高溫雙冷源熱泵熱回收機在溫濕度獨立系統的應用

呂 智 程 權

(1.廣東浩特普爾空調有限公司，廣東 佛山 528225； 2.山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

高溫雙冷源熱泵熱回收機在溫濕度獨立系統的應用

呂 智1程 權2

(1.廣東浩特普爾空調有限公司，廣東 佛山 528225； 2.山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

介紹了高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調工作原理及適合溫濕度獨立控制系統的應用，測試了機組出風狀態所能達到的含濕量及能效比，通過排風能量全熱回收及熱泵冷凝熱回收技術與系統16 ℃～19 ℃高溫冷水的綜合應用，計算了機組的節能潛力。

溫濕度獨立控制系統，雙冷源，全熱回收，熱泵

溫濕度獨立控制空調系統作為一種全新風系統設備，能避免回風對建筑環境安全的潛在威脅以及因回風交叉污染造成傳染性疾病傳播的可能。其中新風采用低溫送風方式，承擔空調房間的全部濕負荷，使室內末端裝置實現干工況運行，避免室內凝水滋生細菌，污染空調環境。溫濕度獨立控制空調系統在防止病毒、細菌擴散方面具有其他空調系統無法比擬的優越性[1-3]，逐漸受到人們的重視，成為一項實現建筑環境安全性和健康性目標的有利措施。

目前溫濕度獨立控制空調系統大部分應用于16 ℃～19 ℃高溫冷水機組+深度除濕新風空調[4-6]。新風機組不但承擔了新風全部濕負荷，還包括了室內全部濕負荷及部分顯熱負荷，由此可見，高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調的除濕效果對溫濕度獨立控制空調系統的成功應用起著關鍵的作用。

1 系統原理及運行模式

高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調應用了排風能量全熱回收及熱泵冷凝熱回收兩項具有自主知識產權技術研發，其系統原理圖如圖1所示。

1.1 夏季高溫高濕室外空氣處理過程

高溫潮濕的室外新風依次經過全熱回收器12及高溫冷水盤管11、蒸發器4、冷凝熱回收器5，新風被全熱回收器12預冷及高溫冷水盤管11冷卻除濕后，再經過蒸發器4進一步降溫除濕，然后經過冷凝熱回收器5升溫后送入室內。室內排風分別經過全熱回收器12后再經過冷凝器2排出室外；排風經過全熱回收器12與新風進行全熱交換，有助于新風預冷；室內的低溫排風有助于冷卻冷凝器2以增強其散熱能力，及降低耗電量提高能效比。全熱回收器12、高溫冷水盤管11、蒸發器4及冷凝熱回收器5串聯使用，有助于降低新風含濕量及調節新風出風溫度，提高機組能效比及熱交換效率。

1.2 冬季低溫干燥空氣處理過程

當室外空氣為低溫干燥空氣時，開啟壓縮機1，通過四通閥10換向實現蒸發器和冷凝器的相互轉換。室外干燥、低溫的新風依次經過全熱回收器12及冷凝器4，被全熱回收器12預熱及冷凝器4加熱后送入室內,冷凝器4的排熱量用于加熱新風。室內高溫高濕空氣分別通過全熱回收器12，再經過蒸發器2，降溫后被排出室外；電磁閥8開啟，電磁閥7關閉，冷凝熱回收器5不工作。

2 新風機組實驗測試

在新風機組實際運行過程中，新風與排風先進行全熱交換，對經過全熱交換器的新風入口及出口的溫濕度進行測試，以確定全熱回收器的熱回收效率；然后確定經過高溫冷水盤管后的空氣狀態，再通過溫濕度獨立控制空調系統要求新風的含濕量，確定直接蒸發器的冷量，最后以要求的出風溫度18確定冷凝熱回收量。

全熱回收器的效率及回收冷量的測量與計算。考慮到新風的高能耗及室內排風的低焓值，對二者進行能量交換，以降低新風機組對新風處理的能耗，達到節能目的。

由能量平衡式：

m1(h1-h2)=m2(h4-h3)

(1)

及質量平衡式：

m1(d1-d2)=m2(d4-d3)

(2)

m=vSρ

(3)

其中，m為質量流量；h為空氣焓；d為空氣含濕量；v為空氣流速；S為通道面積；ρ為空氣密度，1.2 kg/m3。

新風機風量為1 150 m3/h時，測量得新風入口，室內空氣及設備各部位狀態參數見表1。

表1 室內空氣及設備各部位狀態參數

通過全熱交換效率式：

(4)

及全熱回收冷量式：

Q=m(h1-h2)

(5)

全熱交換器新風出口狀態點參數計算：

(6)

(7)

得出夏季全熱交換效率ηh=52%，顯熱交換效率ηt=64%。

計算全熱交換器回收冷量：

Q1=1 150×1.2×(h2-h3)/3 600=6.5 kW。

表冷器制冷量：

Q2=1 150×1.2×(h2-h4)/3 600=7.2 kW。

蒸發器制冷量：

Q3=1 150×1.2×(h4-h5)/3 600=8 kW。

壓縮機冷凝熱回收升溫熱量：

Q4=1 150×1.2×(h6-h5)/3 600=2.26 kW。

壓縮機輸入功率Q5：1.63 kW。

壓縮機EER=4.9。

3 方案比較

高溫冷水機組+高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調的溫濕度獨立控制系統與常規中央空調冷水機系統的方案比較。

以10 000 m2辦公場所為例，常規中央空調冷水機系統采用7 ℃/12 ℃冷凍水(方案1)，末端負荷為50 W/m2，1次換氣；高溫冷水機組+高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調的溫濕度獨立控制系統采用16 ℃/19 ℃高溫冷凍水(方案2)，末端負荷為80 W/m2，1次換氣。

兩種方案的計算參數及結果如表2所示。

表2 10 000 m2辦公場所空調系統計算參數及結果

由此可見，基于高溫冷水的雙冷源熱泵全熱回收新風空調在溫濕度獨立控制系統只是常規中央空調冷水機系統耗電量的140.8/246=57.23%。

4 結語

1)雙冷源熱泵全熱回收新風空調由于回收低溫排風冷量，利用低溫排風冷卻制冷系統冷凝器，升溫除濕利用冷凝器排放廢熱進行除濕，壓縮機EER達到4.9，空調系統能效大幅提高。

2)高溫冷水機組+高溫冷水雙冷源熱泵全熱回收新風的中央空調系統只是常規中央空調耗電量的57.23%左右，節能效果明顯。

[1] 殷 平.室內環境的安全性和獨立新風系統[J].暖通空調,2003(3)：13-15.

[2] 左遠志,楊曉西,丁 靜.轉輪除濕與單元式空調機相結合的空氣處理系統[J].建筑科學,2008(6)：34-36.

[3] 劉拴強,劉曉華,江 億.溫濕度獨立控制空調系統中獨立新風系統的研究(1):濕負荷計算[J].暖通空調,2010(1)：18-19.

[4] 張海強,劉曉華,江 億.溫濕度獨立控制空調系統和常規空調系統的性能比較[J].暖通空調,2011(1)：21-24.

[5] 賈 磊,張秀平,田旭東,等.溫濕度獨立控制空調系統關鍵設備的研究進展[J].流體機械,2011(4)：27-29.

[6] 田旭東,史 敏,周建誠,等.溫濕度獨立控制空調系統中冷水設計溫差的選取探討[J].流體機械,2008(12)：32-34.

High temperature double cold heat source heat pump heat recovery conditioning in the application of the temperature and humidity independent control system

Lv Zhi1Cheng Quan2

(1.GuangdongHead-PowerAirConditioninglimitedCompany,Foshan528225,China; 2.ShanxiArchiteeturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

Introduces the double cold heat cold water source heat pump heat recovery air conditioning work principle and suitable for the application of temperature and humidity independent control system, tested the unit state can achieve the wind out of moisture content and can effect comparing, through the full heat recovery and exhaust air energy heat pump condensing heat recovery technology with 16 ℃～19 ℃ high temperature cooling water system of integrated application, calculation of the unit energy-saving potential.

temperature and humidity independent control system, double cold source, all the heat recovery, heat pump

1009-6825(2017)20-0132-02

2017-04-20

呂 智(1972- )，男，工程師； 程 權(1976- )，男，高級工程師

TU821

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