輻射空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)路線分析

摘 要：通過原理對比說明，單水冷技術(shù)路線的除濕能力不穩(wěn)定，節(jié)能性差，存在過冷現(xiàn)象;雙冷源技術(shù)路線的除濕能力穩(wěn)定，擁有變頻壓縮機(jī)進(jìn)行深度除濕，除濕能力基本不會受水溫波動的影響;分體式除濕機(jī)技術(shù)路線的除濕不依賴熱泵，兩者獨(dú)立運(yùn)行，但需考慮安裝空間。通過計算說明，制冷工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線更節(jié)能，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合考慮，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機(jī)技術(shù)路線可以適用于不同的氣候環(huán)境。

關(guān)鍵詞：輻射空調(diào)系統(tǒng);分體式除濕機(jī);單水冷除濕機(jī);雙冷源除濕機(jī)

中圖分類號：TU831.6? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）07-0075-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.021

0? ? 引言

輻射空調(diào)系統(tǒng)利用溫濕度獨(dú)立控制原理實現(xiàn)室內(nèi)溫度和濕度的控制，除濕機(jī)對輻射空調(diào)系統(tǒng)極其重要，目前市場上出現(xiàn)了單水冷除濕機(jī)、雙冷源除濕機(jī)、溶液除濕機(jī)以及分體式除濕機(jī)等各種形式的除濕機(jī)。對于整個系統(tǒng)的技術(shù)路線是以除濕機(jī)形式來區(qū)分，目前市場上仍以單水冷技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線為主。單水冷技術(shù)路線應(yīng)用和配套最為成熟，設(shè)備廠家眾多;雙冷源技術(shù)路線節(jié)能性較高，在零售市場已經(jīng)占據(jù)主流;而溶液除濕機(jī)目前在戶式系統(tǒng)中應(yīng)用較少;分體式除濕機(jī)技術(shù)路線已逐漸有廠家推出產(chǎn)品，市場上已經(jīng)有所應(yīng)用。對于各種技術(shù)路線，學(xué)者均有所研究，其中卜根等人[1]分析了單水冷技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線的優(yōu)缺點;李娜等人[2]對水冷式除濕、制冷劑直膨式除濕及雙冷源除濕進(jìn)行了理論模擬分析，得出了利用直膨式除濕機(jī)的系統(tǒng)最節(jié)能的結(jié)論;趙紅梅[3]分析了雙冷源除濕機(jī)的應(yīng)用實例;涂敏[4]研究了冷輻射板技術(shù)與溶液除濕技術(shù)聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。本文重點對分體式除濕機(jī)技術(shù)路線、雙冷源技術(shù)路線和單水冷技術(shù)路線的制冷除濕進(jìn)行了對比分析。

1? ? 原理分析對比

1.1? ? 分體式除濕機(jī)技術(shù)路線

分體式除濕機(jī)技術(shù)路線為熱泵提供16～19 ℃高溫水直接去輻射末端，分體式除濕機(jī)除濕提供新風(fēng)。熱泵提供高溫水按照正常水系統(tǒng)設(shè)計，但分體式除濕機(jī)的原理有所不同，下面對分體式除濕機(jī)的原理進(jìn)行介紹。分體式除濕機(jī)有二管制和三管制的區(qū)別，二管制分體式除濕機(jī)夏季利用蒸發(fā)器除濕，再利用電加熱提高送風(fēng)溫度送至房間，這種方式的電加熱能耗較高;而三管制分體式除濕機(jī)利用冷凝熱來加熱送風(fēng)溫度，較節(jié)能。

下面詳細(xì)介紹三管制分體式除濕機(jī)。分體式除濕機(jī)原理如圖1所示，在普通除濕機(jī)的基礎(chǔ)上增加再熱換熱器，制冷除濕時，室外高溫高濕新風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器除濕后，經(jīng)過再熱換熱器加熱達(dá)到設(shè)置的溫度送至室內(nèi);制冷劑側(cè)，壓縮機(jī)排出的高壓高溫氣體主要經(jīng)四通閥去室外機(jī)冷凝器冷凝放熱，再經(jīng)制熱電子膨脹閥和第一電子膨脹閥節(jié)流后去蒸發(fā)器;另一部分直接去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，經(jīng)第二電子膨脹閥節(jié)流后去蒸發(fā)器;兩路匯合后在蒸發(fā)器制冷除濕后經(jīng)四通閥回到壓縮機(jī)。

1.2? ? 雙冷源技術(shù)路線

雙冷源技術(shù)路線為熱泵提供16～19 ℃高溫水，一路提供給輻射末端，另一路提供給雙冷源除濕機(jī)。這種技術(shù)路線的雙冷源除濕機(jī)按照工作原理可以分為兩種：第一種并聯(lián)方案如圖2（a）所示，室外高溫高濕新風(fēng)先經(jīng)通高溫水的第一換熱器預(yù)冷后再經(jīng)蒸發(fā)器深度除濕，然后經(jīng)過再熱換熱器加熱達(dá)到設(shè)置的溫度送至室內(nèi);制冷劑側(cè)，壓縮機(jī)排出的高壓高溫氣體一部分主要去通冷水的板式換熱器冷凝放熱，經(jīng)主電子膨脹閥節(jié)流去蒸發(fā)器，另一部分去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，經(jīng)輔電子膨脹閥節(jié)流去蒸發(fā)器;兩路匯合后回壓縮機(jī)。第二種雙冷源除濕機(jī)也具備再熱功能，如圖2（b）所示，但其再熱能力比第一種雙冷源機(jī)器要小，新風(fēng)側(cè)流經(jīng)途徑相同，但制冷側(cè)有區(qū)別，壓縮機(jī)排出的高壓高溫氣體直接去通冷水的板式換熱器冷凝放熱，再去再熱換熱器加熱除濕后的新風(fēng)，節(jié)流去蒸發(fā)器制冷除濕回壓縮機(jī)。雙冷源除濕機(jī)并聯(lián)方案可以提供的冷凝熱更多，送風(fēng)溫度控制更精確，但控制邏輯較復(fù)雜，對于設(shè)計能力有一定的要求，主、輔電子膨脹閥的開度調(diào)節(jié)直接影響整個制冷循環(huán)的運(yùn)行參數(shù)，特別是主電子膨脹閥的開度;串聯(lián)方案控制風(fēng)溫的精確度沒有并聯(lián)方案高，高低負(fù)荷下風(fēng)溫可調(diào)節(jié)范圍較并聯(lián)方案窄，但控制邏輯較并聯(lián)方案簡單，只有一個電子膨脹閥。

1.3? ? 單水冷技術(shù)路線

單水冷技術(shù)路線為熱泵提供7～12 ℃冷水，一路供給換熱中心，二次側(cè)水泵將置換出高溫水輸送去輻射末端;另一路冷水直接供給單水冷機(jī)器，單水冷除濕機(jī)直接采用熱泵提供的冷水進(jìn)行除濕。單水冷除濕機(jī)的除濕能力完全依靠熱泵，熱泵水溫只要不穩(wěn)定，除濕能力就會波動，可能導(dǎo)致房間結(jié)露，需要加裝水箱來保證水溫穩(wěn)定。初始開機(jī)時，系統(tǒng)水溫較高，熱泵需要將系統(tǒng)的水溫降至設(shè)定溫度，單水冷除濕機(jī)才能開啟，而且系統(tǒng)又加裝了水箱，熱泵降至設(shè)定水溫的時間延長。達(dá)到水溫之后，單水冷除濕機(jī)開啟，新風(fēng)除濕后送至房間內(nèi)，換熱中心根據(jù)房間的露點來調(diào)節(jié)送水溫度，總的來說，房間達(dá)到設(shè)定溫度所需時間較長。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，夏季輻射空調(diào)系統(tǒng)對除濕能力要求較高，但單水冷除濕機(jī)除濕能力完全依靠熱泵，除濕不穩(wěn)定。對于單水冷除濕機(jī)，其設(shè)計和控制邏輯極其簡單。為了控制風(fēng)溫，廠家會增加電加熱來提升出風(fēng)溫度，如果不提升送風(fēng)溫度，對于風(fēng)管的保溫厚度就要增加，而且在過渡季節(jié)房間會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。風(fēng)溫過低，嚴(yán)重時送風(fēng)方式會影響樓下的住戶，樓下住戶的樓板會出現(xiàn)結(jié)露發(fā)霉現(xiàn)象，但增加電加熱，又會增加除濕機(jī)能耗。因此，這種技術(shù)路線正逐漸被取代。

1.4? ? 技術(shù)路線對比

通過原理對比可知，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線可以達(dá)到雙冷源技術(shù)路線的效果，同時減少了對熱泵的依賴，無冷卻水泵就可以獨(dú)立工作，室內(nèi)機(jī)減少了壓縮機(jī)，使室內(nèi)機(jī)噪聲和體積都減小了。單水冷技術(shù)路線完全依賴熱泵，需增加換熱中心且不節(jié)能，但設(shè)備和設(shè)計等簡單。由此可以發(fā)現(xiàn)，從原理上分析，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線綜合來說，獨(dú)立運(yùn)行，室內(nèi)機(jī)體積和噪聲小，增加了一個室外機(jī)，需要考慮安裝問題。雙冷源技術(shù)路線除濕同樣穩(wěn)定，室外機(jī)較分體式技術(shù)路線少一個。

2? ? 理論計算

2.1? ? 工況和設(shè)備參數(shù)

計算設(shè)定制冷工況：室外溫度35 ℃，相對濕度60%，額定新風(fēng)量500 m3/h，末端負(fù)荷8 kW;除濕工況：室外溫度24 ℃，相對濕度80%，額定新風(fēng)量500 m3/h，末端無負(fù)荷。各技術(shù)路線的設(shè)備參數(shù)如表1所示。

2.2? ? 計算方法

利用Solkane軟件和Excel軟件進(jìn)行計算，如圖3所示，將冷媒統(tǒng)一設(shè)定為R410A，冷凝溫度根據(jù)環(huán)境溫度和負(fù)荷率選取，滿負(fù)荷選取13 ℃，低負(fù)荷選取10 ℃;一體機(jī)出風(fēng)含濕量為7.6 g/kg，利用制冷循環(huán)界面將設(shè)備的耗電量計算出來，再加上水泵、風(fēng)扇等設(shè)備耗電量，以此計算出系統(tǒng)總耗電量。

2.3? ? 計算結(jié)果分析

計算結(jié)果如表2所示。制冷工況下，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機(jī)技術(shù)路線均比單水冷技術(shù)路線節(jié)能，耗電量分別為5.25 kW·h和5.29 kW·h，相較于單水冷技術(shù)路線耗電量百分比僅為81.3%和81.9%。除濕工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線最節(jié)能，耗電量僅為1.42 kW·h，相較于單水冷技術(shù)路線耗電量百分比為79.3%;雙冷源技術(shù)路線耗電量最大，達(dá)到2.09 kW·h，分析原因為空氣源熱泵此時需要運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵也需要輸送冷水至雙冷源除濕機(jī)帶走除濕冷凝熱，增加了耗電量;單水冷技術(shù)路線耗電量為1.79 kW·h，此時單水冷技術(shù)路線耗電量降低是因為換熱中心不需要工作，等于熱泵直接出冷水除濕。

由分析計算結(jié)果可知：制冷工況下，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機(jī)技術(shù)路線更節(jié)能，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合分析，單水冷技術(shù)路線節(jié)能性最差，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線綜合考慮耗電量最小，雙冷源技術(shù)路線除濕工況表現(xiàn)差。因此，雙冷源技術(shù)路線可以適用于大部分時期環(huán)境溫度和濕度都很高、設(shè)備安裝空間較小的建筑，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線可以適用于梅雨季節(jié)較長、空間足夠的建筑，單水冷技術(shù)路線從能耗角度考慮則不推薦。

3? ? 結(jié)論

本文通過原理分析和計算對比，主要可以得出以下兩點結(jié)論：

（1）通過原理對比，單水冷技術(shù)路線除濕不穩(wěn)定，節(jié)能性最差，需要換熱中心;雙冷源技術(shù)路線擁有變頻壓縮機(jī)進(jìn)行深度除濕，除濕能力基本不會受水溫波動的影響，但也依賴熱泵，適用于高溫高濕環(huán)境和設(shè)備安裝空間較小的建筑;分體式除濕機(jī)技術(shù)路線除濕不依賴熱泵，適用于梅雨季節(jié)較長、空間足夠的建筑。

（2）通過計算可知，制冷工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線和雙冷源技術(shù)路線耗電量相近，單水冷技術(shù)路線最耗電;除濕工況下，分體式除濕機(jī)技術(shù)路線最節(jié)能，雙冷源技術(shù)路線最耗電。綜合考慮，雙冷源技術(shù)路線和分體式除濕機(jī)技術(shù)路線可以適用于不同的氣候環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 卜根，王倩.分戶式輻射毛細(xì)管空調(diào)兩種不同的技術(shù)方案可行性分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（30）：3179.

[2] 李娜，王永紅，張欽，等.不同除濕方式戶式輻射空調(diào)系統(tǒng)能耗研究[J].暖通空調(diào)，2021，51（7）：100-103.

[3] 趙紅梅.雙冷源全新風(fēng)除濕機(jī)應(yīng)用實例分析[J].硫磷設(shè)計與粉體工程，2020（4）：27-31.

[4] 涂敏.輻射制冷與溶液除濕系統(tǒng)的性能分析及優(yōu)化設(shè)計[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

收稿日期：2022-02-11

作者簡介：閆旭（1993—），男，安徽人，助理工程師，研究方向：除濕機(jī)設(shè)計及輻射空調(diào)系統(tǒng)。