【案例】双冷源温湿度独立调节系统在某办公楼中的应用探讨！

摘要：本文描述了在济南某办公楼中，采用基于内冷式双冷源独立除湿技术的温湿度独立控制空调系统的设计方法及系统组成。采用高温冷水与低温热水来进行供冷与供热，从而在根本上降低了空调系统的能耗水平，以实现整个空调能源系统的节能运行。结果表明内冷式双冷源独立除湿技术无论是从舒适性，还是从节能效果上都有良好的表现。

关键词：温湿度分控系统  地源热泵  内冷式双冷源  干式风机盘管

      温湿度独立控制空调系统是采用两种不同温度的冷水分别控制和调节室内的温度和湿度，以减少常规系统中温湿度联合处理所带来的能源浪费和空气品质的降低[1]。因其节能型与先进性，近几年得到了广泛的应用。在温湿度独立调节系统中，新风处理是关键因素。

      新风处理的方式可分为：冷冻除湿、转轮除湿、溶液除湿、双冷源除湿等方式。本文所述工程采用了地埋管地源热泵系统和空气源热泵系统相结合的空调冷热源方式，新风处理采用双冷源独立除湿新风机组。

      本工程为某事业单位综合业务楼，位于山东省济南市。建筑物的概况如表1。

表1  办公楼工程概况

      本工程采用BECH2014负荷模拟软件对建筑物进行了动态负荷的模拟，图1为BECH2014负荷模拟软软件生成的办公楼三维视图，室外设计参数如表2所示，室内热扰设定如表3所示。

图1 办公楼计算模型

表2 室外设计计算参数

表3 室内热扰设定参数

      计算得到建筑全年各月耗冷量和耗热量如图2所示，设计日冷热负荷如图3：

      根据负荷计算结果，本建筑空调总冷负荷3123.2KW，单位建筑面积冷负荷74.5W/㎡，冷负荷中，干式风机盘管承担显热负荷为1545KW，新风负荷1151KW，室内潜热负荷427.2KW。本建筑空调总热负荷2341.5KW，单位建筑面积热负荷56.1W/㎡，其中建筑热负荷1541.5KW，新风负荷800KW。

      根据《岩土热响应测试报告》[2]的结果以及室外埋管场地面积等因素，地源热泵系统不能全部承担本楼的所有冷负荷，因此夏季高温冷源分为两部分设计：分别由位于地下二层制冷机房内的2台螺杆式高温冷水地源热泵机组和位于裙房屋顶的2台螺杆式高温冷水空气源热泵机组组成。

       新风采用内冷式双冷源新风机组处理（室内排风冷凝、外接冷却水冷凝）。地源热泵部分选用2台螺杆式高温冷水地源热泵机组，每台设计工况制冷量1159.1KW(约330RT)，供冷时冷水供回水温度14/19℃；制热量1030KW，供热时热水供回水温度45/40℃。空气源热泵部分选用2台螺杆式高温冷水空气源热泵机组，每台设计工况下制冷量520KW(约150RT)。

      本工程拟选用地源热泵作为空调系统冷热源夏季负担显热冷负荷（1545KW）以及带走水冷式双冷源新风机组的冷凝负荷（66KW），双冷源新风机组的预冷负荷（363KW），总计1974  KW；冬季负担全部空调负荷（2341.5KW）。

      根据项目可打井区域，室外地埋管换热器共设521个钻孔，钻孔间的间距为4m，钻孔直径为150mm，钻孔内设置双U型地埋管换热器，换热器单孔有效深度设计为90m，实际有效换热长度为46890m。依据《岩土热响应测试报告》的结果，埋管区域夏季每米孔深向地下释放的热量为52~56W/m，换热量总计2532KW。

图4空调冷热源系统流程图

      如图4所示，空调系统冷热源由地埋管地源热泵与空气源热泵相结合形式，系统在冬季、夏季各有不同的运行工况：

1）冬季，供暖以地埋管地源热泵机组为主，空气源热泵机组为辅，此时阀门V、V2、V7、V8、V9、V10关闭，其余打开，地埋管和空气源热泵器共同承担建筑物的冬季供暖需求，系统联合运行。

2）夏季，供冷以地埋管地源热泵机组为主，空气源热泵机组为辅，此时阀门V3、V4、V5、V6关闭，其余打开。地源热泵作为建筑物的主要供冷冷源，同时地埋管换热器作为双冷源新风机组中，直接蒸发冷却系统的冷凝热的冷却系统，提供28/33℃冷却水，可增加双冷源新风机组的冷却效率，并可以省去冷却塔的设置。

5.1 原理

5.2 内冷式双冷源空调系统设计

      新风全部的冷负荷、湿负荷、室内全部湿负荷及少量显热负荷均由内冷式双冷源独立除湿新风机组负担。四层以上各楼层的新风机组采用全热回收型内冷式双冷源新风机组，新风在经全热回收装置预冷后，还要经过前后两组盘管进行冷却除湿。前盘管为冷（热）水盘管，夏季以高温冷水为冷媒，用于新风预冷处理。后盘管为直接蒸发盘管，用于新风深度除湿。

      机组新风侧设有回热装置，送风温度根据负荷计算需要进行设定。机组排风侧，排风在经全热回收后，还要经过一个蒸发冷却系统，对排风进行二次全热回收，同时带走除湿冷源的冷凝热。排风热回收效率大于80%。室内其余的显热负荷由干式风机盘管机组负担，冷源来自地源热泵机组与空气源热泵机组提供的14/19℃高温冷水。

      由于干式风机盘管机组的夏季工况并不是靠设备本身保证的，而是由冷冻水供水温度与进风工况的相对关系决定的。为应对室内人员变化、开窗、新风渗透等因素，防止使用过程中极限工况下短时间凝水和机组检修时排水，干式风机盘管机组采用自带水盘的产品。

      一～三层大空间部分新风机组采用水冷式除湿新风机组，前、后两组盘管的设置与上述机组相同，但直接蒸发冷却系统的冷凝热由冷却水系统带走，本设计冷却水采用地源侧提供的28/33℃冷却水。经除湿新风机组处理的干冷新风，送风参数可设定为温度12～20℃，含湿量7～12g/kg（室内状态含湿量为12.8g/kg），从而确保风机盘管机组在干工况下运行。

      冬季工况为：新风经全热回收装置预热后，利用前盘管的系统热水（冷热水两管制），对新风进行加热处理。在机组排风侧，排风在经全热回收后，直接排向室外。排风热回收效率大于70%。

1）设计过程中需对软件计算出的负荷统计和分析，分别统计出新风的显热负荷、潜热负荷、人体显热、潜热负荷、室内显热负荷等，为新风机组、高温冷源、地埋管系统设计选择提供依据。

2）对新风机组部分应同时根据有关设计规范和节能标准，兼顾双冷源空调系统的最小新风量限值确定。对高温冷热源机组，需统计分析出所承担的新风机组中预冷负荷、建筑物内的干式风机盘管承担的室内显热负荷。把以上两部分负荷从整体负荷中分离出来，以便对高温机组和地埋管地源侧埋管进行设计选择，是本系统设计过程中比较难处理的方面。

3）因内冷式双冷源独立除湿技术的空调系统可采用高温型冷水机组，该类高温机组的COP均显著高于同类型常规冷水机组，对整个系统的节能效果上都有良好的表现。同时由于采用了内冷式的新风处理机组，高温冷源承担的负荷与常规方案相比，所需埋管数量减小，工程造价也相应降低。因此系统具有节能、高效、可靠的特点。

参考文献： 

[1] 汪文. 温湿度独立控制空调系统[J]. 现代经济信息，2009，10 

[2] 山东建筑大学地源热泵研究所 岩土热响应测试报告，2012.01

[3] 刁乃仁，方肇洪. 地埋管地源热泵技术[M]. 北京：高等教育出版社，2006. 40-42

[4] 刘晓华，江亿等. 温湿度独立控制空调系统，2006