空調(diào)除濕設計中再熱量分析及其冷凝熱的利用

對于濕負荷較大和熱濕比較小的工程，通常采用一次回風系統(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，使處理的空氣達到要求的送風狀態(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)送風溫差確定工程內(nèi)的送風狀態(tài)點S，如圖1所示，據(jù)此可以確定空氣處理設備的再熱量:

Qz＝G×（S－iL）/3600kW

（1）式中:

G——送風量kg/h

iS——要求送風狀態(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)相對濕度值大于設計值，究其原因，主要是以上設計中工程余熱Q的計算是按夏季不利工況（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計值小得多，其熱濕比ε也較設計工況要小，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除濕不利工況的確定

顯然計算再熱量的不利情況不是工程內(nèi)余熱Q的設計工況，而是余熱相對較小的過渡季節(jié)。工程余熱Q＝Q人＋Q設＋Q圍，顯然，受季節(jié)影響較大的是圍護結構得熱形成得熱負荷Q圍，下面分別對于地面工程和地下工程的Q圍情況進行分析。

地面工程

地面圍護結構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荷比較大，因此，此時的應是不利工況，為了滿足室內(nèi)濕度的要求，余熱的不足應由再熱來補充，顯然，再熱量的設計應根據(jù)此時房間的余熱計算。

地下建筑

對于淺埋地下建筑，圍護結構熱負荷Q圍的計算主要依據(jù)是圍護結構的溫度，分別從頂部、底部和側(cè)墻進行傳熱計算[1]，但其基本思想是夏季壁面溫度高，從而確保工程制冷設備的容量。盡管地下建筑圍護結構Q圍受外界氣溫和日射瞬時變化的影響很小，但地下建筑的維護結構的溫度在一年中按周期性變化，可按（2）式進行傳熱計算，地面以下的溫度場為:

（2）

式中：

——地層材料的導溫系數(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，自然情況下圍護結構溫度波動幅度較小，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)，圍護結構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，由于存在圍護結構與工程內(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，其圍護結構冬季放出熱量，用來加熱工程內(nèi)的空氣，工程圍護結構溫度低于自然情況的溫度；到室外氣溫升高，和工程內(nèi)人員及設備發(fā)熱量共同作用于使工程內(nèi)的溫度高于圍護結構溫度時，圍護結構吸收熱量，工程圍護結構溫度高于自然狀態(tài)下的溫度，圖2為某工程圍護結構溫度全年變化的示意圖。顯然，工程內(nèi)的發(fā)熱量愈大，冬季圍護結構加熱空氣消耗的熱量比較少，并且工程內(nèi)空氣加熱圍護結構的時間愈長，圍護結構的總體溫度愈高，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，其維護結構溫度在過渡季節(jié)（春夏之交）比設計工況（大值）低2～4℃，此時的余熱小于設計工況，因此，系統(tǒng)的再熱量應按此時來設計方能滿足除濕要求。

圖2某工程圍護結構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，其圍護結構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)生再熱負荷。空氣再熱處理不僅使冷負荷增大，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，通常設計人員無法心理無法接受，因而，諸多工程去掉再熱段，采用大溫差送風（露點送風）。這樣，犧牲了工程的質(zhì)量指標，使工程相對濕度難以滿足設計要求，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)器進行空氣處理，并采用露點送風，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，地板有少量凝結水，并且風口有結露現(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和再熱量之間的關系（送風量為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和小再熱量的關系

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，又增加了設備容量，顯然難以推廣使用。有人提出利用回風熱回收來實現(xiàn)再熱[2]設想，即回風和新風混合后，不直接送至冷卻裝置進行處理，而是先進入一個全熱交換器與空氣冷卻裝置的出口空氣進行（全熱）交換，一方面實現(xiàn)再熱，另一方面對進入冷卻裝置混合空氣進行預冷，實現(xiàn)這種設想一方面將會使裝置非常龐大，系統(tǒng)變得非常復雜，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，因此適用于熱負荷變化比較大工程，并有溫度要求的工程，如*和人防指揮工程中，有溫度要求的洞庫工程。

圖 3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行再熱，不同之處是其不是按除濕機來設計（除濕機風量比較小），而是按空調(diào)器來設計，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)的不利余熱計算比較復雜，但如用冷凝熱作為再熱熱源，屬于廢熱利用，不涉及增加設備容量，并且已實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)，因此，設計人員不必為再熱量的計算耗費過多心思。

4結語

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計工況確定，而應按制冷系統(tǒng)運行時工程余熱量小的時刻來計算。再熱量采用冷凝熱不僅可以節(jié)約設備運行能耗，減小設備容量，而且便于實現(xiàn)和控制。