新风预表冷承担室内湿负荷节能分析研究

杨朝杰段洋倪明楷

1国药集团重庆医药设计院有限公司 2重庆大学城市建设与环境工程学院 3航天城工程指挥部

0 引言

1）节能需要

能源消耗费用在部分工业建筑的生产成本中占有较大比例，节约能源是大多数业主迫切需求；特别是对于一些需要空气净化的建筑，其空调能耗在能源消耗中占的比重较大，根据调研，比如在制药工业中，暖通空调的系统的运行能耗通常能达到30%～45%。特别是在项目回访中，业主常提及空调系统节能问题；比如业主为了节能常常建议将一些本需要排风的房间做成回风，或设计热回收设施，或降低设计的送风量；以降低空调的能耗，但通常这些措施要么牺牲了受控区域的舒适性或工艺需求，或增加了较大的初投资。

2）规范要求

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015第8.5.17条[1]：除特殊的工艺要求外，在同一个空气调节系统中，不宜采用冷却和加热、加湿和除湿相互抵消的过程。

条文解释：采用单独的新风处理机组专门对新风空气中的湿负荷进行处理，使之一直处理到相应与室内要求参数的露点温度。药厂空调设计时，目前大家很少关注这一条规范，通常都是先表冷后再热，存在冷却和加湿相互抵消的情况。而新风预处理与温湿度分控的方法能部分或全部的减少冷热抵消的问题。

1 组合式空调系统新风预表冷的节能原理

组合式空调系统新风预表冷的节能原理本质上是利用回风相对较高的温度与深度表冷后的低温新风混合，同时减少了新风需要的再热量和回风需要的表冷量。

图1为常规的空气处理过程，W表示新风状态点，N表示室内状态点（回风状态点），S代表送风状态点，L1、L2代表机器露点。

图1 常规的空气处理方案

因为表冷器除湿的特点是：将空气冷却到露点温度后才能除湿；表冷器除湿通常伴随这空气温度的降低，所以室内空气和新风要处理到送风状态点，只有经过先表冷再再热的处理过程，这样就存在一个冷热抵消问题，造成能源的浪费。

而利用回风相对较高的温度与深度表冷后的低温新风混合，同时减少新风需要的再热量和回风需要的表冷量。

2 净化空调系统新风预表冷节能分析的技术路线

2.1 影响组合式空调系统新风预表冷的冷量的因素

图2为新风预表冷承担室内湿负荷的空气处理方案，它其实在设计中只是一种理想工况，只有当设计新风状态点（与所处的地理位置有关）、新风比、送风焓差、热湿比以及处理露点温度等在实际工程案例中刚好达到或能达到某个值时才能实现。经过综合分析，当空调系统总的送风量确定后，空调系统新风预表冷方案所需表冷再热量受以下几个因素的影响：项目所在地的气象参数、新风比、送风焓差以及送风点的机器露点（和系统的湿负荷相关）。

图2 新风预表冷承担室内湿负荷的空气处理方案

2.2 技术路线

2.2.1 技术路线图

对于一个送风量已经确定的空调系统，系统的风量确定了后，湿负荷决定了送风湿差，冷负荷决定了送风焓差；同时考虑到回风不再承担房间的湿负荷，新风需要完全承担房间的全部湿负荷，空调系统新风预表冷的技术方案是确定系统的送风湿差，再来计算其他各个变量变化对系统冷量的影响。具体路线图如图3。

图3 技术路线图

3.2.2 初始条件的选取

根据气候与建筑能耗的关系，参照论文《关于中国建筑节能气候分区的探讨》，对中国建筑节能气候分区分为8个区：严寒无夏、冬寒夏凉、冬寒夏热、冬冷夏凉、夏热冬冷、夏热冬暖、冬寒夏燥、冬暖夏凉[2]。由于本课题只是对夏天的空调系统的制冷量进行分析，实际夏天只有4个分区：无夏（注：指夏季非常短暂，气温不太高）、夏凉、夏热、夏燥。

对夏燥地区（注：典型地区如乌鲁木齐、西宁、兰州）进行焓湿图分析，可以发现在新回风混合后的状态点如果仍在焓湿图的送风点左侧，则不存在夏季表冷再热相互抵消形成的一种浪费，此时，新风本身就能承担房间的湿负荷，某些湿度要求高的系统甚至不需要除湿，还要加湿，此时采用新风预表冷（承担室内湿负荷）的方案就无从谈起。

本文分别选取了夏热地区的重庆和夏凉地区的昆明这两个典型城市的气象参数进行分析。

所有的计算基础风量均为10000 m3/h；室内空气状态点均为24℃，55%。

考虑到大多数情况房间的产湿量不大，湿差的选取只取 4 个典型数据：0.1、0.3、0.6、0.9 g/kg干空气。

新风比选取10%、20%、30%～100%十个数据作为计算依据。

送风焓差分别选取 3、4.5、6、7.5（或 3、5.5、8、10.5）kJ/kg四个数据作为计算依据。

4 不同方案计算结果与数据分析

根据技术路线的要求，一共有384个空调系统方案的计算。本文只列出重庆和昆明地区相比常规的新风回风先混合后表冷再热的方案，在送风湿差为0.3 g/kg干空气时其节约的冷量率的计算结果，详见表1～表2。

表1 重庆地区湿差为0.3 g/kg干空气的节约冷量率/%

在表1～2中：

1）调新风露点的含义是：当新风比很小，而送风湿差较大时，新风如果承当房间的湿负荷，其新风露点会需要处理到很低时，才能实现。但这与冷水供回水温度相关。因为为了满足常规的7/12℃冷水能处理到的新风露点，采用将回风取出一部分先与新风混合，以降低一次表冷所需要处理的露点温度。

表2 昆明地区湿差为0.3 g/kg干空气的节约冷量率/%

2）同一个地区，在相同的送风焓差和新风比情况下，当送风湿差在0.1 g/kg·干空气，0.3 g/kg·干空气，0.6 g/kg·干空气依次增加时其节约冷量率会相应增加；但送风湿差从0.6 g/kg·干空气增加至0.9 g/kg·干空气时，变化规律是：新风比小时，节约冷量率减少，新风比越大，其节约冷量率减少幅度减少，部分情况时节约冷量率也可能小幅增加。其原因是由湿空气本身特性所决定的，通过焓湿图可发现，在湿空气温度增加时，其饱和空气的绝对含湿量变化率是由慢到快的过程，从而影响计算的露点温度的变化速率和冷量变化率。

5 结论

对以上计算数据的分析可以得出以下结论：

1）新风比越大，节能率越小，当新风比≤60%时，节能率一般能达到15%～55%，新风比如果在70%～80%时，节能率就相对比较低了。如果新风比较小，而处理露点温度达不到，采用调整回风的方式，可能无法节能，所以对低新风比的系统，还需要校核新风能处理到的露点。

2）送风焓差越大，节能率越小。

3）相同新风比，相同送风焓差时，节能率通常随湿差的增加而增加。

4）节能率夏凉地区高于夏热地区，但实际节约能量的绝对值是夏热地区高于夏凉地区。