恒温恒湿空调温湿联合方式处理

热舒适与健康的要求,需要对室内温湿度进行全面控制。夏季人体舒适区为25摄氏度(以下简称“度”),相对湿度为60%%,此时露点温度为16.6度。恒温恒湿空调排热排湿的任务可以看成是从25度环境中向外界抽取热量,在16.6度的露点温度环境下向外界抽取水分。目前恒温恒湿空调方式的排热排湿都是通过冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿,再将冷却干燥的空气送入室内,实现排热排湿的目的。但是,现有的热湿联合处理的恒温恒湿空调方式仍然存在不少问题。

第一,热湿联合处理的能源浪费。由于采用冷凝除湿的方法排除室内余湿,冷源的温度需要低于室内空气的露点温度,考虑传热温差与介质输送温差,实现16.6度的露点温度需要7度左右的冷源温度,这是现有恒温恒湿空调系统采用5~7度的冷冻水以及房间恒温恒湿空调器中直接蒸发器的冷媒蒸发温度大都在5度的原因。在恒温恒湿空调系统中,占总负荷一半以上的显热负荷部分,本应可以采用高温冷源排走的热量,现在却与除湿一起共用5~7度的低温冷源进行处理,造成了能量利用品位上的浪费。而且,虽然经过冷凝除湿后的空气湿度(含湿量)满足要求,有时还需要再热,造成了更多能源的浪费与损失。

第二,难以适应热湿比的变化。通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿,其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化,而建筑物实际需要的热湿比却在较大范围内波动。一般是牺牲对湿度的控制,通过仅满足室内温度的要求来妥协,造成室内相对湿度过高或过低。过高的结果是不舒适,进而降低室温设定值,通过降低室温来改善热舒适度,造成能耗不必要的增加;相对湿度过低也将导致由于与室外的焓差增加,使处理室外新风的能耗增加。

第三,室内空气品质问题。大多数恒温恒湿空调依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿,这导致冷表面成为潮湿的表面甚至产生积水,恒温恒湿空调停机后,潮湿的表面就成为了霉菌繁殖的最好场所。繁殖和传播霉菌成为恒温恒湿空调系统可能引起健康问题的主要原因。另外,目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物,因此,有效过滤恒温恒湿空调系统引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题。然而,过滤器内是粉尘必然的聚集处和各种微生物繁殖的场所。频繁清洗过滤器既不现实,也不是根本的解决方案。

第四,室内末端装置的问题。为了排除足够的余热余湿,同时又不使送风温度过低,这就要求有较大的循环通风量。例如,建筑内每平方米有80瓦显热需要排除,房间设定温度为25度,当送风温度为15度时,所要求的循环风量为每平方米每小时24立方米,这就往往造成室内很大的空气流动,使居住者产生不适的吹风感。为了减少这种吹风感,就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内的气流组织。这往往要在室内布置风道,从而降低室内净高或加大楼层间距。大通风量还极容易引起空气噪声,并且很难有效消除。在冬季,为了避免吹风感,即使安装了恒温恒湿空调系统,人们也往往不使用热风,而通过采暖散热器来供热。这就导致室内重复安装两套环境控制系统,分别供冬夏使用。

第五,输配能耗的问题。为了完成室内环境控制的任务,自然需要有输配系统来带走余热、余湿、二氧化碳、气味等。在中央恒温恒湿空调系统中,风机、水泵消耗了40%~70%的整个恒温恒湿空调系统的电耗。在常规中央恒温恒湿空调系统中,多采用全空气系统的形式,所有的冷量全部用空气来传送,导致输配效率很低。

随着能源问题的日益严重,让低品位热能作为夏季恒温恒湿空调动力成为了迫切的需要。目前,北方地区大量的热电联产集中供热系统在夏季由于无热负荷而无法运行,使得电力负荷出现高峰的热电联产发电设施停机,或者按纯发电模式低效运行。如果可以利用这部分热量驱动恒温恒湿空调,既省下恒温恒湿空调电耗,又可使热电联产电厂正常运行,增加发电能力。这样,既可减缓夏季的供电压力,又能提高能源利用率,是热电联产系统继续发展的关键。由于恒温恒湿空调负荷在一天内变化显著,与热电联产电厂提供的热能并不能很好地匹配,如何实现有效蓄能以协调二者的矛盾也是热能使用当中存在的问题。

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