獨(dú)立除濕系統(tǒng)在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用
摘要本文分析了夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征和夏季新風(fēng)負(fù)荷的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)該地區(qū)各主要城市新風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行解耦計(jì)算，得出了新風(fēng)負(fù)荷中潛熱負(fù)荷很大新風(fēng)處理中用于除濕的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用于降溫的能耗的結(jié)論，認(rèn)為對(duì)新風(fēng)進(jìn)行獨(dú)立除濕適合于該地區(qū)新風(fēng)濕負(fù)荷的處理。
空調(diào)使用量居令前列，空調(diào)能耗也高于令其它地區(qū)。由于室內(nèi)環(huán)境中存在著污染物發(fā)生源，因此暖通空調(diào)系統(tǒng)中補(bǔ)充新鮮空氣是必要的，而新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量控制產(chǎn)生直接影響，同時(shí)新風(fēng)負(fù)荷的高低對(duì)建筑熱環(huán)境質(zhì)量和建筑節(jié)能有著重要影響。另方面，新風(fēng)負(fù)荷作為空調(diào)負(fù)荷的組成部分，在其中占有較大比例，從大量的工程實(shí)例可以知道，高濕度空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)除濕的能耗將會(huì)增加，因此對(duì)該地區(qū)夏季新風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行詳細(xì)分析，掌握其特點(diǎn)構(gòu)成及變化規(guī)律，對(duì)于合理制定該地區(qū)新風(fēng)處理方案及減少新風(fēng)處理能耗具有重要意義。
夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征及影響因大氣環(huán)流日照強(qiáng)度及地理位置的影響，夏熱冬冷地區(qū)的氣候呈現(xiàn)夏季悶熱冬季陰冷的特點(diǎn)。
夏季氣溫高，高于350的天數(shù)有1530天，最高氣溫可達(dá)42，隕匣濕度大，該地區(qū)各主要城市年平均相對(duì)濕度分布年平均相對(duì)濕度在80左右，有時(shí)達(dá)，所以常給人以悶熱的感覺(jué)。冬季氣溫低，溫度低于5，陰雨天氣多，所以給人以濕冷的感覺(jué)。全年濕度大除濕期長(zhǎng)是該地區(qū)氣候的個(gè)顯著特征，從人體散熱來(lái)分析潮濕問(wèn)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)室內(nèi)熱環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)高濕明顯影響人體熱舒適感。在夏季，隨著溫度的上升，蒸發(fā)散熱的比例迅速增加，此時(shí)人體主要依靠皮膚出汗進(jìn)行蒸發(fā)散熱，而人體汗液的蒸發(fā)受空氣溫度相對(duì)濕度和對(duì)流換熱系數(shù)這3個(gè)因素到極大約束，即人體皮膚蒸發(fā)散熱量隨著空氣相對(duì)濕度的上升而降低，這說(shuō)明潮濕不利于人體出汗降溫。另方面，高濕還容易導(dǎo)致細(xì)菌，特別是霉菌的生長(zhǎng)和繁殖，導(dǎo)致建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)墻面受潮起鼓，引起結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)高濕對(duì)室內(nèi)家具電器物品的使用壽命也會(huì)帶來(lái)不利影響。在該地區(qū)室外空氣溫度不高但濕度很大的情況持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，如過(guò)渡季節(jié)和夏季陰雨天氣，當(dāng)室外空氣平均相對(duì)濕度超過(guò)室內(nèi)環(huán)境舒適標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相對(duì)濕度時(shí)，居住者會(huì)感到悶熱不適，此時(shí)往往不需降溫但要除濕。
夏熱冬冷地區(qū)夏季新風(fēng)負(fù)荷特點(diǎn)夏熱冬冷地區(qū)空氣濕度大除濕期長(zhǎng)的氣候特點(diǎn)，要求對(duì)該地區(qū)新風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行全面分析，為了更加全面地分析新風(fēng)負(fù)荷的特點(diǎn)，本文以典型氣象年逐時(shí)氣象參數(shù)為基礎(chǔ)，將該地區(qū)新風(fēng)負(fù)荷解耦，分成新風(fēng)顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷分別進(jìn)行計(jì)算。由于只有當(dāng)室外空氣參數(shù)大于室內(nèi)參數(shù)時(shí)，需要對(duì)新風(fēng)進(jìn)行熱濕處理；否則，可以直接利用新風(fēng)。因此上述公式中當(dāng)室外空氣參數(shù)小于室內(nèi)參數(shù)時(shí)，60，和，取值為零。夏季單位質(zhì)量流量的新風(fēng)顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷可由式34計(jì)算負(fù)荷和潛熱負(fù)荷，以1干空氣4，為常溫常壓下干空氣的定壓比熱，干空氣，取為1.01；為常壓250時(shí)單位質(zhì)量水的氣化潛熱，1免，取為2441.夏熱冬冷地區(qū)夏季約3，4個(gè)月，并多集中在6，9月，本文根據(jù)該地區(qū)夏季典型氣象年逐時(shí)氣象參數(shù)2，計(jì)算了6，9月每天的新風(fēng)顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷，將各月的負(fù)荷累計(jì)，結(jié)果如中+的值反映了新風(fēng)負(fù)荷中由水蒸氣分壓力差傳質(zhì)產(chǎn)生的潛熱負(fù)荷所占的比例。
6月7月8月9月平均上海杭州南京合肥南昌武漢長(zhǎng)沙成都重慶，夏熱冬冷地區(qū)各主要城市夏季6，9月各月新風(fēng)負(fù)荷中潛熱負(fù)荷所占的比例基本上在80，90，整個(gè)夏季平均新風(fēng)負(fù)荷中潛熱負(fù)荷所占的比例也基本上在80，90.其中，成都夏季新風(fēng)負(fù)荷中潛熱負(fù)荷所占的比例最大，其次是新風(fēng)度時(shí)佩和濕時(shí)數(shù)分別由式12計(jì)算41晶上海。重慶長(zhǎng)肥和杭州，然后是南京和南昌，武漢相對(duì)最小。2為該地區(qū)主要城市夏季平均新為7，12C，從而降低了制冷機(jī)的COP，由于除濕風(fēng)潛熱比與夏季平均相對(duì)濕度對(duì)比分布，可知新后的溫度過(guò)低，往往還需要將空氣加熱到適宜的送風(fēng)潛熱負(fù)荷所占新風(fēng)總負(fù)荷的比例與該地區(qū)主要城市的潮濕程度基本相符。以重慶為例按月進(jìn)行分析，新風(fēng)潛熱比在6月最大，其次是9月，然后是7月，8月最小，這明重慶夏季室外空氣的潮濕度為6月最潮濕，8月相對(duì)最小，7月和9月介于其間，如該地區(qū)夏季新風(fēng)負(fù)荷中潛熱負(fù)荷所占比例很大，顯熱負(fù)荷所占比例很小，新風(fēng)顯熱比基本在20.以上結(jié)論計(jì)算時(shí)新風(fēng)還沒(méi)有承擔(dān)室內(nèi)余濕，風(fēng)狀態(tài)，造成能量的進(jìn)步浪費(fèi)。冷媒溫度較低，使得些直接利用自然冷源的空調(diào)方式無(wú)法應(yīng)用如利用深井水做冷源，其溫度在150左右，這些缺點(diǎn)使其不僅浪費(fèi)了能源，還增加了對(duì)環(huán)境的污染。其次，對(duì)空氣進(jìn)行熱濕聯(lián)合處理時(shí)，熱濕比只能在定范圍內(nèi)變化，很難滿足實(shí)際需要。當(dāng)熱濕比不滿足需要時(shí)，通常犧牲對(duì)濕度的控制，只滿足所需的溫度，從而造成空氣相對(duì)濕度過(guò)高或過(guò)低，損害了空調(diào)房間的熱舒適性。第，冷凝除濕利用冷器對(duì)空只是處理到室內(nèi)設(shè)定溫濕度，若新風(fēng)再承擔(dān)去除室內(nèi)余濕的任務(wù)，則新風(fēng)潛熱比將會(huì)更大。由此可，該地區(qū)新風(fēng)處理中用于除濕的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用于降溫的能耗，新風(fēng)處理以除濕為主。因此，在該地區(qū)選擇合理的新風(fēng)除濕方式能大大降低新風(fēng)處理的能氣進(jìn)行降溫除濕，造成冷卻面潮濕或積水，容易滋生細(xì)菌和霉菌，造成空調(diào)送風(fēng)品質(zhì)下降，危害人體健康。
基于冷凝除濕方式存在以上弊端，許多研究人員提出了溫濕度獨(dú)立控制的概念。夏熱冬冷地區(qū)目前采用的大多是冷凝除濕方這種空調(diào)方式雖能提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，但存在3個(gè)方面的弊端。首先，冷凝除濕方式對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和除濕聯(lián)合處理，使本來(lái)可以利用高溫冷源排走的熱量與除濕起共用低溫冷源，造成能量利用控制包括顯熱和潛熱兩套獨(dú)立的處理系統(tǒng)，分別控制室內(nèi)的溫度和濕度。其中，顯熱處理系統(tǒng)采用末端裝置排除室內(nèi)余熱，以滿足室內(nèi)熱環(huán)境的要求；潛熱處理系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕處理，用干燥的新風(fēng)排除室內(nèi)余濕及室內(nèi)異味，以滿足室內(nèi)濕環(huán)境與空氣品質(zhì)的要求，兩系統(tǒng)結(jié)合達(dá)到全面調(diào)節(jié)室內(nèi)熱濕環(huán)境的目的。這種系統(tǒng)將溫度和濕度解耦，能對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行精確的溫濕度控制，滿足空調(diào)室內(nèi)熱舒適的要求，有效解決傳統(tǒng)空調(diào)方式能耗高且溫濕度控制不精確等問(wèn)，將其應(yīng)用于濕熱地區(qū)將有利于該地區(qū)夏季的空調(diào)節(jié)能。典型的獨(dú)立除濕方式主要采用吸收或吸附方式，這樣所要求的冷源只需將空氣溫度降低到送風(fēng)溫度即可，可以克服冷凝除濕的缺點(diǎn)。
獨(dú)立除濕系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)常用的吸收或吸附除濕方式包括固體干燥劑和液體干燥劑除濕。固體干燥劑除濕是利用吸濕能力強(qiáng)的多孔材料，如硅膠活性炭分子篩多分子材料或氯化鋰晶體等鹽類，將新風(fēng)處理到低含濕量；液體干燥劑除濕是利用甘醇氯化鋰氯化鈣溴化鋰等水溶液的強(qiáng)烈吸濕特性對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕。如果在使用固體或液體干燥劑對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕的過(guò)程中，可利用太陽(yáng)能或廢熱等免費(fèi)熱源實(shí)現(xiàn)干燥劑的再生，則與冷凝除濕方式相比新風(fēng)的能耗將大大減少，有利于提高空氣處理系統(tǒng)的能源綜合利用效率。
獨(dú)立除濕系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)1以空氣和水為工質(zhì)。無(wú)需使用對(duì)環(huán)境有害的，利昂類制冷劑，對(duì)環(huán)境無(wú)害。2在干燥冷卻過(guò)程中首先進(jìn)行除濕，故在處埋潛熱負(fù)荷方面尤其奏效，3節(jié)能效！電量比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)大大減少，由于整個(gè)系統(tǒng)可由低品位熱源，如太陽(yáng)能余熱廢熱及天然氣等驅(qū)動(dòng)，還可減少化石燃料的消耗。4干燥劑可以有效吸附空氣中的污染物質(zhì)，可提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。5整個(gè)裝置在常壓開(kāi)放環(huán)境中運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)部件少噪聲低運(yùn)行維護(hù)方便。6除濕空調(diào)系統(tǒng)在冬季可用作供暖設(shè)施，取代爐子等冬季取暖設(shè)備。因此結(jié)合夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征及新風(fēng)負(fù)荷特點(diǎn)，筆者隊(duì)為獨(dú)立除濕應(yīng)是該地區(qū)比較適合的新風(fēng)處理方式。
公共建筑和居住建筑除濕方式適用性分析公共建筑由于建筑面積大使用時(shí)間長(zhǎng)人流密度大等特點(diǎn)，建筑內(nèi)產(chǎn)濕較多，所供給的新風(fēng)量大，因而宜采用太陽(yáng)能液體除濕方式對(duì)新風(fēng)進(jìn)行集中的降溫去濕處理，降低新風(fēng)能耗，而回風(fēng)采用高溫冷源進(jìn)行處理，有利于提高能源利用效率。對(duì)公共建筑，居住建筑因居住人數(shù)少室內(nèi)產(chǎn)濕量小供給新風(fēng)量小等特點(diǎn)，隨著除濕空調(diào)系統(tǒng)性能的進(jìn)步提高，初投資降低和設(shè)備自動(dòng)化小型化的發(fā)展趨勢(shì)，宜采用轉(zhuǎn)輪除濕與常規(guī)空調(diào)相結(jié)合的除，空調(diào)系統(tǒng)，其中干燥劑可利用太陽(yáng)能廢熱等進(jìn)行再生。當(dāng)室外溫度高且濕度大時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕和空調(diào)降溫同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)室外溫度不高但濕度很大時(shí)只開(kāi)啟轉(zhuǎn)輪去濕，去濕的同時(shí)溫度有所提高；當(dāng)室外溫度很低且濕度很大時(shí)，開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行采暖，采暖的同時(shí)相對(duì)濕度自然會(huì)降低。
對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的公共建筑和居住建筑而言，夏季潮熱冬季濕冷，新風(fēng)獨(dú)立除濕運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，這就要求除濕系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，若能采用套設(shè)備實(shí)現(xiàn)降溫除濕和采暖的多工況運(yùn)行，有效利用太陽(yáng)能廢熱以及回收空調(diào)冷凝熱等免費(fèi)熱源，則能靈活適應(yīng)濕度控制要求，有利于提高空氣處理系統(tǒng)能源綜合利用效率。
由于夏熱冬冷地區(qū)氣候潮濕，新風(fēng)潛熱負(fù)荷大，因而新風(fēng)負(fù)荷應(yīng)從負(fù)荷構(gòu)成角度區(qū)別顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷，根據(jù)該地區(qū)氣候特點(diǎn)對(duì)新風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行解耦分析。計(jì)算結(jié)果明該地區(qū)新風(fēng)負(fù)荷中顯熱冷荷所占比例較小，潛熱負(fù)荷所占比例很大，新風(fēng)處理中用于除濕的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高廠用于降溫的能耗。
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