新風處理機組濕度控制在實驗室中的應用分析

謝亞麗

摘 ? ?要：目前實驗室大多采用新風處理機組加VRV空調系統的設計方式。但大多全新風空調系統和VRV空調系統只控制實驗室內溫度，不對實驗室內濕度進行控制;在濕度控制時要考慮運行能耗，目前除濕大多采用新風處理機組盤管降溫除濕后電加熱器再熱方式，運行成本高。在實驗室內空調系統應用時非常有必要對濕度進行控制。

關鍵詞：溫濕度獨立控制;新風處理機組;冷卻;再熱;濕度控制

1 ?引言

溫濕度獨立控制空調系統，是對常規空調系統熱濕聯合處理技術的一種突破與創新。溫濕度獨立控制空調系統實質是采用了溫度與濕度兩套獨立的空調控制系統，分別控制、調節室內的溫度與濕度。對于溫度的控制技術較為成熟，對于濕度控制，熱回收冷凝除濕是一種值得大力推廣的濕度處理方式。

2 ?概述

在溫濕度獨立控制空調系統中，采用新風處理系統來控制室內濕度。夏季新風處理機組提供干燥的室外新風，以滿足補風、除濕、除味、稀釋二氧化碳和提供新鮮空氣的需求。由于實驗室的特殊性，對溫度和濕度都有嚴格的要求。沿海及南方地區多個實驗室由于沒有控制濕度，導致實驗室內濕度特別大，室內風口結露現象明顯，既影響生產又會造成很大經濟損失。在夏季只要實驗內新風處理機組和室內空調系統制冷，室內相對濕度基本可以保證。但在過渡季節，如果實驗室的新風量很大，沿海地區或者南方地區遇上雨天，雖然室內溫度滿足要求，但室內的相對濕度會很高。因此必須控制新風處理機組的送風濕度。

3 ?各種除濕方式分類及介紹

（1）溶液除濕：將空氣直接與具有吸濕能力的鹽溶液（如溴化鋰、氯化鈣等）接觸，空氣中的水蒸氣被鹽溶液吸收，從而實現空氣的除濕過程。溶液除濕與轉輪除濕的機理相同，但由于溶液可以改變濃度、溫度和氣液比，因此可以實現空氣的加熱、加濕、降溫、除濕等各種處理過程。與轉輪相同，吸濕后的溶液需要濃縮再生后才能重新使用，但溶液的濃縮再生可采用70～80℃的熱水、冷凝器的排熱等低品味熱能。

（2）轉輪除濕：通過在轉輪轉芯中添加具有吸濕性能的固體材料（如硅膠等），被處理空氣與固體吸濕材料直接接觸，從而完成對空氣的除濕過程。吸濕材料需要進行再生，再生溫度一般在120℃左右，近年來也有研究采用60～90℃中低溫的再生方法。轉輪除濕方式中空氣的除濕過程接近于等焓過程，減濕升溫后的空氣需進一步通過高溫冷源冷卻降溫。

（3）冷凝除濕：可以利用制冷系統制備冷水或冷媒，讓濕空氣流經低溫表面，使空氣溫度降至露點溫度以下，濕空氣中的水汽冷凝而析出。但新風經過冷凝除濕后雖然含濕量較低，但相對濕度很高，溫度也較低，這樣的新風如果直接送入室內會造成人體不舒適，同時也會造成末端風口結露等。

（4）——熱回收冷凝除濕：在新風處理過程中，應用熱回收技術是降低處理能耗的重要途徑。采用冷凝除濕方式時，配合熱回收再熱使用，優先選用利用余熱，當沒有余熱時，再熱優先應采用空調機的冷凝熱或采用熱泵制熱，提高加熱效率和降低運行能耗。

溶液除濕的初投資非常大，一般情況下不建議采用;轉輪除濕初投資也很高，且需要高溫熱源來再生，能耗很大;單純的冷凝除濕需要增加電再熱段，運行能耗較大;綜合成本和運行能耗方面考慮，熱回收冷凝除濕是一種很好的除濕方式，可在實驗室新風處理機組中大力推廣。

4 ?目前實驗室內所采用的溫度空調控制系統主要分類及介紹

在實驗室溫度控制空調系統中，為確保每個房間的溫度達到要求，室內空調負荷通常采用VRV空調系統或風機盤管空調系統。

（1）VRV空調系統：實驗室內各個房間可設置VRV空調末端裝置，各個房間的溫度可自行調節。VRV空調系統的制冷量只需考慮房間圍護結構的空調負荷。該方案的優點是可以不用校核滿足室內溫度需要的最小新風量，還可以提高空調系統的可靠性，當新風機組的制冷機發生故障時，還能確保實驗室內的溫度不至于與設計溫度相差太大。該方案的缺點是室內有空氣循環，不是完全的全新風空調。采用VRV空調系統控制房間的溫度、濕度時，新風再熱應設在新風機組內，空調機夏季制冷、冬季制熱，對溫度進行微調。

（2）風機盤管空調系統：在有可用冷凍水的情況下，實驗室內可設置風機盤管空調系統，各個房間的溫度可自行調節。風機盤管的制冷量只需考慮房間圍護結構的空調負荷。該方案的優點是可以不用校核滿足室內溫度需要的最小新風量，還可以提高空調系統的可靠性，當新風機組的制冷機發生故障時，還能確保實驗室內的溫度不至于與設計溫度相差太大。該方案的缺點是室內有空氣循環，不是完全的全新風空調。采用風機盤管控制房間的溫度、濕度時，新風再熱應設在新風機組內，風機盤管夏季制冷、冬季制熱，對溫度進行微調。

5 ?實驗室中新風處理機組選用分析

對于溫濕度獨立控制系統，基于濕度控制系統的主要目的是除濕。但對于實驗室來說，由于新風量非常大，新風除要承擔室內的濕負荷外，還要承擔新風本身的熱負荷。新風處理機組可以分為兩種。一種是直膨式新風處理機組，即機組本身自帶自帶壓縮機，其系統中液態制冷劑在其蒸發盤管內直接蒸發（膨脹）實現對盤管外的室外新風吸熱而制冷，此種方式由于冷媒的蒸發溫度較低，所以可以達到很好的除濕效果。壓縮機大多選用數碼渦旋壓縮機、直流變頻壓縮機等形式。直膨式新風處理機組雖然除濕效果很好，但一般需要電加熱再熱，運行費用較高。另一種新風處理機組的表冷段通冷凍水來除濕降溫，冷凍水可以由風冷冷水機組、風冷熱泵機組、四管制風冷機組等來提供，當采用四管制風冷機組時在降溫除濕的同時，提供免費的熱水對新風進行再熱，是一種節能的除濕方式。

6 ?項目案例分析

6.1 ?項目情況

沿海地區某實驗室，由于夏季室外空氣濕度非常大，現有的直膨式新風機組，由于采用螺桿壓縮機，室外機沒有調節能力，所以新風機組的風量只能設定在80%運行，導致機組設定溫度滿足要求后，室外壓縮機將停機，此時大量未經處理的室外空氣直接進入室內，導致室內濕度過高。需要對改機組進行改造使其滿足要求。

6.2 ? 原有機組介紹

實驗室內原有直膨式新風機組1臺，風量20867m3/h～43573m3/h，制冷量367kW。現場由于噪音太大，新風機組實際使用風量為80%的設計風量定頻運行，每臺外機只有一個螺桿壓縮機，沒有調節能力。此臺新風機組的功能段依次為：進風段+初、中效過濾段+加熱盤管段+直膨表冷盤管段+送風機段。

6.3 ?改造解決方案

在新風機組入口前，將新風分為兩路，對其中一路采用預冷水盤管進行預冷處理，處理后的新風與室外新風混合后進入新風機組，經過新風機組內原有的表冷盤管進行降溫和除濕處理后，由送風機送出。在新風機組送風管道上設置熱水加熱盤管，采用四管制風冷機組的熱水把經過除濕處理的新風機組溫度提高到舒適溫度后送入相應房間內。四管制風冷機組夏季同時制冷制熱，制冷量105.6kW，制熱量135.5kW，輸入功率34kW。當夏季室外環境溫度較低時，此時機組負荷較小，室外螺桿壓縮機有可能會間歇性停機，當室外壓縮機停機后，需要將新風機組風機的風量相應調小。經過改造后室內溫度為25/17.3℃，相對濕度46.5%，完全滿足要求。

6.4 ?此方案的優缺點

（1）優點：預冷和加熱都由四管制風冷機組提供，不需要額外設置電加熱，節能、電力增容小，當原有螺桿壓縮機停機后，四管制風冷機組也可以提供部分冷量;（2）缺點：四管制風冷機組外機尺寸較大，需要配置水箱、水泵等系統較復雜。

7 ?結束語

為確保實驗室的安全穩定運行和降低運行能耗，很有必要對實驗室新風濕度進行控制，可以根據項目情況，綜合考慮選用合適的新風除濕方式。

參考文獻：

[1] 張俊.中心化驗室濕度控制及空調系統節能設計要點[J].煉油技術與工程，2013（43）：62.