温湿度独立控制空调系统工作原理与应用

摘要：目前我国大部分大型建筑所用的空调形式以传统常规的集中空调系统为主，但是常规空调造成的能耗浪费和种种相对不合理的缺点是亟待解决的问题。温湿度独立控制空调系统的出现是解决常规空调系统缺点的新型空调形式之一。本文探讨了温湿度独立控制空调系统工作原理及应用。
关键词：温湿度独立控制；空调系统；工作原理；应用
随着社会经济的发展，为落实科学发展观，建设节能减排、资源节约型的社会已经成为当前社会发展的主旋律，目前我国集中空调系统的能耗已占建筑总能耗40% ～ 60%，而建筑能耗占总能耗的27． 5%，所以降低集中空调系统能耗是节能减排的一个重要方面。目前我国大部分大型建筑所用的空调形式以传统常规的集中空调系统为主，但是常规空调造成的能耗浪费和种种相对不合理的缺点是亟待解决的问题。温湿度独立控制空调系统的出现是解决常规空调系统缺点的新型空调形式之一。

一、温湿度独立控制（THIC）空调系统的理念

温度湿度独立控制的空调系统，就是向室内送入经过处理的新风，承担室内湿负荷，根据气候差异，一般夏季对新风进行降温除湿处理，冬季对新风进行加热加湿处理，有的地区新风全年需要降温除湿。在温湿度独立控制空调系统中，新风不仅承担排除室内二氧化碳和VOC 等卫生方面的要求， 还要起到调节室内湿环境的作用；采用另外独立的系统夏季产生17~20℃冷水、冬季产生32～40℃的热水送入室内干式末端装置，承担室内显热负荷。采用两套独立的系统分别控制和调节室内湿度和温度，从而避免了常规系统中温湿度联合处理所带来的能源浪费和空气品质的降低；由新风来调节湿度，显热末端调节温度，可满足房间热湿比不断变化的要求，避免了室内湿度过高过低的现象。

二、温湿度独立控制（THIC）空调系统基本工作原理

THIC空调系统的工作原理参见图1，除湿系统只负责处理新风，使其承担建筑的全部潜热负荷、控制室内湿度; 而18℃的冷水送入辐射板或干式风机盘管等末端装置，用于去除建筑的显热负荷、控制室内温度，这样实现温度和湿度分别由两套设备分别控制。

图1温湿度独立控制空调系统流程

三、 温湿度独立控制空调系统相关设备组成

温湿度独立控制系统的4 个核心组成部件分别为高温冷水机组( 出水温度18℃) 、新风处理机组( 制备干燥新风) 、去除显热的室内末端装置、去除潜热的室内送风末端装置。典型的溶液除湿系统由新风机( 除湿器) 、再生器、储液罐、输配系统和管路组成。溶液除湿系统中，一般采用分散除湿、集中再生的方式，将再生浓缩后的浓溶液分别输送到各个新风机中。储液罐除了起到存储溶液的作用外，还能实现高能力的能量蓄存功能，从而缓解再生器对于持续热源的需求，也可降低整个溶液除湿空调系统的容量。
在温度控制系统中，冷源形式不再采用7℃的冷水同时满足降温与除湿的要求，而是采用18℃左右的冷水即可满足降温要求。由于蒸发温度的提高，机组COP 也会大大提高。末端装置常用的有两种方式: 辐射板和干式风机盘管。由于冷水供水温度可以提高到18℃左右，风机盘管内无冷凝水产生。
在湿度控制系统中，风的处理方式包括四种:冷却除湿、固体除湿、溶液除湿和置换通风。其中溶液除湿可以使用低品位能源达到较好的热力学效果，从而值得推广; 置换通风目的性很强，能在人员活动区域形成一个“空气湖”，从而达到很高的利用率。

四、温湿度独立控制空调系统的优点

1、 节能

从空气处理过程可知，一次回风系统为了满足送风温差，需要对空气进行再热然后送入室内。这部分加热量需要冷量来补偿。THIC 空调系统则避免了再热，节省了冷量，从而也节约了冷水等媒介的输送损耗。另一方面，常规空调使用的冷水温度为7℃，THIC空调系统中承担总负荷约85%～90%[4]的高温冷水温度约15～18 ℃，选型资料表明，电压缩冷水机组蒸发器出口的冷水温度每提高1 ℃，冷水机组COP 值增加3%，显见高温冷水机组的能效比较之传统空调的低温冷水机组高。综合可知THIC 空调系统的能耗有较大程度的降低，节能效果显著。

2、温湿度参数可实现性强

常规空调难以同时满足温湿度参数的要求，有时为了达到除湿目的而过多地降温造成冷量损失，某些场合要对空气进行再热，进一步造成能源的浪费与损失。有时仅仅满足了降温要求，而湿度达不到设计参数。THIC 空调系统通过处理显热的系统降温，保证达到温度参数，并满足其精度要求；通过干燥的新风消除室内余湿，确保湿度参数的可控性。由于2 个系统独立处理空气，参数不存在耦合性，因而对于要求恒温恒湿的场合尤其适合使用温湿度独立控制系统。

3、室内空气品质好

常规空调采用降温方法来除湿，冷凝水的存在使得风机盘管的表面形成了滋生各种霉菌的“温床”，因而恶化室内空气品质，引发多种病态建筑综合征(SBS)。THIC 空调系统的余热消除末端装置以干工况运行，室内不存在冷凝水及湿表面，不可避免的是，该系统的新风机组也存在湿表面，但由于新风机组处理风量小，而且室外新风有机微生物含量小，对于新风机组换热器湿表面除菌的处理措施也更灵活和可靠。部分研究表明，采用溶液除湿时喷洒的溶液有消毒空气的附加功能。介于室内CO2 含量也是室内空气品质的重要指标之一，有关研究得出“去除余湿与CO2 要求新风量的一致性”的结论，所以只要新风量满足除湿要求，即可保证CO2浓度得到控制。
另外，THIC 系统设置灵活，不要求集中回风，能有效保障特殊时期(如SARS、炭疽信件等)建筑物环境安全性。同时该系统还能够结合冷凝热回收、低品位热能再利用、冰蓄冷、冷辐射板换热、太阳能利用等多项先进技术手段，缓解能源紧缺、提高能源的利用率。

五、温湿度独立控制空调系统的应用

空调系统可广泛应用于各类商场办公楼、酒店、医院等公共建筑和商业建筑，各类恒温恒湿需求的工业建筑以及空气品质要求较高的场合。民用建筑空调方案的选择建议列于表1。表1 中的推荐方案除温湿度独立控制系统外，均为温湿度联合控制系统。

表1民用建筑空调方案的选择参考
在新风处理过程中，采用空气热回收技术是降低新风处理的重要手段。空气—空气能量回收装置是在新风和排风之间进行热湿交换的空气—空气换热设

源于：论文大纲www.udooo.com

备。其工作原理是: 室内排风和新风分别呈正交叉方式流经换热器芯体时，由于气流分隔板两侧气流存在着温差和蒸汽分压差，两股气流通过分隔板时呈现传热传质现象，引起全热交换过程。夏季运行时，新风从排风获得冷量，使温度降低，同时，被空调风干燥，使新风含湿量降低; 冬季运行时，新风从空调室排风获得热量，温度升高，同时，被空调室排风加湿。这样，通过换热芯体的全热换热过程，让新风从空调排风中回收能量。
使用全热交换器的空调方案新风机组除了负担本身的新风负荷外，还要负担室内部分冷负荷和室内的全部湿负荷。在室内负荷的分配上，可设计成由新风机组负担围护结构传热的渐变负荷，由风机盘管负担室内人体、照明和日射引起的瞬变负荷，这样便于系统的集中调节。干式盘管在干工况下运行，要求新风系统独立承担全部湿负荷而风机盘管不承担任何湿负荷。与标准风机盘管的不同在于干式盘管运行工况的改变，即进出水温度大幅度提高的同时还要满足室内对冷量、风量的需求，其换热温差小于标准风机盘管，且不涉及潜热换热，需要通过增加盘管的换热面积来提高供冷量。风机盘管干工况下运行，新风机组负担的负荷大，新风机组处理的焓差较大，使用了新风全热交换器后，新风焓差减少，因此，可增大表冷器的迎面风速，从而减小表冷器的散热面积。全热交换器的使用使得冷水进水温度得以提高，从而提高了冷水机组的蒸发温度，制冷机组的COP 提高，节能效果显著。冷水机组COP 值随蒸发温度变化( 见图2) 。

图2不同蒸发温度对应的COP 值
综上所述，温湿度独立控制空调系统作为一个新的空调形式，有很明显的节能优势，节能率在10% ～55%。作为一个不成熟的技术，虽然国内外没有相关的规范和标准，但其空气品质好、舒适度高、节能显著。所以该系统有很大的发展前景，并且还需要时间将其完善和成熟。
参考文献：
张涛,刘晓华,张海强,江亿. 温湿度独立控制空调系统设计方法[J]. 暖通空调, 2011,(01) .
张海强,刘晓华,江亿. 温湿度独立控制空调系统和常规空调系统的性能比较[J]. 暖通空调, 2011,(01) .
[3] 潘云钢. 基于溶液调湿处理新风的温湿度独立控制系统与常规空调系统设计能耗的比较分析[J]. 暖通空调, 2011,(05) .
[4] 田旭东,张秀平,杜立卫,宋有强,吴俊峰. 温湿度独立控制系统用干式显热风机盘管的研究[J]. 暖通空调, 2011,(01) .
[5] 欧阳琴,江英,谭超毅,易吉良. 温湿度独立控制空调系统的研究与应用[J]. 建筑节能, 2011,(05) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。