双冷源温湿分控节能空调系统常见问题

  一、传统空调系统存在的主要问题
  空调系统现已广泛应用于各类公共建筑、民用建筑和工业建筑。然而,传统空调系统所存在的问题已越来越引起人们的关注和重视。
传统空调系统设计是将空调环境空气的温度和湿度捆绑在一起同时调节和控制。这样的系统所存在的主要问题有:
  1、 高耗能问题。为了空气除湿,将空调冷冻水温度设置在较低的水平,一般为7-12℃,由于系统将温度和湿度是捆绑在一起的,因而对空气温度的调节也采用了如此低温条件,从而使得空调冷源系统制冷能效较低。
  2、 难以很好适应室内热湿比的变化。由于不同建筑物、不同使用功能、不同外界气象条件下,空调环境的热湿比是不相同的,甚至同一空调房间在不同时段的热湿比也在发生着变化,将温度和湿度捆绑在一起同时处理则造成了室内温度和湿度难以同时满足要求,或者为了满足要求而付出更多的代价和能源消耗。
  3、 室内空气品质存在不安全隐患。由于设置在室内的空调换热器产生冷凝水,存在“湿表面”,容易滋生霉菌,成为滋生病菌的温床,可能会引发各种“空调病”,给室内空气带来健康安全隐患。

  二、什么是“双冷源温湿分控节能空调系统”?
  对于任何空调系统而言,空调负荷有且只有两种:一种是由于导热、对流、辐射等引起的室内温度的升高或降低,称之为“显热负荷”;一种是由于室内人体散湿、设备与工艺过程散湿或空气渗透等引起室内环境湿度的增加或减少,称之为“潜热负荷”。
  自从空调系统诞生以来,人们一直是把“显热负荷”和“潜热负荷”捆绑在一起同时处理,实现对室内环境温度和湿度的同时调节和控制。
“双冷源温湿分控节能空调系统”最基本最核心的原理是:将“显热负荷”和“潜热负荷”分开分别处理,实现对室内环境的温度和湿度的独立调节和控制。
对于该系统进一步的说明如下:
  (1).所谓“双冷源”,即指一个空调系统中有两种不同的蒸发温度的冷源,而传统空调系统通常只有一个蒸发温度为0-5℃冷源。出水温度相对较高的冷源,我们称之为“高温冷源”,一般为15-18℃;出水温度相对较低的冷源,我们称之为“低温冷源”, 一般5-9℃。
  (2). 所谓“温湿分控”,就是将温度、湿度分别由不同的设备系统进行调节与控制。传统空调系统是由一个设备系统同时承担温度、湿度的调节与控制,属于“温湿联控”的空调系统。

  三、“双冷源温湿分控节能空调系统”能解决什么问题?
  “双冷源温湿分控节能空调系统”可以较好地解决传统空调系统所存在的、且自身从原理上不能根治的问题。
  1、 可以有效提高空调冷源能效、降低空调系统能耗。
在该系统中,高温冷源不仅完全承担室内显热负荷,还可以承担新风显热和部分潜热负荷,二者合计,高温冷源可以承担空调系统总负荷的85%-90%。而剩余只有10%-15%的负荷由低温冷源承担。
  高温冷源经理论分析和实测验证,其COP可以达到8以上,而传统低温冷源的COP约5.1(中小型机组,2级能效)。该系统空调冷源的综合能效可达到7.6以上,比传统空调系统提高约50%。
  2、 能很好适应室内热湿比的变化。
在该系统中,由新风机组构成的新风处理系统控制和调节室内的湿度、正压和空气新鲜度;由室内空气循环末端设备和系统控制室内的温度、洁净度和均匀性。从而,实现了室内温度、湿度的独立控制和调节。因此,该系统对于室内空气参数的调节和控制更灵活、更方便,也更容易保证。
  3、 能较好控制和消除室内空气品质存在的不安全隐患
在该系统中,室内空气循环末端设备处于干工况运行状态,不产生冷凝水,室内不存在“湿表面”,不会对室内空气形成安全隐患。该系统的新风机组也存在“湿表面”,但是一方面由于室外新风相对比较干净,有机微生物含量小,不易滋生细菌,另一方面,新风机组数量相对较少,同时对于换热器表面滋生细菌的处理相对更方便,处理手段和措施会更多,也更安全可靠。

  四、“双冷源温湿分控节能空调系统”的应用价值和意义
  “温湿分控”更加符合空调负荷的特点,更有针对性地处理空调负荷,这既是一种空调理论创新,也是一种空调系统设计方法的创新。
  该系统的节能是从三个方面体现的。
  1、 由于空调冷源综合能效的提高而实现系统节能。
  该系统采用高温冷源和低温冷源共同承担空调总负荷,改变了传统空调系统由低温冷源承担全部空调负荷的设计方法。高温冷源能效达到8以上,而具有2级能效(属于节能产品)的低温冷源的能效约为5.1。经计算分析,在一般舒适性“温湿分控”空调系统中,高温冷源可以承担可以85%-90%的空调负荷,只有10%-15%的空调负荷必须由低温冷源承担。因而,该系统空调冷源综合能效达到7.6以上,比传统空调系统提高约50%。
  2、 由于能更有效、更精确地调节和控制空调环境参数而实现节能。
在传统空调系统中,由于温度和湿度是捆绑在一起同时进行调节和控制,在一般性舒适空调系统中,往往不能很有效地同时保证温度和湿度参数,而在工艺空调系统中,为精确控制室内温度和湿度,往往采取过度冷却和再热方式,如图1所示。过度冷却和再热是传统空调系统的原理性缺陷,有数据表明:由此造成的能量浪费高达30~50%!而在该系统中,温度和湿度是由不同的系统和设备独立调节和控制的,相对而言更方便、更有效、更精确,而且不必过度冷却和再热,不存在能量浪费。

     

  3、由于能更有效保证室内空气品质,新风量可控制的更为合理而实现节能。
  在传统空调系统中,由于室内存在大量的“湿表面”,比较容易滋生霉菌和各类细菌,给室内空气品质带来安全隐患,在部分场合可能不得不加大新风量甚至采用全新风系统,因而增加能量消耗。在该系统中,处理循环空气的室内换热器为干工况运行,室内不存在“湿表面”,室内空气品质有保证,不必为此增大新风量而增加能量消耗。
经计算分析,对于该系统节能的总体评价是:空调冷源系统节能约35%以上。从整个空调系统评价,全系统节能约20%以上
从空调技术角度看,由于该系统由独立的系统和设备分别对温度、湿度进行调节和控制,因此空调系统对于室内温度、湿度调节与控制更为有效、灵活,更能保证控制精度。
正如上文提到的,该系统由于室内换热器为干工况运行,不存在大量“湿表面”,因而室内空气品质更有保证,空调系统是安全的、健康的。

  五、“双冷源温湿分控节能空调系统”的原理与构成
  该系统的主要设备系统有:高温冷源系统、低温冷源系统、新风除湿系统、以及空调末端设备系统。
  该系统的温度、湿度处理原理过程如图2。
       

  从冷源分工角度看,高温冷源负责末端循环降温及新风预冷,低温冷源负责新风系统辅助除湿。
  从承担空调负荷的设备系统角度看,室内循环末端系统承担主要室内显热负荷,新风系统承担新风负荷和室内潜热(湿)负荷。
  基于上述原理的设备和系统设计有多种多样。图3为该系统应用的一种较典型的工程设计方案。在该系统设计中,集中设置高温冷水机组和低温冷水机组。新风机组为双冷源机组,高温预冷、低温除湿,末端循环系统采用高温冷源,实现干工况运行。

               

  目前,同方人工环境有限公司为该系统开发的产品有:

  1.   高温冷水机组(16/21℃ )系列产品,有水冷系列、水源系列,单机制冷量500kw-1500kw。
  2.   低温冷源机组(7/12℃ )系列产品,有水冷系列、水源系列,风冷系列等等,与传统空调系统产品相同。
  3.   除湿型新风机组系列产品,包括:集中双冷源型、自带低温冷源型、热回收并自带低温冷源型等。
  4.   干式风机盘管系列产品。
  5.   干式空调机组系列产品。
  6.   设备用控制器及系统用控制器。

  同时,我公司也在开展对该系统的工程技术研究,针对不同地区、不同建筑功能、不同负荷状态的典型工程系统设计方案研究与设备选型等。
  
  六、“双冷源温湿分控节能空调系统”应用前景
  双冷源温湿分控节能空调系统可广泛应用于各类办公楼、商场、宾馆、饭店、医院等公共建筑和商业建筑;各类设置中央空调系统的公寓、别墅等民用建筑;各类有空调需求或恒温恒湿需求的工业建筑等;其它对室内温湿度有严格要求或空气品质要求比较高的场合。
我们认为,双冷源温湿分控节能空调系统将是行业的发展方向和趋势,  是空调工程一项重要的系统节能技术(节能20%以上)。
我们认为,未来80%以上的空调系统均有可能采用该系统设计方法。


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