空调除湿设计中再热量分析及其冷凝热的利用

2020-06-04 浏览次数:165

对于湿负荷较大和热湿比较小的工程,通常采用一次回风系统,如工程的相对湿度有要求,在其夏季空气处理过程中,往往需要采用再热器来加热经冷却减湿后的空气,使处理的空气达到要求的送风状态,从而保证空调区域的相对湿度在要求的范围内。空调再热量的计算通常是在设计工况确定的,首先确定空调房间的余热Q、余湿W,计算热湿比ε=Q/W,然后根据送风温差确定工程内的送风状态点S,如图1所示,据此可以确定空气处理设备的再热量:

 

Qz=G×(S-iL)/3600kW

1)式中:

 

G——送风量kg/h

 

iS——要求送风状态的焓值kJ/kg干空气

 

iL——空气经表冷器后的焓值kJ/kg干空气

 

 

 

1一次回风夏季处理示意图

 

显然,对于余热较小的工程,其热湿比ε较小,要求的送风状态的焓值iS比较大,要求的再热量Qz2就大。


然而,按上面方法计算出来的再热量,在实际运行中往往偏小,造成房间内相对湿度值大于设计值,究其原因,主要是以上设计中工程余热Q的计算是按夏季较不利工况(除去不保证时间)确定的,工程内大部分时间的实际余热值比设计值小得多,其热湿比ε也较设计工况要小,因此,在余热较小时,实际需要的再热量大于(1)式的计算值。

 

2除湿较不利工况的确定

 

显然计算再热量的较不利情况不是工程内余热Q的设计工况,而是余热相对较小的过渡季节。工程余热Q=Q人+Q设+Q围,显然,受季节影响较大的是围护结构得热形成得热负荷Q围,下面分别对于地面工程和地下工程的Q围情况进行分析。

 

地面工程

 

地面围护结构的得热包括外墙和屋顶传热得热和窗户的日射得热,在春夏之交的过渡季节特别是在梅雨季节,由于室外温度不是太高,加上梅雨季节日射长期不足,因此Q围显然比设计工况要小,加上梅雨季节室外空气含湿量比较高,通过渗透形成的湿负荷比较大,因此,此时的应是较不利工况,为了满足室内湿度的要求,余热的不足应由再热来补充,显然,再热量的设计应根据此时房间的余热计算。

 

地下建筑

 

对于浅埋地下建筑,围护结构热负荷Q围的计算主要依据是围护结构的温度,分别从**部、底部和侧墙进行传热计算[1],但其基本思想是夏季壁面温度高,从而确保工程制冷设备的容量。尽管地下建筑围护结构Q围受外界气温和日射瞬时变化的影响很小,但地下建筑的维护结构的温度在一年中按周期性变化,可按(2)式进行传热计算,地面以下的温度场为:

 

2)

 

式中:

 

——地层材料的导温系数

 

x——距地表面深度

 

Aw——表面温度年周期性波动振幅(℃)τ——时间(h)

 

Z——温度年波动周期(h)

 

由(2)式可知,半无限大物体内任意平面x处,它的温度随时间的变化与表面x=0处的温度变化规律相类似,都是周期相同的余弦函数规律,任意平面x处温度简谐波的振幅为:


3)

 

距地面x处的温度波比表面要落后一个相角,延迟时间为:

 

4)

 

由此可知,对于地下建筑,自然情况下围护结构温度波动幅度较小,并有时间延迟,对于平均埋深约5米的地下建筑,其温度波幅仅为地面的1/5左右,并且温度波延迟约3个月,使得工程在春夏之交的季节,围护结构温度仍处于一个较低的水平。

 

对于常年使用的地下商业建筑,由于存在围护结构与工程内空气的相互作用,其温度与自然情况有所不同。大致可分为以下几种情况,冬季采暖和冬季不采暖。

 

南方地区工程,冬季通常不采暖,其围护结构冬季放出热量,用来加热工程内的空气,工程围护结构温度低于自然情况的温度;到室外气温升高,和工程内人员及设备发热量共同作用于使工程内的温度**围护结构温度时,围护结构吸收热量,工程围护结构温度**自然状态下的温度,图2为某工程围护结构温度全年变化的示意图。显然,工程内的发热量愈大,冬季围护结构加热空气消耗的热量比较少,并且工程内空气加热围护结构的时间愈长,围护结构的总体温度愈高,但温度波的衰减和延时的趋势仍然比较明显,通常对于冬季不采暖的地下建筑,其维护结构温度在过渡季节(春夏之交)比设计工况(较大值)低2~4℃,此时的余热小于设计工况,因此,系统的再热量应按此时来设计方能满足除湿要求。

 

 

 

2某工程围护结构温度全年变化的示意图

 

3再热量的获取

对于冬季采暖的地下建筑,其围护结构温度在一年绝大部分时间被加热,因此,其温度总体水平**自然状况下的总体水平,且波动幅度比较小。并且这类工程通常地处比较干燥的北方,除湿问题并不**。因此,系统再热量的计算主要是南方地区的地下建筑面临的设计问题。

 

 

然而,实际工程中,由于空气处理中的再热将抵消一部分冷量,产生再热负荷。空气再热处理不仅使冷负荷增大,同时还需增加加热量,尤其对于余热较小的工程,再热量比较大,通常设计人员无法心理无法接受,因而,诸多工程去掉再热段,采用较大温差送风(露点送风)。这样,牺牲了工程的质量指标,使工程相对湿度难以满足设计要求,尤其在春夏之交,工程内的湿度非常大,特别是小余热工程,以致影响工程的使用。如某地下家具商场,采用直接蒸发式空调器进行空气处理,并采用露点送风,工程内相对湿度经常**过80%,梅雨季节,工程内异常潮湿,地板有少量凝结水,并且风口有结露现象,此时空调效果很差,用户无所适从,影响工程的正常使用。

 

因此,从空气处理原理可知,要确保工程内的湿度不致过高,再热是无法省略的,但对于余热较小的地下工程,其再热量是非常可观的,表2表示热湿比ε和再热量之间的关系(送风量为100kg/h,工程的相对湿度为70±5%,温度为26℃,工程散湿量为18kg/h)。

 

2热湿比ε和较小再热量的关系

 


 

显然,工程余热量Q愈小,ε就愈小,要求的再热量Qz就越大,如采用电热,这既增加了运行能耗,又增加了设备容量,显然难以推广使用。有人提出利用回风热回收来实现再热[2]设想,即回风和新风混合后,不直接送至冷却装置进行处理,而是先进入一个全热交换器与空气冷却装置的出口空气进行(全热)交换,一方面实现再热,另一方面对进入冷却装置混合空气进行预冷,实现这种设想一方面将会使装置非常庞大,系统变得非常复杂,另一方面,全热交换还会使被处理的空气在再热的同时被“再湿”,显然行不通。因此,目前比较可行的方法是利用制冷系统的冷凝热实现再热,以替代用电及蒸汽加热,节约大量能源。

 

主要设备有:

 

除湿机和调温除湿机

 

除湿机是将冷凝热全部作为处理空气的再热源,再热量比较大,送风温度比较高,通常是制冷量的1.2~1.3倍,因此适合于无余热工程和温度无要求的工程,如深埋地下建筑、仓库等场所;调温除湿机是在普通除湿机的基础上增加了水冷冷凝器,通过调节流经水冷冷凝器的冷却水量来实现再热量的调节,因为再热量比较大,并且可以调节,可在除湿的同时确保工程内的温度满足使用要求,因此适用于热负荷变化比较大工程,并有温度要求的工程,如*工程和人防指挥工程中,有温度要求的洞库工程。

 


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