温湿度独立控制空调系统的设计

温湿度独立控制空调系统的设计

为了满足室内环境温湿度的要求，空调系统是实现建筑物功能要求的主要系统，冷热负荷的计算是建筑物空调系统中的重要内容。设计过程中用冷热负荷来确定夏冬空调系统的末端、冷热设备以及输送系统，还决定着空调系统的投资与今后的运行费用。所以，专门分析研究针对温湿度独立控制系统的冷热负荷计算分析方法具有重要意义。文章介绍了温湿度独立控制空调系统的设计方法，并分析了辐射供冷系统防结露、新风量的再调节、典型房间的处理等设计难点及其解决措施。以某建筑为例，分别计算显热负荷和潜热负荷，温度、湿度控制系统的设备选型。

标签：辐射供冷；负荷计算；显热负荷；潜热负荷

1 引言

目前，传统的空调系统是温湿度耦合处理过程，所以为了满足湿度的要求就需要使温度过度降低，这样势必造成能源浪费。近年来，温湿度独立控制空调系统有了快速发展。其原理是分别处理全热负荷的显热负荷与潜热负荷，根据两种负荷的不同特性，采用不同温度的介质处理。这样处理显热负荷的冷源只要低于室内空气温度（25℃）即可，考虑10℃温差，冷源温度在15℃左右，因此可以减少温湿度耦合处理造成的高品质冷源的过度消耗，以达到节能的目的[1]。

2 工程实例

2.1 工程概况

本项目位于中国河北省石家庄市，建设大街与东风路交汇口附近，地理位置优越。小区总建筑面积11万m2，共5栋楼，其中有4栋大户型高端精装住宅（4.3万m2），配置恒温恒湿空调系统。另外的1栋商业楼（4#楼），地下商业配套中心的空調系统由开发商另外考虑。住宅楼1#、2#、3#、5#、及别墅配置先进高端的恒温恒湿空调系统，全年使用。主要功能是房间四季恒温18～26℃，四季恒湿40～70%，四季提供室内新风。其中3#楼建筑面积11062m2，空调面积7003m2，地下一层，地上十层。以下计算数据均以3#楼为例。

2.2 负荷计算

温湿度独立控制空调系统的负荷需分别计算新风负荷、显热负荷和湿负荷。3#楼夏季总冷负荷1212kw，其中新风负荷475kw，显热负荷346kw，湿负荷26060g/h。

2.3 总湿负荷的确定

室内总湿负荷包括：人员散湿量、植物散湿量、敞开水体表面散湿量、新风

渗透散湿量、饭菜散湿量。因此，总散湿量的计算公式为[2]：

W=W1+W2+W3+W4+W5 （1）

式中，W为总散湿量，g/h；W1为人员散湿量，g/h；W2为植物散湿量，g/h；W3为敞开水体表面散湿量，g/h；W4为新风渗透散湿量，g/h；W5为饭菜散湿量，g/h。

根据该建筑的功能和地理位置，总散湿量可以仅考虑人员散湿量和植物散湿量。所以总散湿量的计算公式简化为：

W=W1+W2 （2）

2.3.1 人员散湿量的确定

人体散湿量的计算公式为[3]：

W1=gn？茁 （3）

式中g为不同室温和劳动性质时成年男子散湿量，g/h；n为室内全部人数；？茁为人员群集系数。g与？茁的取值参见文献[3]。

3#楼共10层，每层8户，每户按4个人计算，则W1=61×320×0.96=18740g/h。

2.3.2 室内植物散湿量的确定

为了对室内的微环境有所改善，许多建筑物室内会摆放一些绿色花草植物。表1给出了一些植物蒸发率。可看出散湿量可相当于2～3个人员的散湿量，本工程取n=3，则W2=gn=61×3×40=7320g/h。

由上述计算可知，W=W1+W2=18740+7320=26060g/h。

2.4 新风量与送风含湿量的确定

2.4.1 新风量选取原则

（1）满足人员卫生要求。根据文献的要求确定满足人员卫生要求的最小新风量。（2）满足消除室内全部湿负荷的要求。送入的干燥新风与排风之间的含湿量差，就是新风消除的湿量。（3）满足维持室内正压的要求。

上述值的最大值即为系统的新风量。本工程新风量=31239m3/h。

2.4.2 送风含湿量的确定

3 新风系统末端装置

新风系统采用置换通风，地板下设风管的方式。新风系统的末端装置主要有：风分配器、送风管道、送风地盒。新风管道采用的是南京优能空调系统有限公司生产的优能高舒牌U-PVC埋地型送风管道。新风经新风机组处理后从新风机组进入风分配器，再由风分配器通过埋地型送风管道进入送风地盒，最后由送风地盒将新风送入室内。

4 设计难点与解决措施

4.1 防结露

防结露是温湿度独立控制空调系统中的难题。避免结露就要求冷却地板的表面温度保持在室内空气的露点温度之上。可以通过两个途径达到：一是提高地板进水温度，使其比室内空气露点温度高约1℃。由室内设计参数确定露点温度约14.2℃，因此地板供、回水温度为16℃/20℃，并且在室内安装空气露点传感器。二是降低室内空气露点温度。先运行新风系统，当室内的相对湿度接近设计值后再开启地板辐射系统。此外，还要保证室内处于正压，防止室外空气进入室内。

4.2 新风量的再调节

本项目置换通风一个单元设一台新风机组，该系统形式最大的不足是一旦置换通风系统经过初调节设定好以后，在后续的使用过程中各用户不能随意调节，否则将导致整个单元垂直方向和水平方向户内各房间风量的失衡。为了避免这一不足，可以采用每户设一台新风机组的形式，这样各用户就可以根据自己的使用要求对新风量进行调节，而不会产生风量的垂直失调。

4.3 典型房间的处理

顶层房间由于屋顶的存在与非顶层房间相比冷负荷会有所增加，边角房间由于外围护结构面积比较大，与非边角房间相比冷负荷也会有所增加，称这样的房间为典型房间。如果末端显热设备采用的是干式风机盘管或者毛细管辐射末端，可以通过选用较大供冷量的干式风机盘管和增加毛细管的敷设面积来解决。但是地盘管敷设末端的供冷量是有限的，即使再减小盘管的间距也有可能无法完全承担室内的显热负荷，这种情况下对于典型房间可用以下的办法来解决：（1）在典型房间增设干式风机盘管；（2）在典型房间敷设毛细管辐射；（3）对于顶层房间来说还可以在屋顶敷设地盘管。

5 结束语

采用地板辐射供冷加置换通风的方式是本工程的一个大胆尝试，在对该工程的后续使用进行测试之后发现即使典型房间供冷量也能满足要求，而且也没有产生结露现象，充分表明该系统的可行性，设计的正确性。

参考文献

[1]劳逸民.浅析采用冷冻除湿方式的温湿度独立控制系统冷源节能的可行性[J].建筑科学，2011：47-49.

[2]刘栓强，刘晓华，江亿.温湿度独立控制空调系统中独立新风系统的研究（1）：湿负荷计算[J].暖通空调，2010：80-84.

[3]赵荣义，范存养，薛殿华，等.空气调节[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2000.