某办公楼干盘管空调系统新风处理过程的探讨

某办公楼干盘管空调系统新风处理过程的探讨

撒世忠1 陆卫锋2

本文对苏州某办公楼采用干盘管空调的温湿度独立控制系统仅用12/20℃冷水为普通新风机组供冷水实现夏季新风除湿处理过程的计算提出质疑，分析表明：该方案不能实现夏季除湿功能。针对该案例的既有参数，结合温湿度独立控制系统可采用的冷冻除湿、双冷源除湿、溶液除湿三种新风处理过程为例，分别计算民用建筑温湿度独立控制系统新风除湿的空气处理过程，以期为温湿度独立控制系统的新风处理过程的计算提供实例参考。

0引言

1 某项目设计案例分析[1]

某项目位于苏州地区，该项目采用干盘管+水系统新风处理机组的空调形式。其一个典型房间的干盘管系统的空气处理过程阐述如下。该办公室面积为100m2，人数为10人，新风量为300m3/h，房间要求控制室内温度25℃，相对湿度60%，房间内显热负荷为5KW，除人员散湿外，无其他散湿量，冷水机的供/回水温度为12/20℃，苏州地区室外计算干球温度为tW=34.1℃，湿球温度tWs=28.2℃，hw=90.54kj/kg，空气密度为1.2kg/m3。

根据已知条件查焓湿图，得到室内焓湿量为hN=55.54kj/kg，含湿量为11.90g/kg（a），露点温度tl=16.54℃。根据成年男子的散湿量为102g/h，得到室内余湿量为1020g/h。该项目的计算过程如下：

新风所承担的湿负荷计算公式为：

WN=ρ×Lx×（dN-dS） （1）

WN—室内余湿量，g/h；

LX—除湿要求的新风量，m3/h；

ρ—空气密度，kg/m3；

dN—室内设计状态点的含湿量，g/kg；

dS—设计工况下新风的送风含湿量，g/kg。

得到：

dS=dN-WN/ρ×LX=11.90-1020/（1.2×300）=9.07（g/kg）

S点为ds=9.07与相对湿度90-95%的交点，则tS=14.2℃，hS=37.27kj/kg，则新风负荷为：

QW=ρ×LX×（hW-hS）/3600 （2）

=1.2×300×（90.54-37.27）/3600=5.33KW

该项目提供的末端系统图如图一所示。从图中可以看出，夏季供给新风机组及干盘管的冷水为12-20℃循环，那么在12-20℃的供回水温度，300m3/h的新风量供给的前提下，能达到为该房间除湿的目的么，不妨分析一下。

图一 末端水系统图

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012第7.5.4和7.5.5条的规定[2]，冷媒的进口温度比经过冷却盘管的空气出口温度至少低3.5℃。从以上计算我们看出，?T=14.2-12=2.2℃<3.5℃，违反了规范。在苏州地区，以常规的7/12℃的空调冷水为例，室外新风设计工况下与室内设计工况的焓差为90.54-37.27=53.27kj/kg。这对于常见的，以标准工况配置和制造的新风机组来说存在一定难度，因为7/12℃的空调冷水供水时，平均每排冷盘管处理能力为4-6kj/kg，则至少需要8.88排（9排）冷盘管。更不用说，出水温度仅为12/20℃供回水温度下的排管数了，已经远远超出了常规新风机组的排管范畴。因此，虽然焓湿图上可以绘制出该空气处理过程，但实际不可实施或实施起来不合理。

另外，从公式（1）我们可以看出，新风量和送风含湿量存在对应关系，作为办公建筑而言，当室外空气非常潮湿时，渗入的潮湿空气将会提高室内的含湿量，可通过两种方式排除渗透风带来的湿负荷，一是增加送入的干燥空气量，另一种是在保证风量不变的情况下将新风处理到更加干燥的状态。

表一 办公楼新风系统送风含湿量

2 新风处理过程的探讨

从以上案例分析可以看出，该系统提供的12℃的冷水，既不能直接用于干盘管直接供冷（需要混合回水），也无法实现单极冷却盘管处理室外新风实现冷却除湿过程。根据“高质高用、低质低用”的用能原则，同时考虑到为了采用高温冷水而特别增设高温冷水是不合理的。以下对温湿度独立控制系统几种典型工程的除湿空气处理过程进行分析。

2.1冷却除湿方案

冷却除湿方式是常规空调系统中最常见的对空气进行除湿的方式。不妨分析一下温湿度独立控制系统中常见带转轮热回收的单级冷却除湿的空气处理过程。

2.1.1带转轮热回收的单级冷却除湿空气处理过程

设定某转轮的全热交换效率为ηh=75%，显热交换效率为ηt=85%，潜热交换效率为ηd=72%。设定排风量为新风量的80%即排风量为240m3/h。空气处理过程如图2所示。

全热交换效率为：

ηh=G1×（h1-h2）/G3×（h1-h3） （3）

显热交换效率为：

ηt=G1×（t1-t2）/G3×（t1-t3） （4）

潜热交换效率为：

ηd=G1×（d1-d2）/G3×（d1-d3） （5）

经过转轮热回收处理后新风的空气状态为：

h2=69.54kj/kg；t2=27.91℃；d2=16.07g/kg（a）

全热交换出口进入表冷器后处理到9.07g/kg（a）与90-95%的交点，需要的冷量为：

QW=1.2×300×（69.54-37.27）/3600=3.23KW，选择8排管表冷器可满足要求。

图二 全热交换+一级冷冻除湿空气处理过程

2.1.2双级冷却除湿空气处理过程

采用干盘管（顶棚辐射管、毛细管辐射、集成辐射板吊顶、主动冷梁等）温湿度独立控制系统，为温度控制系统须提供14-17℃左右的高温冷水，此部分的高温冷水恰好可用于对室外新风的预处理。然后再用7/12℃的常温冷水对预冷后的新风进一步除湿。L1为高温冷水预冷后的机器露点（即第一机器露点），高温冷水供回水温度为（14-17）℃/（19-22）℃（毛细管系统一般采用17/20℃）。以14-19℃循环为例，根据表冷器选型软件，选择6排管表冷器时，L1的状态点为：19.5℃，94%（hL1=53.57kj/kg，dL1=13.35g/kg（a））；L2为常温冷水表冷器处理后的状态点，即9g/kg（a）和90-95%的交点。选择6排管表冷器即可。空气处理状态如图3所示。

图三 高温冷水+常温冷水两级除湿空气处理过程

2.2双冷源二级直膨除湿方案空气处理过程

双冷源除湿可以分为以下常用两种：1）全热交换处理后，经过常温冷水一级除湿，再经过直膨机二级除湿，此时常温冷水和直膨除湿的除湿量存在比例分配，比如常温表冷器除湿占70%，直膨除湿占30%，又比如常温表冷器除湿占90-100%，直膨除湿仅作为黄梅天等湿度较大时的备用，这种除湿方式比较适合毛细管空调系统；2）全热交换处理后，经过高温冷水表冷器一级除湿，再经过直膨机深度除湿。新风机组内置冷源采用涡旋式压缩机，套管式冷凝器[3]，高温冷水作为冷却水对其进行冷却，制冷COP一般可以达到5-6，可利用制冷时的冷凝热加热空气，提高送风温度到18℃以下以第二种双冷源除湿情况来绘制焓湿图，其中高温盘管分别采用6排和8排管的处理结果如下：6排管在14-19℃供回水时，处理出风干温湿度在18.9/18.27℃，94%，52.16KJ/kg；8排供回水14-19℃处理出风干温湿度在17.78/17.35℃，95.9%，49.26KJ/kg。室外新风经过的状态点如下：W（90.54kj/kg，21.88g/kg（a））→2（69.54kj/kg，16.07g/kg（a））→L1（52.16kj/kg，12.98g/kg（a））→S（37.27kj/kg，9.07g/kg（a），14.2℃）→SH（41.16kj/kg，9.07g/kg（a），18℃）。焓湿图如图4所示。

图四 全热交换+高温冷水+直膨除湿+冷凝热回收空气处理过程

2.3溶液除湿方案空气处理过程

溶液除湿方式通过调整溶液的浓度和温度，理论上可以直接将任何状态的进风空气直接处理到所要求的送风点，夏季可实现无露点控制的冷却除湿过程。实际工程中，新风可经过全热交换及高温冷水盘管，最终经过溶液除湿单元，直接将空气处理到（18℃，9g/kg（a））的状态，此处不再赘述。

3 结语

通过以上分析，可以得出如下结论：

1. 无法仅仅采用12-20℃的中温或高温冷水通过一级（单极）表冷器的手段就可以实现对夏季高温高湿地区的室外新风除湿，达到新风送风状态点，实现办公建筑室内余湿量的去除，满足室内舒适度需求。否则温湿度独立控制系统的体系将被颠覆，甚至沿用多年的制冷主机7-12℃供回水的认知也会崩塌；
2. 单极冷却除湿或双级冷却除湿，由于送风状态点偏低，承担了部分室内显热负荷，使得室内显热末端尺寸将有所减小；送风状态较低，尤其是过渡季节可能带来室内过冷的情况发生，需要避免；还需避免送风口温度过低导致风口结露的问题；
3. 当全热交换设备难于布置或在项目实施的时候，采用高温水表冷+常温水表冷除湿，同样可以满足办公建筑除湿要求，且节能性能较好；从焓湿图分析可以看出，无论哪种除湿方案，最前端设置全热交换器，承担对室外新风预处理的作用和节能贡献卓著；
4. 双冷源二级直膨除湿和溶液除湿方式，使得送风温度较高，避免了冷却除湿送风温度较低的问题；
5. 对于温湿度独立控制系统的除湿过程而言，由于有现成的高温冷水，根据“高质高用、低质低用”的用能原则，一次除湿采用高温冷水需要采用。
6. 暖通工程师在进行复杂暖通系统设计时，更重要的是空气处理过程的分析，其次才是选择设备，如此可以使得暖通设计方案更趋于合理。

作者介绍

撒世忠 ，男，（1975-），土木工程工学学士，暖通工学硕士，高级工程师，注册公用设备师，从事机电设计与施工管理工作

参考文献

[1] 张勇 何舢等 干盘管系统和主动式冷梁的应用探讨 制冷空调与电力机械 2009年第二期 74-76页[J]

[2] 潘云钢 温湿度独立控制系统设计指南 [M] 2016.08 45-47页

[3] 李向东 高温水冷双冷源温湿度独立控制空调系统的应用 第七届全国建筑环境与能源应用技术交流大会文集 82-86页[J]

来源：机电人脉