恒温恒湿空调系统节能研究现状

恒温恒湿空调系统节能研究现状

空调系统的节能可以分为两个部分：设计中的节能：运行管理的节能，本文着重介绍设计中的节能。

一、变风量(Variable Air Volume；VAV)空调系统

变风量空谓系统可根据负荷的变化进行风量调节，因此具有追踪负荷的特点在低负荷下节能效果大大优于定风量系统旧。

Wang等对一个传统定风量空调系统进行了改造．通过在送风风机上加装变频器，并辅以相应的控制方法，构建了变风量空调系统。结果表明，在保证空间温湿度的同时，风机耗功减少了90％。消耗的再热量也减少了85％，整个系统的能耗支出减少30％。陈华在其博士论文中针对变风量空调系统做了研究，首先模拟出建筑空调分区的全工况负荷变化情况，进而对该种系统在不同静压控制方式和不同风管布置形式下的系统特性做了研究。李琳琳81针对变风量空调系统所受干扰多，对象参数易变化等问题，提出了在大偏差时用模期控制、小偏差时用PID控制的复合控制算法，从而增强了系统对不确定性因素的适应性。晋欣桥等则针对多区域变风量空调的控制系统进行了分析，提出一种优化的新风控制策略——基于预测的末端再热控制策略。仿真结果表明-该策略在保证各区域新风要求的同时．节约了系统的能耗。但使用变风量形式构建恒温恒湿空调系统，风量较小时可能会使得被调空间换气次数达不到要求，温湿度均匀性较差；同时系统的控制也较复杂。

二、变水量(Variable Water Volume)空调系统

空调设各的选择是按照设计工况确定的，负荷出现的时间一般不超过总运行时间的10％，而空调系统太部分时间在50。／r70％的负荷率下工作，这就使变水量空调系统有很大的节能空问。变水量空调系统包括变冷冻水系统和变冷却水系统两类口”．冷冻水系统为空气处理提供冷量．冷却水系统指排除水冷式冷水机组冷凝热的水路。本文所提变水量空调系统指变冷冻水系统；同时，所谓“变水量空调系统”指的是冷冻水输送管路的总水量发生变化，而不仅仅是通过负荷末端的流量发生变化的系统。该系统的发展．与控制技术和水泵变速技术的发展是紧密相联的r它根据负荷变化，调整进入表玲器或送入各房间的冷冻水流量，水泵也可以根据系统实际需要调节转速或运行台数．从而在部分负荷下减小系统运行能耗。孙一坚针对水系统变流量运行对空调系统运行可能产生的影响，做了研宄。结果表明．水系统在80％流量时，末端装置可提供92％的冷量：变流量运行不会对冷水机组产生影响，但应根据使用场合的不同，使用相应的控制策略。刘金平等以风机盘首冷水系统为研宄对象，分析了空调冷水系统在不同变频水泵频率下的节能效枭。试验结果表明，变频水泵运行频率分别对应开启率700／0，60％，45％时，实际节能率分别为14 46％，34．2％，50 74％。王民在其硕士论文中建立了冷水机组系统仿真模型，研究了冷冻水变流量对冷水机组性能的影响以及对整个水系统的影响。结果表明，当水泵功率占系统功率20％以上时，节能潜力较大。陈丹丹田以典型的变水量系统为研究对象，以节能和拓展控制的可及性为目标，研宄了各优化控制策略对系统的运行性能以及控制特性的影响。粱洪新通过建立空调系统动态仿真器，对变水量空调冷冻水系统的换热特性进行了研究，以期使相关的设计方案和控制方式更加科学有效。于晓明等认为变流量系统具有较大节能潜力，发展前景好，但设备选用要求更高、控制技术更复杂．因此应根据工程特性进行分析，选用合理的设计形式、台适的设各和控制策略。传统恒温恒湿空调系统冷冻水管路使用变水量形式时．可以有效地减小热湿补偿损失．从而降低系统能耗。

三、热湿独立控制的空调系统

针对传统空调系统温湿度耦合控制造成能量浪费的缺点，热湿独立控制的空调系统，单独用固体或液体干燥剂排除潜热负荷，将热湿负荷分开处理．从而独立控制室内的温度和湿度达到节省更多能量的目的。因此．其近年来受到人们的广泛关注．发展迅速

a)独立湿度处理方法介绍

独立的湿度控制手段是实现热湿独立将空气冷却到露点温度以下达到除湿目的。化学除湿可以分为吸附除湿和吸收除湿，它利用对水蒸汽亲和力比较高的材料作干燥剂，干燥剂可以为固体或者液体。对于吸附除湿，干燥剂通常为固体，在除湿过程中其物理或化学性质保持不变；吸收除湿则相反，它有变化发生．通常对液体而言。采用固体吸湿材料除湿的系统，有固定床式和转轮式两种，常见的是固体转轮除湿。采用溶液除湿的系统两大重要部件为除湿器和再生器口。在除湿器内，空气与溶液进行热质交换，溶液吸收空气中的水分由浓溶液变为稀溶液，而空气则得到干燥；再生器则为相反过程，稀溶液吸收热量使其中水分蒸发而变为浓溶液，因此需要额外的驱动热源提供热量。

液体与固体干燥剂系统又各有优势。李麓等在构建热湿独立处理空调系统时，认为溶液除湿是实现湿度独立处理的较为可行的方式。相对于固体吸湿材料，由于溶液具有流动性，采用溶液吸湿剂的传热传质设备比较容易实现：另外，溶液除湿过程容易被冷却，从而实现等温的除湿过程，不可逆损失可以减小。因此采用溶液吸收除湿有可能达到较好的热力学效果。液体干燥剂还具有去除污染物以及低再生温度等优点。与液体干燥剂系统相比，固体转轮干燥系统则可以更容易地集成到现有的空调系统中．系统复杂度较小。结合文献，可将干燥剂除湿相比传统的机械除湿的优点归纳如下：可以避免空气由于过冷而需要再热的问题，同时由于避免了冷凝水的产生而杜绝了微生物的滋长：在高温高湿地区还能减小空调系统的用电峰值：可以使用太阳能或其它低品位热源。因此，干燥剂系统相比传统的蒸汽压缩制冷系统，更节能、健康以及环保。

b)热湿独立控制空调系统现状

在各种独立除湿技术的基础上．可以构建热湿独立控制的空调系统。EAscione等提出了一种用于博物馆的具备独立除湿模块的空调系统．他使用一个转轮吸附除湿．除湿单元也是一个再生器、显热交换器、蒸发冷却器。室外新风先经过转轮除湿，并与室内部分回风在显热交换器内换热．然后进入空气处理机组，根据室内温湿度传感器的反馈进一步处理。冬季．室内温度由加热器控制，湿度由加湿器控制。夏季，燥转轮(不需要室内空气的预热)温度由表冷器(不除湿)控制，而湿度通过干控制。并计算了该系统全天候运行的年度能量消耗。结果表明，在相同的室内温湿度设定前提下，此系统比之于不具备此模块的基础系统，能够节能15％。

A Capozzoli等H1对一个用于超市的转轮除湿空调系统和传统空调系统做了对比研宄。结果表明，在获得更好热湿环境的同时，转轮除湿空调系统具有可观的电力能耗减少，投资回报期仅有1年。W．EZhu等H。1研究了基于溶液除湿的独立湿度控制空调系统，系统包括溶液除湿新风处理器和高温冷水机组，溶液除湿模块由热泵驱动。结果表明，室内温湿度很好的控制在要求范围；由于采用高温冷水，风机盘管表面没有冷凝水产生：新风处理模块和高温冷水机组的COP分别为6．24和4．38．整个系统的平均COP达5 28。KZhao等H”对该类型热湿独立控制空调系统做了全年运行研究。使用液体干燥剂去除余湿．使用I'L5℃的冷冻水用于风机盘管及辐射板以控制室内温度。实际运行结果表明，整个热湿独立控制系统的COP达到4．0：被测试建筑的能耗为32 2kwh／(m2 yr)，而通常对于传统空调系统这一数值为49 kWh／(mLyr)左右，因此节能达341％。NGhaddar等}研究了一个太阳能驱动的使用氯化钙溶液的液体除湿系统，该系统取代了原来使用的传统蒸汽压缩制冷循环。结果表明系统能耗从原来的40 kW降为29 kW，节能效果十分明显。Z Q Xiong等∞11为了提高溶液除湿系统COP．提出了一个二级的液体干燥除湿系统，包含两个除湿器、两个再生器：井将其与单级的基本除湿系统做了比较。结果表明，系统COP从单织的024提高到0．73，火用效率从6 8％提高到23 0％。并对影响系统性能的干燥剂再生温度、空气流量等因素做了分析。

KGhali等l研究了一个复台式干燥除湿的空调系统，该系统结合了转轮除湿系统和蒸汽压缩制冷系统．其主要特征是转轮所需的再生热量部分由蒸汽压缩系统的冷凝器提供．部分由辅助加热器提供。该复合系统取代了原来使用的一个23 kW的传统蒸汽压缩系统。在转轮再生温度固定为75。C、系统负荷时．其使用的蒸汽压缩子系统的功率降低到了15kW，复合系统的显热比也从0.47提高到0．73。并使用环境参数进行了逐时的模拟研究，对比了复合式空调系统与传统蒸汽压缩制冷系统的年均能量消耗和花费，结果表明．复合式空调系统收回初投资成本的时间低于五年。徐朝阳等153也分析了此种复合式空调系统的能耗他认为，复合式空调系统将转轮除湿机与蒸汽压缩制冷相结合，采用潜热、显热分开处理的运行方式。

综台利用了蒸汽压缩系统固有的传热效率高、干燥剂除湿方法传质效果好的特点并发现，以转轮除湿器来处理潜热负荷，而以燕汽压缩系统来处理显热负荷，可咀充分满足来自除湿和降温两个方面的要求，且耗电量大为减小。L Zhang等所构建的复合空调系统使用蒸汽压缩机组处理显热，使用液体除湿系统处理潜热．并对其夏冬两季运行性能做了模拟。与传统空调系统相比，该系统在夏冬工况下COP分别提高了20％和100％。由于热湿独立控制系统具有以上优点，因此是构建恒温恒湿空调系统的一个较好的选择。但它也存在一些不足之处，例如系统较复杂，扔投资较大等。

四、使用热回收技术

热回收技术一般指对冷凝热或系统排风进行热回收，用于处理空气或干燥剂的再生过程，因此减少了系建立了干燥剂转轮的模型，对其用于全热回收时在不同运行参数下的性能做了研究。x Yu等对一个地源热泵驱动的恒温恒湿空调系统进行了全年实验研究，他使用冷凝器的部分排热用于处理空气的再热过程，使得运行能耗太幅减少。C．H Liang等建立了一个采用全热回收的独立新风除湿系统。新风首先在全热交换器中与排风做热湿交换，而后通过蒸汽压缩制冷机组的蒸发器进一步降温除湿，最后利用机组的部分冷凝热完成再热，送入房间。结果表明，在实验和模拟工况下，该系统拥有更高的除湿能力，达到传统直接机械除湿的3.5倍；系统的COP达到6,8，提高了2.2倍。文献也都使用到这一技术。http://www.dgzhenghang.com.cn