摘 要 对目前传统空调方式存在的问题进行了分析，以此为背景，在兴建的生态示范楼中研究和应用了一种热泵驱动的热湿独立控制的空调系统，并对此系统进行了分析。
关键词 热湿独立控制；空调系统；生态建筑
1 研究背景
在上海市建筑科学研究院位于莘庄基地的建筑面积约2000 平方米的生态建筑示范楼中，研究和应用了一种热湿独立控制的新型空调系统。研制和应用该空调系统是在人们对室内空气品质IAQ（Indoor Air Quality）日益关注、全社会对节约能源和保护环境高度重视的背景下进行的。
在室内空气品质方面：近年来，随着人们对健康问题的日益重视，室内空气品质得到了人们的广泛关注，并提出了病态建筑综合症SBS（Sick Building Symptom）的问题。室内空气品质可以简化成人们普遍关心的两个问题：即人体舒适和人体健康。一般来说，温度、相对湿度、空气流动及噪声水平主要影响人体的舒适，而室内污染物主要影响人体的健康。室内污染可以有多种分类方式，例如可以把室内空气的污染物分为四类，即微生物粒子，可呼吸颗粒，气态物质污染及汽态物质污染[1]。室内空气污染已对人们带来很大的损失，例如因空气微生物的污染造成的呼吸道疾病给人民健康造成极大的灾难和损失。据统计，我国每年发生的呼吸道感染病例500 万，损失达10 亿元[2]。在美国，IAQ 问题已变成一个主要的环境问题并且已有立法要求业主对该问题负责。在目前建筑中，空调系统普遍使用表冷器换热，通过降温将空气中的水分冷凝下来，以达到降温除湿的目的。潮湿的表冷器表面，是滋生大量霉菌的最好环境，同时也能造成其它病菌和病毒的聚集和滋生[3]。特别是在空调箱停机期间（如下班或放假），在空调箱的密闭空间内，细菌浓度能骤然上升几十万倍[4]。这些微生物通过送风系统大量进入室内，会对室内的空气品质造成严重的影响。当前，用表冷器同时处理热、湿负荷的空调方式仍然是国内外应用最普遍的空调方式，空调系统本身就可能是一个很大的污染源。在这样的空调系统中，要解决好霉菌等问题已成为一个难题。
在节约能源方面：随着中国的改革开放和经济发展，商业建筑的面积日趋增大，建设规模和建设速度逐渐加大。我国自1991 年起新建建筑平均每年10 亿m2，城镇约3 亿m2。随着经济建设的发展，商用建筑（包括写字楼、宾馆饭店、大中型商场等）大量兴建，致使用电量增长迅猛、环境恶化、全球变暖、用电峰谷差增大。保护资源和环境的可持续发展已成为中国的基本国策，建筑节能上升到前所未有的地位，商业建筑的能耗问题已引起了政府、社会的普遍关注。在商业建筑能耗中，空调系统的能耗是最主要的部分，通常达到商业建筑全年能耗的50％左右。所以研究节能、高效的空调系统是社会发展的必然需求。
在环保方面：地球臭氧层的破坏会导致地球表面许多物种的消亡、粮食减产、人类皮肤癌患者的增加。因此，臭氧层的破坏，也是人类当前面临的主要环境问题之一。而目前空调系统广泛采用的制冷剂HCFC 和CFC 类物质，对臭氧层有明显的破坏作用。所以空调系统大量减少甚至完全替代HCFC 和CFC 类物质的使用，也是空调行业的发展趋势。
寻求一种健康、节能、环保的空调方式是社会发展的必然需求，也可以说是空调系统今后发展的重要方向。
目前，国内外也有采用固体吸附材料除湿的系统，可以消除换热器的冷凝水表面，实现热、湿分开处理。其主要有固定床式和转轮式两种。固定床式固体吸附除湿装置是通过改变空气侧流向实现间歇式的吸湿再生；转轮式除湿得到了更广泛的应用，它可实现连续的除湿和再生。这两种除湿方式有着致命的弱点就是运行过程的混合损失大，影响效率，另外，很难实现等温的除湿过程，而除湿过程释放出的潜热使除湿剂的温度升高，吸湿能力大打折扣，整个过程传热传质的不可逆损失大，效率太低。相反，其造价较高。所以目前在国内外都没有进行大规模的商业应用。
在上海市建筑科学研究院生态建筑示范楼中研制和应用热湿独立型空调系统正是为研究一种能够实现热、湿分开处理，消除换热器冷凝水表面，又能实现较大幅度的节能，造价合理，可实现产业化和大规模商业应用的空调系统的一种尝试。
2 热湿独立控制型空调系统的主要形式研究
热湿独立控制型空调系统包括新风除湿机、再生器、热泵、储液灌、干工况盘管等主要设备，如图1 所示。
各设备的主要功能及系统的主要原理如下。
新风除湿机向室内输送新风，其包括全热回收段和冷却除湿段。首先通过全热回收段使室外高温高湿的空气和室内较低温度和湿度的排风进行一次全热交换，经过全热回收段的新风再进入除湿段与高浓度溶液（即溴化锂与氯化锂混合溶液）接触进行热湿交换，并利用一定量的冷水冷却除湿过程。这样，通过新风除湿机，新风被除湿降温，同时浓溶液吸湿后浓度降低，成为稀溶液，最终将被送入再生器浓缩再生。
再生器的主要功能是浓缩除湿后的稀溶液，在此过程中，需要有较低品位的热源驱动。
在新风除湿机和再生器之间还分别设置了浓溶液和稀溶液两个储液罐。其主要用来储存溶液，相当于一个蓄能的装置。湿负荷小的时候储存浓溶液，负荷大的时候用储存的浓溶液作为补充来除湿，从而减小了系统的容量和相应的投资。
系统中还设置有一个高温热泵，其主要作用是一方面产生约18℃的高温冷水为风机盘管提供冷源，处理空调的显热负荷，另一方面，由热泵排热产生热水，驱动再生器，为处理空调的湿负荷提供能量。这样，通过同时利用热泵的制冷和排热，以及对空调排风进行全热回收，提高了整个空调系统的能效比。
干工况的风机盘管，作为房间的空调末端设备，处理房间的显热负荷。
这样，该空调系统使用新风除湿机处理空调的湿负荷（即潜热负荷）；使用干工况风机盘管处理空调的显热负荷；同时利用热泵提供的高温冷水给风机盘管供冷，利用热泵的排热驱动再生器。
3 生态示范楼热湿独立控制型空调系统主要设计参数
2 建筑的空调总负荷及新风负荷
生态楼建筑面积约1900 平方米，但除去有特殊环境要求的实验室（其空调系统另配）外，约有空调面积1200m2。建筑内人员总数设计30 人，新风量设计指标为每人每小时30m3。经计算，空调系统的总负荷及新风负荷如下。
3 空调房间室内换热盘管干工况能否得到保证的分析
室内干球温度26℃，相对湿度55％，绝对湿度11.6g/kg 干空气，新风送风的绝对湿度最低可以处理到7～8g/kg 干，取新风送风绝对湿度8g/kg 干，则每处理1g 湿量，需要的新风送风量为0.231m3，即0.231 m3/g。人体产湿按照100g/(人，h)计算，去除一个人的产湿量，需要新风量为：100×0.231 = 23.1 m3h。而目前新风量设计标准30 m3/(人，h)，于是，可以得出，在设计的新风量下，新风能够将房间人员的产湿量全部带走，不存在房间内空气结露的危险。房间内存在的风机盘管，能够在干工况状态下运行。
4 结论
这种热泵驱动的热、湿负荷独立控制的空调系统通过避免使用有凝结水的盘管，解决了目前空调系统中存在的霉菌滋生问题。同时通过除湿机内盐溶液的喷洒除去空气中的尘埃、细菌、霉菌及其他有害物，有效改善室内空气品质。并通过新排风之间的全热回收、同时利用热泵的制冷量和制热量等措施提高系统的能效比。其在解决室内空气品质、节能、以及环保等方面都将比目前的传统空调方式具有非常突出的优势，具有很好的应用前景。
目前在上海市建筑科学研究院生态示范楼中研究和应用该热湿独立控制型空调系统仍然仅仅是对这种新的空调方式进行探索和研究的开始。其仍有不少的设计、运行、控制以及参数优化等问题有待进一步的分析和研究。我们将以建成的生态示范楼及其空调系统为平台进行进一步的实测和研究。
参考文献
[1]Liu Rea-tiing ,Mark A. Huza . Filtration and indoor air quality: a practical approach .ASHRAE journal February
1995,18-23
[2]主编(澳) Chu Cordia, Rod Simpon，主译 李立明 王临虹, 生态大众健康：公共卫生从理想到实践,北京：北京医科
大学 中国协和医科大学联合出版社,1997 年。
[3]江亿. “非典”问题引起的对今后空调系统方式的思考. 暖通空调. 2003 暖通空调与SARS 特集,p4～7.
[4]沈晋明，邓伟鹏. 正确认识空调系统防范非典型肺炎. 暖通空调. 2003 暖通空调与SARS 特集,p16～19.
[5]江亿 李震. 除湿法空调及系统. 2002 年全国暖通空调制冷学术年会论文
[6]Andrew Lowenstein, Davor Novosel. THE SEASONAL PERFORMANCE OF A LIQUID DESICCANT AIR
CONDITIONER. ASHERA Transactions 1995, pp.679-685
[7]Yu.I.Aristov, G.Restuccia, G.Cacciola, V.N.Parmon. A family of new working materials for solid sorption air conditioning systems. Applied Thermal Engineering 22 (2002)
[8]赵荣义. 空气调节（第三版）. 北京：中国建筑工业出版社. 1994
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