空调系统中热湿处理过程的评价方法及应用

王 厉,李念平

(湖南大学土木工程学院,长沙 410000)

王 厉,李念平

(湖南大学土木工程学院,长沙 410000)

提出对热、湿处理过程进行单独评价的概念,并构建了相应评价指标。以某一次回风空调系统的典型夏季空气处理过程为例,在热力学极限意义上阐明了对热、湿处理进行单独评价的实施过程,计算结果表明该空气处理过程的显热效明显高于潜热效,潜热效低下的原因主要在于再热显热损和冷凝水损,因此从潜热效看,表冷器并不是一个节能的除湿设备,采用露点送风回热措施可以有效提高潜热效,结果表明在空调系统分析中采用热、湿独立评价可以更好地评价其利用表现并提出针对性措施。

;负荷;显热效;潜热效;空调系统

1 湿空气的负荷

空调处理的主要对象是湿空气,由干空气和水蒸汽组成,在常压情况下,可以将两者视为理想气体,由于湿空气的温度以及其中干空气、水蒸汽分压力和环境不同,湿空气对环境具有一定的做功能力,该做功能力就是湿空气的。按照焓的定义,在常压下,单位质量湿空气的可以表示成[15]：

由式(2)、(3),当单位质量湿空气从状态n点变化到状态s点时,其显热和潜热的变化分别由式(4)、(5)表示：

若Ts＜Tn,则上式右边第1项的物理意义表示表示微小变化时,湿空气等湿冷却所需要的显热,右边第2项表示湿空气水蒸汽含量变化所引起的显热变化。对于通常的降温除湿过程,第1项远大于第2项,则第2项可以忽略不计,因此当湿空气从一个状态降温除湿到另一个状态时,湿空气显热的改变相当于其所经历的若干微元等湿冷过程却所消耗的显热的总和。反之亦然。

同样,当过程变化非常小,即→时,由式(5),湿空气的潜热的微小变化为：

理想情况下,采用无限大风量消除室内余热、余湿时,势差极小,则将送风量G乘以式(6)两端,可推导得到室内显热负荷所对应的最小显热负荷△：

式中Qs为室内显热负荷。上式与式(8)相比误差一般在5%左右,其物理意义相当于将显热从室内转移到环境所需要消耗的理论。

同样,将送风量G乘以式(7)两端,可推导得到室内潜热负荷所对应的最小潜热负荷△EXl,min,in为：

其物理意义为将余湿从室内空气环境对应的水蒸汽分压力状态转移到环境对应的水蒸汽分压力状态所需要消耗的理论。

2 空调处理过程的效评价指标

通常室内余热、余湿的比值关系常采用热湿比来表示,它对应于能量分析概念。在分析层面上,提出如下室内负荷比：

3 实例分析

以某商场一次回风空调系统典型夏季工况的热、湿处理过程为例进行分析。空调系统设计参数见表1。

表1 空调系统设计参数

针对上述空调对象,采用表冷器对湿空气进行减湿降温处理,同时采取理想化假设进行初步分析,包括：

1)湿空气能处理到100%相对湿度线。

2)表冷器处理过程无不可逆损失。

这2个假设虽然非常理想化,但却具有热力学极限意义。

表2 系统计算参数

表2 系统计算参数

设计参数 数值 单位室内最小负荷3.164 kW室内最小显热负荷0.707 kW室内最小潜热负荷2.457 kW新风负荷0.650 kW新风显热负荷0.1 kW新风潜热负荷0.55 kW室内负荷比28.8 %最小显热负荷0.807 kW最小潜热负荷3.007 kW

当采用新回风先混合再处理的一次回风方式时,其空调处理过程见图 1,其中系统送风量为17 170 m3/h。系统状态P在饱和线上且与送风状态S具有相同温度,当混合空气处理到该状态时,即认为达到了消除显热的目的,则在将混合空气从C处理到P的过程中为降低温度所消耗的显热即为系统的显热输入,而从C处理到L过程为降低湿度所消耗的即为系统的潜热输入。因此C-O处理过程所耗全部为显热输入,O-P处理过程所耗一部分为显热输入,另一部分为潜热输入,P-L处理过程所耗全部为潜热输入并由显热和潜热2部分组成。

图1 一次回风空调过程

当湿空气从状态1减湿变化到状态2时,根据式(7),有

该式左边第2项表示将湿空气从状态1减湿到状态2所消耗的最小。

由于露点L和送风点S比环境温度低,所以理论上可以不消耗而使湿空气从L再热到S送风点。根据图1所示的空调处理过程进行计算得到的结果见表3和表4。

表3 空调处理过程的显热效

表3 空调处理过程的显热效

表4 空调处理过程的潜热效

在实际空气处理过程中,表冷器和被处理空气间存在较大的传热温差,而且露点空气的再热过程往往要消耗额外热,因此实际的显热效和潜热效将大大低于理想情况下的效率。

4 结 论

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(编辑 胡英奎)

Method and Application of Independent Exergy Evaluation of Temperature and Humidity Control in HVAC System s

WANGLi,LINian-ping

(College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410000,P.R.China)

The conception of independent exergy evaluation of tem perature and humidity contro l in HVAC system s is proposed w ith the corresponding evaluation indexes presented.This type ofevaluation process is illustrated in an air conditioning system w ith p rim ary return air from the view of thermodynam ics.The results show that exergy efficiency of sensible heat is larger than that of latent heat.The reason lies in the fact that the destructions in reheat process and condensed water are very serious.It is concluded that the surface air cooler is not an energy-saving equipment in respect of exergy utilization,and the regeneration of the supp ly air stream at the state of dew point would improve its exergy efficiency of latent heat.The analysis indicates that this independent exergy evaluation is benefit for the exergy evaluation for HVAC system s,and it provides effective resolutions.

exergy;exergy load;exergy efficiency of sensible heat;exergy efficiency of latent heat;HVAC system

TU831.1

A

1674-4764(2011)02-0106-06

2010-08-05

国家自然科学基金资助项目(50878078)

王厉(1976-),男,博士生,主要从事空调系统分析和能耗分析,(E-mail)deepstoh361@163.com。李念平(通讯作者),男,教授,博士生导师,(E-mail)linianping@126.com。