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1、 1 温湿度独立控制空调系统在工程中的 应用 新疆建筑设计研究院设备所 张锋 摘 要： 通过对乌鲁木齐某医院的空调设计实践， 阐述了干工况风机盘管独立新风空调 系统的原理。介绍了新风量和干工况风机盘管的计算方法。提出了在干燥炎热地 区的空调设计的另一方式。 关键词：温湿度独立控制系统 新风量 干工况风机盘管 进水温度 制冷量 1 引 言 随着我国的国民经济飞速增长，对能源的需求也随之增长， 目前国际能源价格不断的 飙升，对我国的能源政策产生了重大影响，国家对节约能源越来越重视，提出了“节约中 国”的口号，要把我国建设成节约型社会。为了贯彻落实国家的节约能源，保护环境的基 本国策，我国先后颁布了
2、并执行民用建筑节能设计标准JGJ 26-95 及公共建筑节能 设计标准GB50189-2005。为贯彻落实此规范。我区建设厅先后制定颁布了民用建筑节 能设计标准（采暖居住部分）新疆维吾尔自治区实施细则和公共建筑节能设计标准 新疆维吾尔自治区实施细则 。 随着空调业的发展和人民生活水平的提高， 空调的任务已不仅限于保证室内的温湿度 要求， 而应向更高层面的创造良好的舒适环境、 提高室内空气品质和节约能源的方向发展。 针对新疆地区的特殊气候条件， 我区暖通业界专家提出新疆的空调设计应结合新特的 气候特点的重要观点。 并在新疆积极推广温湿度独立控制空调系统， 得到了广大设计人员 的认可。 我院设备所
3、在我区暖通业界专家的指导下将该技术应用到实际工程中， 取得了良 好的社会和经济效益。 2 温 湿 度 独 立 控 制 系 统 ： 2.1 温 湿 度 独 立 控 制 系 统 应 用 条 件 ： 由于新疆地域广袤，基本处于干旱和半干旱地区，夏季气温高且空气干燥，夏季空调 室外计算湿球温度较低。 大部分城市的室外含湿量低于室内含湿量， 新风完全有能力带走 湿负荷。 随着蒸发冷却空调系统在新疆地区的成功应用，对在我区推广实行温湿度独立控 制空调系统，起到了积极的作用。同时新疆地区冬季气候寒冷，基本处于严寒和寒冷区， 根据我区颁布的 公共建筑节能设计标准新疆维吾尔自治区实施细则 新建工程冬季基 本不用
4、风机盘管采暖， 已全部采用热水集中采暖， 冬季只需提供满足病人和医护人员的卫 生要求新 风 量 。 2.2 新 疆 地 区 常 用 的 温 湿 度 独 立 控 制 形 式 ： 目前我区常用的温湿度独立控制空调系统：1、 干工况风机盘管独立新风空调系统， 该系统由风系统承担潜热负荷和部分显热负荷， 干工况风机盘管承担其余的显热负荷；2、 地板辐射供冷独立新风空调系统，该系统由风系统承担潜热负荷和部分显热负荷， 地板 辐射盘管供冷承担其余的显热负荷。由于新风系统采用三级蒸发冷却空调系统， 使得利用 2 干空气 干空气 干空气 干空气 含湿量干空气 温度 循环水蒸发冷却的等焓加湿降温的过程成功的运用
5、在空调系统中， 同时新风系统送风量提 高，进而提高室内的空气品质。由于新风承担潜热负荷和部分显热负荷，减少了其余末端 设备承担的显热负荷，为采用高温冷源创造了条件。 3 温 湿 度 独 立 控 制 系 统 在 实 际 工 程 中 的 应 用 ： 3.1 工 程 概 况 及 空 调 设 计 方 案 ： 乌鲁木齐市某医院，空调使用面积 40000m 2,地下二层，地上二十四层，考虑到医院对 卫生要求的特殊性，和业主协商后，工程采用了干工况风机盘管独立新风空调系统，新 风采用三级蒸发冷却空调系统；冷源采用间接蒸发冷水机组，冷水供回温度采用 1621 ，空调系统原理图见图 1，主要优点有新风采用三级蒸
6、发冷却空调系统，不需要冷源提 供的冷水，新风直接处理，出风温度可达 16，新风承担潜热负荷和部分显热负荷，低 了冷水机组的冷量，由于加大了新风量，进而提高室内的空气品质。本工程采用了间接蒸 发冷水机组提高了冷源的 COP 值,同时由于采用了高温冷水实现了风机盘管干工况的干工 况运行，避免了凝结的产生，免去了冷凝除湿所花的代价，减少了细菌的孳生。 图 1 图 2 3.2 主 要 设 计 计 算 参 数 ： 3.2.1 室 外 空 气 设 计 参 数 ： 乌鲁木齐： 夏季： 大气压力 906.7hPa； 夏季空调室外计算干球温度： twd=34.1； 夏 季空调室外计算湿球温度：t 湿=18.5；
7、相对湿度：31%；露点温度 9.69；空气焓值： 56.11KJ/Kg 干空气；室外平均风速 3.1m/s；风向 NW； 冬季：大气压力 919.9hPa；冬季空调室外计算干球温度：twd=-27； 相对湿度： 80%； 室外平均风速 1.7m/s；风向 S； 3.2.2 室 内 空 气 设 计 参 数 ： 夏季：夏季空调室内计算干球温度：tn=2628；相对湿度：60%。 冬季：冬季空调室内计算干球温度：twd=1618； 相对湿度：5035%。 3.3 冷 水 机 组 供 回 水 温 度 的 确 定 室内风机盘管在干工况下运行时， 为防止出现凝结水， 需要进水温度高于室内露点温 三级蒸发冷
8、却空调机组 新风 新风送风 二次排风 干工况风机盘管新风 房 间 风机盘管风机盘管 间接蒸发冷水机组 3 度，同时为了减小盘管换热面积和尺寸，风机盘管的进水温度又不易过高，应尽量接近其 露点温度。因此露点温度的确定至关重要。 露点温度是一个与空气的干球温度和相对湿度 有关的参数，室内空气的露点温度可由下式确定： t1=8.22+12.4ln(Pq,b)+1.9ln(Pq,b)2 (1) 式中 t1 为室内空气露点温度（） ；为室内空气相对湿度（%） ；Pq,b为室内干球温 度下的饱和水蒸气分压力（KPa） 。根据式 1 在表 1 中列出了乌鲁木齐地区（夏季室外大气 压力 90.67KPa）不同
9、干球温度和相对湿度下的空气露点温度值： 表 1 t/ /% 20 22 24 26 28 40 50 60 70 6.01 9.28 12.01 14.37 7.8 11.12 13.29 16.28 9.59 12.95 15.77 18.2 11.38 14.79 17.64 20.11 13.16 16.62 19.52 22.02 由表 1 可以看出当室内设计温度和相对湿度增加时， 空气的露点温度随之增高， 因此， 为了防止结露，干工况风机盘管的进水温度并不能取定值，而应根据室内的状态点确定。 在干工况风机盘管设计中，考虑到盘管的热阻影响，系统的安全性，一般风机盘管的进水 温度应比室内
10、露点温度高 12,由上表可以看出当室内温度为 26，相对湿度为 50 时，室内露点温度为 14.79，干工况风机盘管的进水温度应为 1617。 间接蒸发冷水机组，利用室外干燥的新风产生冷水，冷水温度理论上可无限接近新 风露点温度， 根据绿色使者空调公司在石河子工程跟踪实测结论，其冷水出水温度在湿球 温度与露点温度之间，乌鲁木齐露点温度为 9.69，湿球温度为 18.5，本工程冷水供 回温度采用 1621。 3.4 新 风 量 的 计 算 方 法 ： 3.4.1 新 风 量 的 计 算 方 法 ： 温湿度独立控制系统的空调系统， 需要分别计算房间的显热负荷、湿负荷和新风显热 负荷，从而确定冷水机
11、组的出力、新风机组和风机盘管各自承担的的负荷。新风首先需要 满足人的卫生要求，同时还需承担潜热负荷和部分显热负荷，应分别计算两种要求的风量 后，取大者。本工程的新风处理采用了三级蒸发冷却机组，处理过程详图 2。 三级蒸发冷却空调机组由七段组成：新风、回风混合段（含新风预热段） 、初效过滤 段、冬季加热段、夏季表冷段（一级） 、板翅式间接蒸发冷却段（二级） 、直接蒸发冷却段 （三级） 、送风段组成。 （如图 3 所示） 三级蒸发冷却空调机的制冷过程(图 5)，W-1 为表冷段（一级） ，12 为间接蒸发 冷却段（二级） ，在一级、二级两个空气处理过程中，空气空气不与水直接接触，空气温 度降低但含
12、湿量不变，此过程为等湿冷却过程。2O 为直接蒸发冷却段（三级） ，空气与 水直接接触，此过程为绝热加湿过程。以下为送风量的计算过程。 W-1 为表冷段（按冷却效率为 50%计算） ： 表冷器（一级） 出口的出风温度：t1=tw-(tw-t湿)xE1=26.3, 4 因此过程是等湿冷却，含湿量不变 d=8.45g/Kg干空气,查 i-d 图：焓值 i1=48.11KJ/Kg干空气,t 湿 1=15.8。 1-2 为间接蒸发冷却段（按冷却效率为 70%计算） ： 间接蒸发冷却段（二级）的出风温度：t2=t1-(t1-t湿 1)xE2=18.95,因此过程是等 湿冷却，含湿量不变 d=8.45g/K
13、g干空气,查 i-d 图：焓值 i2=40.57KJ/Kg干空气,t湿 2=13.27。 2-O 为直接蒸发冷却段（按冷却效率为 70%计算） ： 直接蒸发冷却段（三级）的出风温度：t0=t2-(t2-t湿 2)xE3=14.97,因此过程是绝 热加湿， 焓值不变 iO=40.57KJ/Kg干空气,查 i-d 图： 含湿量 d=10.06g/Kg干空气, 相对湿度 85%。 根据室内温度 26，相对湿度 50%,查 i-d 图：含湿量 d=11.89g/Kg干空气,室内焓 iN=56.57KJ/Kg干空气。 消除余湿所需新风量：室内设计含湿量, 根据湿负荷平衡方程式 W0=G新(dn-d0)(
14、式 3.4-1)（其中 W0为房间湿负荷室内设计温度 26，相对湿度为 50时，人员的产湿量为 109g/(h人), dn为室内含湿量 dn=11.89g/Kg干空气, d0为送风含湿量 d0=10.06g/Kg干空气， 空气密度 p=1.2m 3/h） ，可以计算出带走湿负荷所需新风量 50m3/(h人)。病房满足人的卫 生要求新风量为 50m 3/(h人)，由此可看出依靠新风系统就可以消除余湿。 根据热平衡方程式 Q显= G新*CP*(tn-t0) (式 3.4-2)（其中 Q显为新风承担的空调显热 负荷, G新为新风的质量流量, tn为室内温度 26, t0为送风温度 14.95） 。根
15、据本工程 住院部病房面积推算出人均面积指标为 10m 2/人 （含陪护） ， 可以计算新风量承担的房间显 热负荷为 19w/m 2。 图 3 图 4 3.4.2 新 风 量 负 荷 承 担 情 况 ： 由于提高了风机盘管的进水温度， 在消除相同余热的情况下风机盘管的换热面积有所 增大，即提高了风机盘管的选用型号，风机盘管过多影响到房间的美观，同时增大了维修 量，为了解决此问题本设计中增大 新风量， 使其承担了一部分空调显热负荷， 根据绿色 使者空调公司对已做工程的实际运行调查总结和参考温湿度独立控制空调系统 （刘晓 华、江亿著）经计算比较确定本工程独立新风系统承担 45空调显热负荷，干工况风机
16、 盘管承担了 55空调显热负荷，根据式 3.4-2 计算出新风量。这样即可以提高空气品质 也可减少风机盘管所带负荷，减少投资。其处理过程如图 4。本工程中每层设置了一个新 风机房，供本层新风使用。 3.5 干 工 况 风 机 盘 管 的 设 计 选 型 分 析 3.5.1 干 工 况 风 机 盘 管 的 运 行 分 析 5 风机盘管是半集中式空调系统中必不可少的末端设备， 其性能受到冷媒水的进水温度 和流量、横掠盘管的空气流速以及空气状态参数等多种因素的影响。一般情况下，原空调 设计认为进水温度为 7时空调的整体经济效益最好，因此许多盘管生产厂家给出的设计 参考数据一般是进水温度 710的数据。然而当采用干工况风机盘管系统时，特别采 用间接蒸发冷水机组为冷源时， 盘管的进水温度一般较高， 生产厂家提供的数据不再适用， 有必要对
