漢德科技：溶液調濕
漢德科技2022-02-25
漢德科技溶液除濕新風空調
1 熱濕聯合處理的損失 夏季人體舒適區一般為t=25ºC，φ=60%左右，此時露點溫度約為16.6ºC。常規空調系統的排熱、排濕，大都是通過對空氣進行冷卻和冷凝除濕完成的。如果空調送風僅需滿足室內排熱的要求，則冷源的溫度低于室內空氣的干球溫度（25ºC）即可，考慮傳熱溫差與介質的輸送溫差，冷源的溫度只需要15~18ºC。如果空調送風需滿足冷凝除濕要求，冷源的溫度需要低于室內空氣的露點溫度，考慮5ºC傳熱溫差和5ºC介質輸送溫差，實現16.6ºC的露點溫度需要6.6ºC的冷源溫度，所以，常規空調系統都采用5~7ºC冷水的原因（直接蒸發時冷凝溫度也多在5ºC） 空調排熱、排濕的任務，可以看成是從25ºC 環境中向外界抽取熱量，在16.6ºC的露點溫度的環境下向外界抽取水分。
在空調系統中，顯熱負荷（排熱）約占總負荷的50~70%，而潛熱負荷（排濕）約占總負荷的30~50%。占總負荷一半以上的顯熱負荷部分，本可以采用高溫冷源排走的熱量卻與除濕一起共用5~7ºC的低溫冷源進行處理，造成能量利用品位上的浪費。而且，經過冷凝除濕后的空氣雖然濕度（含濕量）滿足要求，但溫度過低（此時相對濕度約為90%），還需要對空氣進行再熱處理，使之達到送風溫度的要求。這就造成了能源的進一步浪費與損失
2
難以適應熱濕比的變化 通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除濕，吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的范圍內變化，圖22.8-1中N、B、W圍成的三角形區域（其中室內空氣的狀態點為N，對應的露點為B，冷水的狀態點為W）。而建筑物實際需要的熱濕比卻在較大的范圍內變化。室內的濕量一般來源于人體，當人數不變時，產生的潛熱量不變。但顯熱卻隨氣候、設備使用狀況等發生大幅度的變化。在另一些場合，室內人數有可能有較大的變化，但很難與顯熱量的變化成正比。這種變化的顯熱與潛熱比與冷凝除濕的空氣處理方式的基本固定的顯熱潛熱比也構成不匹配問題。對這種情況，一般是犧牲對濕度的控制，通過僅滿足室內溫度的要求來妥協 這樣，就會造成室內相對濕度過高或過低的現象。過高的結果是不舒適，進而降低室溫設定值，通過降低室溫來改善熱舒適，造成能耗不必要的增加（由于室內外溫差加大而加大了通過圍護結構的傳熱和處理新風的能量）；相對濕度過低也將導致由于與室外的焓差增加使處理室外新風的能耗增加。在一些情況下為協調熱濕矛盾，還需要對降溫除濕后的空氣進行再加熱，這更造成不必要的能源消耗。冷凝除濕的本質就是靠降溫使空氣冷卻到露點而實現除濕，因此降溫與除濕必然同時進行，很難隨意改變二者之比。這樣，要解決空氣處理的顯熱與潛熱比與室內熱濕負荷相匹配的問題，就需要尋找新的除濕方法
3 對環境及室內空氣品質的影響 常規空調系統大都依靠空氣通過冷表面進行降溫除濕，因此不可避免的會出現潮濕表面甚至產生積水，空調停機后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所。從而使空調系統成為空調可能引起健康問題的主要原因。
排除室內裝修與家具產生的VOC、排除人體散發的異味、降低室內CO2濃度，最有效的措施是加大室內通風換氣量，即引入室外空氣、排除室內空氣。然而大量引入室外空氣就需要消耗大量冷量（在冬季為熱量）去對室外空氣降溫除濕（冬季為加熱） 實現空氣除濕而不出現潮濕表面，構建無霉菌的健康空調系統，是當今空調面臨的一個重要課題。
通常（建筑物圍護結構性能較好，室內發熱量不大時），處理室外空氣需要的冷量約占總冷量的1/2左右。進一步加大室外新風量，就意味空調能耗將加大。
近30年來，國內外在人均室外空氣供給量一直上下反復，如美國標準從人均25m3/h到能源危機后的10m3/h，現又重新上升至30m3/h，而丹麥由于室外無高熱高濕氣候，其新風標準則為90 m3/h/p。怎樣能夠加大室外新風量而又不增加空調處理能耗？這又是空調面對的嚴峻問題
4
能源供給與品位問題
空調耗電占到建筑總耗電的40%左右，怎樣節省空調耗電成為重要的課題。隨著能源問題的日益嚴峻，迫切需要以低品位熱能作為夏季空調的動力。北方地區大量的熱電聯產集中供熱系統在夏季由于無熱負荷而無法運行，使得電力負荷出現高峰的夏季熱電聯產發電設施反而停機，或者按純發電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅動空調，既能節省空調電耗，又可使熱電聯產電廠正常運行，增加發電能力。這樣既可減緩夏季供電壓力，又能提高能源利用率，是熱電聯產系統繼續發展的關鍵。
全球供電系統陸續出現的事故使我們更重視供電安全性。建筑物內設置燃氣發動機，帶動發電機發電承擔建筑的部分用電負荷，同時利用發動機的余熱解決建筑的供熱/冷問題（BCHP：Building Combined Heat & Power generation）是今后建筑物能源系統的最佳解決方案之一 此種方式需解決的問題之一是怎樣用余熱制冷或直接解決空氣的冷卻去濕，采用吸收式制冷有時并非最佳方案。優化BCHP的一個重要課題是使熱電冷負荷的彼此匹配。當建筑物電力負荷出現高峰而無相應的熱負荷或冷負荷時，發動機由于排熱量無法充分利用而不能充分投入運行滿足電負荷要求。當建筑物出現電力負荷低谷而熱負荷或冷負荷高峰時，如果不能發電上網，發動機也由于電力無處使用而不能充分投入來滿足熱量的需求。其結果就導致BCHP僅能承擔電負荷與熱負荷相重合的這一小部分負荷。采用能量蓄存裝置儲存暫時多出的能量，就會大大緩解這一矛盾。但是怎樣才能實現最高體積利用率的儲存能量是一個非常關鍵的問題。冰蓄冷方式被認為是在建筑物內最有效的蓄能方式，并廣泛使用?？墒抢肂CHP系統的余熱制冰就難以采用普遍的吸收式制冷方式。制冰溫度遠低于空調溫度，也使總的能源利用率降低
5
輸送能耗問題
為了完成室內環境控制的任務就需要有輸配系統，帶走余熱、余濕、CO2、氣味等。在中央空調系統中，風機、水泵消耗了40~70%的整個空調系統的電耗 采用不同的輸配方式、采用不同的輸配媒介，輸配系統的效率存在著明顯的差異，采用空氣作為媒介的輸送能源消耗是水作為媒介的5～10倍。在中央空調系統中，不少采用全空氣系統的形式，所有的冷量全部用空氣來傳送，導致輸配效率很低
圖22.8-1 冷凝除濕的處理范圍
此外，還有冬、夏采用不同的室內末端裝置，導致室內重復安裝兩套環境控制系統，分別供冬夏使用等等。由上述各類問題可見，空調的廣泛需求、人居環境健康的需要和能源系統平衡的要求，對空調方式提出了挑戰。新的空調應該具備的特點為：
◆ 加大室外新風量，能夠通過有效的熱回收方式，有效的降低由于新風量增加帶來的能耗增大問題；
◆ 減少室內送風量，部分采用與采暖系統公用的末端方式；
◆ 取消潮濕表面，采用新的除濕途徑；
◆ 少用電能，以低品位熱能為動力；
◆ 能夠實現高體積利用率的高效蓄能；
◆ 能夠實現各種空氣處理工況的順利轉換。
1 熱濕聯合處理的損失 夏季人體舒適區一般為t=25ºC，φ=60%左右，此時露點溫度約為16.6ºC。常規空調系統的排熱、排濕，大都是通過對空氣進行冷卻和冷凝除濕完成的。如果空調送風僅需滿足室內排熱的要求，則冷源的溫度低于室內空氣的干球溫度（25ºC）即可，考慮傳熱溫差與介質的輸送溫差，冷源的溫度只需要15~18ºC。如果空調送風需滿足冷凝除濕要求，冷源的溫度需要低于室內空氣的露點溫度，考慮5ºC傳熱溫差和5ºC介質輸送溫差，實現16.6ºC的露點溫度需要6.6ºC的冷源溫度，所以，常規空調系統都采用5~7ºC冷水的原因（直接蒸發時冷凝溫度也多在5ºC） 空調排熱、排濕的任務，可以看成是從25ºC 環境中向外界抽取熱量，在16.6ºC的露點溫度的環境下向外界抽取水分。
在空調系統中，顯熱負荷（排熱）約占總負荷的50~70%，而潛熱負荷（排濕）約占總負荷的30~50%。占總負荷一半以上的顯熱負荷部分，本可以采用高溫冷源排走的熱量卻與除濕一起共用5~7ºC的低溫冷源進行處理，造成能量利用品位上的浪費。而且，經過冷凝除濕后的空氣雖然濕度（含濕量）滿足要求，但溫度過低（此時相對濕度約為90%），還需要對空氣進行再熱處理，使之達到送風溫度的要求。這就造成了能源的進一步浪費與損失
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難以適應熱濕比的變化 通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除濕，吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的范圍內變化，圖22.8-1中N、B、W圍成的三角形區域（其中室內空氣的狀態點為N，對應的露點為B，冷水的狀態點為W）。而建筑物實際需要的熱濕比卻在較大的范圍內變化。室內的濕量一般來源于人體，當人數不變時，產生的潛熱量不變。但顯熱卻隨氣候、設備使用狀況等發生大幅度的變化。在另一些場合，室內人數有可能有較大的變化，但很難與顯熱量的變化成正比。這種變化的顯熱與潛熱比與冷凝除濕的空氣處理方式的基本固定的顯熱潛熱比也構成不匹配問題。對這種情況，一般是犧牲對濕度的控制，通過僅滿足室內溫度的要求來妥協 這樣，就會造成室內相對濕度過高或過低的現象。過高的結果是不舒適，進而降低室溫設定值，通過降低室溫來改善熱舒適，造成能耗不必要的增加（由于室內外溫差加大而加大了通過圍護結構的傳熱和處理新風的能量）；相對濕度過低也將導致由于與室外的焓差增加使處理室外新風的能耗增加。在一些情況下為協調熱濕矛盾，還需要對降溫除濕后的空氣進行再加熱，這更造成不必要的能源消耗。冷凝除濕的本質就是靠降溫使空氣冷卻到露點而實現除濕，因此降溫與除濕必然同時進行，很難隨意改變二者之比。這樣，要解決空氣處理的顯熱與潛熱比與室內熱濕負荷相匹配的問題，就需要尋找新的除濕方法
3 對環境及室內空氣品質的影響 常規空調系統大都依靠空氣通過冷表面進行降溫除濕，因此不可避免的會出現潮濕表面甚至產生積水，空調停機后這樣的潮濕表面就成為霉菌繁殖的最好場所。從而使空調系統成為空調可能引起健康問題的主要原因。
排除室內裝修與家具產生的VOC、排除人體散發的異味、降低室內CO2濃度，最有效的措施是加大室內通風換氣量，即引入室外空氣、排除室內空氣。然而大量引入室外空氣就需要消耗大量冷量（在冬季為熱量）去對室外空氣降溫除濕（冬季為加熱） 實現空氣除濕而不出現潮濕表面，構建無霉菌的健康空調系統，是當今空調面臨的一個重要課題。
通常（建筑物圍護結構性能較好，室內發熱量不大時），處理室外空氣需要的冷量約占總冷量的1/2左右。進一步加大室外新風量，就意味空調能耗將加大。
近30年來，國內外在人均室外空氣供給量一直上下反復，如美國標準從人均25m3/h到能源危機后的10m3/h，現又重新上升至30m3/h，而丹麥由于室外無高熱高濕氣候，其新風標準則為90 m3/h/p。怎樣能夠加大室外新風量而又不增加空調處理能耗？這又是空調面對的嚴峻問題
4
能源供給與品位問題
空調耗電占到建筑總耗電的40%左右，怎樣節省空調耗電成為重要的課題。隨著能源問題的日益嚴峻，迫切需要以低品位熱能作為夏季空調的動力。北方地區大量的熱電聯產集中供熱系統在夏季由于無熱負荷而無法運行，使得電力負荷出現高峰的夏季熱電聯產發電設施反而停機，或者按純發電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅動空調，既能節省空調電耗，又可使熱電聯產電廠正常運行，增加發電能力。這樣既可減緩夏季供電壓力，又能提高能源利用率，是熱電聯產系統繼續發展的關鍵。
全球供電系統陸續出現的事故使我們更重視供電安全性。建筑物內設置燃氣發動機，帶動發電機發電承擔建筑的部分用電負荷，同時利用發動機的余熱解決建筑的供熱/冷問題（BCHP：Building Combined Heat & Power generation）是今后建筑物能源系統的最佳解決方案之一 此種方式需解決的問題之一是怎樣用余熱制冷或直接解決空氣的冷卻去濕，采用吸收式制冷有時并非最佳方案。優化BCHP的一個重要課題是使熱電冷負荷的彼此匹配。當建筑物電力負荷出現高峰而無相應的熱負荷或冷負荷時，發動機由于排熱量無法充分利用而不能充分投入運行滿足電負荷要求。當建筑物出現電力負荷低谷而熱負荷或冷負荷高峰時，如果不能發電上網，發動機也由于電力無處使用而不能充分投入來滿足熱量的需求。其結果就導致BCHP僅能承擔電負荷與熱負荷相重合的這一小部分負荷。采用能量蓄存裝置儲存暫時多出的能量，就會大大緩解這一矛盾。但是怎樣才能實現最高體積利用率的儲存能量是一個非常關鍵的問題。冰蓄冷方式被認為是在建筑物內最有效的蓄能方式，并廣泛使用?？墒抢肂CHP系統的余熱制冰就難以采用普遍的吸收式制冷方式。制冰溫度遠低于空調溫度，也使總的能源利用率降低
5
輸送能耗問題
為了完成室內環境控制的任務就需要有輸配系統，帶走余熱、余濕、CO2、氣味等。在中央空調系統中，風機、水泵消耗了40~70%的整個空調系統的電耗 采用不同的輸配方式、采用不同的輸配媒介，輸配系統的效率存在著明顯的差異，采用空氣作為媒介的輸送能源消耗是水作為媒介的5～10倍。在中央空調系統中，不少采用全空氣系統的形式，所有的冷量全部用空氣來傳送，導致輸配效率很低
圖22.8-1 冷凝除濕的處理范圍
此外，還有冬、夏采用不同的室內末端裝置，導致室內重復安裝兩套環境控制系統，分別供冬夏使用等等。由上述各類問題可見，空調的廣泛需求、人居環境健康的需要和能源系統平衡的要求，對空調方式提出了挑戰。新的空調應該具備的特點為：
◆ 加大室外新風量，能夠通過有效的熱回收方式，有效的降低由于新風量增加帶來的能耗增大問題；
◆ 減少室內送風量，部分采用與采暖系統公用的末端方式；
◆ 取消潮濕表面，采用新的除濕途徑；
◆ 少用電能，以低品位熱能為動力；
◆ 能夠實現高體積利用率的高效蓄能；
◆ 能夠實現各種空氣處理工況的順利轉換。
