淺談熱泵式溶液除濕空調系統的設計

肖靜

淺談熱泵式溶液除濕空調系統的設計

肖靜

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海200092）

簡介熱泵式溶液除濕空調系統的原理，通過案例來分析熱泵式溶液除濕空調系統設計的要點。由i-d圖分析熱泵式溶液除濕空調設備的新風狀態點以及干盤管承擔的負荷。

熱泵式溶液除濕空調；溫濕度獨立控制；i-d圖

0 引言

隨著人們對室內空氣品質要求的提高，對空調系統的要求也越來越高。但常規的舒適性空調系統設計，冷卻與除濕兩個過程都是通過冷盤管來完成。實際運行中，夏季空調并不能完全滿足兩個參數同時控制。而是以房間溫度為控制參數，不保證濕度。有些工程中為了達到溫、濕度實時有效調控，會增加再熱系統。這樣明顯的冷、熱抵消，浪費能源。另外由于常規空調依靠使空氣通過冷表面對空氣進行降溫減濕，這就導致冷表面成為潮濕表面甚至產生積水。空調停止運行后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所,危害人體健康。因此專家提出了溫濕度獨立控制空調系統。

1 溫濕度獨立控制空調系統

在《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB 50736-2012[1]中，對溫濕度獨立控制空調系統的術語解釋為：由相互獨立的兩套系統分別控制空調區的溫度和濕度的空調系統，空調區的全部顯熱負荷由干工況室內末端設備承擔，空調區的全部散失量由經濕處理的干空氣承擔。溫度控制的末端設備一般采用干式盤管、輻射板、毛細管等。這樣可避免盤管滋生細菌，有利于人體健康。濕度控制有冷卻除濕、溶液除濕、轉輪除濕等。

2 案例分析

熱泵式熱回收型溶液除濕空調作為溫濕度獨立控制空調系統的一種形式。筆者將以一個工程為例，簡述熱泵式熱回收型溶液除濕空調的設計要點。并利用i-d圖來分析熱泵式溶液除濕空調設備的新風狀態點及干盤管的設計。

2.1 溶液除濕空調工作原理[2]

夏季工況：高溫潮濕的新風在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風進行全熱回收，新風被初步降溫除濕，然后進入除濕單元進一步除濕。新風單獨處理至低濕狀態后與回風混合，通過外界提供的高溫冷水（14/19℃）對混合空調進行降溫，達到送風狀態點。由除濕單元和表冷器分別控制送風的濕度和溫度。

冬季工況，低溫干燥的新風在全熱回收單元中以溶液為媒介和排風進行全熱回收，新風被初步加熱加濕，進入加濕單元進一步加濕。濕潤的新風與回風混合，通過外界提供的熱水（50/45℃）對混合空氣進行加熱，達到送風狀態點。由加濕單元和加熱器分別控制送風的濕度和溫度。

2.2 項目概況

V R體驗館的空調面積：935m2，人員密度：0.33m2/人。經華電源負荷計算軟件計算此區域的負荷如下：

室內全熱負荷：94kW，室內顯熱負荷：74.9kW，室內濕負荷：28.1kg/h。

夏季設計參數見表1。

表1 夏季設計參數

2.3 新風量GX

（1）衛生要求的新風量GX1：

取人均新風量qx=20m3/（h·人），人員密度：0.33m2/人，空調面積：935m2，則新風量為GX1=20×0.33× 935=6171m3/h

（2）除濕要求的新風量GX2：

式中GX2—滿足除濕要求的新風量，m3/h；

W—室內濕負荷，g/h；

ρa—空氣密度，kg/m3；

dn—室內設計參數空氣含濕量，g/kg；

ds—機組送風最低含濕量，g/kg，一般取8g/kg。

則，

系統新風量取大值、取整，GX=6200m3/h

2.4 全熱回收段后新風狀態點

式中tw—室外干球溫度，℃；

hw—室外空氣焓值，kJ/kg；

tn—室內設計溫度

hn—室內空氣焓值，

tw′—熱回收后新風設計溫度，℃；

hw′—熱回收后新風焓值，kJ/kg；

η—熱回收效率，%；

Gp—排風量，m3/h；

Gx—新風量，m3/h。

全熱回收段后新風狀態點W′的確定：

利用式（2）、式（3），熱回收效率η取60%、排風量Gp取新風量Gx的80%，則全熱回收后新風焓值hw′與溫度tw′：

全熱回收后hw′=73.7kJ/kg，tw′=29.9℃。

2.5 除濕后新風狀態點

因新風承擔所有室內濕負荷，由式（1）可得新風除濕處理后含濕量d1。

目前市面上的溶液除濕空調機組一般能夠處理新風的出口相對濕度介于55%-75%之間，溫度在18-20℃，本項目的新風除濕后的含濕量d1=8.22g/kg。

根據溫濕度獨立控制的定義：新風只承擔室內濕負荷，室內顯熱負荷由末端設備（干式盤管）承擔。理論上新風經過除濕處理后的溫度應該跟室內設計溫度一致，而實際機器處理的溫度在18-20℃。承擔一部分室內顯熱。下面用i-d分析如何確定新風狀態點及新風承擔了多少室內顯熱。

圖1 除濕后新風狀態點i-d圖

各狀態點參數見表2。

表2 空氣狀態點參數

由上圖可知，如果要達到真正的溫濕度獨立控制，理想狀態除濕后的新風參數點應該是等d1=8.22g/kg與等tn=25℃的交點7，而實際機器處理后的狀態點是1～4的一個范圍區間即（t=18-20℃，ψ=55%-75%）。作d1=8. 22g/kg的等濕線，5～6狀態點都能滿足除濕要求，取溫度越靠近室內溫度的狀態點5作為新風設計狀態點。但如果要達到狀態點7，需再熱，增加耗能，不節能。確定了新風狀態點，即可計算出溶液除濕段承擔的室內顯熱負荷Q1X：

式中GX—新風量，m3/h；

t1—除濕后新風溫度，℃；

ca—比熱容，J/（kg/℃）。

由式（4）得：

因室內顯熱負荷為74.9kW，所以新風承擔了14%室內顯熱。如果選取狀態點6，則承擔18%的室內顯熱。

2.6 溶液除濕后空調箱設備選型設計

2.6.1i-d圖

圖2 熱泵式溶液除濕空調機組夏季一次回風i-d圖

W～W′為室外新風經熱回收后的過程線，W′～L為新風除濕過程線。此過程其實并不能單純的用一條直線連接（此為示意），送風狀態O點確定。采用溫差法確定送風溫度。在焓濕圖上畫出室內狀態點N及熱濕比線。送風溫差取Δt=6.5℃，即送風溫度為18.5℃。作t=18.5℃等溫線與熱濕比線交點即為送風狀態點O，過O點作等d線與室內狀態點N和新風出口狀態點W′連線的交點即為混風狀態點C。

各狀態點參數見表3。

表3 空氣狀態點參數

2.6.2機組送風量G

式中hc—混合點焓值；

h1—新風焓值，kJ/kg；

G—送風量，m3/h。

由i-d圖和式（5）得：

2.6.3機組總冷量QL

溶液除濕段承擔的負荷QL1：

干盤管承擔的負荷QL2：

式中ho—送風點焓值，kJ/kg。

機組總負荷：QL=QL1+QL2=67.56+64.5=132.1kW

因此空調機組選擇QL為132.1kW，送風量G為34215m3/h。

3 結語

溶液除濕空調系統設計有別有常規舒適性空調設計。新風量的設計不僅要滿足衛生要求還要滿足除濕要求。除濕后的新風狀態參數也要根據室內設計參數去合理選取。通過上述可知新風承擔了14%-18%的室內顯熱，在設計主機容量時需把此部分容量考慮進去，以免主機容量選擇過大，造成浪費。

[1]GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2]潘云剛，劉曉華，徐穩龍.溫濕度獨立控制（TH IC）空調系統設計指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

Design of Heat Pump Solution Desiccant Air Conditioning System

XIAO Jing
（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

This paper introduces the principle of heatsolution dehum idification air conditioning system,analyzes the design points of heat solution dehum idification air conditioning system through the case.A nalysis of fresh air state pointand dry coilload ofdehum idification solution dehum idification airconditioning equipm entby i-d graph.

heat solution dehum idification air conditioning；hum iture independent control；i-d diagram

TU 831

B

2095-3429（2017）01-0074-04

2017-02-14

修回日期：2017-03-06

肖靜（1981-），女，工學學士，本科，工程師。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.018