舒適性空調(diào)系統(tǒng)不同除濕方式的經(jīng)濟(jì)性分析

高 俊 峰

(山西省建筑設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，舒適性空調(diào)系統(tǒng)的需求越來越多。據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)能耗約占建筑能耗的35%，甚至更高。而空調(diào)濕負(fù)荷約占空調(diào)總負(fù)荷的30%～50%。由此可見，降低空調(diào)系統(tǒng)除濕能耗，對降低空調(diào)能耗有顯著的作用。本文通過分析冷凝除濕和溶液除濕的機(jī)理，結(jié)合工程實例空調(diào)處理過程的能耗計算，得出空調(diào)系統(tǒng)采用溶液除濕具有顯著的節(jié)能效果，同時，還可以提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。

1 冷凝除濕和溶液除濕原理

即使空調(diào)房間具有相同的空調(diào)負(fù)荷，采用不同的空氣處理過程，所消耗的能量也是不同的。舒適性空調(diào)系統(tǒng)常用的除濕方式為冷凝除濕和溶液除濕。

1)冷凝除濕：濕空氣流經(jīng)低溫表面，使其溫度下降至露點(diǎn)溫度，濕空氣達(dá)到飽和狀態(tài)，其中的水蒸氣冷凝析出。該方式需要提供較低溫度的冷水，可采用冷水噴淋、表冷器、冷凍除濕等。

空調(diào)機(jī)組表冷器通常利用7 ℃冷凍水，去除建筑物內(nèi)部的潛熱負(fù)荷(濕負(fù)荷)和顯熱負(fù)荷。通過這種耦合處理方式來控制室內(nèi)的溫度和濕度，室內(nèi)空氣中的水分通過冷凝方式去除，空氣的含濕量雖然滿足要求，但送風(fēng)溫度太低，室內(nèi)舒適度降低，在送風(fēng)溫差要求較小的情況下，還需要對送風(fēng)進(jìn)行再熱，造成了成本的增加和能源的浪費(fèi)。

2)溶液除濕：除濕溶液噴淋到濕空氣中，以濕空氣的水蒸氣分壓力與除濕溶液表面的飽和蒸汽分壓力的差值為動力而進(jìn)行的熱濕傳遞。由于濕空氣中水蒸氣的分壓力大于除濕溶液表面飽和蒸汽分壓力，所以，水蒸氣從濕空氣傳遞到溶液中，釋放冷凝熱。濕空氣的含濕量降低，溶液吸濕，濃度降低，溫度升高。

溶液除濕熱泵空調(diào)機(jī)組由溶液除濕模塊、溶液再生模塊、間接蒸發(fā)模塊、蒸發(fā)冷卻模塊、溶液調(diào)濕模塊、制冷模塊(內(nèi)置壓縮機(jī))組成，氣流流程如圖1所示。

該空調(diào)機(jī)組空氣處理過程中，新風(fēng)除濕過程完全由溶液除濕模塊和溶液調(diào)濕模塊承擔(dān)，驅(qū)動能源是低品位的壓縮機(jī)冷凝熱以及低焓值的排風(fēng)共同作用，室內(nèi)顯熱負(fù)荷由空調(diào)機(jī)組表冷器承擔(dān)，表冷器干工況運(yùn)行。冷水溫度可以提高到13 ℃～16 ℃，蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度隨之提高，而蒸發(fā)溫度每提高1 ℃，壓縮機(jī)制冷效率可提高3%左右?？梢姡捎萌芤撼凉窨梢越档蛪嚎s機(jī)能耗。新風(fēng)、排風(fēng)通過溶液進(jìn)行熱濕交換(全熱交換)，相對于應(yīng)用較為普遍的轉(zhuǎn)輪式和板翅式全熱回收，不僅避免了新風(fēng)與排風(fēng)之間的交叉污染，而且還具有殺菌和除塵功能，起到對新風(fēng)凈化的作用。

2 不同除濕方式下空調(diào)系統(tǒng)能耗計算

以太原市某劇場觀眾廳空調(diào)系統(tǒng)為例，分別計算兩種除濕過程的能耗。該觀眾廳建筑面積798 m2，座位數(shù)882人，最大凈高12 m。經(jīng)計算，空調(diào)總冷負(fù)荷為100 871 W，濕負(fù)荷為12.3 g/s，熱濕比ε=8 195。室內(nèi)設(shè)計溫度26 ℃，相對濕度50%?？偹惋L(fēng)量77 700 m3/h，風(fēng)機(jī)溫升1 ℃，根據(jù)風(fēng)平衡計算，最小新風(fēng)量16 000 m3/h，人均新風(fēng)量18.1 m3/(h·P)，滿足規(guī)范要求。空調(diào)機(jī)組配置新排風(fēng)全熱交換器，全熱交換效率為70%，排風(fēng)量為新風(fēng)量的85%。

2.1 一次回風(fēng)冷凝除濕全熱回收空氣處理

空氣處理過程：W點(diǎn)新風(fēng)經(jīng)全熱回收處理后至P點(diǎn)，再與N點(diǎn)回風(fēng)混合至C點(diǎn)，經(jīng)表冷器降溫除濕至L點(diǎn)，經(jīng)再熱至M點(diǎn)，經(jīng)送風(fēng)機(jī)溫升至O點(diǎn)送入室內(nèi)，焓濕圖見圖2。該過程空調(diào)機(jī)組的供冷量為309 kW，再熱量為146 kW。

2.2 二次回風(fēng)冷凝除濕全熱回收空氣處理

空氣處理過程：一次回風(fēng)量9 995 m3/h，二次回風(fēng)量50 785 m3/h。W點(diǎn)新風(fēng)經(jīng)全熱回收處理后至P點(diǎn)，與N點(diǎn)一次回風(fēng)混合至C點(diǎn)，經(jīng)表冷器降溫除濕至L點(diǎn)，再與N點(diǎn)二次回風(fēng)混合至M點(diǎn)，經(jīng)送風(fēng)機(jī)溫升至O點(diǎn)送入室內(nèi),焓濕圖見圖3。該過程不需要再熱，避免了冷熱抵消。該過程空調(diào)機(jī)組的供冷量為163 kW。

2.3 溶液除濕熱泵機(jī)組空氣處理

空氣處理過程：W點(diǎn)新風(fēng)經(jīng)溶液除濕熱回收、多級間接蒸發(fā)、調(diào)溫調(diào)濕處理后到K點(diǎn)，N點(diǎn)回風(fēng)冷卻至M點(diǎn)，M點(diǎn)回風(fēng)與K點(diǎn)新風(fēng)混合至O′點(diǎn)，經(jīng)風(fēng)機(jī)溫升至O點(diǎn)送入室內(nèi)，焓濕圖見圖4。室內(nèi)濕負(fù)荷由新風(fēng)全部承擔(dān)，壓縮機(jī)只承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。新風(fēng)從W點(diǎn)處理到K點(diǎn)需提供的冷量為34 kW，空調(diào)機(jī)組需對回風(fēng)降溫，需提供的冷量為57 kW，空調(diào)機(jī)組需提供的總冷量為91 kW。

3 結(jié)合冷源分析整個系統(tǒng)節(jié)能效果

該項目受條件限制，采用風(fēng)冷電制冷螺桿機(jī)提供7 ℃～12 ℃，COP為3.55，冷水泵耗電輸冷比0.010 47。若采用溶液除濕熱泵空調(diào)機(jī)組，由于內(nèi)置壓縮機(jī)，基本無輸送能耗，整機(jī)制冷COP為3.46。則冷源及輸送系統(tǒng)能耗見表1。

表1 冷源及輸送系統(tǒng)能耗

4 結(jié)論

本文結(jié)合工程實例，對空調(diào)系統(tǒng)采用冷凝除濕與溶液除濕的除濕機(jī)理和能耗進(jìn)行分析，得出空調(diào)系統(tǒng)采用溶液除濕方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)熱、濕負(fù)荷解耦處理，避免了過度冷卻和再熱的能量損耗，能源利用效率高，具有顯著的節(jié)能效果。

2)空調(diào)表冷器干工況運(yùn)行，避免了凝結(jié)水盤由于冷凝水造成滋生病菌的缺點(diǎn)。通過對新風(fēng)噴淋溶液，能有效地去除空氣中的塵埃、細(xì)菌等有害物質(zhì)，可以對新風(fēng)進(jìn)行凈化處理，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。