基于双冷源深度除湿技术空调系统的节能分析

基于双冷源深度除湿技术净化空调系统的
节能分析
近年来，随着科学技术的发展和人们物质文化生活水平的不断提高，以洁净手术室和电子厂房为代表的洁净室规模越来越大，对洁净度的要求越来越高，这就直接导致了洁净室的冷负荷大带来的能耗大、运行费用高的问题。

洁净室空调系统的选择主要是由降温、除湿所决定，合理选择洁净室空调系统应考虑以下情况：
⑴、室内温湿度值低且控制精度要求严；⑵、洁净所需风量远大于空调所需风量，且要求恒定；⑶、新风量大、新风成本高。

一般空调系统常用的一次回风系统，系统简单、易于控制，但存在再热引起的冷热抵消的能量浪费，同时容易出现温湿度偏离耦合状态引起的温度或湿度失调的现象。

因此，采用更加科学的温湿度独立控制的空调系统，避免无谓的能源浪费是十分必要的。

当洁净风量远大于空调风量时（洁净室空调系统大多如此），采用合理的温湿度独立控制系统可比一次回风系统节约制冷量最高可达50%以上，并且还有相应量的再热量可节省。

2004年颁布的《暖通规范》也提出了对新风预先单独处理，除去新风中多余的含湿量在随后的处理中取消再热过程，杜绝冷热抵消现象的规定。

基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案是实现温湿度独立控制空调系统的有效方法。

以下是笔者参与的浙江某医院手术部空调系统方案分析。

该方案采用了基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案，节能效果明显。

1.项目情况概述
项目地处浙江省杭州市，手术部共建手术室5间，其中Ⅰ级1间（大型，35㎡），Ⅱ级1间（中型，每间30㎡），Ⅲ级3间（中型，每间30㎡）。

夏季设计室内温度24℃，相对湿度55%。

杭州地区室外夏季设计参数：干球温度35.7℃，湿球温度28.5℃。

冬季室外设计参数：干球温度-4℃，相对湿度77%。

2.室内热湿负荷计算
由于新建手术室均设有环绕手术室的污物走廊，手术室处于建筑的内区，通
过维护结构传热形成的冷负荷可忽略不计。

因此，手术室内的热源包括人员散热、照明设备散热、主要医用电器设备散热。

计算结果如下：
3.空调系统划分
本手术部分为三个空调系统，其中Ⅰ级手术室为一个独立系统，1间Ⅱ级手术室为一个系统，3间Ⅲ级手术室为一个系统。

4.空调系统风量计算
依据《医院洁净手术室建设技术规范》，Ⅰ级手术室最小送风口面积为6.24㎡，出口风速取0.4m/s。

Ⅱ级、Ⅲ级洁净手术室按照换气次数计算送风量，均取上限。

新风量依据《规范》每间分别取Ⅰ级手术室1000m³/h、Ⅱ级Ⅲ级手术室800 m³/h。

风量计算结果如下：
5.传统一次回风方案
该方案为传统的一次回风方案，每个空调系统自取新风，新风与回风混合后冷却去湿处理至机器露点，然后再等湿加热至送风状态点。

Id图如下：
能耗分析结果如下：
三个系统供需冷量113.41kW，供需再热量40.92kW。

传统一次回风方案的特点：
优点：系统型式简单；控制逻辑清晰、易于控制。

缺点：能耗高、运行费用高；对系统制冷主机的依赖性强，一旦制冷主机供水温度不正常或在过渡季节制冷主机停机时，则无法保证手术部空调房间所需的温度和湿度。

6.优化方案：基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案
（1）优化目标
保证空调系统正常的工作，避免大楼系统制冷主机的运行工况对手术部温湿度的干扰。

医院空调的功能绝不仅在提高环境的舒适性。

多数情况下，适宜的空调环境是治疗与康复的重要因素。

在某些情况下，甚至是主要的治疗方法。

病人在适宜的空调环境中，通常比在非控制环境中恢复得更快。

对于一些重要部门如手术室、
分娩室、监护室、早产婴儿室等，如果其空调系统突然发生故障，后果严重甚至会危及患者的生命安全。

因此，保证空调系统的正常工作是首先要考虑的事情。

本项目推荐采用基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案。

该方案依据温湿度独立调节空调系统原理，即由新风系统承担全部手术室夏季湿负荷，负责室内湿度调节与控制，循环处理系统只承担室内显热负荷，负责室内温度调节与控制。

雅士专利技术的双冷源深度除湿技术产品由压缩机、蒸发器、冷凝器、制冷回路组成，与冷水盘管两级接力，在大楼冷源不能保证7℃的供水温度以及在过渡季节大楼冷源停机状态时，使用了基于双冷源深度除湿技术的空调系统仍然能够充分保证空调房间的温湿度要求。

有着稳定的除湿能力--
◆由压缩机、蒸发器、冷凝器、制冷回路组成。

在表冷器后设置直接
蒸发深度除湿再热装置，与表冷器两级接力，可有效实现最低8℃的
低露点控制；
◆压缩机采用全封闭涡旋压缩机，蒸发及冷凝盘管全部采用换热效率
高的内螺纹铜管穿亲水铝翅片；
◆系统高度集成，无需外部配管，自带电气控制回路；
◆每套系统出厂前均经过严格的工况测试，冷量范围：7.0~90Kw。

⏹取消夏季再热，节省夏季运行能耗和运行费用
当系统采用常规的一次回风空调系统时，由于湿度控制的需要，在夏季必须先将空气冷却到一定的机器露点温度（一般为12---14℃），但仅就手术室温度控制而言，夏季实际需要的送风温度可能只需要18-20℃，因此必须再将空气加热回18-20℃，才能满足室内温度与相对湿度的控制。

上述从机器露点至送风状态的加热过程，即为空调的夏季再热过程，由于冷热抵消，由此造成的浪费十分严重。

本方案对三个空调系统的优化目的之一，就是彻底取消夏季再热，实现夏季节能运行。

有着显著的节能效果：
◆避免了传统除湿再热方案冷热量耦合而引起的高耗能问题。

◆制冷主机可高温工况运行，能效比COP可达7.5-11.5显著提高制冷
机组能源利用率。

◆办公楼、医院、宾馆等：风机盘管+新风温湿度独立控制系统——节
能30%～50%，且不用增加系统初投资；
（2）优化方案说明
⏹基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案采用雅士广州公司的双冷源
深度除湿技术（专利技术），利用压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器组成
制冷回路，可有效实现最低8℃的低露点控制。

冷凝器置于蒸发器后，
将送风升至20℃，防止送风口凝露。

装置如下图示：
进风、风机段均流、初中效、亚高效段加热、表冷、直接蒸发深度除湿再热、出风段
新风机组组合方案
新风先经过初中效过滤器以及亚高效过滤器过滤，然后经冷水盘管冷却除湿，再经过抽湿再热机的蒸发器进行深度除湿，可达到最低8℃的露点温度，最后经过抽湿再热机的冷凝器进行等湿再热，一般会有7℃的温升，送入循环机组
与回风混合后一同进入循环机组的冷水盘管进行近似干工况下的等湿冷却，处理到送风温度后送入室内。

Id图如下：
能耗分析结果如下：
三个系统共需冷量78.85kW，不需再热量。

抽湿再热耗电量约1.49kW。

特点：
（1）运行可靠
通过设置深度除湿机组，使空调系统的除湿不受大楼冷源波动影响，使手术室温湿度全年逐时得以保障；
（2）调节灵活
温湿度独立调节技术的应用，使得温湿度控制不再关联，温度、相对湿度控制的独立性及控制精度可以得到显著提高；
（3）节能显著
温湿度独立调节技术的应用，可以彻底解决手术部空调的夏季再热问题。

7.技术经济分析
下表所列为使用基于深度除湿技术的新风预处理方案与传统的一次回风方案相比较的节能效果：
从上表可以看出，对于该手术部空调项目，采用了基于双冷源深度除湿技术的新风预处理系统型式后，制冷量需求减少了34.56kW，30.5%。

原先需要的40.92 kW的再热量则完全节省。

总能耗节省48.9%。

结论：
从以上的分析可以看出，从节能和经济的角度，在医院洁净手术部空调系统上，采用温湿度独立控制概念可以显著节省运行能耗。

采用基于双冷源深度除湿技术的新风预处理方案的空调系统，最大可节省制冷量53.4%，完全节省再热量。

对于新风比比较大的Ⅱ级洁净手术室和Ⅲ级洁净手术室，再热量能够完全节省，但能够节省的制冷量有所下降。

在具体的工程实践中，采用何种空调系统，应该具体问题具体分析。

并应结合当地的能源政策，对各种可行的空调方案进行技术经济分析，从而选择最合理的方案。