THIC空調系統存在的問題及性能提升策略

(北京建筑大學環境與能源工程學院 北京 100044)

隨著社會的發展，需要特定室內溫濕度條件下的行業應運而生，但傳統空調系統由于其熱濕耦合的特性很難滿足相應的空氣品質。相比較而言，THIC空調系統的引入不僅滿足了室內動態溫濕度變化的條件，同時其能耗約為傳統空調的70%-80%，其優勢甚是明顯。但是隨著技術的不斷發展，THIC空調系統的問題也隨之產生。基于此筆者通過對THIC空調系統存在的問題進行統一總結并給出了相應的提升策略。

一、THIC空調系統存在的問題

THIC空調系統與常規空調系統相比，雖然解決了熱濕耦合控制存在的弊端，具有明顯的優勢，但同時也存在一些問題。比如顯然末端容易結露、輻射末端供冷量不足、高溫冷源中自然冷源的利用不夠充分。再比如溶液除濕中存在的帶液問題，溶液具有腐蝕性以及溶液再生過程能耗較高的問題；轉輪除濕中除濕材料與轉輪之間存在磨損問題，轉輪除濕后的新風需再冷造成能源抵消的問題，轉輪除濕容易發生混風的問題；此外冷凝除濕中機房占地面積較大，水系統的管道較為復雜，所占空間較大且管理維修復雜后期維護費用較高等。而恰恰是這些問題的出現，為我們提升策略的研究也指明了方向。THIC空調系統存在的問題雖然較多且比較雜亂，但就其問題本質而言，可以大致從三個角度歸納，即顯熱末段角度、高溫冷源角度、新風處理機組角度。

二、THIC空調系統性能提升策略

通過上文的歸納與總結，得出了THIC空調系統存在的問題，下面對總結出的這三個角度所存在的問題進一步去探討，并給出性能提升策略。

(一)顯熱末端

輻射末端受供水溫度的限制，其供冷量通常情況下低于60W/m2，對于解決此問題，可以通過增加空氣和輻射板之間的換熱面積或減少換熱熱阻。為減少輻射板和室內空氣之間換熱的熱阻以提高輻射供冷量，殷平[1]及西南科技大學研究出兩種金屬輻射板。兩者設計的核心是通過加寬金屬輻射板的冷水流道，使冷水在流經水道時減小換熱時的熱阻，以此來提高輻射吊頂供冷末端的供冷能力。這兩種金屬輻射板的供冷能力都優于常規的供冷末端，其供冷量都高于60W/m2，而殷平研究的輻射板的供冷量高達100W/m2。江億院士[2]為探究在高溫工況下毛細管輻射末端供冷能力的影響因素，通過采用實驗研究的方式，分別將毛細管輻射末端和與金屬板相結合的毛細管輻射末端安裝至同一THIC空調系統中作為顯熱末端，實驗結果顯示：前者的供冷能力約為后者的2倍。針對于輻射末端存在結露現象的問題，可以通過采用優化其運行控制策略的方式進行解決，首先確保室內供冷輻射末端的運行是處于干工況下；其次對室內的門窗以及其他可滲透部位進行檢查，防止高濕空氣進入室內；最后在空調系統開啟的順序上應先開啟新風處理機組，當室內濕度降至安全值以下，再開啟溫度控制系統。除此之外還可以采用加大循環水流量、提升末端供冷能力、保持輻射末端溫度均勻等方式。

(二)高溫冷源

對于自然冷源的利用而言，可以通過建筑所處的地理位置選取相應的自然冷量。同時對于土壤作為冷源利用時，應注意的是采用全年運行策略，使其達到全年熱平衡以確保可持續性。對于地下水以及湖水作為冷源利用時，也要考慮其回灌等問題。采用高溫冷水機組冷凍水為高溫冷源時，由于其運行效率較常規冷水機組相比偏低，其經濟性沒有明顯優勢。殷平[3]提出了磁懸浮高溫冷水機組冷熱電三聯供(CCHP)系統，通過應用到實際工程中發現其經濟性有明顯優勢。針對于西北地區，采用蒸發冷卻高溫冷水機組冷凍水為高溫冷源，黃翔[4]等人提出了一種二級蒸發冷卻空調系統，該空調系統中的蒸發冷卻器采用了新型吸水性材料，并改變其換熱器結構形式，通過數學模型分析驗證了該模型的實用性后應用于實際工程，其結果顯示，二級蒸發冷卻空調系統在濕球溫度低于18℃時可完全替代傳統空調系統。

(三)新風處理機組

對于溶液除濕新風機組容易產生帶液問題來說，可以通過采用無機鹽溶液作為除濕溶液可降低帶液問題的發生。對于除濕溶液存在腐蝕性的問題來說，可以在除濕溶液中加入不影響溶液除濕的緩蝕劑或者研究新型抗腐蝕材料。對于除濕溶液、轉輪除濕再生能耗較高的問題來說，可以利用工廠廢熱或其他可再生能源等。J·R·Mehta[5]等人采用了太陽能真空集熱管作為溶液再生源，通過實驗得知其再生效率可達到44.7%。同時通過對溶液除濕機理研究也可以降低溶液除濕系統的能耗。殷勇高[6]等通過實驗對板翅式除濕器進行研究，發現溶液溫度和冷卻水溫度越低越有利于其性能及再生效率的提升。對于轉輪除濕新風機組中除濕材料容易與轉輪發生磨損問題，可以通過研究抗磨性轉輪材料。針對于提高轉輪除濕性能的研究，R·Narayanan[7]等人通過實驗加模擬的方式，在同樣工況下運用兩不同傳熱傳質數學模型研究發現，加入軸向的冷卻區可提高其除濕性能。

三、結束語

本文就THIC空調系統存在的問題及提升策略從三個角度進行了總結分析，但其存在的問題還有很多，望相關學者繼續深入研究，推動THIC空調系統發展與進步。