空调除湿设计中再热量分析及其冷凝热的利用

时间：2020-06-04

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

图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。

图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）。

表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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