基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計

杜芳莉 馬 杰 解臣臣 張浩鑫 常艷禎 蒲雯雯

基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計

杜芳莉 馬 杰 解臣臣 張浩鑫 常艷禎 蒲雯雯

（西安航空學(xué)院能源與建筑學(xué)院 西安 710077）

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和高精密儀器對生產(chǎn)環(huán)境要求的提高，建筑室內(nèi)空氣品質(zhì)成為人們關(guān)注的熱點，營造滿足生產(chǎn)工藝要求的恒溫恒濕、綠色環(huán)保、節(jié)能健康的室內(nèi)環(huán)境是人們追求的目標(biāo)。目前多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)均采用大溫差、小風(fēng)量的送風(fēng)模式進行送風(fēng)，使空調(diào)房間換氣次數(shù)較少，導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)下降，室內(nèi)溫度場及速度場分布不均勻，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量、危害人體健康。為此提出利用冷凝熱回收對降溫除濕后的露點空氣進行再熱，從而滿足小溫差、大風(fēng)量的送風(fēng)要求，使空調(diào)房間空氣品質(zhì)滿足工藝性空調(diào)的要求。此設(shè)計方案不僅可降低空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗，而且還可最大程度增加送風(fēng)量使工作人員感到舒適。

冷凝熱；冷凝水；回收利用；恒溫恒濕；空調(diào)系統(tǒng)

0 引言

在科技不斷發(fā)展的今天，空調(diào)系統(tǒng)的使用對人們生活及產(chǎn)品質(zhì)量影響越來越大，特別是在工藝性空調(diào)系統(tǒng)中，創(chuàng)造一個保證生產(chǎn)工藝精度要求、節(jié)能、舒適的微氣候環(huán)境，是保證產(chǎn)品質(zhì)量高精度、高純度、高成品率以及工作者健康工作的前提[1]，但是要滿足空調(diào)精度要求，則會導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備運行能耗隨之增加。在傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)運行中，經(jīng)常采用表面冷卻器對混合空氣進行降溫除濕到露點溫度后直接送入生產(chǎn)廠房，這種送風(fēng)方式存在送風(fēng)溫差過大、送風(fēng)溫度過低、送風(fēng)量過小，空調(diào)房間換氣次數(shù)較少，空氣品質(zhì)較差，達(dá)不到生產(chǎn)工藝和人們的舒適性要求[2]。而要加大空調(diào)房間的送風(fēng)量、減少送風(fēng)溫差則需要對冷卻去濕后的低溫空氣進行再熱。目前絕大多數(shù)工藝性空調(diào)再熱通常采用獨立熱源供熱，這樣不僅存在冷熱抵消的現(xiàn)象，而且耗能較大，不利于節(jié)能環(huán)保；同時傳統(tǒng)的工藝性空調(diào)對空氣降溫除濕后所產(chǎn)生的大量低溫冷凝水直接排放，未有效利用[3]；且對于為空調(diào)提供冷源的冷水機組冷凝器散熱沒有回收利用，而是直接通過冷卻塔排放于大氣中而白白浪費掉，從而降低了冷凝器的換熱效率，增加了冷水機組的運行能耗[4,5]。為此本文提出基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)方案，此方案不僅可以節(jié)能減排，符合節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，還能有效降低空調(diào)系統(tǒng)的整體運行能耗，最大程度增加空調(diào)送風(fēng)量，有效改善空調(diào)房間的空氣品質(zhì)。

1 方案設(shè)計

圖1 基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計原理圖

本系統(tǒng)方案設(shè)計針對以上傳統(tǒng)工藝性空調(diào)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)。鑒于工藝性空調(diào)根據(jù)生產(chǎn)車間要求一般除濕量較大，產(chǎn)生的冷凝水量也較多[6,7]，本系統(tǒng)一方面充分利用這部分冷凝水對室外來的新風(fēng)進行預(yù)冷，同時，將預(yù)冷后的冷凝水再送入冷卻水回水管路中，實現(xiàn)對冷卻水的補水和帶走部分冷凝熱的作用；另一方面，通過間接式板式換熱器回收冷水機組的部分冷凝器散熱，將其送入空氣處理箱的再熱器中，實現(xiàn)對冷卻去濕后的露點空氣進行再熱，使空調(diào)送風(fēng)參數(shù)滿足生產(chǎn)工藝的精度要求，同時降低進入冷卻塔的水溫，減少冷卻塔的散熱損失，提高冷凝器的效率，進一步提高制冷機組的運行效率。方案設(shè)計原理如圖1所示。

本設(shè)計方案由冷凝水回收利用系統(tǒng)、冷凝器熱回收利用系統(tǒng)及空氣再熱處理系統(tǒng)三部分組成。其中冷凝水回收利用系統(tǒng)主要對空氣處理箱中冷卻去濕后產(chǎn)生的冷凝水進行回收，回收后的冷凝水先進入空氣處理箱中的預(yù)冷器對室外來的新風(fēng)進行預(yù)冷，預(yù)冷后的冷凝水再送入冷卻水回水管中，實現(xiàn)對冷卻水補水和帶走部分冷凝熱的作用。冷凝器熱回收利用系統(tǒng)則通過間接式板式換熱器回收一部分冷凝熱送入空氣再熱處理系統(tǒng)的再熱器中，對冷卻去濕處理后的低溫空氣進行再加熱，以達(dá)到生產(chǎn)工藝要求的送風(fēng)參數(shù)，然后將其送入恒溫恒濕空調(diào)房間，而再熱器釋放熱量后的低溫水則繼續(xù)循環(huán)到間接式板式換熱器中，與從冷凝器出來的高溫冷卻水進行熱交換，從而降低進入冷卻塔的水溫，減少冷卻塔的散熱損失，提高冷凝器的效率[8]。該設(shè)計方案節(jié)能減排，滿足人與環(huán)境和諧相處的原則，再熱后的空調(diào)送風(fēng)溫差減少，送風(fēng)量增大，換氣次數(shù)提高，送風(fēng)品質(zhì)滿足恒溫恒濕空調(diào)房間的精度要求，同時可使空調(diào)送風(fēng)更加節(jié)能、健康、舒適。

2 冷凝水回收利用系統(tǒng)

冷凝水回收利用系統(tǒng)主要由設(shè)置在空調(diào)處理箱中的表面冷卻器1-1、接水盤1-2、冷凝水管1-3、預(yù)冷器1-4、水過濾器1-5、冷凝水泵1-6和電動三通閥1-7組成，如圖1所示。其主要作用是將新回風(fēng)空氣經(jīng)表冷器冷卻去濕后所產(chǎn)生的冷凝水進行回收，并將對室外不果斷的新風(fēng)進行預(yù)冷處理，從而節(jié)約空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷。同時將對新風(fēng)預(yù)冷后的冷凝水進一步回收用于補充空調(diào)冷源中的冷卻水在冷卻塔中噴淋所造成的損失。其工作過程為：將進入空調(diào)處理箱1-8的新回風(fēng)混合空氣經(jīng)表面冷卻器冷卻去濕后所產(chǎn)生的冷凝水進行回收，由接水盤1-2進行收集，然后通過水過濾器1-5過濾，再經(jīng)冷凝水管1-3進入新風(fēng)預(yù)冷器1-4中，對室外來的新風(fēng)先進行預(yù)冷處理；同時將對新風(fēng)預(yù)冷后的冷凝水進一步回收用利用，使其在冷凝水泵1-6的動力作用下通過電動三通閥1-7并入冷卻水回水管2-7中。

3 冷凝器熱回收利用系統(tǒng)

冷凝器熱回收利用系統(tǒng)主要由設(shè)置在冷水機組的冷卻水出水管2-2、第一閥門2-3、換熱器2-4的第一換熱側(cè)2-5，冷卻塔2-6、冷卻回水管2-7、水處理儀2-8和冷卻水泵2-9組成，如圖1所示。其中換熱器的第一換熱2-5側(cè)位于第二換熱側(cè)3-3的下端，水處理儀2-8位于冷卻水泵2-9的前端。其主要作用是通過回收冷水機組的冷凝器部分熱量為空調(diào)冷卻去濕后的低溫空氣提供再熱量，從而使再熱后的空調(diào)送風(fēng)溫差減少，送風(fēng)量增大，換氣次數(shù)提高，送風(fēng)品質(zhì)滿足恒溫恒濕空調(diào)房間的精度要求，使空調(diào)送風(fēng)更加節(jié)能、健康、舒適。而與空調(diào)再熱系統(tǒng)換熱后的低溫冷卻水再進入冷卻塔，可減少冷卻塔的散熱損失，提高冷凝器的散熱效率，進一步減少冷水機組的運行能耗。其工作過程為：冷水機組產(chǎn)生的高溫冷卻水通過第一閥門2-3進入冷卻水出水管2-2中，與來自空調(diào)再熱處理系統(tǒng)的低溫水通過換熱器2-4進行換熱后進入冷卻塔2-6中，向大氣中散熱，散熱后的低溫冷卻水則通過水處理儀2-8處理后進入冷卻回水管2-7中，在冷卻水泵2-9的作用下返回到冷水機組中冷卻冷凝器，不斷循環(huán)完成冷水機組的持續(xù)制冷，為恒溫恒濕空調(diào)處理系統(tǒng)提供冷源。

4 空氣再熱系統(tǒng)

空氣再熱處理系統(tǒng)主要由設(shè)置在空調(diào)處理箱1-8中的再熱器3-1、再熱回水管3-2、換熱器2-4、第二換熱側(cè)3-3、再熱水泵3-4、第二閥門3-5、輔助電加熱器3-6、電加熱器開關(guān)3-7、送風(fēng)溫度傳感器3-8組成，如圖1所示。其中再熱器3-1位于空氣處理箱的尾部，電輔助加熱器3-6位于再熱器后側(cè)且通過電加熱器開關(guān)3-7與送風(fēng)溫度傳感器3-8相連。其主要作用是對冷卻去濕后的低溫空氣提供再熱量，從而使再熱后的空調(diào)送風(fēng)參數(shù)滿足恒溫恒濕空調(diào)房間的精度要求。其具體工作過程為：當(dāng)經(jīng)空氣處理箱冷卻去濕后的低溫空氣通過再熱器3-1時，與再熱器中的熱水進行換熱，換熱后的低溫再熱水通過再熱回水管3-2進入板式換熱器2-4中的第二換熱側(cè)3-3，與板式換熱器2-4中的第一換熱側(cè)2-5充分交換熱量，換熱后的高溫再熱水在再熱水泵3-4的作用下通過第二閥門3-5進入再熱器3-1中，實現(xiàn)對冷卻去濕后的低溫空氣進行再熱，不斷循環(huán)。而送風(fēng)溫度傳感器3-8負(fù)責(zé)實時監(jiān)測再熱后的空氣溫度，并通過電加熱器開關(guān)3-7控制輔助電加熱器3-6的啟閉，當(dāng)送風(fēng)空氣溫度低于送風(fēng)參數(shù)要求時，電加熱器開關(guān)3-7開啟，輔助電加熱器3-6開始運行，當(dāng)送風(fēng)溫度達(dá)到要求時，輔助電加熱器則停止運行。

5 結(jié)論

基于冷凝熱回收的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案，通過巧妙設(shè)計將空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水及冷水機組的冷凝器部分散熱進行回收利用。該方案設(shè)計不僅降低了空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗，而且還能滿足恒溫恒濕空調(diào)的小溫差、大風(fēng)量的送風(fēng)要求，從而使空調(diào)房間空氣品質(zhì)滿足工藝性空調(diào)的要求，同時還能最大程度滿足工作人員的舒適性要求。本系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的有精度要求的空調(diào)系統(tǒng)來說，具有以下優(yōu)點：

（1）本設(shè)計方案將工藝性空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水回收用于新風(fēng)預(yù)冷，減少了空調(diào)新風(fēng)冷負(fù)荷，同時將新風(fēng)預(yù)冷后的冷凝水并入冷卻水回水管中，實現(xiàn)對冷卻水補水和帶走部分冷凝熱的作用。

（2）本設(shè)計方案對冷凝器的散熱進行回收利用，不僅可以降低冷卻水的溫度，減少冷卻塔的散熱損失，而且還進一步提高冷水機組的運行效率，符合節(jié)能減排的國家政策。

（3）與傳統(tǒng)工藝性空調(diào)的電加熱再熱相比，這種冷凝熱回收利用不僅節(jié)省了空調(diào)再熱冷負(fù)荷，而且還減少了空調(diào)的送風(fēng)溫差，增大了空調(diào)房間的送風(fēng)量，提高了空調(diào)房間的換氣次數(shù)，使空調(diào)送風(fēng)品質(zhì)滿足恒溫恒濕空調(diào)房間的精度要求。

[1] 曹學(xué)明,魏亞志,丁路.某電子廠房超凈車間空調(diào)設(shè)計[J].制冷與空調(diào),2018,(6):599-602.

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[3] 曹振華.分體式空調(diào)冷凝水作為飲用水的回收利用技術(shù)研究[J].制冷與空調(diào),2019,(6):617-620.

[4] 唐亞軍.節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,7(3):25-28.

[5] 曹振華.空調(diào)系統(tǒng)中冷凝水作為水資源的回收利用技術(shù)研究[J].制冷與空調(diào),2019,(5):509-512.

[6] 趙燕.淺析暖通空調(diào)設(shè)計與節(jié)能[J].大陸橋視野,2013, (18):106-107.

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[8] 黃培雷,楊志新,蔣哲敏.高精度計量實驗室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[J].制冷與空調(diào),2013,(4):31-35.

Design of Constant Temperature and Humidity Air Conditioning System Based on Condensation Heat Recovery

Du Fangli Ma Jie Xie Chenchen Zhang Haoxin Chang Yanzhen Pu Wenwen

( Xi’an Aeronautical University, Department of Energy and Architecture, Xi’an, 710077 )

With the rapid development of economy and the improvement of the requirement of high precision instrument for production environment, Indoor air quality has become a hot topic, it is the goal of people to create a constant temperature and humidity, green environment, energy saving and healthy indoor environment to meet the requirements of production process. At present, most air conditioning systems use the air supply mode of large temperature difference and small air volume to supply air, which leads to the decrease of indoor air quality and the uneven distribution of indoor temperature field and velocity field, thus affecting product quality and endangering human health. Therefore, it is proposed to reheat dew point air after cooling and dehumidifying by condensation heat recovery, So as to meet the requirements of small temperature difference and large air volume, and make the air quality of air conditioning room meet the requirements of process air conditioning. This design can not only reduce the energy consumption of air conditioning system, but also increase the air supply to the maximum extent to make the staff feel comfortable.

Condensing heat; Condensate water; Recycling; Constant temperature and humidity; Air conditioning system

1671-6612（2021）03-432-03

G710

A

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號：S202011736029）

杜芳莉（1975.5-），女，碩士研究生，副教授，E-mail：972339919@qq.com

2020-08-15