温湿度独立控制空调系统设计方法.ppt

温湿度独立控制空调系统原理及 设计方法与实例分析 清华大学建筑节能研究中心 北京华创瑞风空调科技有限公司 2010.7.12 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 降低大型公共建筑能耗的关键技术之 基于溶液调湿技术的 主要内容 常规空调系统存在问题 温湿度独立控制空调系统介绍 温湿度独立控制空调系统主要设备介绍 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立控制空调系统设计要点 设计实例分析 与常规系统的经济性比较 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 常规空调系统存在的问题 问题1：温度与湿度同时处理的问题 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 常规空调系统存在的问题 问题2：难以适应室内热湿比的变化 n b w 室内热负荷特点 建筑围护结构等决定 主要随气象条件变化 室内湿负荷特点 人员变化决定 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 温度 含湿量 常规空调系统存在的问题 问题2：难以适应室内热湿比的变化 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 常规空调系统存在的问题 问题3：对室内空气品质的影响 l冷凝表面 l滋生霉菌，霉味，引起各种“空调病”（sbs） l新风量选择的问题 l舒适：增大新风量 l降低能耗：减小新风量 世界溶液调湿领域的技术领导者世界溶液调湿领域的技术领导者 冷凝水排放及滋生霉菌 凝水滋生病菌的温床 常规空调系统存在的问题 有没有一种空调系统能够解决上述 问题？ 温湿度独立控制空调系统简介 温湿度独立控制空调系统的理念： 系统原理 温湿度独立控制空调系统 温湿度独立控制空调系统 技术实现难度 高温冷源 显热处理末端装置 送风末端装置 新风独立除湿 高温冷水机组 目前有：特灵、海尔、三菱重工、王牌 冷气、日立、阿尔西等厂家生产 和常规制取低温冷水的工况比，高温冷 水机组的蒸发温度显著提高、耗功减小 ，可以有效地提高机组的性能系数cop ，可达8.512 ； 对于无集中供热的建筑，还可采用空气 源热泵机组，夏季制冷得到18高温冷 水，冬季制热得到35低温热水。 海尔磁悬浮变频离心式高温冷水机组 出水1821 时的cop: 100%负荷时：8.5 50%负荷时： 11.5 优点： 压缩机无油、无摩擦运行，蒸发压力和冷凝 压力几乎不受限制、机组运行噪音非常低； 部分负荷压缩机变频运行，效率更高； 机组震动小； 海尔磁悬浮变频离心式高温冷水机组 室内显热处理末端装置 辐射末端：目前有包括威海际高、北京普莱 福、北京索兰环能等众多企业生产 室内显热处理末端装置 辐射末端特点 优点： 热舒适性高 装修档次高、占用空间小 运行时无噪音 缺点： 造价较高 制冷量受限，一般不大于60w/m2 配套控制系统相对较复杂 室内显热处理末端装置 干式风机盘管：目前有深圳格瑞源、广州太 昊瑞风、北京清华同方等企业生产 室内显热处理末端装置 干式风机盘管特点 优点： 价格便宜 制冷量范围较大，可满足任何常规建筑需求 运行、控制系统简单 技术可靠 缺点： 热舒适感略差 运行时略有噪音 几种除湿方式的比较 什么是溶液调湿？ 溶液式空气湿度处理 采用具有调湿功能的盐溶液为工作介质， 利用溶液的吸湿与放湿特性实现对空气的 除湿与加湿处理过程 利用溶液吸收水蒸气的方法除湿，消除了 除湿过程中的凝水和潮湿表面，根除了冷 凝水排放系统可能存在的隐患及霉菌滋生 的温床 溶液具有很强的杀菌作用，能够杀死绝大 多数细菌和微生物，提高室内空气品质 溶液可以过滤空气中大多数粉尘和颗粒 溶液杀菌效果测试 溶液除湿技术的发展历史简介 溶液除湿的发展历史 早在1931年，f.r.bichowsky在美国就取得了 氯化锂吸湿在原理上的专利。1934年， midland-ross公司开始在美国生产这种设备； 1955年，lof等人就提出并实验了采用三甘醇 为除湿剂的液体除湿系统； 二战后，日本接受美国投资后开始生产这种设 备，例如中外炉工业株式会社生产的kathabar 自动湿度调整机和高砂热学工业株式会社生产 的dryaire-l高砂液体除湿机 溶液除湿的发展历史 到了70年代，我国也在三线建设中大量应用使 用三甘醇溶液作为除湿介质的液体除湿系统； 最原始的溶液除湿系统原理图： 溶液除湿的发展现状 目前国际溶液除湿空调设备市场中的国外公司 主要有美国的kathabar、ail research和以色 列的drykor几家。 部分项目： 溶液除湿的发展现状 国外厂商的溶液除湿机组： 溶液除湿的发展现状 drykor生产的溶液除湿机组在vicenza医院的 应用实景 溶液除湿的发展现状 国外厂商为何不占领广阔的中国市场？ 1:不适合中国的气候环境使用 均采用单级逆流塔流程，无法进行多级处理、设置全 热回收等设备 除湿能力较差，只能处理68g/kg左右的含湿量 用于新风预除湿或者用在室外空气含湿量不超过 14g/kg左右的气候地区（中国东部和中部地区夏季含 湿量一般大于21g/kg） 2:能源利用效率低 热水驱动,cop约0.5左右 电力驱动，cop约3左右 无法同时解决排风的能量回收问题 3：系统复杂，体积大，占用大量空间 溶液除湿的发展现状 增大除湿量只能靠增加 设备高度，但受机房高 度限制； 无法进行全热回收； 溶液除湿的发展现状 第一级 第二级第三级 问题出现在哪里？ 系统处理流程问题，先天不足！ 如何解决这些问题？ 空气-溶液的传热传质基本单元 溶液式全热回收装置 新风 回风 排风 送风 直接接触传热 传质基本单元 盐溶液循环泵 溶液式全热回收装置多级 新风 回风排风 送风 i i ii ii iii iii 溶液式全热回收装置的优点 全热回收效率高 两级全热回收效率超过55； 三级全热回收效率超过65； 新风侧效率，回风量为新风量的90%； 以溶液为换热媒介，新风和排风之间无 混合、交叉污染 根据需求选择不同级数，布置灵活 热泵式溶液调湿新风机组(hvf)（ 电驱动夏季） 热泵式溶液调湿新风机组(hvf) （电驱动冬季） 溶液调湿空调设备 国内目前有：北京华创瑞风、广州太昊瑞风 、大连格瑞空调等企业生产； 与国外（drykor）公司产品的对比 性能参数drykor公司产品华创瑞风产品 udt 4.0udt 4.0hudt7.5udt 7.5hhvf-04hvf-04 风风量 m3/h340047603400476040004000 制冷量 kw20.426.125.132.743.478 除湿量 kg/h19.125.4243141.380 输输入功率 kw7.257.2510.710.77.615.9 室外额 定工况 温度302836 含湿量g18.716.624.6 送风 参数 温度 23.824.722.523.02020 含湿量 g14.114.412.913.48.08.0 cop2.83.62.353.05.75.0 典型的应用形式电驱动机组 典型应用形式热驱动机组 热驱动溶液再生器(whsr) 热驱动水冷式溶液调湿新风机组 (wcvf) 各类办公楼、写字楼、商场、宾馆、饭店 等公共建筑和商业建筑的新风处理系统； 各类高档公寓、别墅等对空气品质要求比 较高的民用建筑； 各类要求恒温恒湿或低湿度(含湿量不低于 2g/kg干空气，相对湿度不低于20%)要求的 工业建筑、机房、工艺车间、仓库等； 其它对室内湿度有严格要求或空气品质要 求比较高的场合。 溶液调湿型空调的应用范围 增加建筑在leed认证中的得分1114分 能源利用最优化68分； 新风监控1分； 加强通风1分； 系统可控性，热舒适度1分； 热环境舒适度符合ashrea55-20041分； id创意设计：温湿度独立控制1分； 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 卓越的节能效果（相对于常规处理方式） 办公楼、宾馆等：风机盘管+新风温湿度独立控 制系统30%40%； 商场、博物馆、体育馆等大空间：温湿度独立 处理全空气机组40%左右，且初投资低； 印刷、制药、弹药生产等:工业用恒温恒湿机组 40%80%，且显著降低初投资； 全面提高室内空气品质 提供100%健康、洁净的新风 先进的湿度处理方式，避免冷凝除湿带来的 潮湿表面，防止空调表面滋生霉菌和微生物 ，减少“病态建筑综合症”、“军团病”及各种空 气传播疾病 通过喷洒溶液可去除超过94%的微生物、细 菌，过滤大多数可吸入颗粒物，净化空气 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 精确的温、湿度控制 可精确控制送风绝对湿度（含湿量），始终维 持室内湿度控制要求 和其它空调末端装置相结合，可实现温、湿度 独立调节与控制，提高人体舒适 无需再热，送风相对湿度低（60%），维持适 宜的送风温度 具有对空气除湿、冷却、加湿、加热、全热回 收和净化等多种功能，适合全年新风处理要求 节约能源，保护环境 避免了常规冷凝除湿处理方式中过度冷却、而 又再热造成的能源浪费； 可承担100%潜热负荷，使得处理显热负荷的冷 冻水温度从常规的7c提高到18c左右； 采用新型的溶液全热回收装置，全热回收效率 高，且能避免新、排风之间的交叉污染； 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 节约能源，保护环境 多种能源驱动方式。电驱动系列内置热泵 循环，制冷量用于降低溶液温度提高除湿 能力，排热量用于浓缩再生溶液，能源利 用效率高；热驱动系列采用热水、蒸汽等 低品位热能，节约大量电能。 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 安装方便，维护简单 模块化设计，适合现场装配； 操作简单、常压运行、安全可靠； 机组不需要防冻措施，溶液在-20c 不会冻结； 基于溶液调湿空调的温湿度独立控 制空调系统技术特点与优势 温湿度独立控制空调系统设计 时需要注意哪些问题？ 温湿度独立控制空调系统设计要点 负荷计算： 人员的热湿负荷全部由新风承担，室内末端仅 处理围护结构、设备发热等显热负荷； 新风量需要在卫生要求（一般30m3/h 人）和 满足除湿负荷的新风量之间选择大的； 仅需要计算围护结构和设备发热，湿负荷校核 计算即可。 温湿度独立控制空调系统设计要点 新风送风状态点的确定： 根据新风带走湿负荷的要求确定新风送风含 湿量； 必须考虑围护结构新风渗透带来的湿负荷； 新风机组的选型 带全热回收的热泵式溶液调湿新风机组 温湿度独立控制空调系统设计要点 风道： 需有送风管和回风管； 房间风口设计需达到人员送风量(除湿量)要求； 典型设计案例 设计案例1 办公建筑 某办公建筑（对比常规方案与温湿度独 立控制空调系统方案） 总建筑面积约20000m2，共五层。其中，一 层5940.32m2，二层5044.66m2，三层 3876.05m2，四层3907.58m2，五层 3190.72m2。空调面积共15600 m2 设计案例 温湿度独立控制空调系统 办公区域、一层食堂、五层；干式风机盘管加 溶液调湿新风机组（hvf） 办公区域采用温湿度独立控制空调系统，由干 式风机盘管承担室内显热负荷，由溶液调湿新 风机组产生干燥新风承担室内湿负荷。 前庭：地板冷辐射加溶液调湿新风机组 前庭为阶梯状建筑形式，北向，人员负荷较小 ，采用地板冷辐射加干空气变风量置换通风空 调系统。 中庭：冷风渗入 档案室：溶液调湿型空气处理机组（hva） 设计案例 常规空调系统 所有房间均采用常规空调系统 办公区域等均采用风机盘管加新风系统 部分区域采用全空气方式 空调末端供回水采用常规的7/12冷冻水 设计过程 负荷计算dest-c 设计过程 食堂空调系统 食堂由于人员密集，因此负荷主要是人员产生 的湿负荷和热负荷，围护结构和设备发热产生 的显热负荷所占比例较小 针对这种负荷特性，采用溶液调湿新风处理机 组处理负担人员的所有湿负荷和显热负荷，而 采用干式风机盘管负担围护结构和设备发热产 生的显热负荷，是最为合适的空调方式 控制调节简单可靠 空气品质高，无饭菜味道 设计过程 前庭（中庭） 冷辐射地板控制室内温度 溶液调湿型新风机组控制室内湿度（考虑渗透 ） 送风采用下送上回，保护辐射地面 采用cfd软件对结果进行模拟计算 设计过程 档案馆 要求常年恒温恒湿，杀菌净化； 档案馆位于内区，显热负荷非常低，主要负荷 为人员产热、产湿和灯光负荷； 常规的机房用恒温恒湿空调，必然存在先低温 除湿再电加热升温的能源浪费； 常规光触媒等方式难以对细菌进行有效杀灭， 基本形同摆设； 溶液调湿型全空气处理机组，恒温恒湿，杀菌 效果显著。 设计结果 设备选型温湿度独立控制空调系统 各分区空调形式及负荷情况： 设计结果 设备选型温湿度独立控制空调系统 设备选型列表： 设计结果 设备选型常规空调系统 各分区空调形式及负荷情况： 设计结果 设备选型温湿度独立控制空调系统 设备选型列表： 设计结果 综合节能效果比较 和常规系统的经济性比较 以上述办公建筑为例，对比常规空调系统与 基于溶液调湿的温湿度独立控制空调系统在 北京、上海、深圳三个城市的节能效果 和常规系统的经济性比较 相关说明： 未计算再热能耗损失； 未计算冷冻水、冷却水管路节约的投资 ； 常规空调系统加湿以蒸汽加湿计算（实 际不少采用电极加湿） 和常规系统的经济性比较 以前面的建筑为例，对比常规空调系统与基 于溶液调湿的温湿度独立控制空调系统在北 京、上海、深圳三个城市的节能效果 采用温湿、度独立控制空调系统与常规空调系 统相比，整个空调系统的设备初投资略有增加 ，但运行费用显著降低 北京、上海地区投资回收年限约为2年，深圳地 区投资回收年限仅为1.5年 采用温、湿度独立控制空调系统具有非常显著 的经济效益 设计案例2 美术馆、剧院 某美术馆与剧院综合建筑 总建筑面积约32000m2，地上7层，共 17350m2，地下3层，共计13500m2。 设计案例二 温湿度独立处理空调系统 为大空间建筑，采用全空气空调系统 选择热泵式溶液调湿空气处理机组hva 分区控制，灵活多变 机组内置热泵制冷/制热系统，无需外接冷 热源 取消了冷冻机房、冷冻水系统、冷却水系统 、冷却塔和相应的管路 节省了相应的水管安装施工费用 热泵式溶液调湿空气处理机组hva 设计案例二 按照功能需求、使用时间分区 设计案例二 初投资分析 节约初投资：171万元！ 设计案例二 运行费用分析 采用常规的全空气系统，冷水机组cop5 5.5； 全空气系统中，冷水机组电耗约为50%； 平均cop为2.8。 热泵式溶液调湿空气处理机组，整机综合 cop约为4.2，无其它能源消耗。 节能33%40%！ 该项目年节约运行费用：60.7万元！ 设计案例三 某大型综合建筑群 建筑面积20余万平米； 夏季尖峰负荷25300kw，大部分区域要求 24小时空调； 集中冷站提供冷热源，然后输送到各个建筑 ； 充分利用峰谷电价降低运行成本； 设计案例三 系统设计 温湿度独立控制空调系统： 除湿：溶液除湿新风机组独立除湿 降温：15/20c高温冷水降温 大温差水蓄冷系统： 5c/20c 大温差（15度）送水 水量降低为常规系统的1/6，输配系统能耗大大 降低 冷水机组串联运行： 三级串联，每级降温5c 环状冷冻水管网 设计案例三 系统设计 设计案例三 系统设计 本项目由九座独立建筑组成，采用集中供冷 方式，输配系统拟采用环状管网方式 设计案例三 系统运行策略研究 设计案例三 系统运行费用研究 正在运行的应用项目 南京锋尚国际公寓(含二期) 辐射方式处理显热 热泵式溶液调湿新风机组 工程应用情况 南京锋尚国际公寓（全年温度测试结果） 工程应用情况 南京锋尚国际公寓（全年室内含湿量测试结果 ） 北京人民医院急诊大厅 北京市科委可持续发展科技促进中心 辐射方式处理显热 热泵式溶液调湿新风机组 清华大学超低能耗示范楼 辐射方式处理显热 干式风机盘管处理显热 热泵式溶液调湿新风机组 上海建筑科学研究院莘庄生态 节能建筑示范楼 干式风机盘管处理显热 热泵式溶液调湿新风机组 天津建筑节能管理中心 干式风机盘管处理显热 热泵式溶液调湿新风机组 徐州卷烟厂工艺车间 水冷式溶液调湿新风机组 安徽雷鸣科化