新風(fēng)預(yù)表冷承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷節(jié)能分析研究

楊朝杰段洋倪明楷

1國藥集團(tuán)重慶醫(yī)藥設(shè)計(jì)院有限公司 2重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 3航天城工程指揮部

0 引言

1）節(jié)能需要

能源消耗費(fèi)用在部分工業(yè)建筑的生產(chǎn)成本中占有較大比例，節(jié)約能源是大多數(shù)業(yè)主迫切需求；特別是對于一些需要空氣凈化的建筑，其空調(diào)能耗在能源消耗中占的比重較大，根據(jù)調(diào)研，比如在制藥工業(yè)中，暖通空調(diào)的系統(tǒng)的運(yùn)行能耗通常能達(dá)到30%～45%。特別是在項(xiàng)目回訪中，業(yè)主常提及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題；比如業(yè)主為了節(jié)能常常建議將一些本需要排風(fēng)的房間做成回風(fēng)，或設(shè)計(jì)熱回收設(shè)施，或降低設(shè)計(jì)的送風(fēng)量；以降低空調(diào)的能耗，但通常這些措施要么犧牲了受控區(qū)域的舒適性或工藝需求，或增加了較大的初投資。

2）規(guī)范要求

《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2015第8.5.17條[1]：除特殊的工藝要求外，在同一個空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，不宜采用冷卻和加熱、加濕和除濕相互抵消的過程。

條文解釋：采用單獨(dú)的新風(fēng)處理機(jī)組專門對新風(fēng)空氣中的濕負(fù)荷進(jìn)行處理，使之一直處理到相應(yīng)與室內(nèi)要求參數(shù)的露點(diǎn)溫度。藥廠空調(diào)設(shè)計(jì)時，目前大家很少關(guān)注這一條規(guī)范，通常都是先表冷后再熱，存在冷卻和加濕相互抵消的情況。而新風(fēng)預(yù)處理與溫濕度分控的方法能部分或全部的減少冷熱抵消的問題。

1 組合式空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷的節(jié)能原理

組合式空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷的節(jié)能原理本質(zhì)上是利用回風(fēng)相對較高的溫度與深度表冷后的低溫新風(fēng)混合，同時減少了新風(fēng)需要的再熱量和回風(fēng)需要的表冷量。

圖1為常規(guī)的空氣處理過程，W表示新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，N表示室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)（回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)），S代表送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，L1、L2代表機(jī)器露點(diǎn)。

圖1 常規(guī)的空氣處理方案

因?yàn)楸砝淦鞒凉竦奶攸c(diǎn)是：將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度后才能除濕；表冷器除濕通常伴隨這空氣溫度的降低，所以室內(nèi)空氣和新風(fēng)要處理到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，只有經(jīng)過先表冷再再熱的處理過程，這樣就存在一個冷熱抵消問題，造成能源的浪費(fèi)。

而利用回風(fēng)相對較高的溫度與深度表冷后的低溫新風(fēng)混合，同時減少新風(fēng)需要的再熱量和回風(fēng)需要的表冷量。

2 凈化空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷節(jié)能分析的技術(shù)路線

2.1 影響組合式空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷的冷量的因素

圖2為新風(fēng)預(yù)表冷承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷的空氣處理方案，它其實(shí)在設(shè)計(jì)中只是一種理想工況，只有當(dāng)設(shè)計(jì)新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（與所處的地理位置有關(guān)）、新風(fēng)比、送風(fēng)焓差、熱濕比以及處理露點(diǎn)溫度等在實(shí)際工程案例中剛好達(dá)到或能達(dá)到某個值時才能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過綜合分析，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)總的送風(fēng)量確定后，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷方案所需表冷再熱量受以下幾個因素的影響：項(xiàng)目所在地的氣象參數(shù)、新風(fēng)比、送風(fēng)焓差以及送風(fēng)點(diǎn)的機(jī)器露點(diǎn)（和系統(tǒng)的濕負(fù)荷相關(guān)）。

圖2 新風(fēng)預(yù)表冷承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷的空氣處理方案

2.2 技術(shù)路線

2.2.1 技術(shù)路線圖

對于一個送風(fēng)量已經(jīng)確定的空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)的風(fēng)量確定了后，濕負(fù)荷決定了送風(fēng)濕差，冷負(fù)荷決定了送風(fēng)焓差；同時考慮到回風(fēng)不再承擔(dān)房間的濕負(fù)荷，新風(fēng)需要完全承擔(dān)房間的全部濕負(fù)荷，空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)預(yù)表冷的技術(shù)方案是確定系統(tǒng)的送風(fēng)濕差，再來計(jì)算其他各個變量變化對系統(tǒng)冷量的影響。具體路線圖如圖3。

圖3 技術(shù)路線圖

3.2.2 初始條件的選取

根據(jù)氣候與建筑能耗的關(guān)系，參照論文《關(guān)于中國建筑節(jié)能氣候分區(qū)的探討》，對中國建筑節(jié)能氣候分區(qū)分為8個區(qū)：嚴(yán)寒無夏、冬寒夏涼、冬寒夏熱、冬冷夏涼、夏熱冬冷、夏熱冬暖、冬寒夏燥、冬暖夏涼[2]。由于本課題只是對夏天的空調(diào)系統(tǒng)的制冷量進(jìn)行分析，實(shí)際夏天只有4個分區(qū)：無夏（注：指夏季非常短暫，氣溫不太高）、夏涼、夏熱、夏燥。

對夏燥地區(qū)（注：典型地區(qū)如烏魯木齊、西寧、蘭州）進(jìn)行焓濕圖分析，可以發(fā)現(xiàn)在新回風(fēng)混合后的狀態(tài)點(diǎn)如果仍在焓濕圖的送風(fēng)點(diǎn)左側(cè)，則不存在夏季表冷再熱相互抵消形成的一種浪費(fèi)，此時，新風(fēng)本身就能承擔(dān)房間的濕負(fù)荷，某些濕度要求高的系統(tǒng)甚至不需要除濕，還要加濕，此時采用新風(fēng)預(yù)表冷（承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷）的方案就無從談起。

本文分別選取了夏熱地區(qū)的重慶和夏涼地區(qū)的昆明這兩個典型城市的氣象參數(shù)進(jìn)行分析。

所有的計(jì)算基礎(chǔ)風(fēng)量均為10000 m3/h；室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)均為24℃，55%。

考慮到大多數(shù)情況房間的產(chǎn)濕量不大，濕差的選取只取 4 個典型數(shù)據(jù)：0.1、0.3、0.6、0.9 g/kg干空氣。

新風(fēng)比選取10%、20%、30%～100%十個數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)。

送風(fēng)焓差分別選取 3、4.5、6、7.5（或 3、5.5、8、10.5）kJ/kg四個數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)。

4 不同方案計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)技術(shù)路線的要求，一共有384個空調(diào)系統(tǒng)方案的計(jì)算。本文只列出重慶和昆明地區(qū)相比常規(guī)的新風(fēng)回風(fēng)先混合后表冷再熱的方案，在送風(fēng)濕差為0.3 g/kg干空氣時其節(jié)約的冷量率的計(jì)算結(jié)果，詳見表1～表2。

表1 重慶地區(qū)濕差為0.3 g/kg干空氣的節(jié)約冷量率/%

在表1～2中：

1）調(diào)新風(fēng)露點(diǎn)的含義是：當(dāng)新風(fēng)比很小，而送風(fēng)濕差較大時，新風(fēng)如果承當(dāng)房間的濕負(fù)荷，其新風(fēng)露點(diǎn)會需要處理到很低時，才能實(shí)現(xiàn)。但這與冷水供回水溫度相關(guān)。因?yàn)闉榱藵M足常規(guī)的7/12℃冷水能處理到的新風(fēng)露點(diǎn)，采用將回風(fēng)取出一部分先與新風(fēng)混合，以降低一次表冷所需要處理的露點(diǎn)溫度。

表2 昆明地區(qū)濕差為0.3 g/kg干空氣的節(jié)約冷量率/%

2）同一個地區(qū)，在相同的送風(fēng)焓差和新風(fēng)比情況下，當(dāng)送風(fēng)濕差在0.1 g/kg·干空氣，0.3 g/kg·干空氣，0.6 g/kg·干空氣依次增加時其節(jié)約冷量率會相應(yīng)增加；但送風(fēng)濕差從0.6 g/kg·干空氣增加至0.9 g/kg·干空氣時，變化規(guī)律是：新風(fēng)比小時，節(jié)約冷量率減少，新風(fēng)比越大，其節(jié)約冷量率減少幅度減少，部分情況時節(jié)約冷量率也可能小幅增加。其原因是由濕空氣本身特性所決定的，通過焓濕圖可發(fā)現(xiàn)，在濕空氣溫度增加時，其飽和空氣的絕對含濕量變化率是由慢到快的過程，從而影響計(jì)算的露點(diǎn)溫度的變化速率和冷量變化率。

5 結(jié)論

對以上計(jì)算數(shù)據(jù)的分析可以得出以下結(jié)論：

1）新風(fēng)比越大，節(jié)能率越小，當(dāng)新風(fēng)比≤60%時，節(jié)能率一般能達(dá)到15%～55%，新風(fēng)比如果在70%～80%時，節(jié)能率就相對比較低了。如果新風(fēng)比較小，而處理露點(diǎn)溫度達(dá)不到，采用調(diào)整回風(fēng)的方式，可能無法節(jié)能，所以對低新風(fēng)比的系統(tǒng)，還需要校核新風(fēng)能處理到的露點(diǎn)。

2）送風(fēng)焓差越大，節(jié)能率越小。

3）相同新風(fēng)比，相同送風(fēng)焓差時，節(jié)能率通常隨濕差的增加而增加。

4）節(jié)能率夏涼地區(qū)高于夏熱地區(qū)，但實(shí)際節(jié)約能量的絕對值是夏熱地區(qū)高于夏涼地區(qū)。