對于濕負(fù)荷較大和熱濕比較小的工程,通常采用一次回風(fēng)系統(tǒng),如工程的相對濕度有要求,在其夏季空氣處理過程中,往往需要采用再熱器來加熱經(jīng)冷卻減濕后的空氣,使處理的空氣達(dá)到要求的送風(fēng)狀態(tài),從而保證空調(diào)區(qū)域的相對濕度在要求的范圍內(nèi)。空調(diào)再熱量的計算通常是在設(shè)計工況確定的,首先確定空調(diào)房間的余熱Q、余濕W,計算熱濕比ε=Q/W,然后根據(jù)送風(fēng)溫差確定工程內(nèi)的送風(fēng)狀態(tài)點S,如圖1所示,據(jù)此可以確定空氣處理設(shè)備的再熱量:
Qz=G×(S-iL)/3600kW
(1)式中:
G——送風(fēng)量kg/h
iS——要求送風(fēng)狀態(tài)的焓值kJ/kg干空氣
iL——空氣經(jīng)表冷器后的焓值kJ/kg干空氣
圖1一次回風(fēng)夏季處理示意圖
顯然,對于余熱較小的工程,其熱濕比ε較小,要求的送風(fēng)狀態(tài)的焓值iS比較大,要求的再熱量Qz2就大。
然而,按上面方法計算出來的再熱量,在實際運行中往往偏小,造成房間內(nèi)相對濕度值大于設(shè)計值,究其原因,主要是以上設(shè)計中工程余熱Q的計算是按夏季最不利工況(除去不保證時間)確定的,工程內(nèi)大部分時間的實際余熱值比設(shè)計值小得多,其熱濕比ε也較設(shè)計工況要小,因此,在余熱較小時,實際需要的再熱量大于(1)式的計算值。
2除濕最不利工況的確定
顯然計算再熱量的最不利情況不是工程內(nèi)余熱Q最大的設(shè)計工況,而是余熱相對較小的過渡季節(jié)。工程余熱Q=Q人+Q設(shè)+Q圍,顯然,受季節(jié)影響較大的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱形成得熱負(fù)荷Q圍,下面分別對于地面工程和地下工程的Q圍情況進(jìn)行分析。
地面工程
地面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱包括外墻和屋頂傳熱得熱和窗戶的日射得熱,在春夏之交的過渡季節(jié)特別是在梅雨季節(jié),由于室外溫度不是太高,加上梅雨季節(jié)日射長期不足,因此Q圍顯然比設(shè)計工況要小,加上梅雨季節(jié)室外空氣含濕量比較高,通過滲透形成的濕負(fù)荷比較大,因此,此時的應(yīng)是最不利工況,為了滿足室內(nèi)濕度的要求,余熱的不足應(yīng)由再熱來補充,顯然,再熱量的設(shè)計應(yīng)根據(jù)此時房間的余熱計算。
地下建筑
對于淺埋地下建筑,圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷Q圍的計算主要依據(jù)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度,分別從頂部、底部和側(cè)墻進(jìn)行傳熱計算[1],但其基本思想是夏季壁面溫度最高,從而確保工程制冷設(shè)備的容量。盡管地下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)Q圍受外界氣溫和日射瞬時變化的影響很小,但地下建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度在一年中按周期性變化,可按(2)式進(jìn)行傳熱計算,地面以下的溫度場為:
(2)
式中:
——地層材料的導(dǎo)溫系數(shù)
x——距地表面深度
Aw——表面溫度年周期性波動振幅(℃)τ——時間(h)
Z——溫度年波動周期(h)
由(2)式可知,半無限大物體內(nèi)任意平面x處,它的溫度隨時間的變化與表面x=0處的溫度變化規(guī)律相類似,都是周期相同的余弦函數(shù)規(guī)律,任意平面x處溫度簡諧波的振幅為:
(3)
距地面x處的溫度波比表面要落后一個相角,延遲時間為:
(4)
由此可知,對于地下建筑,自然情況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度波動幅度較小,并有時間延遲,對于平均埋深約5米的地下建筑,其溫度波幅僅為地面的1/5左右,并且溫度波延遲約3個月,使得工程在春夏之交的季節(jié),圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度仍處于一個較低的水平。
對于常年使用的地下商業(yè)建筑,由于存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與工程內(nèi)空氣的相互作用,其溫度與自然情況有所不同。大致可分為以下幾種情況,冬季采暖和冬季不采暖。
南方地區(qū)工程,冬季通常不采暖,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季放出熱量,用來加熱工程內(nèi)的空氣,工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度低于自然情況的溫度;到室外氣溫升高,和工程內(nèi)人員及設(shè)備發(fā)熱量共同作用于使工程內(nèi)的溫度高于圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度時,圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收熱量,工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度高于自然狀態(tài)下的溫度,圖2為某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度全年變化的示意圖。顯然,工程內(nèi)的發(fā)熱量愈大,冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)加熱空氣消耗的熱量比較少,并且工程內(nèi)空氣加熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的時間愈長,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總體溫度愈高,但溫度波的衰減和延時的趨勢仍然比較明顯,通常對于冬季不采暖的地下建筑,其維護(hù)結(jié)構(gòu)溫度在過渡季節(jié)(春夏之交)比設(shè)計工況(最大值)低2~4℃,此時的余熱小于設(shè)計工況,因此,系統(tǒng)的再熱量應(yīng)按此時來設(shè)計方能滿足除濕要求。
圖2某工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度全年變化的示意圖
3再熱量的獲取
對于冬季采暖的地下建筑,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度在一年絕大部分時間被加熱,因此,其溫度總體水平高于自然狀況下的總體水平,且波動幅度比較小。并且這類工程通常地處比較干燥的北方,除濕問題并不突出。因此,系統(tǒng)再熱量的計算主要是南方地區(qū)的地下建筑面臨的設(shè)計問題。
然而,實際工程中,由于空氣處理中的再熱將抵消一部分冷量,產(chǎn)生再熱負(fù)荷。空氣再熱處理不僅使冷負(fù)荷增大,同時還需增加加熱量,尤其對于余熱較小的工程,再熱量比較大,通常設(shè)計人員無法心理無法接受,因而,諸多工程去掉再熱段,采用最大溫差送風(fēng)(露點送風(fēng))。這樣,犧牲了工程的質(zhì)量指標(biāo),使工程相對濕度難以滿足設(shè)計要求,尤其在春夏之交,工程內(nèi)的濕度非常大,特別是小余熱工程,以致影響工程的使用。如某地下家具商場,采用直接蒸發(fā)式空調(diào)器進(jìn)行空氣處理,并采用露點送風(fēng),工程內(nèi)相對濕度經(jīng)常超過80%,梅雨季節(jié),工程內(nèi)異常潮濕,地板有少量凝結(jié)水,并且風(fēng)口有結(jié)露現(xiàn)象,此時空調(diào)效果很差,用戶無所適從,影響工程的正常使用。
因此,從空氣處理原理可知,要確保工程內(nèi)的濕度不致過高,再熱是無法省略的,但對于余熱較小的地下工程,其再熱量是非常可觀的,表2表示熱濕比ε和再熱量之間的關(guān)系(送風(fēng)量為100kg/h,工程的相對濕度為70±5%,溫度為26℃,工程散濕量為18kg/h)。
表2熱濕比ε和最小再熱量的關(guān)系
顯然,工程余熱量Q愈小,ε就愈小,要求的再熱量Qz就越大,如采用電熱,這既增加了運行能耗,又增加了設(shè)備容量,顯然難以推廣使用。有人提出利用回風(fēng)熱回收來實現(xiàn)再熱[2]設(shè)想,即回風(fēng)和新風(fēng)混合后,不直接送至冷卻裝置進(jìn)行處理,而是先進(jìn)入一個全熱交換器與空氣冷卻裝置的出口空氣進(jìn)行(全熱)交換,一方面實現(xiàn)再熱,另一方面對進(jìn)入冷卻裝置混合空氣進(jìn)行預(yù)冷,實現(xiàn)這種設(shè)想一方面將會使裝置非常龐大,系統(tǒng)變得非常復(fù)雜,另一方面,全熱交換還會使被處理的空氣在再熱的同時被“再濕”,顯然行不通。因此,目前比較可行的方法是利用制冷系統(tǒng)的冷凝熱實現(xiàn)再熱,以替代用電及蒸汽加熱,節(jié)約大量能源。
主要設(shè)備有:
除濕機和調(diào)溫除濕機
除濕機是將冷凝熱全部作為處理空氣的再熱源,再熱量比較大,送風(fēng)溫度比較高,通常是制冷量的1.2~1.3倍,因此適合于無余熱工程和溫度無要求的工程,如深埋地下建筑、倉庫等場所;調(diào)溫除濕機是在普通除濕機的基礎(chǔ)上增加了水冷冷凝器,通過調(diào)節(jié)流經(jīng)水冷冷凝器的冷卻水量來實現(xiàn)再熱量的調(diào)節(jié),因為再熱量比較大,并且可以調(diào)節(jié),可在除濕的同時確保工程內(nèi)的溫度滿足使用要求,因此適用于熱負(fù)荷變化比較大工程,并有溫度要求的工程,如國防工程和人防指揮工程中,有溫度要求的洞庫工程。
除濕空調(diào)機原理圖
除濕空調(diào)機實際上就是直接蒸發(fā)組合式空調(diào)器,與調(diào)溫除濕機相同之處是利用利用冷凝熱進(jìn)行再熱,不同之處是其不是按除濕機來設(shè)計(除濕機風(fēng)量比較小),而是按空調(diào)器來設(shè)計,可用冷凝熱每100m3/h為35kW,并可根據(jù)工程余熱大小自動調(diào)整,適用地下建筑和有濕度要求的地面建筑。
過渡季節(jié)和梅雨季節(jié)的最不利余熱計算比較復(fù)雜,但如用冷凝熱作為再熱熱源,屬于廢熱利用,不涉及增加設(shè)備容量,并且已實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié),因此,設(shè)計人員不必為再熱量的計算耗費過多心思。
4結(jié)語
對于余熱較小的地下建筑和濕度要求的地面建筑,為了滿足工程內(nèi)濕度的要求,其再熱量是不省略的,再熱的計算不能按夏季設(shè)計工況確定,而應(yīng)按制冷系統(tǒng)運行時工程余熱量最小的時刻來計算。再熱量采用冷凝熱不僅可以節(jié)約設(shè)備運行能耗,減小設(shè)備容量,而且便于實現(xiàn)和控制。
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