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专家:常规的空调系统存在很大问题
发布时间:2011-12-5
目前

我们常用的空调系统它面临什么样的挑战?我们先看左边这一张图(ppt),现在空调起什么作用?空调非常简单的目的,空调就是把热量从室内搬到室外去,热量不可能低温往高温传,所以需要有功,需要有压东机来驱动,我们常温的25度是夏季比较舒适的范围,室外两样35度差不多了,我们卡这个温差差不多10度,把温差从25度搬到35度的过程,从这个过程我们从热力学的角度来看,把热量从一个25度的室内,传到35度的室外,这个理想的循环效率是达到多少?达到30,29.8左右,我们现在实际的制冷机没有一个达到29.8的,我们现在就系5.5左右,为什么有这样的差别?我们看实际的制冷机在什么情况下工作?实际制冷机为了向室内送冷风,首先需要变成冷空气,送风温度差不多16、19度的温差,为了制造16度的送风温度,我们要有冷水的回水温度,所以冷水的回水温度大概是12度,供水温度就是7度,但是为了实现这个7度的供水,我们冷机的蒸发温度就是2度。制冷机为了室外35度排热又要有一个温度,比如说5度温差,我冷凝温度要达到40度,实际上制冷机的工作范围是从40度到2度之间工作的,它的温差是38度,我们知道温差越大,理想的cop就越低,如果你要从两度到20度的话,理想卡诺循环就是32,我们现在离7.2已经接近了,已经达到了76%,从这个概念来讲是不错的,但是如果和这个来比,我们如果就想10度的温差,要和29.8一比,还是18左右,效率就很低了,所以这是现在我们常规的空调系统,实际上一个很大很大的问题。 第二个问题,现在传统的空调很难同时满足室内温湿度的要求,因为我们室内调解为了热舒适也好,为了工业调整也好,我们要保证温度和湿度在一个合理的范围内,我们常规的空调在冷却后,比如说室外空气是这样,沿着这个露点往下走,同时降温也室除湿,达到一个低温点,我给室内直接送上来,不能同时满足室内的要求,为了满足湿度我要控制一个露点温度,但是温度就没有办法保证,我还得靠载热把这个空气加热,我们知道先降温后加热这是不对的,或者说有一个冷热抵消的问题,这就是目前采用常规的冷凝空调存在的问题。还有实际我们面临使用应用,条件非常的复杂,这个主要取决于我们热湿比,显热负荷除以湿负荷,这样就变化很大。在信息机房,或者是数据轴心这一类建筑里面不太一样,显热负荷非常大,但是几乎没有散湿,这样算下来热湿比很大。还有一类档案室,这里面只有书、档案、资料,很少有人,热负荷、湿负荷都比较小,像我们这样的会议室不太一样,显热负荷很大,热湿比又比较小,我们怎么样用传统的空调模式有很大的难度,除非你考虑先降温后在热等方法。现在实际上在美国很多建筑,我们分析为什么它的高能耗,实际上就是存在这样的问题,供冷、载热,为了除湿保证到一个很热的温度,然后再加热的过程,另一个除湿和加湿的过程。另一个看输配系统,我们知道空调鼠辈活动也占很大一部分,传统我们见到的,采用的是全空气的空调,用冷空气来给室内送风,带走室内的热湿负荷,我们把风分成两部分,一部分是保证人员的正常呼吸,保证去除污染物,这个新风一次去除每没有问题,我真正的空调讯量是3—5次每小时,实际上这里有2—4次的循环风量,循环过程是把冷量带进来的过程,为了带进来同样的冷量,空气需要的循环量是很大的。跟什么比?跟水比。另一个空调管道的占地面积是同样的情况,如果空气,风道占的面积非常大,用水就小的多,用制冷机也是最小的。现在对空调系统有一个新的需求,我们既要同时实现对温度和湿度的控制,保证足够的新风,还要提高能源利用的效率,通过避免再热,再加湿来实现这个。

下面我介绍一下温湿度独立控制条,这个理念是什么样的。这个概念是把温度控制和湿度控制分开,温度控制通过干燥的新风把这个空气做除湿,除湿以后送进室内来,我需要多少新风我就送多少空气,我并不需要带里面循环风,所以这个量就会比全空气的空调小很多,这个干燥的新风要达到什么样的绝对湿度呢?一般来讲大概做到8g/公斤的湿度,这个新风量的控制主要是取决于里面的人员数量,污染物的情况,或者是散湿的情况,所以是满足除湿的要求,第二是温度的控制,主要是去除室内的显热部分,为了去掉显热部分,这个可以用相对搞得,这个只带动显热部分,换句话说盘管是没有冷凝的,大家知道制造高温水的能耗比制造低温水的能耗高很多,这样高温的冷水透过干湿盘管,或者辐射吊顶来控制室内的温度,这样就实现温度和湿度两个独立的,而不是说温度和湿度同时在这儿降低或者提高。所以它和前面说的传统的方式相比,首先它可以精确控制你想要的温湿度,而且避免了热湿耦合的处理,比如说可以用一些高温的冷水源,有的地方可以直接用地下水,这是免费的自然资源,还有疏运系统的效率大大提高。

怎么样实现空气的除湿呢?可以通过这样的系统,潮湿地区开发一个新的系统叫溶液除湿机,末端可以用各种形式,置换式的,个性化送风,上来就实现湿度的控制,而下面可以用高温冷源,或者是备用式的一些建筑蒸发冷却产生的冷水。下面我介绍几个实例,怎么样在实际工程中采用这种技术,首先我们把我们国家的室外气象湿度做一个简单的分区,中间我们画一条线,这个分区是按照含湿量来说的,这一条线上面含湿量相对比较要,线下面含湿量比较大(ppt)及这是深圳招商地产的一个项目,夏季深度可以达到20克,相对湿度达到80%,这个建筑面积是2万平方米,这里面采用了温湿度独立控制,先说这个新风是用的这种新风,除湿的新风机组,带热回收的,空气在被排除去之前还经过一道回收手续,这样每一层放这样一个机组保证新风量,同时保证每一层的湿度,显热控制用的是高温冷水机组,这个冷水机组除水温度17度,通过干湿高低盘管,给每一层去除显热负荷。这样的机组我们做了测试,新风处理系统效率算下来是4.3,冷冻机的效率是非常高的,因为出17度的冷水,同时我们要考虑泵、冷却塔这些全加起来是3.7,综合的系统总额效率,你投入的电和得到的冷相比是4.0,这是所有的输配这些加在一起,实际上当时在做测试的时候,他装了变频没有用,如果把冷却塔的变频用上,实际上的cop还可以提高到4.4左右及这个数和深圳市的普通建筑做一个这样的对比,用这样的系统年耗电量每平方米32千瓦时,节能率达到50%左右。第二个在信息机房里面的应用,信息机房是高发热量,而且是显热,几乎没有散湿,这种情况如果用传统的方式有什么差别?传统的方式是把回风做冷却,然后除湿,除湿不行还得加一下湿送进来,先除湿再加湿这样一个不合理的过程。要用温湿度独立系统怎么做呢?用高温冷水机组除18度的冷水,用它直接产生冷风,通过这个冷风送到机柜附近带动显热负荷就行了,显热部分是很小的,几乎不需要再做什么处理了,这样的形式比刚刚说的能效提高很多。第三个例子是在档案室,档案室几乎没有热湿的散发,因为都是书本,这也是一个实例,设计参数,比如像这样一个300平方米的档案室,现在运行的系统,走的总风量是5000立方米每小时,其中新风量是500,循环风是4500,这样一个系统在潮湿,湿热地区可以看一下负荷,主要负荷是新风负荷,传热部分很小,其他部分也很小,是不是真的需要这么大的能量呢?

或者负荷呢?我们看一下,对现有系统采用的是500立方米每小时,对档案室来说里面没有人,为什么要那么大的风量呢?如果我什么不变,把新风负荷降低,就能节能63%,如果我再做一点改变,我把这两个拆开,新风部分单独走,还是保证50立方米每小时的新风量,但是显热部分可以走更高端的冷水机,它的cop不是3.5,可以达到7,这样走下来又能比方案2节省40%,大家可以通过这个看到,温度的独立控制优势。

下面一个例子是高大空间的实际应用,高大空间的特点是室内热量的空间分布不均匀,这是一个实际的例子这是一个大楼的前厅,层高有4米的空间,这个空间怎么做呢?在地下送高燥的冷风,送上来以后在一层的顶部回,同时排掉的风是在4层的顶上,在地面上做了一些辐射地板去除显热,我们测了一下这里面的温度,这是一个高大空间,这个垂直面随着高度是升高的,我们真正关注的是2米左右的范围,2米左右大家看温度是很舒适温度,高上去30多度,这个是没有问题,因为那没有人,湿度也是同样的,所以能有效的保证人活动区域的温度、湿度。另外在一些大型的空间,地铁、机场、客站等等,都是一样的,先说显热,先热通过两边的送风口,在两侧往大厅里面送冷风,除湿、干燥得风,然后它的显热部分可以通过地板的的辐射,显热比较大可以通过一些干湿盘管,这样就可以把温度和湿度单独的控起来。

下面介绍一下在干燥地区,比如说新疆这种干燥地区,又热,但是空气湿度很低的地区,这些的地区采用的模式跟刚刚就不一样了,可以采用间接蒸发冷水机组,给室内提供冷源,这个机组的图片在这儿,主要是利用室外的干道空气,经过水和空气间接换热,再通过一个都是派出去,这是一个换热器降温,(ppt),最后达到的理想状态是,做到空气的露点温度,这和直接蒸发不一样,直接蒸发是空气的湿球温度。可以看一下实际测试的结果,这是在新疆实际的机组,室外温度35度左右,再看这几个温度,这是露点温度,大概15度左右,这是它的湿球温度,所以这个温度是19度左右的水。这是一个应用,在新疆的一个医院,采用间接蒸发冷却的方式,这个是间接蒸发冷水机组,这个是间接蒸发冷却新风机组,然后对室内除湿降温,这是实测的效果,左边是间接政法冷水机组,因为没有制冷压缩机,这个是间接蒸发冷却新风机组。

做一个简单的总结,我们说空调调的是温度和湿度,这两个是一个两个独立的控制参数,而且热湿比随着不同的建筑,变化非常大,温度和湿度、独立控制能起到一个效果,而且是室内环境的控制的新视角,
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