论溶液调湿热回收技术在工程中的应用

论溶液调湿热回收技术在工程中的应用戴文科上海浚源建筑设计有限公司200001摘要：本文笔者结合工程实例，对某动物实验室的方案进行了分析，对动物实验室全新风直流空调系统的方案进行探讨，指出了具有调湿及热回收功能的热泵式溶液调湿热回收机组系统是最适合动物实验室的空调方式，希望给大家提供些参考。关键词：动物实验室；全新风；热回收一、工程概述：某建筑面积为7622m2，共六层，其中第六层为小动物屏障区，除了有净化要求（10000级），还需要保证一定的温湿度要求，室内计算温湿度如下：温度（℃）相对湿度（%）夏季2245~55冬季2240~50由于小动物屏障区异味较大，室内空气不能循环使用，拟采用2台全新风溶液调湿热回收机组，每台机组风量为5000CMH，制冷量为98kw，制热量为64kw。二、溶液调湿热回收机组工作原理：溶液调湿型空气处理机组采用具有调湿性能的盐溶液为工作介质，利用溶液的吸湿与放湿特性实现对空气的除湿与加湿处理过程。盐溶液与空气中的水蒸气分压力差是二者进行水分传递的驱动势。当溶液的表面蒸汽压低于空气的水蒸气分压力时，溶液吸收空气中的水分，空气被除湿；溶液当其表面蒸汽压高于空气中的水蒸气分压力时，溶液中的水分进入空气中，溶液被浓缩再生，空气被加湿。在夏季，高温潮湿的新风在全热回收单元中以溶液为媒介和室内排风进行全热交换，然后在除湿单元中进一步降温、除湿到达送风状态点。除湿单元中变稀的溶液进入再生单元浓缩。热泵循环的制冷量用于降低溶液温度提高除湿能力，排热量用于浓缩再生溶液，能源利用效率高。在冬季，只需切换四通阀改变制冷剂循环方向，便可实现空气的加热、加湿功能，操作方便。图1热泵式溶液调湿新风机组夏季运行原理图图2热泵式溶液调湿新风机组焓湿图示意热泵式溶液调湿新风机组内置溶液全热回收单元，能有效回收排风的冷量（热量），减少新风处理能耗。通过喷淋溶液还可去除大部分的细菌、微生物和可吸入颗粒物，净化空气，提高室内空气品质。具体来说，溶液调湿新风机组具有如下特点：1）具有较高的全热回收效率，可达70%～80％；2）夏季独立除湿，不受室内外温度、湿度及主机运行的限制；3）夏季送风温度约20℃，满足人体舒适要求，同时，送风温度高于室内露点温度，房间无结露危险。4）夏季高湿季节可以通过调整送风含湿量，杜绝室内结露的产生。5）冬季通过调整溶液的温度、浓度等参数，可以对空气进行加湿，不需增加其他加湿设备，而且加湿效率高，完全满足室内湿度要求。6）空气净化：空气通过盐溶液滤，空气中的尘埃得到过滤，类似于工业除尘器的喷水除尘。7）空气消毒：盐溶液可杀灭大部分病毒、细菌等。8）系统大大简化，没有低温冷冻水系统，机组仅须制备高温冷水，效率大大提高。9）新风机组负担全部的新风负荷及室内空调冷负荷中的潜热部分，热泵机组的负荷大大降低。三、溶液调湿热回收机组与传统空调系统的比较：1热回收装置的比较现在工程中主要使用的热回收装置主要有:转轮热回收器、板翅式热回收器、溶液式热回收装置等。其中,转轮热回收器热回收装置的效率高,但是由于它的新风与排风直接接触,对于动物实验室这类有异味的排风而言，是不合适的,不应采用;板翅式热回收器虽然在设计上基本杜绝了送排风直接的接触,但是其热回收效率较传轮热回收器低,更何况其占地面积及体积都比较大,在建筑面积、层高比较紧张的场合尤其显得不合适，本工程场地比较紧张，再加上考虑到其热回收效率相对来说较低，因此也不采用。液体式热回收器能有效回收排风的冷量（热量），减少新风处理能耗,且具有较高的全热回收效率，是最适合动物实验室空调系统的热回收装置。2除湿性能的比较夏季采用机组提供的7℃一次冷水将新风处理至机器露点即干球温度14℃、相对湿度95％左右的机器露点，为典型的冷冻除湿方式。采用冷冻除湿的新风送风温度太低，送风口有结露危险，同时过低的出风温度使人产生不适感，长时间靠近出风口还有可能诱发关节炎等疾病，而且新风机组采用露点送风，为降低能耗一般不设再热，机组湿工况运行，机组盘管表面、凝水盘、新风送风管易滋生细菌，常规空调系统的各种缺陷依然存在，如产生“空调病”、“病态建筑综合症”等。而采用溶液除湿将空气直接与具有吸湿的盐溶液接触，空气中的水蒸气被盐溶液吸收，从而实现空气的除湿处理过程。吸湿后的溶液需要浓缩再生才能重新使用，但溶液的浓缩再生可采用冷凝器的排热等低品位热能作为其驱动能源。且送风温度满足人体舒适要求，同时，送风温度高于室内露点温度，房间无结露危险，同时消除了冷冻除湿必然产生的潮湿表面，从而杜绝了霉菌滋生，提高了室内空气品质。3加湿性能的比较冬季采用湿膜加湿或电极式加湿是比较常见的加湿方式，但湿膜加湿效率非常低，且维护管理不当的湿膜加湿器本身就可能成为污染源，而电极式加湿又会提高机组的运行成本。而采用溶液加湿不需增加其他加湿设备，而且加湿效率高，完全满足室内湿度要求。4经济性的比较液体循环式热回收器的造价较高,在使用前应把经济性作为设计的重要指标之一,但是由于设计周期短、各地气象参数各异,设计人员往往来不及考虑其经济性,而是根据经验,或把建设方的意见和初投资数额作为是否设计热回收装置的参考,这就不可避免地会出现一些误差。本文将以此动物实验室为例,分析液体循环式热回收器的经济性。2.1负荷计算冬夏季室内温度均为22℃，送风量为10000m3/h。冬季热源为区域燃气锅炉,夏季冷源为风冷冷水机组。由于实验的连续性,该空调系统存在24h运行的可能,且很可能跨季节运行,因此计算周期取1年。北京地区全年各室外温度区间累计时间见表1。表1某动物实验室全年各室外温度区间累计时间采用负荷频率表法计算全年能耗,计算公式如下:Nfttcpqxxnwx（1）式中q为处理1kg/h空气所需的全年能耗,kJ·h/(kg·a)；cp为空气的比定压热容,取1.005kJ/(kg·℃)；wxt为某一时刻室外空气干球温度,闭合区间取中间值,开敞区间取边界值，℃；nt为室内设计温度，xf为某一时刻室外干球温度的年小时频率值；N为全年运行时间,h/a。根据式(1)计算得到,北京地区处理1kg/h空气冬季所需的显热量约为93130kJ·h/(kg·a)，总显热量dQ=10000m3/h×1.2kg/m3×93130kJ·h/(kg·a)=11.17·108kJ/a。处理1kg/h空气夏季所需要的显冷量约为10652kJ·h/(kg·a),总显冷量xQ=10000m3/h×1.2kg/m3×10652kJ·h/(kg·a)=1.28×108kJ/a。2.2运行费用分析为保证高等级动物安全实验室的安全运行,设计中没有因为安装了热回收装置而降低热源及冷源设备的额定功率,因此可以认为冷热源的初投资不受影响。冬季热源为区域燃气锅炉,天然气热值取35MJ/m3,天然气价格为2.05元/m3,热回收效率取0.4,锅炉热效率为0.9,热水输送效率为0.95。夏季采用风冷冷水机组供冷,电费取0.55元/(kW·h),COP取3.0,热回收效率取0.4。考虑到实验室的实际使用频率及检修消毒需要,认为一年中有半年时间空调机组停止运行。故冬季节省运行费用为13527元,夏季节省运行费用为437元,全年费用为13964元。由于动物安全实验室的特殊性,本工程中采用了优质的空调设备,液体循环式热回收器系统投资额大约为50000元,使用寿命在10～15a左右。根据以上计算,热回收设备的投资回收期为3.58a,小于机组的使用寿命,因此可以采用。5其他动物实验室有万级的净化要求，如果采用传统的一次回风系统，需要有一定的换气次数（15次/小时）来维持室内的洁净度，势必还要再进行一个再热的过程，这就是在洁净室空调设计中常出现的大风量小温差问题，而这是对能源的极大浪费。现采用溶液调湿机组送风温度适宜（20℃），解决了大风量小温差再热的问题，对动物实验室这种洁净室房间尤其适合。四结论通过分析比较，对动物实验室工程来说，由于对温湿度有比较高的要求，且普遍采取全新风的空调形式，所以采用全新风溶液调湿热回收机组不管在性能上还是在经济上都优于传统型空调系统。参考文献[1]刘晓华.温湿度独立控制空调系统[M].北京:中国建筑工业出版社,2006[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2008[3]全国民用建筑工程设计设计技术措施（暖通空调.动力）[M].中国计划出版社，2009