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温湿度独立控制空调系统以及关键部件 性能分析 清华大学 刘晓华，谢晓云，刘拴强，江亿 摘要：本文在分析了目前热湿联合处理空调系统所面临的主要问题的基础上，提出了热湿独立控制空调策略：采用新风去除室内的余湿、承担室内空气质量的任务，采用高温冷源去除室内的余热。了温湿度独立控制空调方式对室内末端装置、新风处理、制备高温冷源的要求与影响，。 关键词：温湿度独立控制，干燥新风，高温冷源，末端装置 1. 引言 目前空调方式均通过空气冷却器同时对空气进行冷却和冷凝除湿，产生冷却干燥的送风，实现排热排湿的目的。这种热湿联合处理的空调方式存在如下问题：（1）热湿联合处理所造成的能源浪费。排除余湿要求冷源温度低于室内空气的露点温度，而排除余热仅要求冷源温度低于室温。占总负荷一半以上的显热负荷本可以采用高温冷源带走，却与除湿一起共用7℃的低温冷源进行处理，造成能量利用品位上的浪费。而且，经过冷凝除湿后的空气虽然湿度满足要求，但温度过低，有时还需要再热，造成了能源的进一步浪费。（2）空气处理的显热潜热比难以与室内热湿比的变化相匹配。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的范围内变化。当不能同时满足温度和湿度的要求时，一般是牺牲对湿度的控制，通过仅满足温度的要求来妥协，造成室内相对湿度过高或过低的现象。过高的结果是不舒适，进而降低室温设定值，来改善热舒适，造成能耗不必要的增加；相对湿度过低也将导致室内外焓差增加使新风处理能耗增加。（3）室内空气品质问题。冷凝除湿产生的潮湿表面成为霉菌繁殖的最好场所。空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。温湿度独立控制空调系统可能是解决目前空调系统上述问题的有效途径。 2. 温湿度独立调节空调系统 空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务。由于排除室内余热与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致，即可以通过新风同时满足排余湿、CO2与异味的要求，而排除室内余热的任务则通过其他的系统（独立的温度控制方式）实现。由于无需承担除湿的任务，因而较高温度的冷源即可实现排除余热的控制任务。温湿度独立控制空调系统[1]中，采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统，可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高（或过低）的现象。 室内环境控制系统优先考虑被动方式，尽量采用自然手段维持室内热舒适环境。春秋两季可通过大换气量的自然通风来带走余热余湿，保证室内舒适的环境，缩短空调系统运行时间。当采用主动式时，温湿度独立控制空调系统的基本组成参见图1。高温冷源、余热消除末端装置组成了处理显热的空调系统，采用水作为输送媒介，其输送能耗仅是输送空气能耗的1/10～1/5。处理潜热（湿度）的系统由新风处理机组、送风末端装置组成，采用新风作为能量输送的媒介，同时满足室内空气品质的要求。 我国幅员辽阔各地气候存在着显著差异，图2给出了我国典型城市的最湿月平均含湿量的情况。以平均含湿量12 g/kg为界，可以分为西北干燥地区和东南潮湿地区。在西北干燥地区，室外空气比较干燥，空气处理过程的核心任务是对空气的降温处理过程。而在东南潮湿地区，室外空气非常潮湿，需要除湿之后才能送入室内，空气处理过程的核心任务是对新风的除湿处理过程。 由图1可以看出：温湿度独立控制系统的四个核心组成部件分别为：高温冷水机组（出水温度18℃）、新风处理机组（制备干燥新风）、去除显热的室内末端装置、去除潜热的室内送风末端装置。下面分别介绍这核心部件以及在不同气候地区的推荐形式。 图1 温湿度独立控制空调原理图 图2 我国主要城市最湿月的平均含湿量（g/kg） 3. 核心部件：温度调节系统－高温冷源的制备 由于除湿的任务由处理潜热的系统承担，因而显热系统的冷水供水温度由常规空调系统中的7℃提高到18℃左右。此温度的冷水为天然冷源的使用提供了条件，如地下水、土壤源换热器等。在西北干燥地区，可以利用室外干燥空气通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取18℃冷水。即使没有地下水等自然冷源可供利用，需要通过机械制冷方式制备出18℃冷水时，由于供水温度的提高，制冷机的性能系数也有明显提高。 （1）深井回灌供冷技术 10米以下的地下水水温一般接近当地的年均温，如果当地的年均温低于15℃，通过抽取深井水作为冷源，使用后再回灌到地下的方法就可以不使用制冷机而获得高温冷源。列出了我国城市的年平均当采用这种方式时，一定要注意必须严格实现利用过的地下水的回灌，否则将造成巨大的地下水资源浪费。表1 我国城市年平均温度（℃） 城市名称 哈