温湿度独立控制

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1、温湿度独立控制的空调系统在中国的应用清华大学建筑节能研究中心传统空调系统一般通过人工冷源-制冷机组产生7~12℃冷水，通入空气处理机组中，进而产生低温干燥的送风送入房间，统一控制房间的温、湿度。在这种方式下，本来可用高温冷水（16~18℃）处理的50%以上的显热负荷也须用低温冷水带走，冷机COP低，耗电量大。同时由于在冷凝除湿方式下，送风接近饱和线，使得空气处理的热湿比变化范围很小，无法适应室内任意变化的热湿比。温度过低的送风还会造成不舒适，有时还必须再热，造成冷热抵消-能量的浪费。且冷凝除湿的方

2、式使得系统中存在湿表面-霉菌的滋生源，成为健康的隐患。针对上述传统空调在室内环境控制、节能、健康等方面遇到的挑战，江亿教授[1]提出了温、湿度独立控制的空调系统：将干燥的新风送入房间控制湿度，而由高温冷源产生16~18℃冷水送入室内的风机盘管、辐射板等显热去除末端，带走房间显热，控制房间温度。从而实现房间温、湿度的独立、灵活调节，营造节能、健康、舒适的室内环境。温、湿度独立控制的空调系统革新了传统空调的环境控制理念，并使得我们有可能利用自然界的低品位能源（比如地下水，冷却水，室外干空气等）来实现房

3、间的空调，从而从源的选择到末端的设计以及控制方案，发展出一系列适用于不同地域，不同气候特点的新型空调方式。首先，干燥新风的获取。我国幅员辽阔，距海远近差距较大，跨纬度较广，受季风活动影响的差别大，使得中国东、西部的干、湿状况差异很大。图1列出中国东、西部主要城市夏季最湿月室外平均含湿量[2]，可以得到，新疆、西藏、青海、宁夏、甘肃、内蒙的最湿月平均含湿量为10.6g/kg。而东南部比如北京、山东、上海、浙江、广东、广西等省市的最湿月平均含湿量为18~20g/kg.图1的红线为最湿月室外平均含湿量为

4、12g/kg的分界线。图1.中国各城市夏季最湿月室外平均含湿量[2]（红线为12g/kg分界线）在分界线的上方，即中国的西北部地区，室外的新风本来就是干燥的，可直接用来带走房间湿负荷。此时新风的处理过程就是等湿降温，实现此功能的间接蒸发冷却新风机组已开发成功，并已应用于十多个大型公共建筑中。而在分界线的下方，主要是中国的东南部地区，室外的空气非常潮湿，要获得干燥的新风送风就必须对新风进行除湿。可用的除湿方式：传统的冷凝除湿、转轮除湿和溶液除湿。其中冷凝除湿要求冷源温度低，冷机COP低，且存在潮湿表

5、面；转轮除湿为等焓除湿过程，被除湿后的送风温度高，还需冷却水来冷却；且转轮再生热源温度要求较高，一般>100℃；转轮的新、排风间的漏风问题目前还是较难解决的工艺问题。溶液除湿方式，可实现等温的除湿过程，可用（15~25℃）的冷源带走除湿过程释放潜热，且再生的热源温度要求低，可用低品位热能（60~70℃）来驱动。溶液式全热回收方式，避免了新、回风间的交叉污染，能得到较高的热回收效率。目前已有多种类型的溶液除湿机组问世，其中热泵驱动的溶液调湿机组COP高于5.5[3]，热驱动的溶液除湿机组COP高于1

6、.3[4]，已应用于多个实际工程中。综合比较，溶液除湿方式逐渐成为中国东南地区处理新风的优选方式。其次，高温冷源的获取。应用温湿度独立控制的理念，只需用16~18℃的高温冷水带走房间显热，这就使得多种天然的免费冷源可供利用。在图1示分界线以下，中国的东南地区，长江流域以北的北京、河北、山西、陕西、河南、山东等地，其年平均气温约为10~14℃。而研究表明，地下10m以下的土壤温度基本不随外界环境及季节变化而变化，且约等于当年年平均气温。这样，在长江流域以北的这些城市，夏季就可以直接利用天然冷源-土壤

7、源来去除室内的显热负荷，向土壤中排热。冬季，开启土壤源热泵，从土壤中取热，经过热泵提升后供给用户使用。应用土壤源作为高温冷源的关键是冬、夏热平衡，即夏天向土壤中的排热量和冬天从土壤中取热量平衡，保证土壤年平均温度恒定，这就要求建筑的冷负荷和热负荷满足一定的关系。具体设计时要根据建筑的地理位置，建筑的冷、热负荷关系合理应用土壤源热泵系统。而在图1示分界线以下，长江流域以北的地区，比如浙江、安徽、广西、广东、福建、湖南、湖北等地，由于土壤温度较高，外界环境也很潮湿，只能通过电制冷的方式获取高温冷水。和

8、常规制冷机组相比，由于水温提高到18~21℃，蒸发温度随之提高，冷机COP显著提高。目前国内已有厂家研制出磁悬浮压缩机，实现了压缩机无油、无摩擦运行，部分负荷时压缩机变频运行。高温冷水机组在满负荷时的COP可以达到8.5，部分负荷时可以达到11.5，相对传统冷机节能30%以上。在图1示分界线以上，中国的西北干燥地区，利用室外的干燥空气作为驱动源的间接蒸发冷水机组问世[5,6]，实测机组的出水温度15~18℃，低于室外湿球温度，基本处在湿球温度和露点温度的平均值。由于此制冷机组不再使