浅谈热泵式溶液除湿空调系统的设计

肖静

浅谈热泵式溶液除湿空调系统的设计

肖静

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海200092）

简介热泵式溶液除湿空调系统的原理，通过案例来分析热泵式溶液除湿空调系统设计的要点。由i-d图分析热泵式溶液除湿空调设备的新风状态点以及干盘管承担的负荷。

热泵式溶液除湿空调；温湿度独立控制；i-d图

0 引言

随着人们对室内空气品质要求的提高，对空调系统的要求也越来越高。但常规的舒适性空调系统设计，冷却与除湿两个过程都是通过冷盘管来完成。实际运行中，夏季空调并不能完全满足两个参数同时控制。而是以房间温度为控制参数，不保证湿度。有些工程中为了达到温、湿度实时有效调控，会增加再热系统。这样明显的冷、热抵消，浪费能源。另外由于常规空调依靠使空气通过冷表面对空气进行降温减湿，这就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水。空调停止运行后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的最好场所,危害人体健康。因此专家提出了温湿度独立控制空调系统。

1 温湿度独立控制空调系统

在《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012[1]中，对温湿度独立控制空调系统的术语解释为：由相互独立的两套系统分别控制空调区的温度和湿度的空调系统，空调区的全部显热负荷由干工况室内末端设备承担，空调区的全部散失量由经湿处理的干空气承担。温度控制的末端设备一般采用干式盘管、辐射板、毛细管等。这样可避免盘管滋生细菌，有利于人体健康。湿度控制有冷却除湿、溶液除湿、转轮除湿等。

2 案例分析

热泵式热回收型溶液除湿空调作为温湿度独立控制空调系统的一种形式。笔者将以一个工程为例，简述热泵式热回收型溶液除湿空调的设计要点。并利用i-d图来分析热泵式溶液除湿空调设备的新风状态点及干盘管的设计。

2.1 溶液除湿空调工作原理[2]

夏季工况：高温潮湿的新风在全热回收单元中以溶液为媒介和排风进行全热回收，新风被初步降温除湿，然后进入除湿单元进一步除湿。新风单独处理至低湿状态后与回风混合，通过外界提供的高温冷水（14/19℃）对混合空调进行降温，达到送风状态点。由除湿单元和表冷器分别控制送风的湿度和温度。

冬季工况，低温干燥的新风在全热回收单元中以溶液为媒介和排风进行全热回收，新风被初步加热加湿，进入加湿单元进一步加湿。湿润的新风与回风混合，通过外界提供的热水（50/45℃）对混合空气进行加热，达到送风状态点。由加湿单元和加热器分别控制送风的湿度和温度。

2.2 项目概况

V R体验馆的空调面积：935m2，人员密度：0.33m2/人。经华电源负荷计算软件计算此区域的负荷如下：

室内全热负荷：94kW，室内显热负荷：74.9kW，室内湿负荷：28.1kg/h。

夏季设计参数见表1。

表1 夏季设计参数

2.3 新风量GX

（1）卫生要求的新风量GX1：

取人均新风量qx=20m3/（h·人），人员密度：0.33m2/人，空调面积：935m2，则新风量为GX1=20×0.33× 935=6171m3/h

（2）除湿要求的新风量GX2：

式中GX2—满足除湿要求的新风量，m3/h；

W—室内湿负荷，g/h；

ρa—空气密度，kg/m3；

dn—室内设计参数空气含湿量，g/kg；

ds—机组送风最低含湿量，g/kg，一般取8g/kg。

则，

系统新风量取大值、取整，GX=6200m3/h

2.4 全热回收段后新风状态点

式中tw—室外干球温度，℃；

hw—室外空气焓值，kJ/kg；

tn—室内设计温度

hn—室内空气焓值，

tw′—热回收后新风设计温度，℃；

hw′—热回收后新风焓值，kJ/kg；

η—热回收效率，%；

Gp—排风量，m3/h；

Gx—新风量，m3/h。

全热回收段后新风状态点W′的确定：

利用式（2）、式（3），热回收效率η取60%、排风量Gp取新风量Gx的80%，则全热回收后新风焓值hw′与温度tw′：

全热回收后hw′=73.7kJ/kg，tw′=29.9℃。

2.5 除湿后新风状态点

因新风承担所有室内湿负荷，由式（1）可得新风除湿处理后含湿量d1。

目前市面上的溶液除湿空调机组一般能够处理新风的出口相对湿度介于55%-75%之间，温度在18-20℃，本项目的新风除湿后的含湿量d1=8.22g/kg。

根据温湿度独立控制的定义：新风只承担室内湿负荷，室内显热负荷由末端设备（干式盘管）承担。理论上新风经过除湿处理后的温度应该跟室内设计温度一致，而实际机器处理的温度在18-20℃。承担一部分室内显热。下面用i-d分析如何确定新风状态点及新风承担了多少室内显热。

图1 除湿后新风状态点i-d图

各状态点参数见表2。

表2 空气状态点参数

由上图可知，如果要达到真正的温湿度独立控制，理想状态除湿后的新风参数点应该是等d1=8.22g/kg与等tn=25℃的交点7，而实际机器处理后的状态点是1～4的一个范围区间即（t=18-20℃，ψ=55%-75%）。作d1=8. 22g/kg的等湿线，5～6状态点都能满足除湿要求，取温度越靠近室内温度的状态点5作为新风设计状态点。但如果要达到状态点7，需再热，增加耗能，不节能。确定了新风状态点，即可计算出溶液除湿段承担的室内显热负荷Q1X：

式中GX—新风量，m3/h；

t1—除湿后新风温度，℃；

ca—比热容，J/（kg/℃）。

由式（4）得：

因室内显热负荷为74.9kW，所以新风承担了14%室内显热。如果选取状态点6，则承担18%的室内显热。

2.6 溶液除湿后空调箱设备选型设计

2.6.1i-d图

图2 热泵式溶液除湿空调机组夏季一次回风i-d图

W～W′为室外新风经热回收后的过程线，W′～L为新风除湿过程线。此过程其实并不能单纯的用一条直线连接（此为示意），送风状态O点确定。采用温差法确定送风温度。在焓湿图上画出室内状态点N及热湿比线。送风温差取Δt=6.5℃，即送风温度为18.5℃。作t=18.5℃等温线与热湿比线交点即为送风状态点O，过O点作等d线与室内状态点N和新风出口状态点W′连线的交点即为混风状态点C。

各状态点参数见表3。

表3 空气状态点参数

2.6.2机组送风量G

式中hc—混合点焓值；

h1—新风焓值，kJ/kg；

G—送风量，m3/h。

由i-d图和式（5）得：

2.6.3机组总冷量QL

溶液除湿段承担的负荷QL1：

干盘管承担的负荷QL2：

式中ho—送风点焓值，kJ/kg。

机组总负荷：QL=QL1+QL2=67.56+64.5=132.1kW

因此空调机组选择QL为132.1kW，送风量G为34215m3/h。

3 结语

溶液除湿空调系统设计有别有常规舒适性空调设计。新风量的设计不仅要满足卫生要求还要满足除湿要求。除湿后的新风状态参数也要根据室内设计参数去合理选取。通过上述可知新风承担了14%-18%的室内显热，在设计主机容量时需把此部分容量考虑进去，以免主机容量选择过大，造成浪费。

[1]GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[2]潘云刚，刘晓华，徐稳龙.温湿度独立控制（TH IC）空调系统设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

Design of Heat Pump Solution Desiccant Air Conditioning System

XIAO Jing
（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

This paper introduces the principle of heatsolution dehum idification air conditioning system,analyzes the design points of heat solution dehum idification air conditioning system through the case.A nalysis of fresh air state pointand dry coilload ofdehum idification solution dehum idification airconditioning equipm entby i-d graph.

heat solution dehum idification air conditioning；hum iture independent control；i-d diagram

TU 831

B

2095-3429（2017）01-0074-04

2017-02-14

修回日期：2017-03-06

肖静（1981-），女，工学学士，本科，工程师。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.018