恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究現(xiàn)狀

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能可以分為兩個部分：設(shè)計(jì)中的節(jié)能：運(yùn)行管理的節(jié)能，本文著重介紹設(shè)計(jì)中的節(jié)能。

一、變風(fēng)量(Variable Air Volume；VAV)空調(diào)系統(tǒng)

變風(fēng)量空謂系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，因此具有追蹤負(fù)荷的特點(diǎn)在低負(fù)荷下節(jié)能效果大大優(yōu)于定風(fēng)量系統(tǒng)舊。

Wang等對一個傳統(tǒng)定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改造．通過在送風(fēng)風(fēng)機(jī)上加裝變頻器，并輔以相應(yīng)的控制方法，構(gòu)建了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。結(jié)果表明，在保證空間溫濕度的同時，風(fēng)機(jī)耗功減少了90％。消耗的再熱量也減少了85％，整個系統(tǒng)的能耗支出減少30％。陳華在其博士論文中針對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)做了研究，首先模擬出建筑空調(diào)分區(qū)的全工況負(fù)荷變化情況，進(jìn)而對該種系統(tǒng)在不同靜壓控制方式和不同風(fēng)管布置形式下的系統(tǒng)特性做了研究。李琳琳81針對變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)所受干擾多，對象參數(shù)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(fù)合控制算法，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)對不確定性因素的適應(yīng)性。晉欣橋等則針對多區(qū)域變風(fēng)量空調(diào)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，提出一種優(yōu)化的新風(fēng)控制策略——基于預(yù)測的末端再熱控制策略。仿真結(jié)果表明-該策略在保證各區(qū)域新風(fēng)要求的同時．節(jié)約了系統(tǒng)的能耗。但使用變風(fēng)量形式構(gòu)建恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)量較小時可能會使得被調(diào)空間換氣次數(shù)達(dá)不到要求，溫濕度均勻性較差；同時系統(tǒng)的控制也較復(fù)雜。

二、變水量(Variable Water Volume)空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)設(shè)各的選擇是按照設(shè)計(jì)工況確定的，負(fù)荷出現(xiàn)的時間一般不超過總運(yùn)行時間的10％，而空調(diào)系統(tǒng)太部分時間在50。／r70％的負(fù)荷率下工作，這就使變水量空調(diào)系統(tǒng)有很大的節(jié)能空問。變水量空調(diào)系統(tǒng)包括變冷凍水系統(tǒng)和變冷卻水系統(tǒng)兩類口”．冷凍水系統(tǒng)為空氣處理提供冷量．冷卻水系統(tǒng)指排除水冷式冷水機(jī)組冷凝熱的水路。本文所提變水量空調(diào)系統(tǒng)指變冷凍水系統(tǒng)；同時，所謂“變水量空調(diào)系統(tǒng)”指的是冷凍水輸送管路的總水量發(fā)生變化，而不僅僅是通過負(fù)荷末端的流量發(fā)生變化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的發(fā)展．與控制技術(shù)和水泵變速技術(shù)的發(fā)展是緊密相聯(lián)的r它根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)整進(jìn)入表玲器或送入各房間的冷凍水流量，水泵也可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或運(yùn)行臺數(shù)．從而在部分負(fù)荷下減小系統(tǒng)運(yùn)行能耗。孫一堅(jiān)針對水系統(tǒng)變流量運(yùn)行對空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行可能產(chǎn)生的影響，做了研宄。結(jié)果表明．水系統(tǒng)在80％流量時，末端裝置可提供92％的冷量：變流量運(yùn)行不會對冷水機(jī)組產(chǎn)生影響，但應(yīng)根據(jù)使用場合的不同，使用相應(yīng)的控制策略。劉金平等以風(fēng)機(jī)盤首冷水系統(tǒng)為研宄對象，分析了空調(diào)冷水系統(tǒng)在不同變頻水泵頻率下的節(jié)能效梟。試驗(yàn)結(jié)果表明，變頻水泵運(yùn)行頻率分別對應(yīng)開啟率700／0，60％，45％時，實(shí)際節(jié)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(jī)組系統(tǒng)仿真模型，研究了冷凍水變流量對冷水機(jī)組性能的影響以及對整個水系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)水泵功率占系統(tǒng)功率20％以上時，節(jié)能潛力較大。陳丹丹田以典型的變水量系統(tǒng)為研究對象，以節(jié)能和拓展控制的可及性為目標(biāo)，研宄了各優(yōu)化控制策略對系統(tǒng)的運(yùn)行性能以及控制特性的影響。粱洪新通過建立空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真器，對變水量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的換熱特性進(jìn)行了研究，以期使相關(guān)的設(shè)計(jì)方案和控制方式更加科學(xué)有效。于曉明等認(rèn)為變流量系統(tǒng)具有較大節(jié)能潛力，發(fā)展前景好，但設(shè)備選用要求更高、控制技術(shù)更復(fù)雜．因此應(yīng)根據(jù)工程特性進(jìn)行分析，選用合理的設(shè)計(jì)形式、臺適的設(shè)各和控制策略。傳統(tǒng)恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)冷凍水管路使用變水量形式時．可以有效地減小熱濕補(bǔ)償損失．從而降低系統(tǒng)能耗。

三、熱濕獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)溫濕度耦合控制造成能量浪費(fèi)的缺點(diǎn)，熱濕獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)，單獨(dú)用固體或液體干燥劑排除潛熱負(fù)荷，將熱濕負(fù)荷分開處理．從而獨(dú)立控制室內(nèi)的溫度和濕度達(dá)到節(jié)省更多能量的目的。因此．其近年來受到人們的廣泛關(guān)注．發(fā)展迅速

a)獨(dú)立濕度處理方法介紹

獨(dú)立的濕度控制手段是實(shí)現(xiàn)熱濕獨(dú)立將空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下達(dá)到除濕目的。化學(xué)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(xué)性質(zhì)保持不變；吸收除濕則相反，它有變化發(fā)生．通常對液體而言。采用固體吸濕材料除濕的系統(tǒng)，有固定床式和轉(zhuǎn)輪式兩種，常見的是固體轉(zhuǎn)輪除濕。采用溶液除濕的系統(tǒng)兩大重要部件為除濕器和再生器口。在除濕器內(nèi)，空氣與溶液進(jìn)行熱質(zhì)交換，溶液吸收空氣中的水分由濃溶液變?yōu)橄∪芤海諝鈩t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(fā)而變?yōu)闈馊芤海虼诵枰~外的驅(qū)動熱源提供熱量。

液體與固體干燥劑系統(tǒng)又各有優(yōu)勢。李麓等在構(gòu)建熱濕獨(dú)立處理空調(diào)系統(tǒng)時，認(rèn)為溶液除濕是實(shí)現(xiàn)濕度獨(dú)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(zhì)設(shè)備比較容易實(shí)現(xiàn)：另外，溶液除濕過程容易被冷卻，從而實(shí)現(xiàn)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(dá)到較好的熱力學(xué)效果。液體干燥劑還具有去除污染物以及低再生溫度等優(yōu)點(diǎn)。與液體干燥劑系統(tǒng)相比，固體轉(zhuǎn)輪干燥系統(tǒng)則可以更容易地集成到現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)中．系統(tǒng)復(fù)雜度較小。結(jié)合文獻(xiàn)，可將干燥劑除濕相比傳統(tǒng)的機(jī)械除濕的優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)生而杜絕了微生物的滋長：在高溫高濕地區(qū)還能減小空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)相比傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)，更節(jié)能、健康以及環(huán)保。

b)熱濕獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

在各種獨(dú)立除濕技術(shù)的基礎(chǔ)上．可以構(gòu)建熱濕獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)。EAscione等提出了一種用于博物館的具備獨(dú)立除濕模塊的空調(diào)系統(tǒng)．他使用一個轉(zhuǎn)輪吸附除濕．除濕單元也是一個再生器、顯熱交換器、蒸發(fā)冷卻器。室外新風(fēng)先經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕，并與室內(nèi)部分回風(fēng)在顯熱交換器內(nèi)換熱．然后進(jìn)入空氣處理機(jī)組，根據(jù)室內(nèi)溫濕度傳感器的反饋進(jìn)一步處理。冬季．室內(nèi)溫度由加熱器控制，濕度由加濕器控制。夏季，燥轉(zhuǎn)輪(不需要室內(nèi)空氣的預(yù)熱)溫度由表冷器(不除濕)控制，而濕度通過干控制。并計(jì)算了該系統(tǒng)全天候運(yùn)行的年度能量消耗。結(jié)果表明，在相同的室內(nèi)溫濕度設(shè)定前提下，此系統(tǒng)比之于不具備此模塊的基礎(chǔ)系統(tǒng)，能夠節(jié)能15％。

A Capozzoli等H1對一個用于超市的轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)做了對比研宄。結(jié)果表明，在獲得更好熱濕環(huán)境的同時，轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)具有可觀的電力能耗減少，投資回報(bào)期僅有1年。W．EZhu等H。1研究了基于溶液除濕的獨(dú)立濕度控制空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括溶液除濕新風(fēng)處理器和高溫冷水機(jī)組，溶液除濕模塊由熱泵驅(qū)動。結(jié)果表明，室內(nèi)溫濕度很好的控制在要求范圍；由于采用高溫冷水，風(fēng)機(jī)盤管表面沒有冷凝水產(chǎn)生：新風(fēng)處理模塊和高溫冷水機(jī)組的COP分別為6．24和4．38．整個系統(tǒng)的平均COP達(dá)5 28。KZhao等H”對該類型熱濕獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)做了全年運(yùn)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(fēng)機(jī)盤管及輻射板以控制室內(nèi)溫度。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，整個熱濕獨(dú)立控制系統(tǒng)的COP達(dá)到4．0：被測試建筑的能耗為32 2kwh／(m2 yr)，而通常對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)這一數(shù)值為49 kWh／(mLyr)左右，因此節(jié)能達(dá)341％。NGhaddar等}研究了一個太陽能驅(qū)動的使用氯化鈣溶液的液體除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)取代了原來使用的傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷循環(huán)。結(jié)果表明系統(tǒng)能耗從原來的40 kW降為29 kW，節(jié)能效果十分明顯。Z Q Xiong等∞11為了提高溶液除濕系統(tǒng)COP．提出了一個二級的液體干燥除濕系統(tǒng)，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(tǒng)做了比較。結(jié)果表明，系統(tǒng)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(tǒng)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(fù)臺式干燥除濕的空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)和蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)．其主要特征是轉(zhuǎn)輪所需的再生熱量部分由蒸汽壓縮系統(tǒng)的冷凝器提供．部分由輔助加熱器提供。該復(fù)合系統(tǒng)取代了原來使用的一個23 kW的傳統(tǒng)蒸汽壓縮系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)輪再生溫度固定為75。C、系統(tǒng)負(fù)荷時．其使用的蒸汽壓縮子系統(tǒng)的功率降低到了15kW，復(fù)合系統(tǒng)的顯熱比也從0.47提高到0．73。并使用環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了逐時的模擬研究，對比了復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的年均能量消耗和花費(fèi)，結(jié)果表明．復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)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(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)的能耗他認(rèn)為，復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)與蒸汽壓縮制冷相結(jié)合，采用潛熱、顯熱分開處理的運(yùn)行方式。

綜臺利用了蒸汽壓縮系統(tǒng)固有的傳熱效率高、干燥劑除濕方法傳質(zhì)效果好的特點(diǎn)并發(fā)現(xiàn)，以轉(zhuǎn)輪除濕器來處理潛熱負(fù)荷，而以燕汽壓縮系統(tǒng)來處理顯熱負(fù)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(gòu)建的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)使用蒸汽壓縮機(jī)組處理顯熱，使用液體除濕系統(tǒng)處理潛熱．并對其夏冬兩季運(yùn)行性能做了模擬。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在夏冬工況下COP分別提高了20％和100％。由于熱濕獨(dú)立控制系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此是構(gòu)建恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的一個較好的選擇。但它也存在一些不足之處，例如系統(tǒng)較復(fù)雜，扔投資較大等。

四、使用熱回收技術(shù)

熱回收技術(shù)一般指對冷凝熱或系統(tǒng)排風(fēng)進(jìn)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(zhuǎn)輪的模型，對其用于全熱回收時在不同運(yùn)行參數(shù)下的性能做了研究。x Yu等對一個地源熱泵驅(qū)動的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了全年實(shí)驗(yàn)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(yùn)行能耗太幅減少。C．H Liang等建立了一個采用全熱回收的獨(dú)立新風(fēng)除濕系統(tǒng)。新風(fēng)首先在全熱交換器中與排風(fēng)做熱濕交換，而后通過蒸汽壓縮制冷機(jī)組的蒸發(fā)器進(jìn)一步降溫除濕，最后利用機(jī)組的部分冷凝熱完成再熱，送入房間。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)和模擬工況下，該系統(tǒng)擁有更高的除濕能力，達(dá)到傳統(tǒng)直接機(jī)械除濕的3.5倍；系統(tǒng)的COP達(dá)到6,8，提高了2.2倍。文獻(xiàn)也都使用到這一技術(shù)。http://www.bjzazl.cn