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温湿度独立控制空调系统设计应用研究一、课题研究的意义•1、我公司掌握新技术的要求。•2、适应国家政策导向的需要。•3、解决现有空调系统存在问题的需要：•（1）热湿联合处理过程存在能源浪费；•（2）对室内热湿比的变化很难适应；•（3）室内空气品质难以控制；•（4）对低品位热能的利用率低下。二、课题研究的目标•通过本课题的开展，实现大部分暖通空调专业设计人员都能掌握温湿度独立控制空调系统的设计方法。三、课题研究的方法与依据•1、对比分析法：通过与现有空调系统在冷源、新风处理及末端方式三个方面的对比及技术经济比较，从理论上分析“温湿度独立控制技术”对比现有空调的异同点、优缺点及有效应用范围。•2、调查法：通过实地考察在深圳的两个科研示范项目，了解该项技术的实用性、可靠性及存在问题。•3、理论依据：冷凝除湿原理、溶液除湿原理及传热传湿原理。四、研究方案•本课题主要分三个阶段进行：•第一阶段：确定课题目标、人员分工及课题需解决的重点技术问题；•第二阶段：资料收集、调研示范项目及数据分析整理；•第三阶段：分析系统中溶液除湿技术、干盘管技术、高水温制冷机组技术的特点与应用注意事项；对比现有空调进行技术经济比较分析；掌握温湿度独立控制空调系统的设计方法并编写研究报告。五、研究内容与成果•课题研究内容•本课题主要是分析掌握温湿度独立控制空调系统的设计方法，并进行该系统在广西应用时的技术安全与经济合理性的分析研究，其中溶液式除湿技术、两级冷却降温除湿技术、干盘管技术及高温型制冷技术是重点。（一）温湿度独立控制空调系统设计基础1、温湿度独立控制空调系统的组成温湿度独立控制空调系统湿度控制系统温度控制系统新风水新风处理机组夏季：高温冷源冬季：供热热源置换通风口个性化送风口……辐射冷板干式风机盘管……控制室内湿度与CO2浓度控制室内温度空调设备末端装置室内环境控制图1温湿度独立控制空调系统的基本组成2、与常规集中空调系统（即冷、热水机组系统）比较其冷热水的温度、新风处理、室内末端及室内环境控制方式方面均有所不同，详情见表1。常规集中空调系统温度湿度独立控制空调系统冷源7～12℃冷水，承担所有冷负荷，电制冷机的COP为3～6。17～20℃冷水即可，只需承担房间显热负荷；电制冷机的COP能达到7～10；且可由多种自然冷源提供。新风处理机新风仅满足卫生要求，一般处理到室内空气的等焓点（或等含湿量点），无调节湿度的要求。对新风进行处理，送入室内干燥的新风，调节室内湿环境。室内末端普通的风机盘管，冷凝除湿，系统中存在潮湿表面，霉菌滋生的温床干式末端：干式风机盘管或辐射板，系统中不存在潮湿表面，无霉菌滋生的隐患。但需较大风量及盘管体积增大、辐射板换热量较小。室内环境控制手段室内末端同时调节温湿度，很难满足大范围变化的热湿比。新风调节室内湿度，干式末端调节室内温度，满足变化的室内热湿比要求。表1温湿度独立控制系统和常规空调系统综合比较比较内容常规集中空调系统温湿度独立控制空调系统冷量电耗价格（万元）冷量电耗价格（万元）总冷负荷865kW865kW潜热负荷占比0.49冷水机组Q=865kW170kW58Q=440kW51kW33新风机组（热泵式溶液调湿型）Q=327kW26kW15Q=425kW108kW60风机盘管Q=538kW8.6kW12440kW10.5kW19水系统电耗（kW）39kW18kW空调系统总电耗（kW）243.6kW187.5kW系统综合COP3.554.52节能率%27.3%主要设备初投资85112增量投资027年运行电费175392元135000元年节约电费040392元增量投资回收年限06.68年（二）与现有空调的技术经济比较以某栋10000m2的办公楼为例，温湿度独立控制系统和常规空调系统经济性比较详见表2与表3。表2温湿度独立控制系统和常规集中空调系统经济性比较（热泵溶液式新风机组）比较内容常规空调系统温湿度独立控制空调系统冷量电耗价格（万元）冷量电耗价格（万元）总冷负荷865kW865kW潜热负荷占比0.49冷水机组Q=865kW170kW58729kW一级136kW二级85kW一级30kW二级51+10=61Q=865kW∑=113kW新风系统机组（双冷源型）Q=327kW26kW15289kW136kW～32kW20Q=425kW风机盘管Q=538kW10.3kW12440kW18kW19水系统电耗（kW）39kW37kW空调系统总电耗（kW）245.3kW192.5kW系统综合COP3.554.49节能率%～21%主要设备初投资85100增量投资015年运行电费176616元138600元年节约电费036792元增量投资回收年限0～4.1年表3温湿度独立控制系统和常规空调系统经济性比较（双冷源新风机组）注：1、常规空调系统冷水机组的EER值为5.1；温度湿度独立控制空调系统冷水机组的EER值为8.6。2、常规风机盘管的2、设计人均新风量30m3/h。3、年运行电费按：电价0.8元/kW.h；全年满负荷运行时间为6（月）×25（天）×10（小时）×0.6（折算系数）=900小时计算。3、不考虑机房面积及部分管道等费用。（三）实例考察课题开展期间，课题组重点考察了两个气候条件与南宁相近的深圳示范项目。1、实例一：深圳招商地产于南海意库3#办公楼南海意库3#办公楼是华南地区最早设计采用温湿度独立控制空调技术的示范项目之一,也是该技术应用较全面的工程项目，项目的温湿度独立控制空调系统实际运行效果良好。溶液除湿新风机组承担了全部潜热负荷以及室内人员的显热负荷,室内空气参数稳定在25℃,60%左右,且干式风机盘管在整个供冷季保持干工况运行,无凝结水出现。项目负责人介绍时建议，新风机组宜提前1.5～2h开机进行除湿,高温冷水机组宜提前1～1.5h开机除去室内显热负荷。项目方未能提供相关的技术经济数据。2、实例2：深圳市建筑科学研究院办公楼该项目是科研类型建筑，除设计采用温湿度独立控制空调技术之外，还采用了水源热泵、电子膨胀阀变频调节等其他技术。其中，舒适性最好的是采用温湿度独立控制配毛细管末端的空调系统，效果最差的是采用水源热泵技术的空调系统。但由于该楼刚建成不久，许多数据与结果尚未得出。故该项目当前只有定性参考价值。（四）温湿度独立控制空调系统的设计方法1、为突出温湿度独立控制空调系统设计方法的特点，将其与常规集中空调系统进行比较，见表4：表4温湿度独立控制空调系统和常规空调系统设计方法的比较常规集中空调系统温度湿度独立控制的空调系统设计参数根据设计标准确定室内、外空气计算参数，新风量。根据设计标准确定室内、外空气计算参数，新风量。负荷计算计算室内的全热负荷（实际上也是分别计算），一般不作区分。分别计算室内显热负荷、湿负荷，在设计说明中分别标明。新风送风状态点送风点一般是室内空气等焓点（或等含湿量点），高于（或等于）室内含湿量；根据送风点确定新风处理的显热负荷、湿负荷新风承担室内湿负荷，由湿负荷和新风量确定送风点，比室内设定含湿量低；根据送风点确定新风处理的显热负荷、湿负荷冷、热源的形式冷源：冷水机组（7℃供水）热源：空气源热泵（北方为锅炉或集中供热）冷热源一体：热泵冷源：冷水机组（14～17℃供水）热源：空气源热泵（北方为锅炉或集中供热）冷热源一体：热泵冷、热源的容量根据室内和新风总的负荷确定冷热源的总容量根据室内显热负荷确定冷热源的容量；根据室内湿热负荷与新风量确定热泵机组容量或热源供应量。新风处理形式普通的新风机组，通过表冷器利用冷凝方式对新风进行除湿，根据需要选择另外的加湿、热回收等设备根据新风量选择合适的机组容量有三种形式：1、溶液热回收型新风处理机，利用溶液的吸、放湿特性处理空气，具备对空气进行除湿、加湿、全热回收等多种功能。根据新风量选择合适的机组容量；2、冷凝除湿型新风机组，该机型又分：（1）双冷却盘管型；（2）自带低温主机型。3、转轮除湿机,该方式除湿效率较高，但因维护管理复杂，实际应用较少。室内末端普通的风机盘管1、干式风机盘管：若选用普通风机盘管则需校核其运行干工况时的冷量；2、辐射冷板或毛细管辐射板，通过辐射方式供冷供暖，舒适性高。2、温湿度独立控制空调系统的设计要点（1）新风送风状态点的确定新风承担室内湿负荷（潜热负荷），而由其他设备排除其余显热，因此对新风的送风温度要求并不严格，只须按式（一）确定送风含湿量：ωo=ωr−(一)其中，ρ为空气密度，kg/m3；G为人均新风量，m3/h•人；ωr为室内设计含湿量，g/kg；ωo为新风送风含湿量，g/kg；L为人均湿负荷，g/hr•人。例如，当室内含湿量设定值为12.6g/kg，人均湿负荷为150g/hr•人，人均新风量为30m3/h•人，则根据上式计算得到的新风的送风含湿量为8.4g/kg。（2）确定高温冷源的来源或制取方式在温湿度独立控制空调系统中，只需要17~20℃的冷水来带走显热负荷，此温度范围的冷源可由多种方式提供：如a、天然冷源（如土壤源换热器、水源热泵等），该方式适用于我国年平均气温低于15℃的地区；b、人工冷源（比如离心式冷水机组），广西属夏热冬暖地区，年平均气温为21.6℃，宜采用该方式。（3）确定余热去除末端装置的形式a干式风机盘管温、湿度独立控制空调系统中的风机盘管在干工况下运行，设计选型时需要注意：ⅰ如果样本上给出了干工况下的运行参数，可参照样本选择。目前已有格力公司提供了电子样本。ⅱ若是根据一般风机盘管样本选择，可根据标准供热量及供回水温度由式(二)反算出KF，Qh＝KFΔtm,h(二)将求得的KF带入式(三)，根据供冷工况下设计供水温度，得到干工况下实际供冷量，Qc＝KFΔtm,c(三)由上述办法核算结果举例如表5。由计算结果可以看出，给定供回水温度的情况下，同一盘管干工况的供冷量约为湿工况的40%，但由于不需要除湿，盘管所需承担的负荷减小，实际增加的盘管面积需根据工况仔细计算。表5风机盘管在不同工况下的工作性能干工况湿工况型号额定风量m3/h室内状态冷水供回水温度℃送风状态冷量WFP-5FP-106191058干球：26℃干球：26℃相对湿度：50%相对湿度：50%17/21℃17/21℃干球：20.7℃干球：20.6℃相对湿度：69%相对湿度：69%11021914FP-5FP-106191058干球：26℃干球：26℃相对湿度：50%相对湿度：50%7/12℃7/12℃干球：14.2℃干球：14.0℃相对湿度：69%相对湿度：69%29765312b辐射冷板目前采用的辐射冷板主要有两种形式：一种是毛细管辐射板。可采用金属或塑料为材料，制成模块化的辐射板；毛细管本身是一种优良的干式末端，其主要优势为热效率高、调节速度快、占用空间小、可灵活配合各种装修方式，更适于冷负荷较大、调节要求高的场所。但由于目前产品主要依靠进口，造价偏高。另一种是冷辐射板。该方式沿袭辐射供暖板的思想，将塑料管直接埋入水泥板中，形成冷辐射地板或顶板地板辐射供暖已在工程中广泛应用，这为冷辐射地板夏天供冷提供了思路,目前已有成功应用的范例。由于供水温度的限制，一般冷辐射板的供冷量不超过80W/m2，因此采用冷辐射板建筑的围护结构及室内发热量不能太大。一般冷辐射板与毛细管辐射板的区别：一般冷辐射板：管径17×2.0mm，间距150mm，见图2。毛细管辐射板：管径4.3×0.8mm，间距30mm，见图3。图2一般冷辐射板图3毛细管辐射板（4）确定余湿负荷去除末端装置(新风机组)的形式a热泵式溶液调湿新风机组图2热泵式溶液调湿新风机组夏季运行原理图该新风机组是集冷热源，全热回收段，新风加湿、除湿处理段，过滤段，风机段为一体的新风处理设备，主要的研发与生产企业是北京华创瑞风。优点：独立运行满足全年新风处理要求，无需冷却塔等辅助设备；湿度处理效率较高。机组的性能系数COP可达5.5左右。缺点：体积大，造价高；经溴化锂溶液处理后的空气是否满足卫生安全标准仍存争议。不同类型新风机组比较表新风机组类型额定风量（m3/h）外形尺寸价格比参考样本长mm宽mm高mm常规冷水型