087溶液調(diào)濕技術(shù)在既有建筑空調(diào)系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

1、溶液調(diào)濕技術(shù)在既有建筑空調(diào)系統(tǒng) 改造中的應(yīng)用 北京華創(chuàng)瑞風(fēng)空調(diào)科技有限公司 張婷 劉昕 陳曉陽 清華大學(xué) 劉拴強 摘 要 針對既有大型建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造中存在的難題，提出采用基于溶液調(diào)濕技術(shù)的溫濕度獨立 控制空調(diào)系統(tǒng)，以達到降低改造難度、節(jié)能、舒適的目的。文中以某大型三甲醫(yī)院綜合服務(wù)樓為例，對 其空調(diào)效果不佳的現(xiàn)象進行測試分析， 提出改造的方案， 并對常規(guī)改造方案和采用溶液調(diào)濕空調(diào)進行對 比分析，指出溶液調(diào)濕空調(diào)在既有建筑節(jié)能改造中應(yīng)用的可行性。 關(guān)鍵字 既有建筑改造 溶液調(diào)濕 系統(tǒng)測試 節(jié)能 Application of liquid desiccant in air conditioni

2、ng system reform of existing buildings Zhang Ting, Liu Xin, Chen Xiaoyang, Liu Shuanqiang Abstract According to the problems of energy-efficiency reform for large-scale buildings, the temperature and humidity independent control air conditioning system based on liquid desiccant is presented. Such sy

3、stem can save energy consumption, decrease the difficulty of reform process and increase the indoor air comfort. Taking the reform of a service building in an A-grade hospital in Beijing for example, the poor effects of the original air-conditioning system are analyzed, and two reform methods are pr

4、oposed. By comparing and analyzing the conventional and solution regulating-humidity reform measures, it can be concluded that the solution regulating-humidity air conditioning system is more feasible and suitable in existing building reform project. Keywords existing buildings reform, liquid desicc

5、ant, system test, energy saving 0 引言 截止到 2006 年底，我國既有建筑面積總計已經(jīng)超過 400 億平方米 1 。隨著社會發(fā)展，經(jīng)濟增長， 當(dāng)前我國既有建筑由于使用功能變化、 技術(shù)設(shè)備落后等原因， 其配套的空調(diào)系統(tǒng)已無法滿足目前的使用 要求，普遍存在舒適性差、能耗大等問題。但如果對其進行改造，又存在改造施工難度大、原有設(shè)備利 用率低、改造投資費用昂貴等問題，因此既有建筑的改造已成為很多建設(shè)單位面臨的難題。 近年來，基于溶液調(diào)濕技術(shù)的溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)（以下簡稱 “溶液調(diào)濕空調(diào)” ），因其具有可 利用低品位可再生能源、 減少能源消耗、 提高空氣品質(zhì)、 保

6、護環(huán)境等方面的眾多優(yōu)點， 得到了較為廣泛 的關(guān)注 2-5 。帶有溶液全熱回收裝置的熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組采用吸濕鹽溶液作為工作介質(zhì)，機組具 有 COP 高、布置靈活、 調(diào)節(jié)方便等特點， 應(yīng)用于既有建筑的改造可以很好地達到節(jié)能、舒適的目的 6-8 。 針對既有建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造的現(xiàn)狀， 筆者在利用節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品來解決既有建筑改造問題方面 做了一些探索， 本文以某大型三甲醫(yī)院后勤綜合服務(wù)樓為例， 介紹基于溶液調(diào)濕技術(shù)的溫濕度獨立控制 空調(diào)系統(tǒng)在其改造工程中的應(yīng)用。 1某醫(yī)院后勤綜合服務(wù)樓現(xiàn)狀 1.1項目概況 某醫(yī)院綜合服務(wù)樓共三層，建筑面積共約3135m2，單層建筑面積約 1045m2,其中一層

7、為食堂， 二層為包間，三層為自助餐廳?？照{(diào)系統(tǒng)為風(fēng)機盤管加新風(fēng)形式，冷源為風(fēng)冷熱泵機組。目前該樓空調(diào) 系統(tǒng)存在空調(diào)效果不好，室內(nèi)溫濕度失控的問題，尤其是夏季室內(nèi)濕度過高現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)用戶反映，新 風(fēng)機組開啟后室內(nèi)濕度會更高，因此實際運行時新風(fēng)機組已停止使用，室內(nèi)空氣品質(zhì)較差。針對現(xiàn)狀， 對該空調(diào)系統(tǒng)進行了測試，以診斷其空調(diào)效果不佳的原因。 1.2空調(diào)系統(tǒng)測試分析 1）室內(nèi)溫、濕度測試結(jié)果 對綜合服務(wù)樓各層進行測試，測試結(jié)果見圖12。從現(xiàn)場測試結(jié)果可以看出，在就餐高峰期，客流 較大，室內(nèi)溫度大部分在26 C 28 C左右，室內(nèi)相對濕度基本在70%以上，而室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為26 C, 60%，室內(nèi)溫濕度

8、均高于設(shè)計參數(shù)，舒適性較差。 測點 * 一層 二層* 三層 測點 * 一層 二層* 三層 圖2室內(nèi)相對濕度實測數(shù)據(jù) 加度濕對相內(nèi)室 2）新風(fēng)機組性能測試 綜合服務(wù)樓共設(shè)有 4臺顯熱回收新風(fēng)機組， 其中一層設(shè)有1臺11000m 3/h風(fēng)量的新風(fēng)機組（1#）, 二層設(shè)有1臺5000m 3/h風(fēng)量的新風(fēng)機組 （2#）,三層設(shè)有2臺6000m 3/h風(fēng)量的新風(fēng)機組 （3#、4#）。 利用溫濕度自記儀測量各臺新風(fēng)機組的空氣狀態(tài)點，如圖34所示。 圖3新風(fēng)機組空氣溫度實測數(shù)據(jù) 1234 新風(fēng)機組編號 * 新風(fēng)一F送風(fēng) 出 回風(fēng) 排風(fēng) 圖4新風(fēng)機組空氣含濕量實測數(shù)據(jù) 該綜合服務(wù)樓室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為溫度26 C、

9、相對濕度60%，根據(jù)測試結(jié)果可以看出，經(jīng)過新風(fēng)機組 處理后的送風(fēng)焓值低于室內(nèi)設(shè)計焓值，新風(fēng)機組可承擔(dān)新風(fēng)負荷，但送風(fēng)含濕量在12.215.6g/kg之間, 接近或大于室內(nèi)設(shè)計含濕量?？梢钥闯觯谠O(shè)計工況下新風(fēng)機組無法承擔(dān)室內(nèi)濕負荷，僅承擔(dān)新風(fēng)負荷。 根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果，新風(fēng)機組實際運行風(fēng)量遠小于機組額定風(fēng)量，基本上僅為額定風(fēng)量的 55%65%，在目前新風(fēng)量減小的情況下，新風(fēng)機組僅承擔(dān)新風(fēng)負荷，如果新風(fēng)機組達到額定風(fēng)量，或 室外氣候更為惡劣時，送風(fēng)溫度、濕度將會有所升高，新風(fēng)不僅不承擔(dān)室內(nèi)的濕負荷，反而會加劇室內(nèi) 濕度過大的現(xiàn)象。 3）冷源運行情況 現(xiàn)有冷源為2臺風(fēng)冷熱泵機組，設(shè)置于屋頂，型號為R

10、TXA-420，額定制冷量為543kW/臺，冷機 運行時根據(jù)供水溫度控制啟停，開啟1臺冷機后，冷水供水溫度一旦高于7.4 C則再開啟另外1臺冷機。 冷機地下二層機房設(shè)有 2臺冷凍水泵，額定流量為 153.2m 3/h，揚程25.1m，與冷機一一對應(yīng)。根據(jù)冷 機及水泵選型計算，供回水溫差為3C。當(dāng)開啟1臺冷機及其對應(yīng)的水泵時，利用超聲波流量計測得冷 凍水主管的流量為 136.4t/h，總供回水溫度按 7/10 C計，供冷量為475kW。從冷機供回水溫度及水流 量分析，冷機及其輸配系統(tǒng)運行正常。 4）末端風(fēng)機盤管 選取各層典型區(qū)域的風(fēng)機盤管進行測試，測試結(jié)果見圖56。 30 -I 度一 溫10 -

11、 0 123456789 風(fēng)機盤管編號 *送風(fēng) 回風(fēng) 圖5風(fēng)機盤管空氣溫度實測數(shù)據(jù) 風(fēng)機盤管編號 *送風(fēng) 回風(fēng) 圖6風(fēng)機盤管空氣含濕量實測數(shù)據(jù) 量濕含 由測試結(jié)果可以看出，風(fēng)機盤管實際處理溫差在58 C左右，處理濕差在 34g左右。風(fēng)機盤管采 用冷凍除濕方式對空氣進行降溫除濕，因此其除濕能力有限且依賴于冷凍水溫度。根據(jù)計算，風(fēng)機盤管 的額定送風(fēng)溫度為 16C,相對濕度為 90%，按室內(nèi)設(shè)計參數(shù) 26 C、60%考慮，風(fēng)機盤管能處理 10C 溫差，但僅能處理約 2.4g濕差。就餐高峰時期，室內(nèi)產(chǎn)濕量較大，而風(fēng)機盤管除濕能力有限，將導(dǎo)致 室內(nèi)濕度增大，送風(fēng)參數(shù)偏離設(shè)計值。實際測試中，在室內(nèi)25.8

12、 C、73.8 %情況下，某風(fēng)盤送風(fēng)溫度 約為18.8 C,相對濕度85%，額定的空氣處理過程與實際處理過程如圖7所示。 60 50 40 、.、 10% r 30kJ/kg 100kJ/kg 20% 、.、 12 )kJ/kg 60kJ/k F g . I 40% 60% 40kJ/kg 九/ y X A 一-A * J 80% % 100 % A / N A 二- 匚 - if-/ 1 i 匚L L - f - C d(kg/kg) 0.020.025 0.030.035 0.010.015 30 20 10 0.005 圖7 風(fēng)機盤管空氣處理過程（N-L :額定處理過程；N-L實際處理過

13、程） 以一層為例，計算得到一層風(fēng)機盤管總除濕能力為51kg/h。室內(nèi)散濕按200g/h 人（含食物散濕） 計算，根據(jù)餐廳實際運營情況，考慮高峰時段70%入座率加上流動人口， 一層餐廳濕負荷約為 76kg/h , 已超過了風(fēng)機盤管的額定處理能力，如再考慮室外滲風(fēng)增加的濕負荷，風(fēng)機盤管的除濕能力就更加不足 了。 2改造方案對比分析 綜合服務(wù)樓工程主要使用功能為員工食堂和餐廳，原設(shè)計冷負荷約864kW，冷源為2臺制冷量均 為543kW的風(fēng)冷熱泵機組。由于實際客流較大，目前室內(nèi)人數(shù)已超出原設(shè)計值，導(dǎo)致室內(nèi)溫濕度偏高。 另外，因用餐者普遍反映室內(nèi)溫濕度偏高，故期望將室內(nèi)設(shè)定參數(shù)改成溫度24 C,相對濕度

14、50%60% 。 如此一來，將導(dǎo)致冷負荷的增加。根據(jù)設(shè)計院提供的數(shù)據(jù)，冷負荷將增加至1618kW，現(xiàn)有的兩臺風(fēng)冷 熱泵機組已無法滿足制冷要求。 鑒于上述問題，提出兩種空調(diào)系統(tǒng)的改造方案：1 ）增設(shè)一臺風(fēng)冷熱泵，2）使用熱泵式溶液調(diào)濕 新風(fēng)機組（HVF）取代現(xiàn)有新風(fēng)機組，在此針對上述兩種方案具體分析其改造方法、室內(nèi)環(huán)境控制情況及 改造費用等。 2.1方案一：增設(shè)一臺風(fēng)冷熱泵機組 綜合服務(wù)樓工程現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)最大的問題是冷源不足、室內(nèi)溫濕度偏高、熱舒適性差?，F(xiàn)提出增設(shè) 一臺風(fēng)冷熱泵機組的改造方案，由3臺風(fēng)冷熱泵機組作為冷源，共同承擔(dān)全樓的冷負荷。 1）方案一分析 a. 改造工程量大，不具備可行性 增

15、設(shè)一臺風(fēng)冷熱泵機組，相應(yīng)的冷凍水泵、冷凍水管路都需要重新改造。由于冷凍水流量大幅度增 加，如果仍使用現(xiàn)有冷凍水管路系統(tǒng)，會導(dǎo)致水管內(nèi)流速過大， 沿程阻力增大，輸配系統(tǒng)能量損失嚴(yán)重， 而且現(xiàn)有冷凍水泵揚程、流量無法滿足要求， 必須全部重新配置。 因此采用方案一，就必須對全樓的冷 凍水管路系統(tǒng)進行大規(guī)模的改造，改造難度和工程量很大。另外，在屋頂增加1臺風(fēng)冷熱泵機組，還 將帶來一系列問題，如屋頂荷載的校核、屋面防水、配電容量增加等，根據(jù)現(xiàn)場勘察，綜合服務(wù)樓屋頂 已無足夠空間放置一臺風(fēng)冷熱泵機組，因此該方案一不具備實施的可行性。 b. 室內(nèi)濕度偏高的問題無法解決 從實際測試結(jié)果來看，由于室內(nèi)末端設(shè)備供

16、冷能力有限，即使通過增加風(fēng)冷熱泵機組增大制冷量， 也無法很好的解決室內(nèi)溫濕度偏高的問題。如果要徹底解決問題，還需要對空調(diào)末端設(shè)備進行增容，提 高末端設(shè)備的處理能力，導(dǎo)致改造難度和工程量巨大，且會影響餐廳的正常使用。 綜合上述分析，增設(shè)一臺風(fēng)冷熱泵機組不僅工程量巨大，施工困難，而且現(xiàn)場不具備實施的條件， 即使實施也無法解決室內(nèi)溫濕度偏高的問題，因此方案一不可行。 2.2方案二：改用熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組 1） 方案二簡述 綜合服務(wù)樓現(xiàn)有空調(diào)設(shè)備由于除濕能力不足導(dǎo)致了室內(nèi)溫濕度失控， 因此要解決濕度偏高的問題就 需要加強末端設(shè)備的除濕能力，采用熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組 （HVF）代替現(xiàn)有新風(fēng)機組，可

17、以很好地解 決現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)存在的問題。 熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組的夏季運行模式如圖8。夏季工況，高溫潮濕的新風(fēng)在全熱回收單元中以 溶液為媒介和回風(fēng)進行全熱交換，新風(fēng)被初步降溫除濕，然后進入除濕單元中進一步降溫除濕達到送風(fēng) 冷凝器排熱量用于濃縮再生 只需切換四通閥改變制冷劑循環(huán)方向，便可 狀態(tài)點。調(diào)濕單元中，調(diào)濕溶液吸收水蒸氣后，濃度變稀，為重新具有吸水能力，稀溶液進入再生單元 濃縮。熱泵循環(huán)的制冷量用于降低溶液溫度以提高除濕能力和對新風(fēng)降溫， 溶液，充分利用了熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量和熱量。冬季工況， 實現(xiàn)空氣的加熱加濕功能7-8。 J L 回風(fēng) 4 9 新風(fēng) 排風(fēng) 昭* T 訃。 矗A賽 送風(fēng) =

18、:9 1全熱交換模塊；2 并聯(lián)壓縮機；3 冷凝器I ; 4 冷凝器II ; 5 蒸發(fā)器I ; 6 蒸發(fā)器II ; 7熱回收板換I ; 8熱回收板換II ; 9 溶液循環(huán)泵；10-膨脹閥 圖8熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組夏季運行模式 2）方案二分析 a. 改造難度和工程量較小 熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組內(nèi)置熱泵循環(huán)系統(tǒng)，自帶冷源可獨立承擔(dān)新風(fēng)負荷、潛熱負荷以及部分顯 熱負荷，減少了風(fēng)冷熱泵機組承擔(dān)的負荷。由熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組和現(xiàn)有的2臺風(fēng)冷熱泵機組一 起承擔(dān)全部負荷，無需再增設(shè)風(fēng)冷熱泵機組，也不需要室內(nèi)末端增容，僅改造新風(fēng)機房即可， 減小了改 造工程量，也不存在占用屋頂空間、增加屋頂承重等問題。 b.

19、 可有效解決室內(nèi)溫濕度較高的問題 熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組利用溶液的吸水性對新風(fēng)進行除濕，除濕能力強，可以很好地改善室內(nèi)熱 舒適性。 c. 節(jié)能效果明顯 熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組內(nèi)置熱泵系統(tǒng)，充分利用熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生的冷量和熱量，機組COP （性能 系數(shù)）在5.5以上。機組采用溶液全熱回收裝置，可有效回收排風(fēng)能量。 另外，由于熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組可承擔(dān)大部分的除濕負荷，因此在過渡季或者客流減小的情況 下，可根據(jù)實際負荷情況提高冷凍水溫度，從而提高風(fēng)冷熱泵制冷效率，以達到更好的節(jié)能效果。 3）方案二初投資估算 因為不需要增加冷源，方案二無需對全樓的冷凍水系統(tǒng)進行改建，在很大程度上減小了工程量。采 用方

20、案二，只需從以下方面進行改造： a. 改造新風(fēng)機房 將原有新風(fēng)機組更換為熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組，拆除原有設(shè)備，并對新風(fēng)空調(diào)機房進行改造，重 新布置風(fēng)管； b. 增設(shè)軟化水管路 熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組運行過程中需補充少量軟化水，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)配置有軟化水處理設(shè) 備，只需再配備一套軟化水引水裝置； c. 增大配電功率 由于兩種新風(fēng)機組的配電系統(tǒng)也不一樣，需增大空調(diào)系統(tǒng)的配電功率。 2.3方案比較 采用熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組取代現(xiàn)有新風(fēng)機組，不需要再增設(shè)風(fēng)冷熱泵機組，改造工程量和難度 均較小，不需改造冷凍水系統(tǒng)、避免了占用屋頂空間、增加屋頂承重等問題。另外，從改造效果分析， 采用熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)

21、機組能夠降低室內(nèi)溫濕度，改善室內(nèi)熱舒適性，提高空氣品質(zhì)。 對兩種方案初投資進行比較，比較結(jié)果見表1。從表中可以看出，兩種方案初投資相差不大，如果 考慮屋頂結(jié)構(gòu)加強、室內(nèi)裝修恢復(fù)等因素，方案二初投資可能比方案一更低。 表1兩種方案初投資比較 方案一 方案二 冷源增容費用（萬元） 69.2 新風(fēng)機組費用（萬元） 138.7 水系統(tǒng)改造費用（萬元） 3.4 補水系統(tǒng)費用（萬元） 0.8 樓宇改造費用（萬元） 69.3 機房改造費用（萬元） 16.5 配電系統(tǒng)費用（萬元） 9.5 配電系統(tǒng)費用（萬元） 6.4 系統(tǒng)調(diào)試費用(萬元) 5 合計 1573 合計 1623 注：以上費用估算不包括結(jié)構(gòu)改造費用

22、，如屋頂載荷增加、屋面防水等施工費用。 2.4改造效果 改造后對綜合服務(wù)樓二層室內(nèi)參數(shù)進行測試，測試結(jié)果見圖910。從測試結(jié)果可以看出，室內(nèi)溫 度在24 C 26 C之間，室內(nèi)相對濕度基本在 60 5% ,說明改造后的溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)能夠有效控制室 內(nèi)溫濕度參數(shù)，滿足設(shè)計要求。 圖9改造后室內(nèi)溫度實測數(shù)據(jù) cr度溫 70 65 60 55 50 45 9:07 10:19 11:31 12:43 13:55 15:07 16:19 17:31 時刻 /0度濕對相 圖10改造后室內(nèi)相對濕度實測數(shù)據(jù) 3結(jié)論 與新建建筑相比，既有建筑改造需要考慮更多方面的因素，比如實施的難度，改造的費用，以及要 盡量減少對用戶的干擾等。 綜合服務(wù)樓項目是溶液調(diào)濕空調(diào)在既有建筑改造中的典型應(yīng)用案例，通過與 常規(guī)改造方案的對比可以看出， 采用內(nèi)置熱泵