

3 結(jié)語(yǔ)

溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有別有常規(guī)舒適性空調(diào)設(shè)計(jì)。新風(fēng)量的設(shè)計(jì)不僅要滿足衛(wèi)生要求還要滿足除濕要求。除濕后的新風(fēng)狀態(tài)參數(shù)也要根據(jù)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)去合理選取。通過(guò)上述可知新風(fēng)承擔(dān)了14%-18%的室內(nèi)顯熱，在設(shè)計(jì)主機(jī)容量時(shí)需把此部分容量考慮進(jìn)去，以免主機(jī)容量選擇過(guò)大，造成浪費(fèi)。

[1]GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]潘云剛，劉曉華，徐穩(wěn)龍.溫濕度獨(dú)立控制（TH IC）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.

Design of Heat Pump Solution Desiccant Air Conditioning System

XIAO Jing
（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

This paper introduces the principle of heatsolution dehum idification air conditioning system,analyzes the design points of heat solution dehum idification air conditioning system through the case.A nalysis of fresh air state pointand dry coilload ofdehum idification solution dehum idification airconditioning equipm entby i-d graph.

heat solution dehum idification air conditioning；hum iture independent control；i-d diagram

TU 831

B

2095-3429（2017）01-0074-04

2017-02-14

修回日期：2017-03-06

肖靜（1981-），女，工學(xué)學(xué)士，本科，工程師。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.018