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溫濕度傳感器

溫濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用</

發(fā)布日期:2022-04-26 點(diǎn)擊率:54

傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)一般通過(guò)人工冷源-制冷機(jī)組產(chǎn)生7~12℃冷水,通入空氣處理機(jī)組中,進(jìn)而產(chǎn)
生低溫干燥的送風(fēng)送入房間,統(tǒng)一控制房間的溫、濕度。在這種方式下,本來(lái)可用高溫冷水(16~18
℃)處理的50%以上的顯熱負(fù)荷也須用低溫冷水帶走,冷機(jī)COP 低,耗電量大。同時(shí)由于在冷
凝除濕方式下,送風(fēng)接近飽和線,使得空氣處理的熱濕比變化范圍很小,無(wú)法適應(yīng)室內(nèi)任意變
化的熱濕比。溫度過(guò)低的送風(fēng)還會(huì)造成不舒適,有時(shí)還必須再熱,造成冷熱抵消-能量的浪費(fèi)。
且冷凝除濕的方式使得系統(tǒng)中存在濕表面-霉菌的滋生源,成為健康的隱患。
針對(duì)上述傳統(tǒng)空調(diào)在室內(nèi)環(huán)境控制、節(jié)能、健康等方面遇到的挑戰(zhàn),江億教授[1]提出了溫、
濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng):將干燥的新風(fēng)送入房間控制濕度,而由高溫冷源產(chǎn)生16~18℃冷水
送入室內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管、輻射板等顯熱去除末端,帶走房間顯熱,控制房間溫度。從而實(shí)現(xiàn)房間
溫、濕度的獨(dú)立、靈活調(diào)節(jié),營(yíng)造節(jié)能、健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。溫、濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系
統(tǒng)革新了傳統(tǒng)空調(diào)的環(huán)境控制理念,并使得我們有可能利用自然界的低品位能源(比如地下水,
冷卻水,室外干空氣等)來(lái)實(shí)現(xiàn)房間的空調(diào),從而從源的選擇到末端的設(shè)計(jì)以及控制方案,發(fā)
展出一系列適用于不同地域,不同氣候特點(diǎn)的新型空調(diào)方式。
首先,干燥新風(fēng)的獲取。我國(guó)幅員遼闊,距海遠(yuǎn)近差距較大,跨緯度較廣,受季風(fēng)活動(dòng)影
響的差別大,使得中國(guó)東、西部的干、濕狀況差異很大。圖1 列出中國(guó)東、西部主要城市夏季
最濕月室外平均含濕量[2],可以得到,新疆、西藏、青海、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙的最濕月平均含
濕量為10.6g/kg。而東南部比如北京、山東、上海、浙江、廣東、廣西等省市的最濕月平均含
濕量為18~20g/kg.圖1 的紅線為最濕月室外平均含濕量為12g/kg 的分界線。
圖1. 中國(guó)各城市夏季最濕月室外平均含濕量[2](紅線為12g/kg 分界線)
在分界線的上方,即中國(guó)的西北部地區(qū),室外的新風(fēng)本來(lái)就是干燥的,可直接用來(lái)帶走房
間濕負(fù)荷。此時(shí)新風(fēng)的處理過(guò)程就是等濕降溫,實(shí)現(xiàn)此功能的間接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組已開(kāi)發(fā)成
功,并已應(yīng)用于十多個(gè)大型公共建筑中。
而在分界線的下方,主要是中國(guó)的東南部地區(qū),室外的空氣非常潮濕,要獲得干燥的新風(fēng)
送風(fēng)就必須對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕??捎玫某凉穹绞剑簜鹘y(tǒng)的冷凝除濕、轉(zhuǎn)輪除濕和溶液除濕。其中
冷凝除濕要求冷源溫度低,冷機(jī)COP 低,且存在潮濕表面;轉(zhuǎn)輪除濕為等焓除濕過(guò)程,被除濕
后的送風(fēng)溫度高,還需冷卻水來(lái)冷卻;且轉(zhuǎn)輪再生熱源溫度要求較高,一般>100℃;轉(zhuǎn)輪的新、
排風(fēng)間的漏風(fēng)問(wèn)題目前還是較難解決的工藝問(wèn)題。溶液除濕方式,可實(shí)現(xiàn)等溫的除濕過(guò)程,可
用( 15~25℃)的冷源帶走除濕過(guò)程釋放潛熱,且再生的熱源溫度要求低,可用低品位熱能(60~70
℃)來(lái)驅(qū)動(dòng)。溶液式全熱回收方式,避免了新、回風(fēng)間的交叉污染,能得到較高的熱回收效率。
目前已有多種類型的溶液除濕機(jī)組問(wèn)世,其中熱泵驅(qū)動(dòng)的溶液調(diào)濕機(jī)組COP 高于5.5[3],熱驅(qū)
動(dòng)的溶液除濕機(jī)組COP 高于1.3[4],已應(yīng)用于多個(gè)實(shí)際工程中。綜合比較,溶液除濕方式逐漸
成為中國(guó)東南地區(qū)處理新風(fēng)的優(yōu)選方式。
其次,高溫冷源的獲取。應(yīng)用溫濕度獨(dú)立控制的理念,只需用16~18℃的高溫冷水帶走房
間顯熱,這就使得多種天然的免費(fèi)冷源可供利用。
在圖1 示分界線以下,中國(guó)的東南地區(qū),長(zhǎng)江流域以北的北京、河北、山西、陜西、河南、
山東等地,其年平均氣溫約為10~14℃。而研究表明,地下10m 以下的土壤溫度基本不隨外界
環(huán)境及季節(jié)變化而變化,且約等于當(dāng)年年平均氣溫。這樣,在長(zhǎng)江流域以北的這些城市,夏季
就可以直接利用天然冷源-土壤源來(lái)去除室內(nèi)的顯熱負(fù)荷,向土壤中排熱。冬季,開(kāi)啟土壤源熱
泵,從土壤中取熱,經(jīng)過(guò)熱泵提升后供給用戶使用。應(yīng)用土壤源作為高溫冷源的關(guān)鍵是冬、夏
熱平衡,即夏天向土壤中的排熱量和冬天從土壤中取熱量平衡,保證土壤年平均溫度恒定,這
就要求建筑的冷負(fù)荷和熱負(fù)荷滿足一定的關(guān)系。具體設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)建筑的地理位置,建筑的冷、
熱負(fù)荷關(guān)系合理應(yīng)用土壤源熱泵系統(tǒng)。
而在圖1 示分界線以下,長(zhǎng)江流域以北的地區(qū),比如浙江、安徽、廣西、廣東、福建、湖
南、湖北等地,由于土壤溫度較高,外界環(huán)境也很潮濕,只能通過(guò)電制冷的方式獲取高溫冷水。
和常規(guī)制冷機(jī)組相比,由于水溫提高到18~21℃,蒸發(fā)溫度隨之提高,冷機(jī)COP 顯著提高。目
前國(guó)內(nèi)已有廠家研制出磁懸浮壓縮機(jī),實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)無(wú)油、無(wú)摩擦運(yùn)行,部分負(fù)荷時(shí)壓縮機(jī)變
頻運(yùn)行。高溫冷水機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)的COP 可以達(dá)到8.5,部分負(fù)荷時(shí)可以達(dá)到11.5,相對(duì)傳統(tǒng)
冷機(jī)節(jié)能30%以上。
在圖1 示分界線以上,中國(guó)的西北干燥地區(qū),利用室外的干燥空氣作為驅(qū)動(dòng)源的間接蒸發(fā)
冷水機(jī)組問(wèn)世[5,6],實(shí)測(cè)機(jī)組的出水溫度15~18℃,低于室外濕球溫度,基本處在濕球溫度和露
點(diǎn)溫度的平均值。由于此制冷機(jī)組不再使用壓縮機(jī),運(yùn)轉(zhuǎn)部件只有風(fēng)機(jī)和水泵,機(jī)組COP 高于10,
且室外越干,COP 越高,能達(dá)到20 或更高。由于不再使用制冷循環(huán),機(jī)組成本降低。且不再使
用CFCs,對(duì)大氣無(wú)污染。由此,應(yīng)用間接蒸發(fā)冷水機(jī)組比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能60%以上,成為西北干燥
地區(qū)最適宜應(yīng)用的冷源獲取方式。
綜上對(duì)溫、濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)源的獲取,在中國(guó)東南潮濕地區(qū),采用溶液除濕機(jī)組產(chǎn)生干
燥的新風(fēng);同時(shí),長(zhǎng)江流域以北的部分地區(qū),可應(yīng)用土壤源作為夏季高溫冷源;而長(zhǎng)江流域以
南,適宜應(yīng)用電驅(qū)動(dòng)高溫冷水機(jī)組作為高溫冷源。而中國(guó)的西北干燥地區(qū),采用間接蒸發(fā)冷水
機(jī)組制取高溫冷水,而室外新風(fēng)通過(guò)間接蒸發(fā)冷卻新風(fēng)機(jī)組等濕降溫后送入室內(nèi)。
最后,末端方式的設(shè)計(jì)。對(duì)于溫、濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)顯熱去除末端,由于通入高于室內(nèi)露
點(diǎn)的高溫冷水,因此不會(huì)出現(xiàn)冷凝結(jié)露現(xiàn)象??蛇x用干式風(fēng)機(jī)盤管或者輻射末端。首先,對(duì)于
干式風(fēng)機(jī)盤管,不再需要凝水盤和凝水系統(tǒng),風(fēng)盤可以選用吊裝、立裝等靈活安裝方式。同時(shí),
由于通入冷水溫度升高,風(fēng)盤冷盤管表面和空氣之間的換熱溫差減小,需要重新設(shè)計(jì)翅片和水
路,提高風(fēng)機(jī)盤管的換熱性能。若用原濕式風(fēng)盤走干工況,不能沿用原風(fēng)盤的樣本,需要對(duì)干
工況的冷量重新校核。已有廠家研制出干式風(fēng)盤,通過(guò)翅片和水路的特殊設(shè)計(jì),保證了風(fēng)盤在
干工況下的換熱性能。
而對(duì)于輻射末端,由于房間的余熱大部分以輻射方式而不是對(duì)流方式被帶走,減少了換熱
環(huán)節(jié);同時(shí)沒(méi)有吹風(fēng)感,熱舒適性高;除循環(huán)水泵外,末端不再需要任何運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備,節(jié)省空間,
無(wú)噪音。這些優(yōu)點(diǎn)使得輻射板受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。當(dāng)夏季通入18℃冷水時(shí),輻射板(吊頂
和地板)帶走的顯熱負(fù)荷約為40~50W/m2,需根據(jù)實(shí)際需要帶走的負(fù)荷,確定鋪設(shè)的輻射板面
積。而冬季通入熱水時(shí),熱水溫度約為35~40℃,即能滿足冬季供暖的要求。
對(duì)于溫、濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的濕度送風(fēng)末端,目前已有多種方式,包括地板送風(fēng)口、個(gè)性
化送風(fēng)口等等。怎樣設(shè)計(jì)送風(fēng)口,使得小風(fēng)量下風(fēng)口阻力小,怎樣根據(jù)人員的多少控制送風(fēng)口
的開(kāi)啟等,成為目前濕度送風(fēng)末端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
綜上所述,在中國(guó)西北干燥地區(qū)和潮濕地區(qū),溫、濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)有不同的干燥
新風(fēng)和高溫冷源的獲取方式,從而能盡可能的利用自然界的可再生、低品位能源來(lái)解決大型公
共建筑的空調(diào)問(wèn)題,節(jié)能潛力巨大,對(duì)減少我國(guó)的常規(guī)能源消耗,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)有著重要的意
義。且可根據(jù)室內(nèi)的濕負(fù)荷、熱負(fù)荷的變化進(jìn)行溫度、濕度的獨(dú)立調(diào)節(jié),從而真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱
濕環(huán)境的精確控制,營(yíng)造了更加健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。目前在中國(guó)東南潮濕地區(qū)和西北干燥
地區(qū)均已有十個(gè)以上的工程成功得應(yīng)用了溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng),工程運(yùn)行效果良好,證明
了這種新的控制理念已成功的解決了傳統(tǒng)空調(diào)的問(wèn)題,成為未來(lái)中央空調(diào)的新起點(diǎn)。

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