舒适性空调系统不同除湿方式的经济性分析

高 俊 峰

(山西省建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

随着国民经济的快速发展，人们的生活水平日益提高，舒适性空调系统的需求越来越多。据统计，空调能耗约占建筑能耗的35%，甚至更高。而空调湿负荷约占空调总负荷的30%～50%。由此可见，降低空调系统除湿能耗，对降低空调能耗有显著的作用。本文通过分析冷凝除湿和溶液除湿的机理，结合工程实例空调处理过程的能耗计算，得出空调系统采用溶液除湿具有显著的节能效果，同时，还可以提高室内空气品质。

1 冷凝除湿和溶液除湿原理

即使空调房间具有相同的空调负荷，采用不同的空气处理过程，所消耗的能量也是不同的。舒适性空调系统常用的除湿方式为冷凝除湿和溶液除湿。

1)冷凝除湿：湿空气流经低温表面，使其温度下降至露点温度，湿空气达到饱和状态，其中的水蒸气冷凝析出。该方式需要提供较低温度的冷水，可采用冷水喷淋、表冷器、冷冻除湿等。

空调机组表冷器通常利用7 ℃冷冻水，去除建筑物内部的潜热负荷(湿负荷)和显热负荷。通过这种耦合处理方式来控制室内的温度和湿度，室内空气中的水分通过冷凝方式去除，空气的含湿量虽然满足要求，但送风温度太低，室内舒适度降低，在送风温差要求较小的情况下，还需要对送风进行再热，造成了成本的增加和能源的浪费。

2)溶液除湿：除湿溶液喷淋到湿空气中，以湿空气的水蒸气分压力与除湿溶液表面的饱和蒸汽分压力的差值为动力而进行的热湿传递。由于湿空气中水蒸气的分压力大于除湿溶液表面饱和蒸汽分压力，所以，水蒸气从湿空气传递到溶液中，释放冷凝热。湿空气的含湿量降低，溶液吸湿，浓度降低，温度升高。

溶液除湿热泵空调机组由溶液除湿模块、溶液再生模块、间接蒸发模块、蒸发冷却模块、溶液调湿模块、制冷模块(内置压缩机)组成，气流流程如图1所示。

该空调机组空气处理过程中，新风除湿过程完全由溶液除湿模块和溶液调湿模块承担，驱动能源是低品位的压缩机冷凝热以及低焓值的排风共同作用，室内显热负荷由空调机组表冷器承担，表冷器干工况运行。冷水温度可以提高到13 ℃～16 ℃，蒸发器蒸发温度随之提高，而蒸发温度每提高1 ℃，压缩机制冷效率可提高3%左右。可见，采用溶液除湿可以降低压缩机能耗。新风、排风通过溶液进行热湿交换(全热交换)，相对于应用较为普遍的转轮式和板翅式全热回收，不仅避免了新风与排风之间的交叉污染，而且还具有杀菌和除尘功能，起到对新风净化的作用。

2 不同除湿方式下空调系统能耗计算

以太原市某剧场观众厅空调系统为例，分别计算两种除湿过程的能耗。该观众厅建筑面积798 m2，座位数882人，最大净高12 m。经计算，空调总冷负荷为100 871 W，湿负荷为12.3 g/s，热湿比ε=8 195。室内设计温度26 ℃，相对湿度50%。总送风量77 700 m3/h，风机温升1 ℃，根据风平衡计算，最小新风量16 000 m3/h，人均新风量18.1 m3/(h·P)，满足规范要求。空调机组配置新排风全热交换器，全热交换效率为70%，排风量为新风量的85%。

2.1 一次回风冷凝除湿全热回收空气处理

空气处理过程：W点新风经全热回收处理后至P点，再与N点回风混合至C点，经表冷器降温除湿至L点，经再热至M点，经送风机温升至O点送入室内，焓湿图见图2。该过程空调机组的供冷量为309 kW，再热量为146 kW。

2.2 二次回风冷凝除湿全热回收空气处理

空气处理过程：一次回风量9 995 m3/h，二次回风量50 785 m3/h。W点新风经全热回收处理后至P点，与N点一次回风混合至C点，经表冷器降温除湿至L点，再与N点二次回风混合至M点，经送风机温升至O点送入室内,焓湿图见图3。该过程不需要再热，避免了冷热抵消。该过程空调机组的供冷量为163 kW。

2.3 溶液除湿热泵机组空气处理

空气处理过程：W点新风经溶液除湿热回收、多级间接蒸发、调温调湿处理后到K点，N点回风冷却至M点，M点回风与K点新风混合至O′点，经风机温升至O点送入室内，焓湿图见图4。室内湿负荷由新风全部承担，压缩机只承担室内显热负荷。新风从W点处理到K点需提供的冷量为34 kW，空调机组需对回风降温，需提供的冷量为57 kW，空调机组需提供的总冷量为91 kW。

3 结合冷源分析整个系统节能效果

该项目受条件限制，采用风冷电制冷螺杆机提供7 ℃～12 ℃，COP为3.55，冷水泵耗电输冷比0.010 47。若采用溶液除湿热泵空调机组，由于内置压缩机，基本无输送能耗，整机制冷COP为3.46。则冷源及输送系统能耗见表1。

表1 冷源及输送系统能耗

4 结论

本文结合工程实例，对空调系统采用冷凝除湿与溶液除湿的除湿机理和能耗进行分析，得出空调系统采用溶液除湿方式具有以下优点：

1)热、湿负荷解耦处理，避免了过度冷却和再热的能量损耗，能源利用效率高，具有显著的节能效果。

2)空调表冷器干工况运行，避免了凝结水盘由于冷凝水造成滋生病菌的缺点。通过对新风喷淋溶液，能有效地去除空气中的尘埃、细菌等有害物质，可以对新风进行净化处理，提高室内空气品质。