恒溫恒濕空調系統節能研究現狀

空調系統的節能可以分為兩個部分：設計中的節能：運行管理的節能，本文著重介紹設計中的節能。

一、變風量(Variable Air Volume；VAV)空調系統

變風量空謂系統可根據負荷的變化進行風量調節，因此具有追蹤負荷的特點在低負荷下節能效果大大優于定風量系統舊。

Wang等對一個傳統定風量空調系統進行了改造．通過在送風風機上加裝變頻器，并輔以相應的控制方法，構建了變風量空調系統。結果表明，在保證空間溫濕度的同時，風機耗功減少了90％。消耗的再熱量也減少了85％，整個系統的能耗支出減少30％。陳華在其博士論文中針對變風量空調系統做了研究，首先模擬出建筑空調分區的全工況負荷變化情況，進而對該種系統在不同靜壓控制方式和不同風管布置形式下的系統特性做了研究。李琳琳81針對變風量空調系統所受干擾多，對象參數易變化等問題，提出了在大偏差時用模期控制、小偏差時用PID控制的復合控制算法，從而增強了系統對不確定性因素的適應性。晉欣橋等則針對多區域變風量空調的控制系統進行了分析，提出一種優化的新風控制策略——基于預測的末端再熱控制策略。仿真結果表明-該策略在保證各區域新風要求的同時．節約了系統的能耗。但使用變風量形式構建恒溫恒濕空調系統，風量較小時可能會使得被調空間換氣次數達不到要求，溫濕度均勻性較差；同時系統的控制也較復雜。

二、變水量(Variable Water Volume)空調系統

空調設各的選擇是按照設計工況確定的，負荷出現的時間一般不超過總運行時間的10％，而空調系統太部分時間在50。／r70％的負荷率下工作，這就使變水量空調系統有很大的節能空問。變水量空調系統包括變冷凍水系統和變冷卻水系統兩類口”．冷凍水系統為空氣處理提供冷量．冷卻水系統指排除水冷式冷水機組冷凝熱的水路。本文所提變水量空調系統指變冷凍水系統；同時，所謂“變水量空調系統”指的是冷凍水輸送管路的總水量發生變化，而不僅僅是通過負荷末端的流量發生變化的系統。該系統的發展．與控制技術和水泵變速技術的發展是緊密相聯的r它根據負荷變化，調整進入表玲器或送入各房間的冷凍水流量，水泵也可以根據系統實際需要調節轉速或運行臺數．從而在部分負荷下減小系統運行能耗。孫一堅針對水系統變流量運行對空調系統運行可能產生的影響，做了研宄。結果表明．水系統在80％流量時，末端裝置可提供92％的冷量：變流量運行不會對冷水機組產生影響，但應根據使用場合的不同，使用相應的控制策略。劉金平等以風機盤首冷水系統為研宄對象，分析了空調冷水系統在不同變頻水泵頻率下的節能效梟。試驗結果表明，變頻水泵運行頻率分別對應開啟率700／0，60％，45％時，實際節能率分別為14 46％，34．2％，50 74％。王民在其碩士論文中建立了冷水機組系統仿真模型，研究了冷凍水變流量對冷水機組性能的影響以及對整個水系統的影響。結果表明，當水泵功率占系統功率20％以上時，節能潛力較大。陳丹丹田以典型的變水量系統為研究對象，以節能和拓展控制的可及性為目標，研宄了各優化控制策略對系統的運行性能以及控制特性的影響。粱洪新通過建立空調系統動態仿真器，對變水量空調冷凍水系統的換熱特性進行了研究，以期使相關的設計方案和控制方式更加科學有效。于曉明等認為變流量系統具有較大節能潛力，發展前景好，但設備選用要求更高、控制技術更復雜．因此應根據工程特性進行分析，選用合理的設計形式、臺適的設各和控制策略。傳統恒溫恒濕空調系統冷凍水管路使用變水量形式時．可以有效地減小熱濕補償損失．從而降低系統能耗。

三、熱濕獨立控制的空調系統

針對傳統空調系統溫濕度耦合控制造成能量浪費的缺點，熱濕獨立控制的空調系統，單獨用固體或液體干燥劑排除潛熱負荷，將熱濕負荷分開處理．從而獨立控制室內的溫度和濕度達到節省更多能量的目的。因此．其近年來受到人們的廣泛關注．發展迅速

a)獨立濕度處理方法介紹

獨立的濕度控制手段是實現熱濕獨立將空氣冷卻到露點溫度以下達到除濕目的。化學除濕可以分為吸附除濕和吸收除濕，它利用對水蒸汽親和力比較高的材料作干燥劑，干燥劑可以為固體或者液體。對于吸附除濕，干燥劑通常為固體，在除濕過程中其物理或化學性質保持不變；吸收除濕則相反，它有變化發生．通常對液體而言。采用固體吸濕材料除濕的系統，有固定床式和轉輪式兩種，常見的是固體轉輪除濕。采用溶液除濕的系統兩大重要部件為除濕器和再生器口。在除濕器內，空氣與溶液進行熱質交換，溶液吸收空氣中的水分由濃溶液變為稀溶液，而空氣則得到干燥；再生器則為相反過程，稀溶液吸收熱量使其中水分蒸發而變為濃溶液，因此需要額外的驅動熱源提供熱量。

液體與固體干燥劑系統又各有優勢。李麓等在構建熱濕獨立處理空調系統時，認為溶液除濕是實現濕度獨立處理的較為可行的方式。相對于固體吸濕材料，由于溶液具有流動性，采用溶液吸濕劑的傳熱傳質設備比較容易實現：另外，溶液除濕過程容易被冷卻，從而實現等溫的除濕過程，不可逆損失可以減小。因此采用溶液吸收除濕有可能達到較好的熱力學效果。液體干燥劑還具有去除污染物以及低再生溫度等優點。與液體干燥劑系統相比，固體轉輪干燥系統則可以更容易地集成到現有的空調系統中．系統復雜度較小。結合文獻，可將干燥劑除濕相比傳統的機械除濕的優點歸納如下：可以避免空氣由于過冷而需要再熱的問題，同時由于避免了冷凝水的產生而杜絕了微生物的滋長：在高溫高濕地區還能減小空調系統的用電峰值：可以使用太陽能或其它低品位熱源。因此，干燥劑系統相比傳統的蒸汽壓縮制冷系統，更節能、健康以及環保。

b)熱濕獨立控制空調系統現狀

在各種獨立除濕技術的基礎上．可以構建熱濕獨立控制的空調系統。EAscione等提出了一種用于博物館的具備獨立除濕模塊的空調系統．他使用一個轉輪吸附除濕．除濕單元也是一個再生器、顯熱交換器、蒸發冷卻器。室外新風先經過轉輪除濕，并與室內部分回風在顯熱交換器內換熱．然后進入空氣處理機組，根據室內溫濕度傳感器的反饋進一步處理。冬季．室內溫度由加熱器控制，濕度由加濕器控制。夏季，燥轉輪(不需要室內空氣的預熱)溫度由表冷器(不除濕)控制，而濕度通過干控制。并計算了該系統全天候運行的年度能量消耗。結果表明，在相同的室內溫濕度設定前提下，此系統比之于不具備此模塊的基礎系統，能夠節能15％。

A Capozzoli等H1對一個用于超市的轉輪除濕空調系統和傳統空調系統做了對比研宄。結果表明，在獲得更好熱濕環境的同時，轉輪除濕空調系統具有可觀的電力能耗減少，投資回報期僅有1年。W．EZhu等H。1研究了基于溶液除濕的獨立濕度控制空調系統，系統包括溶液除濕新風處理器和高溫冷水機組，溶液除濕模塊由熱泵驅動。結果表明，室內溫濕度很好的控制在要求范圍；由于采用高溫冷水，風機盤管表面沒有冷凝水產生：新風處理模塊和高溫冷水機組的COP分別為6．24和4．38．整個系統的平均COP達5 28。KZhao等H”對該類型熱濕獨立控制空調系統做了全年運行研究。使用液體干燥劑去除余濕．使用I'L5℃的冷凍水用于風機盤管及輻射板以控制室內溫度。實際運行結果表明，整個熱濕獨立控制系統的COP達到4．0：被測試建筑的能耗為32 2kwh／(m2 yr)，而通常對于傳統空調系統這一數值為49 kWh／(mLyr)左右，因此節能達341％。NGhaddar等}研究了一個太陽能驅動的使用氯化鈣溶液的液體除濕系統，該系統取代了原來使用的傳統蒸汽壓縮制冷循環。結果表明系統能耗從原來的40 kW降為29 kW，節能效果十分明顯。Z Q Xiong等∞11為了提高溶液除濕系統COP．提出了一個二級的液體干燥除濕系統，包含兩個除濕器、兩個再生器：井將其與單級的基本除濕系統做了比較。結果表明，系統COP從單織的024提高到0．73，火用效率從6 8％提高到23 0％。并對影響系統性能的干燥劑再生溫度、空氣流量等因素做了分析。

KGhali等l研究了一個復臺式干燥除濕的空調系統，該系統結合了轉輪除濕系統和蒸汽壓縮制冷系統．其主要特征是轉輪所需的再生熱量部分由蒸汽壓縮系統的冷凝器提供．部分由輔助加熱器提供。該復合系統取代了原來使用的一個23 kW的傳統蒸汽壓縮系統。在轉輪再生溫度固定為75。C、系統負荷時．其使用的蒸汽壓縮子系統的功率降低到了15kW，復合系統的顯熱比也從0.47提高到0．73。并使用環境參數進行了逐時的模擬研究，對比了復合式空調系統與傳統蒸汽壓縮制冷系統的年均能量消耗和花費，結果表明．復合式空調系統收回初投資成本的時間低于五年。徐朝陽等153也分析了此種復合式空調系統的能耗他認為，復合式空調系統將轉輪除濕機與蒸汽壓縮制冷相結合，采用潛熱、顯熱分開處理的運行方式。

綜臺利用了蒸汽壓縮系統固有的傳熱效率高、干燥劑除濕方法傳質效果好的特點并發現，以轉輪除濕器來處理潛熱負荷，而以燕汽壓縮系統來處理顯熱負荷，可咀充分滿足來自除濕和降溫兩個方面的要求，且耗電量大為減小。L Zhang等所構建的復合空調系統使用蒸汽壓縮機組處理顯熱，使用液體除濕系統處理潛熱．并對其夏冬兩季運行性能做了模擬。與傳統空調系統相比，該系統在夏冬工況下COP分別提高了20％和100％。由于熱濕獨立控制系統具有以上優點，因此是構建恒溫恒濕空調系統的一個較好的選擇。但它也存在一些不足之處，例如系統較復雜，扔投資較大等。

四、使用熱回收技術

熱回收技術一般指對冷凝熱或系統排風進行熱回收，用于處理空氣或干燥劑的再生過程，因此減少了系建立了干燥劑轉輪的模型，對其用于全熱回收時在不同運行參數下的性能做了研究。x Yu等對一個地源熱泵驅動的恒溫恒濕空調系統進行了全年實驗研究，他使用冷凝器的部分排熱用于處理空氣的再熱過程，使得運行能耗太幅減少。C．H Liang等建立了一個采用全熱回收的獨立新風除濕系統。新風首先在全熱交換器中與排風做熱濕交換，而后通過蒸汽壓縮制冷機組的蒸發器進一步降溫除濕，最后利用機組的部分冷凝熱完成再熱，送入房間。結果表明，在實驗和模擬工況下，該系統擁有更高的除濕能力，達到傳統直接機械除濕的3.5倍；系統的COP達到6,8，提高了2.2倍。文獻也都使用到這一技術。http://www.bjzazl.cn