葉衛(wèi)平

（浙江天誠中央空調(diào)有限公司，溫州325000）

0 引言

伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對舒適性的要求逐步提高。隨之而來的是建筑能耗的不斷增加，且愈演愈烈。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑能耗大約占社會總能耗30%，而其中最主要的是空調(diào)使用能耗，約占建筑能耗50%～60%。在空調(diào)節(jié)能領域，眾多學者專家提出了各式各樣的方案，其中尚未能大面積推廣的理論之一便是：溫濕度獨立控制系統(tǒng)的應用。本項目則為溫濕度獨立控制系統(tǒng)的良好應用。以往溫濕度獨立控制項目多數(shù)采用溶液除濕或者轉輪除濕，冷源多數(shù)為高溫冷水機組，而筆者本次介紹的為高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機組＋水冷式除濕機＋的 “新型”組合方式。

1 工程概況

本工程為長沙某一期辦公樓，位于寧鄉(xiāng)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。項目建筑面積7034m2，其中空調(diào)面積為5517.4m2。辦公樓分三層，一層層高5.5m，主要功能為科技展廳、休息區(qū)和辦公室；二層層高4.5m，主要功能為辦公室、會議室和休息區(qū)；三層層高4.5m，主要功能為辦公室、會議室、休息區(qū)和多功能報告廳。業(yè)主欲要將辦公樓打造綠色節(jié)能建筑。

2 空調(diào)系統(tǒng)確定

2.1 空調(diào)系統(tǒng)末端采用溫濕度獨立控制系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)有除去室內(nèi)的空氣余熱和余濕的任務，除此之外，還有改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)普遍采用熱濕耦合的控制方式，對空氣的余熱和余濕同時進行處理，這種處理方式會有以下缺點：

1）處理后的空氣溫度過低，還需再熱達到送風溫度要求，造成能源浪費；

2）傳統(tǒng)空調(diào)難以適應室內(nèi)熱濕比的變化，一般是犧牲對濕度的控制，通過僅滿足室內(nèi)溫的要求來妥協(xié)，降低了空調(diào)環(huán)境舒適感；

3）傳統(tǒng)空調(diào)冷卻除濕帶來的表面長時間潮濕問題，在風道、盤管表面滋生霉菌和微生物，造成空調(diào)環(huán)境易被病菌感染；

溫濕度獨立控制系統(tǒng)則是將空氣溫度和濕度分開控制，可實現(xiàn)溫度和濕度均能精準控制，能夠完美解決傳統(tǒng)空調(diào)的以上缺點。經(jīng)專家們分析及實踐表明，溫濕度獨立控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）可以避免過多的能源消耗，達到節(jié)能的目的；

2）溫濕度參數(shù)很容易實現(xiàn)，達到舒適的目的；

3）空氣品質(zhì)良好，無細菌感染，達到健康的目的；

4）冷指標小，達到節(jié)省投資的目的。

2.2 高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機組介紹

常規(guī)的溫濕度獨立控制系統(tǒng)采用的是高溫主機＋干式末端的方式控制室內(nèi)顯熱負荷，此種組合方式僅能在空氣濕度相對較低情況下滿足干式運行，在濕度較大時，會產(chǎn)生較多冷凝水，無法真正做到干式運行，同時這類組合在工程系統(tǒng)較小時顯得尤為復雜。采用高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機組＋高溫內(nèi)機的組合方式能夠完美解決上述問題。高顯熱多聯(lián)機通過內(nèi)外機之間的通訊協(xié)議，利用 “一種多聯(lián)機的低壓控制技術”可有效精確的控制高蒸發(fā)溫度，達到高效去除顯熱的目的，并且使機組能效更高，其控制思路如圖1：

圖1 控制思路

機組運行時，內(nèi)機根據(jù)檢測回風溫度和相對濕度，通過機組內(nèi)置計算公式計算出回風的露點溫度，加上其它一些修正系數(shù)，確定蒸發(fā)溫度和目標低壓，控制壓機的輸出，達到控制室內(nèi)溫度的目的。此外，該高顯熱多聯(lián)機組同時具備普通變頻多聯(lián)機功能，通過機組設置，可在高溫多聯(lián)機功能和常規(guī)多聯(lián)機功能之間切換。

2.3 預冷式新風除濕機介紹

目前溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中所用的除濕手段多數(shù)為溶液除濕或者轉輪除濕機組，這些除濕手段有著除濕效率低、除濕劑對金屬管道有腐蝕性、室內(nèi)余熱末端易結露等問題。筆者介紹的預冷式新風除濕機 （見圖2）則不會出現(xiàn)這些問題，是基于溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)全新開發(fā)的產(chǎn)品，系統(tǒng)原理包含制冷循系統(tǒng)和新風除濕系統(tǒng)：

新風從室外引入經(jīng)過預冷器 （12～18℃）預冷，將新風溫度降低至18～24℃，隨后經(jīng)過蒸發(fā)器將溫度降至機器露點，除去空氣中的水分，再經(jīng)過冷凝器2將空氣溫度提升至室內(nèi)露點溫度以上獲得低溫干燥的新風，最后通過風機把低溫干燥新風送入室內(nèi)處理室內(nèi)潛熱負荷，達到控制室內(nèi)濕度的目的。

3 “新型”溫濕度獨立控制系統(tǒng)原理

溫濕度獨立控制系統(tǒng)是將空氣溫度與濕度分開控制，在一個空調(diào)系統(tǒng)中，采用兩種不同蒸發(fā)溫度的冷源，用高溫末端取代傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中大部分由低溫末端承擔的熱濕負荷，這樣可以提高綜合制冷效率，進而達到節(jié)省能耗的目的。在溫濕度獨立控制空調(diào)中，高溫冷源作為主冷源，它承擔室內(nèi)全部的顯熱負荷和小部分的新風負荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負荷的50%以上 （新風量越多，占比約低）；低溫冷源作為輔助冷源，它承擔室內(nèi)全部的濕負荷和部分的新風負荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負荷的50%以下。筆者設計該項目建筑顯熱負荷和潛熱負荷分別由高顯熱多聯(lián)機和新風除濕機來處理，高顯熱多聯(lián)機采用通過計算室內(nèi)回風露點溫度及相關修正來確定蒸發(fā)溫度，確保機組運行穩(wěn)定過程中不會產(chǎn)生冷凝水；新風除濕機則是將室外高溫高濕新風經(jīng)過預冷—降溫除濕—熱回收升溫等幾個過程后形成低溫干燥新風送入室內(nèi)，處理室內(nèi)潛熱負荷。

圖2 預冷式新風除濕機

4 本項目特點

1）根據(jù)現(xiàn)場情況，辦公樓一層有注塑車間機房，回水溫度在14℃左右，并且其冷源有富余（約300kW）；

2）辦公樓建筑長寬比大 （長 126m，寬18m），其中有較多會議室，對新風需求量大；

3）辦公環(huán)境對夏季舒適感要求高，且冬季有供暖需求；

4）辦公樓一層為科技展廳，對展廳濕度要求高；

5）辦公樓三層為會議室集中區(qū)域，對新風需求大；

6）該辦公樓欲打造綠色節(jié)能建筑，業(yè)主希望能夠采用新型節(jié)能技術。

在充分考慮該辦公樓高端定位和利用現(xiàn)有資源并結合先進的、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，設計采用將室內(nèi)空氣溫度與濕度分開控制的空調(diào)系統(tǒng)，即溫濕度獨立控制系統(tǒng)。本方案采用新型溫度控制冷源 （高顯熱多聯(lián)式空調(diào)機組）來處理室內(nèi)空氣顯熱負荷，新風除濕機控制室內(nèi)空氣濕負荷，即高顯熱多聯(lián)機＋預冷式新風除濕機系統(tǒng)。

5 設計過程中的要點

5.1 冷熱源的設計

夏季冷負荷：溫濕度獨立控制系統(tǒng)的新風全熱負荷、室內(nèi)潛熱負荷都是由新風除濕機組來承擔，室內(nèi)顯熱負荷由高顯熱多聯(lián)機組和高溫內(nèi)機承擔，項目采用諧波法逐時計算空調(diào)負荷，夏季顯熱負荷474.1kW，潛熱負荷 124kW，新風全熱負荷399.4kW；冬季熱負荷608.9kW。設計中需要注意的是：（1）由于經(jīng)過新風除濕機處理后的新風溫度為20℃，比室內(nèi)溫度低，所以新風會承擔部分室內(nèi)顯熱負荷；（2）本項目總新風量34620m3／h，承擔顯熱負荷63.47kW，約占室內(nèi)顯熱負荷13%，因此在簡化設計的基礎上，選擇末端時忽略設備衰減系數(shù)來減少設備投資；（3）新風需要預冷，會增加額外系統(tǒng)投入，設計時應當考慮進去。

5.2 空調(diào)設備選型

項目設計13臺高顯熱多聯(lián)式主機作為顯熱冷源，末端采用風管式送風內(nèi)機；預冷源為原注塑車間工藝冷凍水回水，需提供267kW預冷量；新風除濕機共為6臺，每臺機組最大提供6000m3／h，自身額定制冷量為23.3kW；設計選擇2臺冷卻塔（50T和90T）及相應水泵為新風除濕機冷卻降溫使用。

5.3 系統(tǒng)運行邏輯介紹

該系統(tǒng)運行方式可分為手動模式和群控模式，這里僅介紹自動模式運行邏輯。

1）控制邏輯：

系統(tǒng)濕度由新風除濕機控制，除濕機采用定頻風機 （也可采用變頻風機），新風主入口設置電動比例調(diào)節(jié)風閥，各使用區(qū)域支管上設置電動風閥（房間內(nèi)），使用區(qū)域均設置有溫濕度傳感器和二氧化碳傳感器。在除濕風系統(tǒng)主管道設置定壓點，新風機組新風入口處的比例調(diào)節(jié)風閥根據(jù)壓力變化調(diào)節(jié)開度。送風口前風閥根據(jù)區(qū)域內(nèi)濕度及CO2的濃度開啟或關閉。

2）系統(tǒng)動作順序：

系統(tǒng)風閥、冷卻水系統(tǒng)蝶閥開啟—送風風閥動作—冷卻水泵動作—冷卻塔風機動作—新風除濕機動作—電動調(diào)節(jié)風閥動作。

3）電動二通風閥動作規(guī)則：

系統(tǒng)開啟后，送風口前電動風閥根據(jù)室內(nèi)濕度和CO2濃度調(diào)節(jié)風閥開啟、關閉狀態(tài)。系統(tǒng)每次開啟時，風閥保持開啟10min，其后按照下述規(guī)則動作：

（i）當室內(nèi)CO2濃度≤800ppm或者室內(nèi)相對濕度≤45%時，風閥關閉；室內(nèi)相對濕度檢測點每1min檢測一次，連續(xù)3次檢測值超標風閥開始動作。

（ii）當室內(nèi)CO2濃度≥1000ppm或者室內(nèi)相對濕度≥65%時，風閥開啟；室內(nèi)CO2濃度檢測點每1min檢測一次，連續(xù)3次檢測值超標風閥開始動作。

（iii）當室內(nèi)CO2濃度≤800ppm，室內(nèi)相對濕度≥65%，風閥開啟，同時除濕機出風參數(shù)絕對含濕量設定值下調(diào) 0.5g／kg／10min；

（iiii）若室內(nèi)CO2濃度≥1000ppm，室內(nèi)相對濕度≤45%，風閥開啟，同時除濕機出風參數(shù)絕對含濕量設定值上調(diào) 0.5g／kg／10min。

4）電動比例調(diào)節(jié)風閥動作規(guī)則：

在送風主管距出風口1／3處設置定壓點，布設壓力傳感器，壓力預設值根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試確定；也可初步按照除濕機機外余壓數(shù)值的2／3設定，后續(xù)根據(jù)實際調(diào)試情況調(diào)整。系統(tǒng)開啟后，電動比例調(diào)節(jié)風閥保持全開狀態(tài)10min，其后按照下述規(guī)則動作：

（i）當檢測壓力P≥設定壓力＋容差時，且變化速率＜設定值，電動比例調(diào)節(jié)風閥開度增大5%，變化速率采集當前時間前2min數(shù)據(jù)；

（ii）當檢測壓力P≤設定壓力＋容差時，且變化速率＜設定值，電動比例調(diào)節(jié)風閥開度減小5%，變化速率采集當前時間前2min數(shù)據(jù)；

上述設定值及風閥開度值需根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況確定。

5）新風除濕機運行規(guī)則：

（i）進風電動調(diào)節(jié)風閥關閉或送風風閥全部關閉，新風除濕機壓縮機及風機停機；

（ii）當室外氣象參數(shù)變化，機組根據(jù)內(nèi)置程序調(diào)節(jié)保證出風參數(shù)穩(wěn)定為設定值。

6）冷卻水泵、冷卻塔動作規(guī)則：

冷卻水泵與新風除濕機組聯(lián)動，任何一臺新風除濕機組啟動，冷卻水泵均需啟動。冷卻塔風機根據(jù)冷卻水出水溫度控制風機的開啟關閉，保證出水溫度穩(wěn)定在30℃。

（i）當冷卻塔出水溫度≥30℃＋1℃時，風機開啟。冷卻塔出水溫度檢測點每20s檢測一次，連續(xù)3次檢測值超標風機開始動作。

（ii）當冷卻塔出水溫度≤30℃－1℃時，風機關閉。冷卻塔出水溫度檢測點每20s檢測一次，連續(xù)3次檢測值超標風機開始動作。

6 “新型”溫濕度獨立控制系統(tǒng)優(yōu)勢及不足

優(yōu)勢：

（1）該項目首次實現(xiàn)多聯(lián)式空調(diào)機組在溫濕度獨立控制系統(tǒng)中的應用，為溫濕度獨立控制系統(tǒng)提供了又一種選擇；

（2）新型預冷式新風除濕機解決了傳統(tǒng)溶液除濕系統(tǒng)效率低、除濕劑對金屬管道有腐蝕性、末端易結露等缺點；

（3）相比較于傳統(tǒng)溫濕度獨立控制系統(tǒng)在溫度控制方面系統(tǒng)簡單、響應快、控制精度高、安全性好；

（4）能夠在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)和溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)之間切換，對能耗分析及相應的研究提供了極大參考價值；

（5）在能夠利用現(xiàn)有資源的前提下，能夠極大減少初期投入。

不足：

（1）新風除濕系統(tǒng)需要配置冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻水塔等配套設施，增加了成本；

（2）該系統(tǒng)僅適用于夏季溫濕度控制，冬季無法控制濕度；

（3）初投資相比較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)高10%～15%；

7 結束語

溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)今空調(diào)系統(tǒng)的一項新技術，能夠提供環(huán)保、節(jié)能、舒適的環(huán)境。雖然該系統(tǒng)仍然存在些許不足，但隨著越來越多專家和學者的不斷研究和探討，使之不斷完善，相信這項新技術會在更多的工程中得到應用，成為未來空調(diào)系統(tǒng)的首選。