![]()
![]()
图/国际制冷学会科技理事会副主席兼 E 学部主席、清华大学教授 李先庭
在双碳背景下，暖通系统的能耗表现一直是行业内关注的重点。无论是制冷、制热，还是湿度的控制，都需要消耗大量的电能。单从暖通系统的湿度控制来看，由于在传统空调的空气处理过程中，针对湿度控制，通常会有等温加湿和等焓加湿两种方法。在运行的过程中，等温加湿需要利用高品位蒸汽或电能，等焓加湿则需要高品位热能先加热到高温，这两种做法存在冷热抵消的问题，能耗也相对较大。所以行业的趋势是在冷热系统的基础上添加湿度控制系统，将加湿的负荷单独分开来提升整体系统的能效。目前，行业采用比较多的温湿度独立控制系统方式是处理空气潜热的溶液除湿系统。由于不同气体和溶液的含湿量不同，利用多级溶液除湿，能够减小空气和溶液间的传质火积耗散，有效降低冷热源的能耗，但这种方式依然存在一定程度的品位浪费。![]()
如果把空气除湿、加湿过程的湿负荷品位定义为单级空气含湿量降(升)合理且空气与介质之间传质湿差为合理湿差(约2.5g/kg)时，处理湿负荷的介质等效含湿量。想要得到合理的传质温差，需要综合考虑冷热源能耗、水泵和风机能耗后得到优化湿差。![]()
沿着品位匹配设计的流程思路，首先，通过换热器或热湿回收装置来处理低品位负荷，再通过热泵处理剩下的高品位热负荷。最后，在多种冷热源的冷热量和温度组合情况下，选择热泵或湿泵中能耗最低的方式处理剩下的高品位湿负荷，可以有效降低加湿系统的品位浪费。在北京某印钞检封大楼项目中，检封车间室内设计参数为24±2℃、相对湿度为55±5%。大楼原有的空调系统采用传统一次回风全空气系统，新风与回风混合后利用7/12℃的低温冷冻水进行降温除湿，然后利用燃气锅炉生成的蒸汽将空气再加热至送风状态点，可以明显看出存在大量的品位浪费现象。![]()
通过对项目进行品位匹配方法系统设计，新风先由高温冷水进行预冷，再通过溶液除湿来控制送风的湿度，回风则先与除湿后的新风进行混合，再通过高温冷水降温来控制送风的温度。经统计，品位匹配方法构建的系统，在夏季设计工况夏，相比温湿度独立系统，转移部分低品位新风除湿负荷通过自然冷媒处理，且机械冷源进一步按新风、回风的品位制取，从而节约电耗10.9%。而相比冷凝除湿系统，则可避免冷凝除湿再热的冷热抵消，可节省电耗32.1%和大量热耗。如果是在冬季设计工况下，品位匹配方法构建的系统相比温湿独立系统节省28.6%、相比等温加湿系统节省大量热耗。对于存在各种废能和自然能源的场所，品位匹配构建的系统节能率还能大幅提高，存在更大的节能潜力。当然，由于不同的项目千差万别，每个工程中，根据品位匹配方法构建的系统也存在很大的不同，还需要工程师能够进一步采用、发展、创新这种方式，在不同的场景下构建不同的流程，进而与厂家、用户进行合作，形成标准化定制的空气处理装置，来助力全行业的绿色低碳发展。
