賓館建筑溫濕度獨立控制空調系統設計分析比較

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我國按照空調度日數CDD26 來衡量全國各地的炎熱程度，并以此為基礎進行建筑夏季空調降溫設計，同時將全國劃分為相應的五個氣候區。在五個氣候區中，夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區的特點是夏季炎熱、雨水量多，其潮濕程度也要遠遠超過其他三個氣候區;這兩個地區在過渡季的陰雨天，室外溫度雖然處于人體舒適度的范圍內，但是室外相對濕度較大，人體感覺很潮濕。人體舒適度不僅與溫度參數有關，還與相對濕度參數有關，建筑環境調節設計應該考慮這兩方面。但是在實際工程應用中這兩個氣候區的負荷分析、空調系統設計和運行方法卻與其他氣候區的方法沒有很大區別。

目前傳統常規空調系統處理空氣采用低溫冷凝除濕方式，實現對空氣的降溫與除濕處理，同時去除建筑的熱負荷與濕負荷，即先將空氣降低到露點溫度以下進行冷凝后再將干空氣送入室內，除濕的同時伴隨著降溫過程，其空調機組COP 為5.5。溫濕度獨立控制空調系統采用溫度與濕度兩套獨立的子系統，分別控制、調節室內的溫度與濕度，可以滿足室內熱濕比不斷變化的要求，其中溫度控制系統采用的高溫冷水機組，相應COP 可高達8.5，具有顯著的節能效益。因此，在有除濕需求的前提下，溫度越高的地區采用溫濕度獨立控制空調系統越有必要，僅簡單的用調節溫度負荷來衡量當地的空調能耗指標是不夠的，還應考慮調節室外相對濕度或含濕量參數負荷，并結合高溫冷水調溫替代低溫冷水調溫方式來指導實際空調系統的設計和運行方法。

1 典型城市空調負荷及能耗比較

夏季空調室內設計參數溫度為26℃，相對濕度為60%，其對應的含濕量為12.79 g/kg(干空氣)，因此以該數值為基準，大于該數值的即表示該日相對濕度較大，人體感覺潮濕。

從五個氣候區中選取典型城市——北京、西安、廣州、杭州四個城市計算其空調度日數和室外除濕負荷值，并進行比較，具體見圖1、圖2。

從圖1 可以看出，廣州地區的度日數值最高，可見廣州地區的溫度較其他地區的溫度高，調溫負荷最高，因此廣州地區采用溫濕度獨立控制空調系統時其夏季調溫能耗也較其他地區大。另外，杭州地區的調溫負荷也較北京和西安地區高。

圖1 典型城市空調度日數值比較

圖2 典型城市室外除濕負荷值比較

從圖2 可以看出，廣州地區的室外除濕負荷值最高，可見廣州地區除了溫度較高外，其濕度也較大，調濕負荷最大，因此廣州地區采用溫濕度獨立控制空調系統時其夏季調濕能耗也較其他地區大。另外，杭州地區的調濕負荷和能耗也較北京和西安地區高。由此可知，夏熱冬暖地區、夏熱冬冷地區等地城市，其空調設計除了要考慮降溫外，還應考慮除濕，空調系統的溫濕度獨立控制系統應用也顯得尤為重要。

2 不同空調系統類型能耗比較

本文以一棟賓館建筑為例，計算不同典型城市整個制冷季的溫濕度獨立控制空調系統的能耗。該項目總建筑面積為12416 m2，平面功能均為客房。

溫濕度獨立控制空調系統采用:高溫冷水機組及其輸配系統和末端顯熱處理設備+溶液除濕新風機組。新風量為30 m3/h·人，室內空調設計參數溫度26 ℃，相對濕度60%，高溫冷水機組系統整體性能系數COPsys 取定值4.6，新風機組系統整體性能系數COPsys 取定值4.7，新風送風溫度取20 ℃。新風承擔一部分室內顯熱負荷、所有室內潛熱負荷和所有的新風負荷。首先采用Dest 軟件模擬該棟賓館建筑處于不同城市地點的全年8760 h 的逐時室內顯熱負荷、室內潛熱負荷和新風負荷，然后根據上述空調度日數和室外除濕值的負荷計算整個制冷季、過渡季的溫濕度獨立控制空調系統的能耗，該能耗由兩部分組成:高溫冷水機組能耗和新風機組能耗。

同時按照上述度日數和室外除濕的負荷，本文對上述賓館建筑，采取常規風機盤管+新風系統的空調能耗進行了計算，常規空調系統的整體性能系數COPsys 取定值3.4。常規風機盤管+新風系統的空調能耗和溫濕度獨立控制空調系統的能耗比較見圖3 和表1。

圖3 各典型城市賓館建筑按照室外除濕負荷的常規空調系統和溫濕度獨立控制空調系統的能耗比較圖

表1 各典型城市賓館建筑按照室外除濕負荷的兩種空調系統能耗比較單位:kWh/m2

從圖4 和表2 中數據可知，與常規風機盤管+新風系統的空調能耗比較，溫濕度獨立控制空調系統的能耗無論在哪個城市(地區)均有所下降，其中廣州地區下降數值最大，全年節約空調能耗為38.55 萬kWh，每年節約127. 2 t 標煤。其次為杭州，最小為北京和西安。

3 空調系統初投資比較

采用溫濕度獨立控制空調系統的末端如果采用干盤管系統，其初投資要高于常規風機盤管加新風系統。分析其主要原因在于:干盤管的冷量只有風機盤管冷量的35%，換算為標準工況為52%，而其價格卻是常規風機盤管機組的1.5 倍;同時干盤管系統采用低溫專用新風機組，其單臺的價格為相同風量下的普通新風機組的1.5 倍左右;若新風機組采用溶液除濕機組，其單臺的價格也為相同風量下的普通新風機組的2 倍多。因此溫濕度獨立控制空調系統的投資高于常規空調系統。

賓館建筑按照規模和建造地點綜合分析經濟效益、社會效益和投資增量以確定該類建筑是否適宜采用溫濕度獨立空調系統。

4 結 語

(1)本文將賓館建筑在不同氣候區的空調度日數值和除濕負荷值進行比較，并作為不同空調系統設計的能耗分析依據。

(2)采用溫濕度獨立控制空調系統可降低空調能耗，降低程度在高溫高濕地區的高能耗的公共建筑中應用尤為明顯。