低湿洁净室空调节能方案浅析

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摘要：能源是经济发展的物质基础，也是经济社会可持续发展的重要制约因素，因此节能减排工作是我国的国家战略任务。我国的建筑能耗相当大，居能耗之首，而建筑能耗的大部分又被建筑内部的采暖和空调系统所消耗。因此空调节能减排有巨大的挖掘潜力。随着全世界对空调领域的不断深入研究，暖通空调界的新技术、新材料、新的发展理念也在不断出现。对人类的节能减排将会产生深远的意义。

关键词：空调 低湿 节能

中途分类号：TE08 文献标识码：A文章编号：

随着科技的进步和产品技术的不断提升及我国对外开放的不断深入，大批的外资企业在我国设立其制造基地，特别是近年来电子企业的大量涌入，还有国内大量制药企业的升级，其全新的生产工艺及生产过程对环境的温、湿度、洁净度的要求较高，需要我们提供一个可靠性高且低耗能的洁净空调系统，有些洁净区域还有特殊的低湿要求，本章主要是来分析一下低湿洁净空调的节能方案。

目前空气主要的除湿方法有：升温除湿、通风除湿、冷冻除湿、溶液除湿、固体除湿、干式除湿（如转轮除湿）、混合除湿。在空调除湿系统中，冷冻除湿和固体除湿较为常用。冷冻除湿在环境对湿度要求不是很高的条件下，效果还是比较好，性能稳定且耗能也比较低，目前应用比较广泛，但在生产环境对湿度要求较高的地方（比如湿度要求低于45%的场所），采用冷冻除湿就不节能，不经济。若采用转轮除湿机，将不受空气露点影响，且除湿量大，特别适用于低湿条件下，但如果全部除湿仅采用固态吸附原理的转轮除湿机进行，由于其再生耗能量也比较大，此种方案也不是最经济的，由于转轮除湿和冷冻除湿各有所长，可将其优化组合，各取所长，互补所短，会更好的发挥其效能。

洁净室对生产环境的温度、湿度、空气洁净度、气流组织，压力平衡等多个空调参数提出了严格的要求，而对于这个温、湿度要求，传统上经常采用冷冻除湿+再热的方式进行处理，并取得了一定的成果，但这种方式存在着一个致命的问题，冷热的抵消和能耗的巨大浪费，特别是有些大新风，大排风系统更为明显。

下面就针对常用的低湿洁净室空调方案：冷冻除湿+再热和冷冻除湿+转轮除湿+再冷的两种方案的夏季运行状态做一个耗能计算比较。

工程实例:

设计条件及说明：

1.制药洁净车间（粉碎出料），洁净度要求为百级，方案架构为：FFU负责车间内大部分空气的内循环，以满足空气洁净度要求，外配组合式空调处理机组（负责室内一部分循环风量），以承担室内的热、湿负荷和室内正压补气风量，以满足室内温、湿度和压力的要求，气流组织采用顶送侧下回。室内杀菌采用紫外线杀菌灯。

2.室内空调参数：温度：24±2℃、相对湿度：35%（冬季不考虑加湿）

3.车间面积：71m2,吊顶高度：3m

4.车间内工作人员数量：10人，车间内无工艺湿负荷。

5.总循环风量：115000CMH（室内截面风速取0.45m/s）,负责室内热湿负荷的组合空调机组的循环风量为15000CMH,其中负责补充室内排气和保持室内正压的新风量为5000CMH(室内正压5～10Pa)，大于人员所需的新风量。

6.室外环境条件：干球温度：34℃，相对湿度：65%。

7.送风温差取t=6℃

8.室内冷负荷为：Q=40KW，湿负荷为D=14KG/H(考虑了外气渗入、人员和一定的安全余量),热湿比Σ约为10000。

空调系统设计方案1（低温冷冻除湿+再热），处理过程如下图：

能耗计算分析：

已知参数：室内温度TN=24℃

又因为送风温差取t=6℃，因此送风温度TO=18℃

由ID图可查得各个状态点的参数：

IC=57.3 kj/kg

IL=20.7 kj/kg

TL=6.3℃

表冷段承担冷负荷QL为：

QL=G*(IC-IL)=15000（m3/h）*(57.3-20.7)（kj/kg）*1.2（kg/m3）/3600

=183(kw)

加热段再热负荷：

QZ=CMt = CM(TO- TL)

=1.01（kj/kg.℃）*15000（m3/h）*(18-6.3)℃*1.2（kg/m3）/3600

=59(kw)

总能耗为：冷：183KW

热：59KW

系统说明：对于此种系统不光存在冷、热抵消的问题，而且由于制冷机组要将空气处理到6℃的露点温度，因此要求冷水温度相对较低（一般要零度以下），在这种工况下，制冷机组的效率也会有所衰减，从而需要配置较大容量的设备，引起初投资的增加。

空调系统设计方案2（冷冻除湿+转轮除湿+再冷却），处理过程如下图：

能耗计算分析：

由ID图可查得各个状态点的参数：（转轮除湿机的处理状态点由厂家提供）

IW=90.38 kj/kg

IL=40.51 kj/kg

TC=28.7℃TO=18℃

一次表冷负荷（新风负荷）QL1为：

QL1=G*(IW-IL)=5000（m3/h）*(90.38-40.51)（kj/kg）*1.2（kg/m3）/3600

=83KW

二次表冷负荷（再冷负荷，等湿冷却）QL2为：

QL2=CMt = CM(TC- TO)

=1.01（kj/kg.℃）*15000（m3/h）*(28.7-18)℃*1.2（kg/m3）/3600

=54(kw)

5000CMH的转轮除湿机的再生加热电功率为：52.5KW(由厂家样本查得)

系统说明：转轮除湿与冷冻联合除湿空调系统（混合除湿系统），就是将具有冷热交换的冷冻除湿循环系统与转轮除湿相结合，利用制冷系统的吸热除湿进行前期除湿，而利用转轮除湿机进行深度除湿。冷冻除湿在一定范围内除湿效果好，且性能稳定，但当湿度较低时，冷冻除湿的能力明显下降，此时选用转轮和冷冻联合除湿系统，可以达到很好的效果。冷冻除湿作为前期除湿，突出了冷冻除湿机高露点工况下能耗低的特点，利用转轮除湿进行深度除湿，突出了转轮除湿机低温低湿条件下，不受露点限制且除湿量大的优点。此系统常用的处理流程如下:

方案1和方案2的耗能比较：

由以上数据可知，在低湿环境下，使用冷冻除湿+转轮除湿+再冷的方案要比低温冷冻除湿+再热的方案节能约22%左右。

结论：在低湿环境条件下，采用转轮与冷冻联合式除湿空调系统具有仅冷冻除湿不可比拟的优越性。随着世界能源的日趋紧张，节能型空调方案已成为未来空调设计发展的主流方向，对相关企业的竞争力也会产生深远的影响。因此在设计时必须考虑和评估空调方案的经济合理性，选择一个稳定性、可靠性、经济性都较高的空调方案。

参考文献

[1] 陆耀庆，《实用供热空调设计手册》第二版，中国建筑工业出版社，2008

[2] 陈霖新，《洁净厂房的设计与施工》第一版，化学工业出版社，2003