温度湿度独立控制空调系统中冷却除湿方式的适应性分析

摘要 针对温度湿度独立控制空调系统中新风采用冷却除湿的方式，依据房间热湿平衡原理和湿空气的焓湿图，对新风的全年运行参数及其对室内温湿度的影响进行了分析，给出了新风冷却除湿后需要再热的室外参数区域、新风作为自然冷源最大可能的温度范围和冷却除湿设计的建议措施。

关键词 温度湿度独立控制空调系统 冷却除湿 冷热平衡温度 新风 温度范围

温度湿度独立控制系统的理念温度湿度独立控制系统（temperature andhumidity independent processed system，以下简称THIP系统）的设计理念是：利用新风来消除房间的余湿（潜热冷负荷），并利用室内干式末端设备来承担显热冷负荷。这样就把对房间空气冷却和除湿两个处理过程独立开来，用热力学分析方法实现了对温度、湿度控制的解耦。

由于冷却除湿方法比较简单，目前一些以THIP系统理念设计的工程，对新风也采用了冷却除湿方式。

当根据卫生标准确定新风量之后，根据室内余湿量，可计算出新风送风含湿量差Δd_S＝d_N－d_L，由此可以确定出新风设计送风状态点。这一思路与近年来部分学者提出的“独立新风系统DOAS”的理念是类似的。从THIP系统的理念来看，当新风送风状态点参数为d_L，t_N时，送风只承担室内湿负荷而不承担室内显热负荷，是最符合这一理念的。但冷却除湿的特点决定了表冷器无法将新风直接由室外参数处理到这一点，而是需要在除湿到机器露点后再热。

除此之外，对房间提供热源——在室内设置散热器等供暖系统，当室内相对湿度超标时开启供暖，也能实现对房间相对湿度的控制。其实对房间来说，这也是冷却后再热的一种表现形式。因此，对于整个系统或房间来说，上述两种空气处理方式实际上都是冷却后再热；这是一个冷热抵消过程，将造成能源的浪费。为了尽可能避免或减少这一情况的发生，需要对冷却除湿方式的适宜性进行深入分析。

图3　各气候区办公建筑室内状态点与送风状态点的关系

图4　寒冷地区办公室无再热盘管时新风冷却除湿方式的不适应范围

结论

给出了冷却除湿方式在全年运行中满足室内温湿度参数时，新风送风参数的限值要求和可能的供暖、供冷热平衡室外温度，可以为空调系统最大限度地节能运行提供参数控制依据。Ⅰ，Ⅱ区的范围越大，运行能耗越大。

当室外空气状态点位于Ⅰ区时，如果无热源而直接送风，将导致办公室的相对湿度超标。因此从保证室内湿度需求来说，这时应考虑适当的热源供应。

当室外空气状态点位于Ⅱ区时，尽管可以将新风进行除湿冷却，但除湿冷却后的送风点将落入Ⅰ区，也有可能导致办公室相对湿度超标（取决于围护结构的传热）。如果要保证相应的室内湿度，再热通常也是必要的措施。

除了图４中的Ⅰ，Ⅱ区外的其他室外状态点，可采用直接送风（室外温度在t_A～t_K之间时）、加热（室外温度低于t_A时）、加湿（对于Ⅱ级热舒适且室外含湿量低于d_A时）或者干冷却（新风不冷却到相对湿度95%的机器露点、室外温度高于t_K时）的措施——将新风送风点处理至A～K点组成的连线上、且温度不超过t_K的任何一个状态点，都可以保证办公室的参数要求，且不存在冷热抵消的能源浪费。

以上分析是以满足Ⅱ级室内热舒适工况下最大程度节能进行的。因此，热舒适级别的确定对Ⅰ，Ⅱ区范围至关重要。如果希望尽可能减小Ⅰ，Ⅱ区的范围来减少运行能耗，那就要合理确定房间全年的参数需求范围，充分利用室外空气并减少冷热抵消所产生的能源浪费。

冷却除湿方式原理虽然简单，但在应用时还需要解决送风温度的问题。在以上设定的典型房间案例中，当除湿后的新风送风温度低于表8的要求时，需要对新风进行一定的再热，或者对房间供热（室内末端加热）。进一步分析可知：产生上述问题的主要原因是房间在不同工况时的实际热湿比线与新风送风过程线不一致；Ⅰ区的大小（尤其是A～K点连线在焓湿图中所处位置的高低）直接影响加热量或再热量。如果实际房间中的室内冷负荷（人员、灯光及设备等）加大（相当于房间热量增加），则Ⅰ区将变小（图４中A～K点连线位置降低），再热的需求也会随之减少。但设计者并不能为了追求设计计算时“消除再热”而人为加大室内冷负荷，否则实际运行时将浪费更多的制冷量和加热量（包括再热量）。由于实际建筑的热工性能及使用方式并不一定与上述案例相同，上述各表中的计算结果也并不表示对该气候分区中的所有同类建筑都适合，因此对于具体工程，设计人员可采用上述思路进行分析以得出相应的数据。