双冷源温湿分控空调系统的研究

摘要：在常规空调系统中，由于温湿联控，在一般性舒适空调系统中，往往不能很有效地同时保证温度和湿度参数，而在工艺空调系统中，为精确控制室内温度和湿度，往往采取过度冷却和再热方式，大大浪费能源。本文通过同方人工环境有限公司新技术介绍——双冷源温湿分控空调系统的概念、工作原理、特点等，探讨双冷源温湿分控空调系统的优点及其利用价值。

关键词：双冷源；温湿分控；冷冻除湿；节能

中图分类号： TE08 文献标识码： A 文章编号：

1双冷源温湿分控空调系统概念

基于两种（具有不同蒸发温度）冷源、并通过两个独立末端设备系统对室内温湿度进行分别调控的中央空调系统，称为“双冷源温湿分控空调系统”，简称双冷源空调系统。

在双冷源空调系统中，两个具有不同蒸发温度的冷源，承担着各自不同的功能。其中，蒸发温度较高的冷源为集中冷源，称为高温冷源，设计供水温度一般13~19℃，主要承担空调系统嫌热负荷和新风负荷；蒸发温度较低的冷源称为低温冷源，低温冷源可以是设计供回水温度为7/12℃的集中冷源，也可以是分散设置在新风机组中、蒸发温度2~5℃的独立冷源。双冷源空调系统为基于冷冻除湿的温湿度独立控制空调系统。

2双冷源空调系统特点

1．彻底解决风机盘管或空调机组“湿表面”问题

常规空调中的表冷器、凝水盘等“湿表面”，容易出现细菌滋生和漏水污染天花板的问题。潮湿的盘管表面往往成为细菌等致病微生物的滋生地，微生物又随着空气的送入污染整个建筑内部环境。

双冷源空调系统通过新风除湿并提高集中冷源的供水温度，使风机盘管及空调机组的夏季空气冷却过程实现真正的干式冷却，从而可彻底解决这些循环型末端设备中的“湿表面”问题。

2. 空调制冷系统的效率得到大幅提升，节能效果显著

常规空调通常采用7/12℃集中冷源，这是一个相对低效的制冷系统，其单机COP通常仅有4.5~5.5.原因在于常规空调系统受制于夏季除湿需要，冷冻水供水温度设计过低（7℃），导致制冷系统能效下降。

双冷源空调系统通过温湿分控，将承担80%以上夏季负荷的集中冷源，设计COP高达8.5以上的高温冷源，从而可以使空调制冷系统的综合能效得以大幅提升，节能效果显著。

3．能很好适应室内热湿比的变化。

在该系统中，由新风机组构成的新风处理系统控制和调节室内的湿度、正压和空气新鲜度；由室内空气循环末端设备和系统控制室内的温度、洁净度和均匀性。从而，实现了室内温度、湿度的独立控制和调节。因此，该系统对于室内空气参数的调节和控制更灵活、更方便，也更容易保证。

目前，除有明确湿度控制要求的工艺性空调外，几乎所有的常规舒适性空调系统，都没有相应的湿度控制措施。原因在于，常规空调系统夏季若要实现湿度控制，必然要像工艺性空调那样近似的定露点控制，这将增加大量的能耗（加热及过度冷却带来的不合理能耗）。

4．可有效解决“梅雨”季节的除湿问题

我国长江中下游“梅雨”季节的初期，以及南方部分地区春夏之交遇到的低温高湿气候，是常规空调系统的一个盲区。在双冷源空调系统中，双冷源新风机组可以在大楼集中冷源停机的状态下，利用自带冷源完成对新风的除湿，并可以不借助外源对新风进行回热，从而可实现除湿但不降温的“梅雨”季空调运行目标。

3双冷源温湿分控空调系统与常规空调对比分析

双冷源空调系统与常规空调（指现有的温湿联控的空调系统）系统对比

表一：双冷源空调系统与常规空调系统对比

双冷源温湿分控空调系统 常规空调系统

系统型式 集中式（全空气系统）

半集中式（双源新风机组+干式风机盘管） 集中式（全空气系统）

半集中式（新风机组+风机盘管）

系统特征 由两个蒸发温度不同的冷源共同承担空调系统夏季负荷。室内温湿度由两个末端设备系统各自独立调节。新风系统承担全部夏季室内湿负荷，循环系统只承担夏季室内显热负荷。 空调系统的夏季负荷由一种冷源承担。室内温湿度由一个末端设备系统联合调节。新风系统不承担夏季室内湿负荷，循环处理系统同时承担夏季室内热、湿负荷。

冷源特征 高温冷源设计供水温度13~19℃的集中冷源，低温冷源为设计供回水温度为7/12℃的集中冷源或为分散于各新风机组的独立冷源。 设计供回水温度为7/12℃的集中冷源。

热源特征 低温型热源，供水温度可低至40~45℃。 常规热源，供水温度通常为55~60℃。

冷站设备 高温冷源采用高温型冷水机组，集中设置的低温冷源采用常规冷水机组；冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等辅机同常规系统，按设计需要选型。 常规冷水机组及冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等辅机设备，按设计需要选型。

末端设备 双冷源新风机组（集中式，内冷式，水冷式）

干式风机盘管机组

干式空调机组

双源空调机组（全空气系统） 常规新风机组

风机盘管机组

空调机组（全空气系统）

4高温冷源制备

高温冷源采用13~19℃的冷水即可满足降温要求，此温度要求的冷水为很多天然冷源的使用提供了条件，如：深井水、通过土壤换热器获取冷水等。在某些干燥低区，通过直接蒸发或间接蒸发的方式获取13~19℃的冷水。

采用机械制冷方式，由于要求的压缩比很小，根据制冷卡诺循环可知，制冷机的理想COP将大幅度提高。如果将蒸发温度从常规冷水机组的2~3℃提高到14~16℃，当冷凝温度恒为40℃时，卡诺制冷机的COP将从7.2~7.5提高到11.0~12.0。因此制冷机的制造者应该改进现有的压缩制冷机、吸收式制冷机结构形式，使其在小压缩比时获得较高的效率。

5末端设备

5.1 双冷源新风机组

双冷源新风机组按自带低温冷源的冷凝模式不同，又可分为内冷式和水冷式两种类型。内冷式双冷源新风机组依靠室内排风带走冷凝热，不需要外接冷凝系统或冷却系统；水冷式则是由外部冷却水系统带走除湿冷源的冷凝热。采用两种集中冷源的双冷源新风机组称为集中式。

其中，内冷式双冷源新风机组需要设置机房安装，水冷式双冷源新风机组可吊装，推荐机房安装。

无论是集中冷源或为分散于各新风机组的独立冷源，新风的除湿方式仍为冷冻除湿，这种方式会导致空调盘管表面潮湿，容易滋生各种细菌，成为生物污染源，同时，冷冻除湿后的空气温度较低，不仅造成了能源的浪费，还影响人员舒适性。

5.2 干式风机盘管

由于风机盘管干工况运行，这就导致：1、传热温差小带来盘管换热能力严重下降；2、传热系数下降带来的盘管能力下降；3、管程排布不合理带来的盘管能力下降。针对以上三种弊端需对普通的风机盘管采取以下三个措施：1、表冷器设计为准逆流；2、增加管排数，3排改4排；3、合理的管程设计，保证K值。

综上，干式风机盘管相比普通风机盘管，可省去冷凝水管路，减少工程的设备投资及安装造价，避免凝结水的滴漏对建筑及装修造成破坏问题，并防止细菌滋生，但其增加排管数必然增加耗材，提高造价，因此需进行技术经济分析方可判断。

五、结论

1、双冷源温湿分控空调系统可应用于对室内温湿度有严格要求或空气品质要求比较高的设置中央空调系统的建筑，如：办公楼、商场、宾馆、饭店、医院等公共建筑和商业建筑；各类设置中央空调系统的公寓、别墅等民用建筑；各类有空调需求或恒温恒湿需求的工业建筑等。

2、双冷源温湿分控空调系统需要制备高、低温冷源，初投资会相应增加，新风机组的冷冻除湿以及其要求尽量机房安装的特点，导致其卫生方面的隐患以及占用一定的建筑空间。因此采用此种空调方式须有条件且经技术经济比较合理时采用。

3、即使循环型末端机组干工况运行，但在夏季温度湿度较高的地区，要求较高的场合，建议末端机组也配置冷凝水盘及冷凝水管。

六、参考文献

1、同方人工环境有限公司新技术介绍——双冷源温湿分控节能空调系统 ，建筑科学，2010年10期。

2、江亿，温湿度独立控制空调系统。

3、孙琳 朱能，风机盘管干工况运行的若干问题探讨。