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空調(diào)除濕設(shè)計(jì)中再熱量分析及其冷凝熱的利用

對(duì)于濕負(fù)荷較大和熱濕比較小的工程,通常采用一次回風(fēng)系統(tǒng),如工程的相對(duì)濕度有要求,在其夏季空氣處理過(guò)程中,往往需要采用再熱器來(lái)加熱經(jīng)冷卻減濕后的空氣,使處理的空氣達(dá)到要求的送風(fēng)狀態(tài),從而保證空調(diào)區(qū)域的相對(duì)濕度在要求的范圍內(nèi)??照{(diào)再熱量的計(jì)算通常是在設(shè)計(jì)工況確定的,首先確定空調(diào)房間的余熱Q、余濕W,計(jì)算熱濕比ε=Q/W,然后根據(jù)送風(fēng)溫差確定工程內(nèi)的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S,如圖1所示,據(jù)此可以確定空氣處理設(shè)備的再熱量:

 

Qz=G×(S-iL)/3600kW

1)式中:

 

G——送風(fēng)量kg/h

 

iS——要求送風(fēng)狀態(tài)的焓值kJ/kg干空氣

 

iL——空氣經(jīng)表冷器后的焓值kJ/kg干空氣

 

 

 

1一次回風(fēng)夏季處理示意圖

 

顯然,對(duì)于余熱較小的工程,其熱濕比ε較小,要求的送風(fēng)狀態(tài)的焓值iS比較大,要求的再熱量Qz2就大。


然而,按上面方法計(jì)算出來(lái)的再熱量,在實(shí)際運(yùn)行中往往偏小,造成房間內(nèi)相對(duì)濕度值大于設(shè)計(jì)值,究其原因,主要是以上設(shè)計(jì)中工程余熱Q的計(jì)算是按夏季最不利工況(除去不保證時(shí)間)確定的,工程內(nèi)大部分時(shí)間的實(shí)際余熱值比設(shè)計(jì)值小得多,其熱濕比ε也較設(shè)計(jì)工況要小,因此,在余熱較小時(shí),實(shí)際需要的再熱量大于(1)式的計(jì)算值。

 

2除濕最不利工況的確定

 

顯然計(jì)算再熱量的最不利情況不是工程內(nèi)余熱Q最大的設(shè)計(jì)工況,而是余熱相對(duì)較小的過(guò)渡季節(jié)。工程余熱Q=Q人+Q設(shè)+Q圍,顯然,受季節(jié)影響較大的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱形成得熱負(fù)荷Q圍,下面分別對(duì)于地面工程和地下工程的Q圍情況進(jìn)行分析。

 

地面工程

 

地面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱包括外墻和屋頂傳熱得熱和窗戶的日射得熱,在春夏之交的過(guò)渡季節(jié)特別是在梅雨季節(jié),由于室外溫度不是太高,加上梅雨季節(jié)日射長(zhǎng)期不足,因此Q圍顯然比設(shè)計(jì)工況要小,加上梅雨季節(jié)室外空氣含濕量比較高,通過(guò)滲透形成的濕負(fù)荷比較大,因此,此時(shí)的應(yīng)是最不利工況,為了滿足室內(nèi)濕度的要求,余熱的不足應(yīng)由再熱來(lái)補(bǔ)充,顯然,再熱量的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)此時(shí)房間的余熱計(jì)算。

 

地下建筑

 

對(duì)于淺埋地下建筑,圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷Q圍的計(jì)算主要依據(jù)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度,分別從頂部、底部和側(cè)墻進(jìn)行傳熱計(jì)算[1],但其基本思想是夏季壁面溫度最高,從而確保工程制冷設(shè)備的容量。盡管地下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)Q圍受外界氣溫和日射瞬時(shí)變化的影響很小,但地下建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度在一年中按周期性變化,可按(2)式進(jìn)行傳熱計(jì)算,地面以下的溫度場(chǎng)為:

 

2)

 

式中:

 

——地層材料的導(dǎo)溫系數(shù)

 

x——距地表面深度

 

Aw——表面溫度年周期性波動(dòng)振幅(℃)τ——時(shí)間(h)

 

Z——溫度年波動(dòng)周期(h)

 

由(2)式可知,半無(wú)限大物體內(nèi)任意平面x處,它的溫度隨時(shí)間的變化與表面x=0處的溫度變化規(guī)律相類似,都是周期相同的余弦函數(shù)規(guī)律,任意平面x處溫度簡(jiǎn)諧波的振幅為:


3)

 

距地面x處的溫度波比表面要落后一個(gè)相角,延遲時(shí)間為:

 

4)

 

由此可知,對(duì)于地下建筑,自然情況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度波動(dòng)幅度較小,并有時(shí)間延遲,對(duì)于平均埋深約5米的地下建筑,其溫度波幅僅為地面的1/5左右,并且溫度波延遲約3個(gè)月,使得工程在春夏之交的季節(jié),圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度仍處于一個(gè)較低的水平。

 

對(duì)于常年使用的地下商業(yè)建筑,由于存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與工程內(nèi)空氣的相互作用,其溫度與自然情況有所不同。大致可分為以下幾種情況,冬季采暖和冬季不采暖。

 

南方地區(qū)工程,冬季通常不采暖,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季放出熱量,用來(lái)加熱工程內(nèi)的空氣,工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度低于自然情況的溫度;到室外氣溫升高,和工程內(nèi)人員及設(shè)備發(fā)熱量共同作用于使工程內(nèi)的溫度高于圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度時(shí),圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收熱量,工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度高于自然狀態(tài)下的溫度,圖2為某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度全年變化的示意圖。顯然,工程內(nèi)的發(fā)熱量愈大,冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)加熱空氣消耗的熱量比較少,并且工程內(nèi)空氣加熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的時(shí)間愈長(zhǎng),圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總體溫度愈高,但溫度波的衰減和延時(shí)的趨勢(shì)仍然比較明顯,通常對(duì)于冬季不采暖的地下建筑,其維護(hù)結(jié)構(gòu)溫度在過(guò)渡季節(jié)(春夏之交)比設(shè)計(jì)工況(最大值)低2~4℃,此時(shí)的余熱小于設(shè)計(jì)工況,因此,系統(tǒng)的再熱量應(yīng)按此時(shí)來(lái)設(shè)計(jì)方能滿足除濕要求。

 

 

 

2某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度全年變化的示意圖

 

3再熱量的獲取

對(duì)于冬季采暖的地下建筑,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度在一年絕大部分時(shí)間被加熱,因此,其溫度總體水平高于自然狀況下的總體水平,且波動(dòng)幅度比較小。并且這類工程通常地處比較干燥的北方,除濕問(wèn)題并不突出。因此,系統(tǒng)再熱量的計(jì)算主要是南方地區(qū)的地下建筑面臨的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

 

 

然而,實(shí)際工程中,由于空氣處理中的再熱將抵消一部分冷量,產(chǎn)生再熱負(fù)荷??諝庠贌崽幚聿粌H使冷負(fù)荷增大,同時(shí)還需增加加熱量,尤其對(duì)于余熱較小的工程,再熱量比較大,通常設(shè)計(jì)人員無(wú)法心理無(wú)法接受,因而,諸多工程去掉再熱段,采用最大溫差送風(fēng)(露點(diǎn)送風(fēng))。這樣,犧牲了工程的質(zhì)量指標(biāo),使工程相對(duì)濕度難以滿足設(shè)計(jì)要求,尤其在春夏之交,工程內(nèi)的濕度非常大,特別是小余熱工程,以致影響工程的使用。如某地下家具商場(chǎng),采用直接蒸發(fā)式空調(diào)器進(jìn)行空氣處理,并采用露點(diǎn)送風(fēng),工程內(nèi)相對(duì)濕度經(jīng)常超過(guò)80%,梅雨季節(jié),工程內(nèi)異常潮濕,地板有少量凝結(jié)水,并且風(fēng)口有結(jié)露現(xiàn)象,此時(shí)空調(diào)效果很差,用戶無(wú)所適從,影響工程的正常使用。

 

因此,從空氣處理原理可知,要確保工程內(nèi)的濕度不致過(guò)高,再熱是無(wú)法省略的,但對(duì)于余熱較小的地下工程,其再熱量是非??捎^的,表2表示熱濕比ε和再熱量之間的關(guān)系(送風(fēng)量為100kg/h,工程的相對(duì)濕度為70±5%,溫度為26℃,工程散濕量為18kg/h)。

 

2熱濕比ε和最小再熱量的關(guān)系

 


 

顯然,工程余熱量Q愈小,ε就愈小,要求的再熱量Qz就越大,如采用電熱,這既增加了運(yùn)行能耗,又增加了設(shè)備容量,顯然難以推廣使用。有人提出利用回風(fēng)熱回收來(lái)實(shí)現(xiàn)再熱[2]設(shè)想,即回風(fēng)和新風(fēng)混合后,不直接送至冷卻裝置進(jìn)行處理,而是先進(jìn)入一個(gè)全熱交換器與空氣冷卻裝置的出口空氣進(jìn)行(全熱)交換,一方面實(shí)現(xiàn)再熱,另一方面對(duì)進(jìn)入冷卻裝置混合空氣進(jìn)行預(yù)冷,實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想一方面將會(huì)使裝置非常龐大,系統(tǒng)變得非常復(fù)雜,另一方面,全熱交換還會(huì)使被處理的空氣在再熱的同時(shí)被“再濕”,顯然行不通。因此,目前比較可行的方法是利用制冷系統(tǒng)的冷凝熱實(shí)現(xiàn)再熱,以替代用電及蒸汽加熱,節(jié)約大量能源。

 

主要設(shè)備有:

 

除濕機(jī)和調(diào)溫除濕機(jī)

 

除濕機(jī)是將冷凝熱全部作為處理空氣的再熱源,再熱量比較大,送風(fēng)溫度比較高,通常是制冷量的1.2~1.3倍,因此適合于無(wú)余熱工程和溫度無(wú)要求的工程,如深埋地下建筑、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所;調(diào)溫除濕機(jī)是在普通除濕機(jī)的基礎(chǔ)上增加了水冷冷凝器,通過(guò)調(diào)節(jié)流經(jīng)水冷冷凝器的冷卻水量來(lái)實(shí)現(xiàn)再熱量的調(diào)節(jié),因?yàn)樵贌崃勘容^大,并且可以調(diào)節(jié),可在除濕的同時(shí)確保工程內(nèi)的溫度滿足使用要求,因此適用于熱負(fù)荷變化比較大工程,并有溫度要求的工程,如國(guó)防工程和人防指揮工程中,有溫度要求的洞庫(kù)工程。


除濕空調(diào)機(jī)原理圖 

 

除濕空調(diào)機(jī)實(shí)際上就是直接蒸發(fā)組合式空調(diào)器,與調(diào)溫除濕機(jī)相同之處是利用利用冷凝熱進(jìn)行再熱,不同之處是其不是按除濕機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)(除濕機(jī)風(fēng)量比較?。?,而是按空調(diào)器來(lái)設(shè)計(jì),可用冷凝熱每100m3/h為35kW,并可根據(jù)工程余熱大小自動(dòng)調(diào)整,適用地下建筑和有濕度要求的地面建筑。

 

過(guò)渡季節(jié)和梅雨季節(jié)的最不利余熱計(jì)算比較復(fù)雜,但如用冷凝熱作為再熱熱源,屬于廢熱利用,不涉及增加設(shè)備容量,并且已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié),因此,設(shè)計(jì)人員不必為再熱量的計(jì)算耗費(fèi)過(guò)多心思。

 

4結(jié)語(yǔ)

 

對(duì)于余熱較小的地下建筑和濕度要求的地面建筑,為了滿足工程內(nèi)濕度的要求,其再熱量是不省略的,再熱的計(jì)算不能按夏季設(shè)計(jì)工況確定,而應(yīng)按制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工程余熱量最小的時(shí)刻來(lái)計(jì)算。再熱量采用冷凝熱不僅可以節(jié)約設(shè)備運(yùn)行能耗,減小設(shè)備容量,而且便于實(shí)現(xiàn)和控制。

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