舒適性空調系統不同除濕方式的經濟性分析

高 俊 峰

(山西省建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

隨著國民經濟的快速發展，人們的生活水平日益提高，舒適性空調系統的需求越來越多。據統計，空調能耗約占建筑能耗的35%，甚至更高。而空調濕負荷約占空調總負荷的30%～50%。由此可見，降低空調系統除濕能耗，對降低空調能耗有顯著的作用。本文通過分析冷凝除濕和溶液除濕的機理，結合工程實例空調處理過程的能耗計算，得出空調系統采用溶液除濕具有顯著的節能效果，同時，還可以提高室內空氣品質。

1 冷凝除濕和溶液除濕原理

即使空調房間具有相同的空調負荷，采用不同的空氣處理過程，所消耗的能量也是不同的。舒適性空調系統常用的除濕方式為冷凝除濕和溶液除濕。

1)冷凝除濕：濕空氣流經低溫表面，使其溫度下降至露點溫度，濕空氣達到飽和狀態，其中的水蒸氣冷凝析出。該方式需要提供較低溫度的冷水，可采用冷水噴淋、表冷器、冷凍除濕等。

空調機組表冷器通常利用7 ℃冷凍水，去除建筑物內部的潛熱負荷(濕負荷)和顯熱負荷。通過這種耦合處理方式來控制室內的溫度和濕度，室內空氣中的水分通過冷凝方式去除，空氣的含濕量雖然滿足要求，但送風溫度太低，室內舒適度降低，在送風溫差要求較小的情況下，還需要對送風進行再熱，造成了成本的增加和能源的浪費。

2)溶液除濕：除濕溶液噴淋到濕空氣中，以濕空氣的水蒸氣分壓力與除濕溶液表面的飽和蒸汽分壓力的差值為動力而進行的熱濕傳遞。由于濕空氣中水蒸氣的分壓力大于除濕溶液表面飽和蒸汽分壓力，所以，水蒸氣從濕空氣傳遞到溶液中，釋放冷凝熱。濕空氣的含濕量降低，溶液吸濕，濃度降低，溫度升高。

溶液除濕熱泵空調機組由溶液除濕模塊、溶液再生模塊、間接蒸發模塊、蒸發冷卻模塊、溶液調濕模塊、制冷模塊(內置壓縮機)組成，氣流流程如圖1所示。

該空調機組空氣處理過程中，新風除濕過程完全由溶液除濕模塊和溶液調濕模塊承擔，驅動能源是低品位的壓縮機冷凝熱以及低焓值的排風共同作用，室內顯熱負荷由空調機組表冷器承擔，表冷器干工況運行。冷水溫度可以提高到13 ℃～16 ℃，蒸發器蒸發溫度隨之提高，而蒸發溫度每提高1 ℃，壓縮機制冷效率可提高3%左右。可見，采用溶液除濕可以降低壓縮機能耗。新風、排風通過溶液進行熱濕交換(全熱交換)，相對于應用較為普遍的轉輪式和板翅式全熱回收，不僅避免了新風與排風之間的交叉污染，而且還具有殺菌和除塵功能，起到對新風凈化的作用。

2 不同除濕方式下空調系統能耗計算

以太原市某劇場觀眾廳空調系統為例，分別計算兩種除濕過程的能耗。該觀眾廳建筑面積798 m2，座位數882人，最大凈高12 m。經計算，空調總冷負荷為100 871 W，濕負荷為12.3 g/s，熱濕比ε=8 195。室內設計溫度26 ℃，相對濕度50%。總送風量77 700 m3/h，風機溫升1 ℃，根據風平衡計算，最小新風量16 000 m3/h，人均新風量18.1 m3/(h·P)，滿足規范要求。空調機組配置新排風全熱交換器，全熱交換效率為70%，排風量為新風量的85%。

2.1 一次回風冷凝除濕全熱回收空氣處理

空氣處理過程：W點新風經全熱回收處理后至P點，再與N點回風混合至C點，經表冷器降溫除濕至L點，經再熱至M點，經送風機溫升至O點送入室內，焓濕圖見圖2。該過程空調機組的供冷量為309 kW，再熱量為146 kW。

2.2 二次回風冷凝除濕全熱回收空氣處理

空氣處理過程：一次回風量9 995 m3/h，二次回風量50 785 m3/h。W點新風經全熱回收處理后至P點，與N點一次回風混合至C點，經表冷器降溫除濕至L點，再與N點二次回風混合至M點，經送風機溫升至O點送入室內,焓濕圖見圖3。該過程不需要再熱，避免了冷熱抵消。該過程空調機組的供冷量為163 kW。

2.3 溶液除濕熱泵機組空氣處理

空氣處理過程：W點新風經溶液除濕熱回收、多級間接蒸發、調溫調濕處理后到K點，N點回風冷卻至M點，M點回風與K點新風混合至O′點，經風機溫升至O點送入室內，焓濕圖見圖4。室內濕負荷由新風全部承擔，壓縮機只承擔室內顯熱負荷。新風從W點處理到K點需提供的冷量為34 kW，空調機組需對回風降溫，需提供的冷量為57 kW，空調機組需提供的總冷量為91 kW。

3 結合冷源分析整個系統節能效果

該項目受條件限制，采用風冷電制冷螺桿機提供7 ℃～12 ℃，COP為3.55，冷水泵耗電輸冷比0.010 47。若采用溶液除濕熱泵空調機組，由于內置壓縮機，基本無輸送能耗，整機制冷COP為3.46。則冷源及輸送系統能耗見表1。

表1 冷源及輸送系統能耗

4 結論

本文結合工程實例，對空調系統采用冷凝除濕與溶液除濕的除濕機理和能耗進行分析，得出空調系統采用溶液除濕方式具有以下優點：

1)熱、濕負荷解耦處理，避免了過度冷卻和再熱的能量損耗，能源利用效率高，具有顯著的節能效果。

2)空調表冷器干工況運行，避免了凝結水盤由于冷凝水造成滋生病菌的缺點。通過對新風噴淋溶液，能有效地去除空氣中的塵埃、細菌等有害物質，可以對新風進行凈化處理，提高室內空氣品質。