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)。空調(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

圖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除濕不利工況的確定

顯然計(jì)算再熱量的不利情況不是工程內(nèi)余熱Q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（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。

圖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。空氣再熱處理不僅使冷負(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，其再熱量是非常可觀的，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）。

表2熱濕比ε和小再熱量的關(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*和人防指揮工程中，有溫度要求的洞庫(kù)工程。

圖 3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?。前纯照{(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。