随着我国国民经济迅速发展,人民的生活质量不断提高,能耗设备和居住的舒适程度逐渐成为人民追求的“新热点”,这也就导致建筑能耗的不断增加。
根据资料显示,全国的建筑能耗约占总能耗的30%左右。对于建筑来说,能耗的多少主要反映在其空调系统、照明系统、人员配置和其他设备等的运行水平。
这其中,以中央空调为例,其能耗一般占到建筑总能耗的40%~50%左右。糖心vlog入口
由此可以看出,空调能耗是建筑总体能耗的主要“贡献者”,因此,想要控制或降低建筑能耗,必须要从占建筑总体能耗大头的空调能耗入手。
目前,温湿度独立控制空调系统是一种较为新颖的空调系统,其节能效果良好,控制效果好,有较多学者对该系统进行了大量的理论研究。
本文以一个实际项目作为案例,全面分析不同形式的温湿度独立控制空调系统在能耗方面的差异,并给出最为合理的建议。
该项目位于天津市开发区,大楼在设计之中着重突出“低碳”“节能”概念。建筑共9层,其中1、2层主要为展厅,3~7层为办公区,8、9层为展厅。本方案主要针对建筑的3~9层空调区域进行空调系统设计。
本方案根据天津市气候特点及建筑使用功能,设计了温湿度独立控制空调系统,并将其从节能、健康、舒适性等方面与常规空调系统进行了对比分析。
其中,冷源采用常规电制冷-冷水机组作为系统冷源,产生7/12℃冷冻水供给末端。末端采用一次回风全空气空调系统形式,室外新风与室内回风在组合式空调箱内利用7/12℃冷冻水冷凝除湿至送风状态点后送入室内。
末端安装VAV变风量装置,在部分负荷下,送风参数不变,通过使用变风量末端改变送风量,调节房间温湿度。
其中,热源由市政热网高温热水直接提供。末端采用一次回风全空气空调系统形式,室外新风与室内回风在组合式空调箱内利用市政热网提供的热水加热加湿至送风状态点后送入室内。
末端安装VAV变风量装置,在部分负荷下,送风参数不变,通过使用变风量末端改变送风量,调节房间温湿度。
通过分析常规空调系统夏季运行原理,其通过冷却装置,对空气进行除湿和降温,产生干燥、合适温度的末端送风,从而实现了对空调房间室内排热排湿的需求。
但是,采用这种空气处理的方式会对能源消耗、室内空气品质、风量控制、舒适度等方面产生一定的影响。
因为要使用冷凝除湿的方法去除室内余温余湿,故冷源产生的冷水温度必须小于室内空气的露点温度。
一般情况下,常规空调系统的冷冻水温度约为7℃。在空调系统中,显热负荷(排热)约占总负荷的50%~70%,而潜热负荷(排湿)约占总负荷的30%~50%。
由此可以看出,显热负荷与潜热负荷通过7℃的低温冷源处理排出,但实际上显热负荷本可以通过更高温度的冷源排出,因而使得能耗较大、能源浪费。
使用常规空调系统时,由于余温余湿都由空调表冷器进行处理,故显热负荷和潜热负荷被同时进行处理,其处理的比例处在一定范围内。
当室内潜热负荷或显热负荷明显高于或低于另一负荷时,由于表冷器仍然同时处理,故会出现室内温度过冷(控湿未控温)或潮冷(控温未控湿)等现象,造成人体舒适性降低。
由于常规空调系统通过低温除湿后,会在流经表冷器时产生冷凝水,使得表冷器表面潮湿、积水,容易滋生各种细菌,随着处理后的空气吹向室内,危害人体健康。
再者,表冷器上不光会有凝结水,时间长了还会积累大量灰尘,同样会随着处理后的空气吹向室内,增加人体可吸入颗粒物的含量。
定期清洗过滤器虽然可以起到缓解的作用,但无法从根本上避免这一现象。
当室外气候发生变化引起空调负荷变小时,VAV将减小送风量以保持室内温度不变,而此时如果室内人数不变,送风量的减小将造成新风量的减小,以致新风量无法满足室内人员卫生要求。
VAV空调系统对自动控制要求较高,控制系统复杂,实际运行过程中由于调节复杂一般很难达到设计预期的效果。而且自控设备、末端装置价格很高,将使整个系统初投资增大。
作为办公建筑项目,建筑内空调系统必须达到健康、舒适、节能等多方面要求。
由分析可知,以上问题都是由常规系统中冷凝除湿的原理引起的,如果不对空调系统形式进行根本性改变,就无法彻底解决。
基于溶液调湿技术的温湿度独立控制空调系统具有以下显著优势:
温湿度独立控制空调系统中,通过两种独立的系统来分别独立控制温度和湿度,避免了常规空调系统中热、湿联合处理的损失。
同时,经过热力学优化后的热泵循环系统,其综合COP(性能系数)可达5.5以上,比常规空调系统的冷源制冷效率要高。
现有地源热泵作为冷热源,只需要承担室内的显热负荷,因而可以提高冷源的冷冻水供水温度至15~17℃(常规系统为7℃),可大大提高冷源的机组效率COP(性能系数)。另外,初夏时节,地源热泵系统可运行直供模式,极大地节约系统能耗,节省运行费用。
温湿度独立控制空调系统通过设置溶液全热回收装置,可以高效回收排风能量,减少新风处理能耗,而且机组内新风、排风风道独立,不存在交叉污染。
温湿度独立控制空调系统通过独立控制温度和湿度,可以满足室内不断变化的显热负荷和潜热负荷,更好地进行空气调节,有效避免了室内温/湿度过高(或过低)的现象。
温湿度独立控制空调系统采用溶液式热泵机组,其中的溶液可有效实现杀菌、去除颗粒物等功效,且除湿过程与传统除湿方式不同,没有潮湿表面,从根本上杜绝了细菌霉菌的滋生,净化了吹向室内的空气,避免了送风的二次污染,确保了室内人员的健康舒适。
热泵式溶液调湿新风机组性能稳定,使用寿命长。自2003年至今,于北京、上海、天津、深圳、江苏、山西、安徽、云南等多地项目中都有运用,目前运行状况均良好。
冷源采用地源热泵机组作为系统冷源,产生15/20℃冷冻水供给末端。
在初夏时节地下土壤温度较低时,可不用开启热泵机组,直接通过地埋管利用地下冷量得到高温冷冻水,承担部分显热负荷。
空调末端采用热泵式溶液调湿新风机组(HVF)+地板送风的空调系统形式,室外新风在热泵式溶液调湿新风机组(HVF)中经过全热回收、溶液降温除湿处理至干燥状态点,送入地板送风专用空调机组,与室内回风混合后利用高温冷水降温处理至送风状态点,送入室内。
热源采用地源热泵机组作为系统热源,产生热水供给末端。末端采用热泵式溶液调湿新风机组(HVF)+地板送风的空调系统形式,室外新风在热泵式溶液调湿新风机组(HVF)中经过全热回收、溶液加热加湿处理至湿润状态,送入地板送风专用空调机组,与室内回风混合后利用热水加热至送风状态点,送入室内。
冷源采用地源热泵机组作为系统冷源,产生15/20℃冷冻水供给末端。末端采用热泵式溶液调湿新风机组(HVF)+干式风机盘管的空调系统形式。
由热泵式溶液调湿新风机组对新风进行独立除湿,承担室内湿负荷,同时承担去除室内CO2、异味的任务,以保证室内空气质量糖心vlog。
风机盘管仅承担室内显热负荷,冷冻水供水温度可由常规的7℃提高到15℃左右,可实现干工况运行。