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| 溫濕度獨立控制空調應用背景 |
| 發布日期：2008-7-18 9:20:40 |
| 濕度是室內空氣品質的一個重要指標,對人體舒適度、生產工藝、產品質量等都有重要意義。人體舒適度要求的空氣相對濕度范圍為40%～60%;相對濕度低于50%時,空氣中的細菌不易存活;相對濕度超過60%時,產品容易發霉變質。因此, 在工業空調和舒適性空調中除濕得到了廣泛的應用。 目前實現夏季室內熱濕環境控制的空調方式主要可以分為兩大類，即分散獨立地安裝于需要空調的場所的“房間空調器”，和集中設置冷源、以水或空氣作為媒介輸送冷量的“*空調”系統。無論哪一種方式，都是通過向室內送入經降溫除濕的空氣，實現室內溫濕度的控制。為了在排除足夠的余熱、余濕的同時不使送風溫度過低，就要求有較大的循環通風量，從而產生吹風感。為減少這種吹風感，就要通過改進送風口的位置和形式來改善室內氣流組織。這往往要在室內布置風道，從而降低室內凈高或加大樓層間距。很大的通風量還極容易引起空氣噪聲，并且很難有效消除。這種狀況同時造成了在冬季為了避免吹風感，即使安裝了空調系統，也往往不使用空調器，而通過采暖散熱器供熱。這樣就導致室內重復安裝兩套環境控制系統，分別供冬夏使用。能否減少室內的循環風量以避免吹風感？能否也采用如同冬季供熱方式那樣的輻射和自然對流的末端裝置實現空調，使冬夏共用一套室內末端裝置？隨著空調的普及，這一問題不斷提出。 隨著空調的廣泛使用，相應而來的室內健康問題也越來越引起關注。尤其是經過SARS危機，人們普遍的問題是：空調是否引起居住者的健康問題？健康問題主要由霉菌，粉塵和室內散發的VOC（可揮發有機物）造成。大多數空調依靠空氣通過冷表面對空氣進行降溫減濕。這就導致冷表面成為潮濕表面甚至產生積水。空調停止后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的場所，因此空調系統繁殖和傳播霉菌成為空調可能引起健康問題的主要原因。但是，空調的任務就是降溫除濕，因此對空氣進行除濕是必須的。冷凝除濕的方法不可避免地出現潮濕表面，用某種替代方式實現空氣除濕而不出現潮濕表面，成為無霉菌的健康空調的主要問題。 由于大氣污染，從室外引入室內的空氣需要過濾除塵。目前我國大多數城市的主要污染物仍是可吸入顆粒物，因此有效過濾空調系統引入的室外空氣是維持室內健康環境的重要問題。然而過濾器內必然是粉塵聚集處，如果再漂濺過一些冷凝水，則也成為各種微生物繁殖的場所。頻繁清洗過濾器既不經濟，也不是根本的解決方案。怎樣才能凈化空氣而不出現任何粉塵聚集處呢？ 排除室內裝修與家具產生的VOC，排除人體散發的異味，降低室內CO2濃度，zui有效的措施是加大室內通風換氣量。在SARS期間總結出的zui有效防止SARS的措施也是加大通風換氣。這里所謂的通風換氣都是指引入室外空氣，排除室內空氣，實現有效的室內外空氣交換。然而大量引入室外空氣就需要消耗大量冷量（在冬季為熱量）去對室外空氣降溫除濕。當建筑物圍護結構性能較好，室內發熱量不大時，處理室外空氣需冷量可達總冷量的一半或一半以上。要進一步加大室外新風量，就意味著加大空調能耗。怎樣能夠加大室外新風量而又不增加空調處理能耗？這又是目前空調面對的嚴峻問題。 隨著能源問題的日益嚴重，以低品位熱能作為夏季空調動力成為迫切需要。目前北方地區大量的熱電聯產集中供熱系統在夏季由于無熱負荷而無法運行，使得電力負荷出現高峰的夏季熱電聯產發電設施反而停機，或者按純發電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅動空調，既省下空調電耗，又可使熱電聯產電廠正常運行，增加發電能力。這樣即可減緩夏季供電壓力，又提高能源利用率，是熱電聯產系統繼續發展的關鍵。采用吸收式制冷，是解決途徑之一。但熱電聯產長途輸送熱量的媒介是熱水，用熱水為動力的吸收式制冷機能源利用率很低，COP通常不超過0.7。空調尖峰冷負荷往往又遠高于供熱尖峰熱負荷，這使得空調瞬態耗熱量和需要的熱水循環量遠高于供熱，從而又帶來熱水輸配系統的運行調節問題。 目前供電系統陸續出現的事故使我們更重視供電安全性。在建筑物內設置燃氣發動機，帶動發電機發電承擔建筑的部分用電負荷，同時利用發動機的余熱解決建筑的供熱，供冷問題（BCHP：Building Combined Heat & Power generation）將是今后建筑物能源系統的*解決方案之一。此種方式目前需解決的問題之一是怎樣用余熱制冷或直接解決空氣的冷卻去濕，采用吸收式制冷有時并非*方案。優化BCHP的一個重要課題是使熱電冷負荷的彼此匹配。當建筑物電力負荷出現高峰而無相應的熱負荷或冷負荷時，發動機由于排熱量無法充分利用而不能充分投入運行滿足電負荷要求。當建筑物出現電力負荷低谷而熱負荷或冷負荷高峰時，如果不能發電上網，發動機也由于電力無處使用而不能充分投入來滿足熱量的需求。其結果就導致BCHP僅能承擔電負荷與熱負荷相重合的這一小部分負荷。采用能量蓄存裝置儲存暫時多出的能量，就會大大緩解這一矛盾。但是怎樣才能zui高體積利用率地儲存能量呢？冰蓄冷被認為是在建筑物內zui有效的蓄能方式，并廣泛使用。可是由BCHP系統的余熱制冰就難以采用目前普遍的吸收式制冷方式。制冰溫度遠低于空調溫度，也使總的能源利用率降低。什么方式于BCHP的蓄能呢？ 鑒于常規能源供給的有限以及環保的要求，世界上很多國家開展了利用清潔免費的太陽能來驅動空調系統的研究。太陽能既是一次能源又是可再生能源，資源豐富，對環境無污染。但太陽能能流密度低、強度受各種因素的影響而不能維持常量、收集及轉化成本高、不易獲得高溫熱源等缺點大大限制了太陽能的利用。同時，太陽輻射強度隨時間的變化情況與空調的負荷變化在時間上不一致，需要采取蓄能手段。所有這些問題嚴重制約太陽能空調的應用。 綜上所述，空調的廣泛需求，人居環境健康的需要和能源系統平衡的要求，對目前空調方式提出了挑戰。新的空調應該具備的特點為： 1)減少室內送風量，部分采用與采暖系統公用的末端方式； 2)加大室外新風量，但又不增加處理能耗； 3)取消潮濕表面，采用新的除濕途徑； 4)不用空氣過濾式過濾器，采用新的空氣凈化方式； 5)少用電能，以低品位熱能為動力； 6)盡量多使用清潔、“免費”的自然能源； 7)能夠實現高體積利用率的蓄能。 從如上要求出發，目前普遍認為熱濕獨立控制的空調系統可能是一個有效的解決途徑。熱濕獨立控制就是向室內送入干燥空氣以控制濕度，而采用另外獨立的系統來排除顯熱以控制溫度，從而全面調節室內熱濕環境。這其中的關鍵就是怎樣處理得到干燥空氣而不造成過高的能源消耗。本文所要研究的就是能夠滿足以上要求的空氣處理方式，即采用直接接觸式空氣處理方法，以有吸濕特性的溶液為媒介直接和空氣接觸來解決除濕的問題。當空氣的濕度滿足人體舒適的要求后，再對空氣進行降溫處理過程，因此不存在傳統空調系統中的過度冷卻和再次加熱的能量浪費，并且工作效率高，和傳統空調系統相比，它還具有以下優點： 1)通過溶液的噴灑可以除去空氣中的塵埃、細菌、霉菌及其他有害物；同時由于避免了使用有凝結水的盤管，也消除了室內的一大污染源；可采用全新風運行；提高了室內空氣品質； 2)可采用低溫熱源驅動，為低品味熱源（如熱水、太陽能）的利用提供了有效的途徑； 3)可以方便的實現蓄能，系統中設置儲存濃溶液的容器，負荷小的時候儲存濃溶液，負荷大的時候用來除濕，從而減小了系統的容量和相應的投資；單位體積蓄冷能力是冰蓄冷2～5倍，而且系統結構簡單，無需保溫等措施； 4)與傳統的空調系統的設備相比，主要的換熱部件采用塑料材料，防腐蝕而且價格低廉，溶液的管道尺寸小且無需外保溫，這些都使得設備的成本很低。相比之下，溶液的投資占了整體系統投資的主要部分，綜合下來，整個系統的投資會低于傳統的空調方式的設備。 5)系統制冷采用鹽溶液（溴化鋰或氯化鋰等）作為循環工質，不含任何對大氣臭氧層有破壞作用的CFCs和HCFCs等，是一種綠色環保工質。 6)過渡季可以實現全新風通風模式，充分利用自然界中的冷卻能力。 7)冬季可以充分實現熱回收，節省了供熱能耗，并且由于采用溶液處理新風，機組不會凍結。 8)系統在常壓下工作，安全可靠，容易調節控制。 綜上所述，溶液除濕可以與壓縮制冷或蒸發冷卻系統配合起來，實現“熱濕分別處理”，而且其再生溫度低（可利用低品位熱源）、蓄能密度大、工質不對大氣產生污染、吸濕鹽溶液具有殺菌除塵和殺毒作用，可以創造更加良好的室內空氣品質，展示出溶液除濕具有廣泛的發展前景。 |
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