温湿度独立控制空调系统设计方法_

温湿度独立调节空调系统原理及设计方法与实例分析,刘拴强 清华大学建筑节能研究中心 ATHIC技术推广联盟,基于溶液调湿技术的,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备介绍 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,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,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,温度,含湿量,7冷冻水,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,常规空调系统存在的问题,问题3：对室内空气品质的影响 冷凝表面 滋生霉菌，霉味，引起各种“空调病”（SBS） 新风量选择的问题 舒适：增大新风量 降低能耗：减小新风量,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？,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备介绍 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,温湿度独立调节空调系统简介,温湿度独立调节空调系统的理念：,系统原理,温湿度独立调节空调系统,系统原理在i-d图上的处理过程,温湿度独立调节空调系统,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备简介 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,温湿度独立调节空调系统,主要设备 高温冷水机组 显热处理末端 核心：新风独立除湿机组,高温冷水机组,目前有：海尔、特灵、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（2 提高到12 以上）、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/地源热泵机组，夏季制冷得到17高温冷水，冬季制热得到35低温热水。,压缩机的运动部件（动子转轴和叶轮）悬浮在磁衬上无摩擦的运动 磁轴承上的定位传感器为电机转子提供每分钟高达600万次的实时重新定位，以确保精确定位,磁悬浮技术：,磁悬浮变频离心式冷水机组,磁轴承和定位传感器： 有两个径向轴承和一个轴向轴承组成数控磁轴承系统，由永久磁铁和电磁铁组成,可实现额定负荷5%100%的宽负荷范围内自由调节冷媒的输出，能耗最低,2.2、变频离心压缩机技术：,变频离心压缩机使用集成变速驱动的高速、两级压缩，高效节能,通过一个可供选的、数字控制的负荷平衡阀，压缩机可在接近零负荷的工况下稳定运行,系统无需润滑油，避免了壳管式换热器中油膜覆盖在换热管上导致换热效率下降的影响，提高系统换热效率15以上,制冷剂中3.5%的油含量可导致系统的效率降低8%,专业机构研究表明： 旧式冷水机组内油的平均含量为9%，而其对系统能效的负面影响高达15%到20%,无油润滑提高换热效率：,三、磁悬浮变频离心机节能性,部分负荷能效比最高，机组在50%负荷能效比最高可达11.5, 综合能效比达9.55,年运行费用节省246500元,3.2、部分负荷能效比最高：,最高能效比=11.5,海尔磁悬浮离心机满足高温出水18要求,采用了磁悬浮无油技术和变频技术,可以满足机组冷冻水在18/21条件下,稳定运行 机组克服小压缩比条件,回油和喘振影响高温出水实现的难题 海尔磁悬浮变频离心机在高温出水的条件下节能优势更加明显,温湿独立控制系统最优的选择方案,在温湿独立控制系统中冷水机组担负着60%的热量负荷 选用磁悬浮离心机组可完全满足18出水的需要, 可大大提高空调系统能效,室内显热处理末端装置,辐射末端：目前有包括威海际高(BEKA)、Karo、UPONOR等企业提供,22,毛细管辐射产品形式,23,毛细管主要技术参数,24,干式末端-毛细管辐射产品安装方式,25,干式末端-毛细管辐射产品安装方式,26,干式末端-毛细管辐射产品安装方式,27,干式末端-毛细管辐射产品安装方式,28,干式末端-毛细管辐射系统控制中心,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，纯显热负荷不超过65 W/m2 配套控制系统相对较复杂,室内显热处理末端装置,辐射末端不适用的场合 室内显热较大的场合； 人员变化较大的房间（如会议室等）。由于人员数变化导致室内湿负荷变化范围较大，当人数剧增而超出设计范围时，辐射表面容易产生结露现象。 渗风无法控制的场所（如门厅等）。室外潮湿空气的渗入会带入室内大量的湿负荷，从而导致辐射表面产生结露现象。对于此类大空间区域，建议采用基于温湿度独立处理的全空气系统（例如可采用热泵式溶液空气处理机组），能有效解决结露问题并满足室内空气调节要求。如不能采用全空气系统可考虑室内末端采用带凝水盘的风机盘管,室内显热处理末端装置,干式风机盘管：目前有广州太昊瑞风、上海新晃空调、清华同方等企业生产,干式风机盘管机组,普通机组也可以用于干工况过程； 普通机组表冷器为下进上出，平均传热温差小，影响设备出力； 普通机组表冷器管程按湿工况设计，用于干工况流速下降，对换热能力影响极大。； 可以通过加大盘管排数弥补设备能力的下降； 加大排数后，4排以后的盘管换热效率很低，经济性差； 加大排数同时造成空气侧阻力增加，需要加大电机功率以提高风机转速，噪声因此显著增加。 干工况设备不再需要水盘及凝水排放系统。 水盘的主要作用不再是排除凝水，而是防漏备卸、备坏； 系统初始运行时，也可能出现湿工况； 新风系统故障时，难免出现湿工况； 安装因素或设备检修时难免出现泄漏。,关于干式风机盘管机组的几个误区,干式风机盘管机组,准逆流设计，最大限度提高平均传热温差； 开窗型翅片，减小空气侧热阻，提高传热系数； 特别的管程设计保证流速，减小管程换热热阻，提高传热系数； 增加管排数，减小片距，加大换热面积。,太昊瑞风干式风机盘管机组的技术特点,空气,准逆流模式,传统盘管的进出水模式,室内显热处理末端装置,干式风机盘管样本,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,除湿方式的比较,温湿度独立调节空调系统的核心：新风独立除湿,除湿方式的比较,温湿度独立调节空调系统的核心：新风独立除湿,除湿方式的比较,温湿度独立调节空调系统的核心：新风独立除湿,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备简介 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,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,空气-溶液的传热传质基本单元,先进的VPDS微压动态布液技术,空气-溶液的传热传质基本单元,测试报告:,空气-溶液的传热传质基本单元,在大连、青岛、上海等海滨城市空气中取样，空气中离子含量： Li+：183010-9 kg/m3 Br-：354510-9 kg/m3 Cl-：223410-9 kg/m3 英国Winton标准：空气中溴化锂含量低于7010-9 kg/m3不会对人体造成危害,溶液式全热回收装置,溶液式全热回收装置多级,热泵式溶液调湿新风机组(HVF)工作原理（夏季）,热泵式溶液调湿新风机组(HVF)工作原理（冬季）,典型的应用形式热泵式机组,典型应用形式热泵式机组,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备简介 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,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。,温湿度独立调节空调系统的适用范围,需要注意： 当建筑围护结构密封性能很差，导致新风渗透量比较大的时候，不建议采用温湿度独立调节空调系统； 全回风系统（无新风或者新风量极少）的项目也不适合采用温湿度独立调节空调系统。,温湿度独立调节空调系统的适用范围,基于溶液调湿空调的温湿度独立调节空调系统技术特点与优势,显著的节能效果（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%，初投资增加10%左右； 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，初投资与常规系统相当或略低； 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调节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调节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调节空调系统技术特点与优势,温湿度独立调节空调系统设计时需要注意哪些问题？,温湿度独立调节空调系统设计方法,温湿度独立调节空调系统设计方法,温湿度独立调节空调系统设计方法,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。,温湿度独立调节空调系统设计方法,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；,溶液调湿新风机组的选型,温湿度独立调节空调系统设计方法,温湿度独立调节空调系统设计要点,风道： 需有送风管和回风管； 回风量不应低于送风量的80%； 房间风口设计需达到人员送风量(除湿量)要求；,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备简介 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,设计案例1 北京某办公建筑,北京市某办公楼空调面积约5000平方米，针对此办公楼进行温湿度独立控制空调系统设计和设备选型 室内外设计参数 负荷计算 新风送风状态点确定 新风机组选型 冷水机组选型 室内末端选型,设计案例1 北京某办公建筑,室内外设计参数,负荷计算 室内纯显热负荷技术采用DeST软件 人员显热、室内产湿量手算,设计案例1 北京某办公建筑,新风送风状态点确定,新风机组选型 根据新风量为15000m3/h，可选择2台型号为HVF-08的溶液调湿新风机组,设计案例1 北京某办公建筑,高温冷水机组选型 热泵式溶液调湿机组额定送风温度为20，则新风能够承担的显热负荷为： 冷机承担的负荷 = 室内显热负荷 + 人员显热负荷 新风承担显热负荷 经过计算，冷水机组需承担的负荷为：303.35kW,设计案例1 北京某办公建筑,室内末端选型 干式风机盘管： 某间办公室空调面积为50m2，室内末端所需承担的显热负荷为3000W。可选取型号为TFP51D-CRH/P的3台干式风机盘管，额定供冷量为1010 W（参考太昊瑞风空调科技有限公司产品样本） 毛细管辐射吊顶： 根据供冷量要求确定辐射面积。例如，选用BEKA毛细管辐射末端供冷量约为60w/m2，需选用50m2（参考际高制冷空调设备有限公司产品样本）,设计案例2 深圳某办公建筑,某办公建筑（对比常规方案与温湿度独立调节空调系统方案） 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2 深圳某办公建筑,温湿度独立调节空调系统 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调节空调系统，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。 档案室：溶液调湿型空气处理机组（HVA）,设计案例2 深圳某办公建筑,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,设计案例2 深圳某办公建筑,负荷计算DeST-c,设计案例2 深圳某办公建筑,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,设计案例2 深圳某办公建筑,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,设计案例2 深圳某办公建筑,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。,设计案例2 深圳某办公建筑,设备选型温湿度独立调节空调系统 各分区空调形式及负荷情况：,设计案例2 深圳某办公建筑,设备选型温湿度独立调节空调系统 设备选型列表：,设计案例2 深圳某办公建筑,设备选型常规空调系统 各分区空调形式及负荷情况：,设计案例2 深圳某办公建筑,设备选型温湿度独立调节空调系统 设备选型列表：,设计案例2 深圳某办公建筑,综合节能效果比较,设计案例2 深圳某办公建筑,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调节空调系统在北京、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调节空调系统在北京、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3 某商场,山东某商场建筑 总建筑面积约24000m2，地上4层，共17350m2，地下2层，共计7000m2。,设计案例3,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3,初投资分析,节约初投资：171万元！,设计案例3,运行费用分析 采用常规的全空气系统，冷水机组COP55.5； 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！,设计案例全空气系统(常规处理),以100000m3/h风量机组(冷量660kW)为例： 表冷器冷量：910kW，耗电量：300kW(冷水系统+风机) 再热耗热量：240kW，耗天然气量：30m3/h，耗电量：30kW（热水循环泵）,设计案例全空气系统(独立处理),以100000m3/h风量机组为例： 表冷器冷量：70kW，耗电量：14kW(冷水系统+风机) 溶液调湿机组冷量：590kW，耗电量：147kW(热泵+风机),设计案例医院手术室,设计案例地源热泵与温湿度独立系统,主要内容,常规空调系统存在的问题简介 温湿度独立调节空调系统原理介绍 温湿度独立调节空调系统主要设备简介 溶液调湿空调设备原理介绍 温湿度独立调节空调系统设计要点 设计实例分析 项目应用情况,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（