关键词:空调;溶液除湿;工业厂房;能耗
前言：在经济的快速发展下，为了满足生产工艺的要求，我国大多数工业厂房会采用空调系统保证一定的湿度，不仅仅是为了控制室内空气的温度。现阶段表冷器冷凝除湿就是大多常规空调系统采用的方法，其可以满足除湿和降温的要求。但有时存在机器露点温度过低需要再热的不利因素。尤其是一些工业厂房，对洁净度要求较高，因为送风量较大，所以，也会加大需要的再热量。而溶液除湿可以实现水分在溶液与空气间的转移，充分利用盐溶液的吸湿性能，在除湿过程中，由于溶液的流动性，可以实现空气冷却，直接将空气处理到送风参数点。溶液除湿与冷凝除湿相比，能对机组中冷热低消的现象进行有效避免，无需将空气冷却到露点温度，对提高能源利用效率是非常有利的，所以，人们越来越关注溶液除湿空调系统的发展。
1.工程概况
厂房位于某县开发区，共有两个车间，两个车间的建筑面积分别为1200平方米和500平方米；主要选择地源热泵中央空调全空气系统作为该项目的制冷系统，太阳能溶液除湿系统则为该项目的除湿系统，有效实现了温湿度的独立控制。10.15米为两车间内的吊顶高度，并采用了上供下回式的送风形式作为空调系统。恒温恒湿是两个车间的统一要求，湿度主要由溶液除湿独立控制，为45%至50%，而温度控制在(20±1)℃(可调)。
3.空气处理过程分析
下面分别对溶液除湿和传统的冷凝除湿进行了理论分析及设计，以此来选择更节能的除湿系统。冷凝除湿即表冷器冷却除湿过程，如图2所示，从车间的回风，在冷凝除湿系统的空气处理时，通过表冷器冷却除湿至状态点B(状态点B由dB和φ=95%可以确定，B点为机器露点)，设计4/9度为冷凝除湿装置的冷冻水供回水温度。当湿加热至状态点C时，通过热湿比线ε将其送入室内，以此来达到循环的目的。
溶液除湿过程，如图3所示，经过溶液除湿装置，车间的回风可除湿至状态点B，在冷却过程中，通过表冷器至状态点C，随后经过热湿比线ε将其送入室内，以此来达到循环的目的。。
图2 表冷器冷却除湿过程 图3 溶液除湿过程
4.实例计算
通过地源热泵提供的冷量，在室内设计参数相同的情况下，冷凝除湿厂房内的空气，并与溶液除湿所消耗的电能比较计算出的消耗电能。
4.1分析冷凝除湿能耗
结合上述给出的条件，具体步骤如下：
（1）根据一式，对两车间的热温比进行计算。
ε=
一式中：Qs为湿负荷，每小时1kg；Q为冷负荷，kW。通过计算得出：两个车间热湿比分别为ε1=5400kJ/kg和ε2=5760kJ/kg。
（2）在两种除湿方式下，计算车间一的冷热量消耗。如图2所示，计算冷凝除湿方式，将状态C的焓值根据二式计算。
Q=Mbρ(hA－hC)/3600
二式中：车间回风量为Mb，每小时一立方米；空气密度为ρ，每立方米1kg；回风焓值为hA，kJ/kg；回风经过表冷器后的焓值则由hC表示，kJ/kg。
经过计算得出：26.1kJ/kg=hC。C点的状态点通过查焓湿图，根据热湿比及C点的焓值可得：dC=5.3g/kg，φ=60%，tC=12.5℃。
B点与C点的含湿量，根据图2可得知是相同的，且B点的状态点，在B点处理到机器露点时，可得到：hB=19kJ/kg，dB=5.3g/kg，φ=95%，tB=5.5℃。
Q冷11=Mbρ(hA－hB)/3600就是冷凝除湿所需要的冷量。
（3）式中：回风的焓值为hA，kJ/kg；回风冷凝后的焓值为hB，kJ/kg，通过计算得知：Q冷11=93.9kW。
Q热1=Mbρ(hC－hB)/3600
（4）式中：车间回风量为Mb，每小时一立方米；空气密度为ρ，每立方米1kg；回风焓值为hA，kJ/kg；回风经过表冷器后的焓值则由hC表示，kJ/kg。经过计算得知：Q热1=33.96kW。
4.2分析溶液除湿能耗
如图3所示，在溶液除湿方式中，与室内冷负荷相比，机组所需的冷量应与其一致，所以，Q冷12=60kW为溶液除湿所需的冷量。
除湿溶液的再生热量在工厂溶液除湿系统中，主要由太阳能系统提供，而辅助热源则由电热水锅炉提供。所以，Qt=ma(ha，in－ha，out)为溶液除湿需要的再生热量。
（5）式中：再生所需的热量为Qt，kW;再生器进口空气的焓值为ha，in，kJ/kg;再生器出口空气的焓值为ha，out，kJ/kg;再生器所需的新风流量为ma，kg/s。
在经过实践测量后，计算得知：ma=3.6kg/s，ha，out=127.35kJ/kg，ha，in=101.8kJ/kg。所以，Qt=92kW为再生所需的热量。
由电热水锅炉提供，取再生所需热量的40%，得到E再生=36.8kW为溶液的再生所耗电量。
两种处理方式下，2号车间的冷热量消耗，根据同理得知：Q冷21=148.87kW为冷凝除湿所需的冷量，Q热2=52.1kW为所需的再热量，Q冷22=96kW则为溶液除湿所需的冷量。
4.3分析系统综合能耗
地源热泵机组主要提供两种除湿方式的冷量，但是因为制冷温度的标准在两种除湿方式中均有不同，所以，其所对应的机组效率值COP也会存在一定的差异，对于冷凝除湿，结合设备样本查表得知，热泵机组对应的COP等于3，而热泵机组在溶液除湿中所对应的COP则等于4.5。
两种除湿系统热泵机组的耗电量为
E=
（6）式中：空调能效比为COP，冷负荷为Q，耗电量则为E。
经过计算得出：E机组1=(93.9+148.87)/3=80.92kW为冷凝除湿热泵机组的耗电量，E机组2=(60+96)/4.5=34.67kW则为溶液除湿热泵机组的耗电量。
在工厂系统中，由电加热提供冷凝除湿的再热量，热泵循环水泵共六台，2.2KW为单台额定功率。
溶液再生系统中，各有两台浓溶液和稀溶液循环泵，再生循环泵单台额定功率为2.2KW，共有一台。所以，两种除湿方式的总耗电量通过计算可以得出：
溶液再生系统中，稀溶液与浓溶液的循环泵各2台，再生循环泵为1台，单台额定功率也为2.2kW。所以，计算得出2种除湿方式的总耗电量，分别为E溶液=34.67+36.8+2.2×6+2.2×5=95.67kW；E冷凝=80.92+33.96+52.1+2.2×6=180.18kW。
溶液除湿与冷凝除湿相比，通过计算得知，(180.18－95.67)/180.18=46.9%，可见设备运行电量消耗有了明显的减少。
如表1所示，根据上述计算过程，对比两种除湿方案的数据。
表1 对比两种除湿方案数据
5.两种系统能耗在不同工况下的分析
由表2所示，在相同的温度下，根据上述的计算过程，再设置几种不同室内湿度的情况下，对两种除湿方式的能耗情况进行分析。得出，随着对湿度要求的提高，在室内设计温度一定的情况下，与冷凝除湿方案的节能效果相比，溶液除湿方案较为明显。
表2 对比两种除湿方案在相同温度的不同湿度能耗
结束语：
综上所述，若工业厂房对温湿度精度要求较高，相比传统的冷凝除湿空调系统而言，溶液除湿空调系统无论是在室内空气品质控制还是节约能源等方面，优势较为明显。所以，将溶液除湿空调系统应用在实际工程中，具有明显的节能优势，可以满足对温湿控制较高的要求，值得进一步推广与应用。
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论文作者:张志涛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/12/9
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