葉衛(wèi)平

（浙江天誠(chéng)中央空調(diào)有限公司，溫州325000）

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)舒適性的要求逐步提高。隨之而來的是建筑能耗的不斷增加，且愈演愈烈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑能耗大約占社會(huì)總能耗30%，而其中最主要的是空調(diào)使用能耗，約占建筑能耗50%～60%。在空調(diào)節(jié)能領(lǐng)域，眾多學(xué)者專家提出了各式各樣的方案，其中尚未能大面積推廣的理論之一便是：溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的應(yīng)用。本項(xiàng)目則為溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的良好應(yīng)用。以往溫濕度獨(dú)立控制項(xiàng)目多數(shù)采用溶液除濕或者轉(zhuǎn)輪除濕，冷源多數(shù)為高溫冷水機(jī)組，而筆者本次介紹的為高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組＋水冷式除濕機(jī)＋的 “新型”組合方式。

1 工程概況

本工程為長(zhǎng)沙某一期辦公樓，位于寧鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。項(xiàng)目建筑面積7034m2，其中空調(diào)面積為5517.4m2。辦公樓分三層，一層層高5.5m，主要功能為科技展廳、休息區(qū)和辦公室；二層層高4.5m，主要功能為辦公室、會(huì)議室和休息區(qū)；三層層高4.5m，主要功能為辦公室、會(huì)議室、休息區(qū)和多功能報(bào)告廳。業(yè)主欲要將辦公樓打造綠色節(jié)能建筑。

2 空調(diào)系統(tǒng)確定

2.1 空調(diào)系統(tǒng)末端采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)有除去室內(nèi)的空氣余熱和余濕的任務(wù)，除此之外，還有改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)普遍采用熱濕耦合的控制方式，對(duì)空氣的余熱和余濕同時(shí)進(jìn)行處理，這種處理方式會(huì)有以下缺點(diǎn)：

1）處理后的空氣溫度過低，還需再熱達(dá)到送風(fēng)溫度要求，造成能源浪費(fèi)；

2）傳統(tǒng)空調(diào)難以適應(yīng)室內(nèi)熱濕比的變化，一般是犧牲對(duì)濕度的控制，通過僅滿足室內(nèi)溫的要求來妥協(xié)，降低了空調(diào)環(huán)境舒適感；

3）傳統(tǒng)空調(diào)冷卻除濕帶來的表面長(zhǎng)時(shí)間潮濕問題，在風(fēng)道、盤管表面滋生霉菌和微生物，造成空調(diào)環(huán)境易被病菌感染；

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)則是將空氣溫度和濕度分開控制，可實(shí)現(xiàn)溫度和濕度均能精準(zhǔn)控制，能夠完美解決傳統(tǒng)空調(diào)的以上缺點(diǎn)。經(jīng)專家們分析及實(shí)踐表明，溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可以避免過多的能源消耗，達(dá)到節(jié)能的目的；

2）溫濕度參數(shù)很容易實(shí)現(xiàn)，達(dá)到舒適的目的；

3）空氣品質(zhì)良好，無細(xì)菌感染，達(dá)到健康的目的；

4）冷指標(biāo)小，達(dá)到節(jié)省投資的目的。

2.2 高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組介紹

常規(guī)的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)采用的是高溫主機(jī)＋干式末端的方式控制室內(nèi)顯熱負(fù)荷，此種組合方式僅能在空氣濕度相對(duì)較低情況下滿足干式運(yùn)行，在濕度較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多冷凝水，無法真正做到干式運(yùn)行，同時(shí)這類組合在工程系統(tǒng)較小時(shí)顯得尤為復(fù)雜。采用高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組＋高溫內(nèi)機(jī)的組合方式能夠完美解決上述問題。高顯熱多聯(lián)機(jī)通過內(nèi)外機(jī)之間的通訊協(xié)議，利用 “一種多聯(lián)機(jī)的低壓控制技術(shù)”可有效精確的控制高蒸發(fā)溫度，達(dá)到高效去除顯熱的目的，并且使機(jī)組能效更高，其控制思路如圖1：

圖1 控制思路

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，內(nèi)機(jī)根據(jù)檢測(cè)回風(fēng)溫度和相對(duì)濕度，通過機(jī)組內(nèi)置計(jì)算公式計(jì)算出回風(fēng)的露點(diǎn)溫度，加上其它一些修正系數(shù)，確定蒸發(fā)溫度和目標(biāo)低壓，控制壓機(jī)的輸出，達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。此外，該高顯熱多聯(lián)機(jī)組同時(shí)具備普通變頻多聯(lián)機(jī)功能，通過機(jī)組設(shè)置，可在高溫多聯(lián)機(jī)功能和常規(guī)多聯(lián)機(jī)功能之間切換。

2.3 預(yù)冷式新風(fēng)除濕機(jī)介紹

目前溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)中所用的除濕手段多數(shù)為溶液除濕或者轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組，這些除濕手段有著除濕效率低、除濕劑對(duì)金屬管道有腐蝕性、室內(nèi)余熱末端易結(jié)露等問題。筆者介紹的預(yù)冷式新風(fēng)除濕機(jī) （見圖2）則不會(huì)出現(xiàn)這些問題，是基于溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)全新開發(fā)的產(chǎn)品，系統(tǒng)原理包含制冷循系統(tǒng)和新風(fēng)除濕系統(tǒng)：

新風(fēng)從室外引入經(jīng)過預(yù)冷器 （12～18℃）預(yù)冷，將新風(fēng)溫度降低至18～24℃，隨后經(jīng)過蒸發(fā)器將溫度降至機(jī)器露點(diǎn)，除去空氣中的水分，再經(jīng)過冷凝器2將空氣溫度提升至室內(nèi)露點(diǎn)溫度以上獲得低溫干燥的新風(fēng)，最后通過風(fēng)機(jī)把低溫干燥新風(fēng)送入室內(nèi)處理室內(nèi)潛熱負(fù)荷，達(dá)到控制室內(nèi)濕度的目的。

3 “新型”溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)原理

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)是將空氣溫度與濕度分開控制，在一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中，采用兩種不同蒸發(fā)溫度的冷源，用高溫末端取代傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中大部分由低溫末端承擔(dān)的熱濕負(fù)荷，這樣可以提高綜合制冷效率，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省能耗的目的。在溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)中，高溫冷源作為主冷源，它承擔(dān)室內(nèi)全部的顯熱負(fù)荷和小部分的新風(fēng)負(fù)荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的50%以上 （新風(fēng)量越多，占比約低）；低溫冷源作為輔助冷源，它承擔(dān)室內(nèi)全部的濕負(fù)荷和部分的新風(fēng)負(fù)荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的50%以下。筆者設(shè)計(jì)該項(xiàng)目建筑顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷分別由高顯熱多聯(lián)機(jī)和新風(fēng)除濕機(jī)來處理，高顯熱多聯(lián)機(jī)采用通過計(jì)算室內(nèi)回風(fēng)露點(diǎn)溫度及相關(guān)修正來確定蒸發(fā)溫度，確保機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定過程中不會(huì)產(chǎn)生冷凝水；新風(fēng)除濕機(jī)則是將室外高溫高濕新風(fēng)經(jīng)過預(yù)冷—降溫除濕—熱回收升溫等幾個(gè)過程后形成低溫干燥新風(fēng)送入室內(nèi)，處理室內(nèi)潛熱負(fù)荷。

圖2 預(yù)冷式新風(fēng)除濕機(jī)

4 本項(xiàng)目特點(diǎn)

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，辦公樓一層有注塑車間機(jī)房，回水溫度在14℃左右，并且其冷源有富余（約300kW）；

2）辦公樓建筑長(zhǎng)寬比大 （長(zhǎng) 126m，寬18m），其中有較多會(huì)議室，對(duì)新風(fēng)需求量大；

3）辦公環(huán)境對(duì)夏季舒適感要求高，且冬季有供暖需求；

4）辦公樓一層為科技展廳，對(duì)展廳濕度要求高；

5）辦公樓三層為會(huì)議室集中區(qū)域，對(duì)新風(fēng)需求大；

6）該辦公樓欲打造綠色節(jié)能建筑，業(yè)主希望能夠采用新型節(jié)能技術(shù)。

在充分考慮該辦公樓高端定位和利用現(xiàn)有資源并結(jié)合先進(jìn)的、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)采用將室內(nèi)空氣溫度與濕度分開控制的空調(diào)系統(tǒng)，即溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。本方案采用新型溫度控制冷源 （高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組）來處理室內(nèi)空氣顯熱負(fù)荷，新風(fēng)除濕機(jī)控制室內(nèi)空氣濕負(fù)荷，即高顯熱多聯(lián)機(jī)＋預(yù)冷式新風(fēng)除濕機(jī)系統(tǒng)。

5 設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)

5.1 冷熱源的設(shè)計(jì)

夏季冷負(fù)荷：溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的新風(fēng)全熱負(fù)荷、室內(nèi)潛熱負(fù)荷都是由新風(fēng)除濕機(jī)組來承擔(dān)，室內(nèi)顯熱負(fù)荷由高顯熱多聯(lián)機(jī)組和高溫內(nèi)機(jī)承擔(dān)，項(xiàng)目采用諧波法逐時(shí)計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，夏季顯熱負(fù)荷474.1kW，潛熱負(fù)荷 124kW，新風(fēng)全熱負(fù)荷399.4kW；冬季熱負(fù)荷608.9kW。設(shè)計(jì)中需要注意的是：（1）由于經(jīng)過新風(fēng)除濕機(jī)處理后的新風(fēng)溫度為20℃，比室內(nèi)溫度低，所以新風(fēng)會(huì)承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷；（2）本項(xiàng)目總新風(fēng)量34620m3／h，承擔(dān)顯熱負(fù)荷63.47kW，約占室內(nèi)顯熱負(fù)荷13%，因此在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，選擇末端時(shí)忽略設(shè)備衰減系數(shù)來減少設(shè)備投資；（3）新風(fēng)需要預(yù)冷，會(huì)增加額外系統(tǒng)投入，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)去。

5.2 空調(diào)設(shè)備選型

項(xiàng)目設(shè)計(jì)13臺(tái)高顯熱多聯(lián)式主機(jī)作為顯熱冷源，末端采用風(fēng)管式送風(fēng)內(nèi)機(jī)；預(yù)冷源為原注塑車間工藝?yán)鋬鏊厮?，需提?67kW預(yù)冷量；新風(fēng)除濕機(jī)共為6臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組最大提供6000m3／h，自身額定制冷量為23.3kW；設(shè)計(jì)選擇2臺(tái)冷卻塔（50T和90T）及相應(yīng)水泵為新風(fēng)除濕機(jī)冷卻降溫使用。

5.3 系統(tǒng)運(yùn)行邏輯介紹

該系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為手動(dòng)模式和群控模式，這里僅介紹自動(dòng)模式運(yùn)行邏輯。

1）控制邏輯：

系統(tǒng)濕度由新風(fēng)除濕機(jī)控制，除濕機(jī)采用定頻風(fēng)機(jī) （也可采用變頻風(fēng)機(jī)），新風(fēng)主入口設(shè)置電動(dòng)比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥，各使用區(qū)域支管上設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥（房間內(nèi)），使用區(qū)域均設(shè)置有溫濕度傳感器和二氧化碳傳感器。在除濕風(fēng)系統(tǒng)主管道設(shè)置定壓點(diǎn)，新風(fēng)機(jī)組新風(fēng)入口處的比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥根據(jù)壓力變化調(diào)節(jié)開度。送風(fēng)口前風(fēng)閥根據(jù)區(qū)域內(nèi)濕度及CO2的濃度開啟或關(guān)閉。

2）系統(tǒng)動(dòng)作順序：

系統(tǒng)風(fēng)閥、冷卻水系統(tǒng)蝶閥開啟—送風(fēng)風(fēng)閥動(dòng)作—冷卻水泵動(dòng)作—冷卻塔風(fēng)機(jī)動(dòng)作—新風(fēng)除濕機(jī)動(dòng)作—電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥動(dòng)作。

3）電動(dòng)二通風(fēng)閥動(dòng)作規(guī)則：

系統(tǒng)開啟后，送風(fēng)口前電動(dòng)風(fēng)閥根據(jù)室內(nèi)濕度和CO2濃度調(diào)節(jié)風(fēng)閥開啟、關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)每次開啟時(shí)，風(fēng)閥保持開啟10min，其后按照下述規(guī)則動(dòng)作：

（i）當(dāng)室內(nèi)CO2濃度≤800ppm或者室內(nèi)相對(duì)濕度≤45%時(shí)，風(fēng)閥關(guān)閉；室內(nèi)相對(duì)濕度檢測(cè)點(diǎn)每1min檢測(cè)一次，連續(xù)3次檢測(cè)值超標(biāo)風(fēng)閥開始動(dòng)作。

（ii）當(dāng)室內(nèi)CO2濃度≥1000ppm或者室內(nèi)相對(duì)濕度≥65%時(shí)，風(fēng)閥開啟；室內(nèi)CO2濃度檢測(cè)點(diǎn)每1min檢測(cè)一次，連續(xù)3次檢測(cè)值超標(biāo)風(fēng)閥開始動(dòng)作。

（iii）當(dāng)室內(nèi)CO2濃度≤800ppm，室內(nèi)相對(duì)濕度≥65%，風(fēng)閥開啟，同時(shí)除濕機(jī)出風(fēng)參數(shù)絕對(duì)含濕量設(shè)定值下調(diào) 0.5g／kg／10min；

（iiii）若室內(nèi)CO2濃度≥1000ppm，室內(nèi)相對(duì)濕度≤45%，風(fēng)閥開啟，同時(shí)除濕機(jī)出風(fēng)參數(shù)絕對(duì)含濕量設(shè)定值上調(diào) 0.5g／kg／10min。

4）電動(dòng)比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥動(dòng)作規(guī)則：

在送風(fēng)主管距出風(fēng)口1／3處設(shè)置定壓點(diǎn)，布設(shè)壓力傳感器，壓力預(yù)設(shè)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定；也可初步按照除濕機(jī)機(jī)外余壓數(shù)值的2／3設(shè)定，后續(xù)根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況調(diào)整。系統(tǒng)開啟后，電動(dòng)比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥保持全開狀態(tài)10min，其后按照下述規(guī)則動(dòng)作：

（i）當(dāng)檢測(cè)壓力P≥設(shè)定壓力＋容差時(shí)，且變化速率＜設(shè)定值，電動(dòng)比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度增大5%，變化速率采集當(dāng)前時(shí)間前2min數(shù)據(jù)；

（ii）當(dāng)檢測(cè)壓力P≤設(shè)定壓力＋容差時(shí)，且變化速率＜設(shè)定值，電動(dòng)比例調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度減小5%，變化速率采集當(dāng)前時(shí)間前2min數(shù)據(jù)；

上述設(shè)定值及風(fēng)閥開度值需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況確定。

5）新風(fēng)除濕機(jī)運(yùn)行規(guī)則：

（i）進(jìn)風(fēng)電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥關(guān)閉或送風(fēng)風(fēng)閥全部關(guān)閉，新風(fēng)除濕機(jī)壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)停機(jī)；

（ii）當(dāng)室外氣象參數(shù)變化，機(jī)組根據(jù)內(nèi)置程序調(diào)節(jié)保證出風(fēng)參數(shù)穩(wěn)定為設(shè)定值。

6）冷卻水泵、冷卻塔動(dòng)作規(guī)則：

冷卻水泵與新風(fēng)除濕機(jī)組聯(lián)動(dòng)，任何一臺(tái)新風(fēng)除濕機(jī)組啟動(dòng)，冷卻水泵均需啟動(dòng)。冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)冷卻水出水溫度控制風(fēng)機(jī)的開啟關(guān)閉，保證出水溫度穩(wěn)定在30℃。

（i）當(dāng)冷卻塔出水溫度≥30℃＋1℃時(shí)，風(fēng)機(jī)開啟。冷卻塔出水溫度檢測(cè)點(diǎn)每20s檢測(cè)一次，連續(xù)3次檢測(cè)值超標(biāo)風(fēng)機(jī)開始動(dòng)作。

（ii）當(dāng)冷卻塔出水溫度≤30℃－1℃時(shí)，風(fēng)機(jī)關(guān)閉。冷卻塔出水溫度檢測(cè)點(diǎn)每20s檢測(cè)一次，連續(xù)3次檢測(cè)值超標(biāo)風(fēng)機(jī)開始動(dòng)作。

6 “新型”溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及不足

優(yōu)勢(shì)：

（1）該項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組在溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)提供了又一種選擇；

（2）新型預(yù)冷式新風(fēng)除濕機(jī)解決了傳統(tǒng)溶液除濕系統(tǒng)效率低、除濕劑對(duì)金屬管道有腐蝕性、末端易結(jié)露等缺點(diǎn)；

（3）相比較于傳統(tǒng)溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)在溫度控制方面系統(tǒng)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、控制精度高、安全性好；

（4）能夠在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)之間切換，對(duì)能耗分析及相應(yīng)的研究提供了極大參考價(jià)值；

（5）在能夠利用現(xiàn)有資源的前提下，能夠極大減少初期投入。

不足：

（1）新風(fēng)除濕系統(tǒng)需要配置冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻水塔等配套設(shè)施，增加了成本；

（2）該系統(tǒng)僅適用于夏季溫濕度控制，冬季無法控制濕度；

（3）初投資相比較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高10%～15%；

7 結(jié)束語(yǔ)

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)今空調(diào)系統(tǒng)的一項(xiàng)新技術(shù)，能夠提供環(huán)保、節(jié)能、舒適的環(huán)境。雖然該系統(tǒng)仍然存在些許不足，但隨著越來越多專家和學(xué)者的不斷研究和探討，使之不斷完善，相信這項(xiàng)新技術(shù)會(huì)在更多的工程中得到應(yīng)用，成為未來空調(diào)系統(tǒng)的首選。