夏热冬暖地区毛细管网供冷系统的新风除湿方案探讨

刘雪婷

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳110168）

我国南部夏热冬暖地区具有显著亚热带季风气候，全年长夏无冬，炎热潮湿，夏季空调期历时5～6 个月。常规风机盘管加新风系统具有如下缺陷：高耗电量造成城市电网紧张、强制空气对流引起人体舒适感差、冷凝盘管表面潮湿滋生细菌污染室内洁净度等。毛细管网辐射供冷系统因其高效节能环保、舒适健康卫生等特点成为近年来节能建筑领域研发焦点，然而毛细管网辐射系统的凝露问题是其在市场推广方面的主要障碍[1]。

1 夏热冬暖地区空调能耗特点

根据《民用建筑设计通则2019 版》规定，夏热冬暖地区是位于秦岭淮河一线以南，横跨“粤、琼、闽、滇、台”五省与香港、澳门两个特别行政区，南部边陲沿海的一个建筑热工分区。该地区具有显著的亚热带季风气候，太阳高度较大，日照时间短，但太阳能辐射强度大。一月最冷平均温度在10℃左右，七月最热平均温度达25℃～35℃，全年中有100～200 天日平均温度大于25℃，室外空气年平均相对湿度82%[2]。漫长炎热潮湿期间，空调成为了人们创建良好居住热湿环境的必要选择。南宁市最冷月平均温度12℃，最热月平均温度32℃，全年平均相对湿度82%，夏季风机盘管加新风制冷能耗占全年空调采暖能耗的80%，而其中消除室内潜热的新风系统能耗占全年空调采暖能耗的32%。由此可见建立新型低能耗新风系统是降低暖通空调能耗重要途径。

2 毛细管网末端系统

与传统风机盘管对流式空调系统相比，毛细管网末端中充满了具有高效传热功能的介质- 水，水的传热速率是空气的1000 倍。夏季毛细管网辐射供冷工况下，供水水温只需18℃，就能满足室内舒适性温度要求，为直接利用自然能源、废热创造条件，使空调机组的循环效率大大提升，符合国家节能减排降耗的号召。毛细管网末端系统以辐射面积大、传热速度快、传热效率高、室内温度场分布均匀、垂直方向空气梯度差值小、柔和辐射冷量等优点，有望取代传统空调的成为未来建筑采暖制冷的主流方式。作为一项新兴技术，毛细管网末端系统在市场推广方面主要受制于冷辐射表面凝露现象。而新风除湿置换通风系统联合毛细管网辐射供冷可以有效避免此类现象发生，控制室内湿度确保冷辐射表面温度始终高于空气露点温度，打造符合绿色要求的仿自然通风环境。

3 六种常见除湿方案

3.1 通风除湿：通过门窗将室外干燥空气引入室内，同时排除室内潮湿空气，以置换、混合等方式降低室内湿度[3]。此除湿方案不需任何设备，只需要保证室外空气干燥，但其主要缺陷是除湿效果不理想，只适用于室内热湿环境要求低的场所。

3.2 升温除湿：室外空气经过电加热器等湿升温后相对湿度降低。此除湿方案投资运行费用低，运行简单方便，但只适用于对室内温度要求低的场所。

3.3 露点除湿：利用低温冷源实现对空气的过冷处理，降低至空气的露点温度以下，湿空气中水分子冷凝，减少空气含湿量，再将空气等湿加热至送风状态点处后送入空调房间。此除湿方案使用率最高、技术最娴熟，但在空调能耗日益增长的今天，先冷却后再热的方式造成能源的不必要浪费等弊端愈发突出。

3.4 转轮除湿：空气中的水分在吸湿区被除掉后，鼓风机将干燥后的空气送入室内，吸收了水分的转轮移动到再生区，这时从逆方向送入的再生用空气(温风)将驱除水分。此除湿方案可获得低于6℃的超低露点干燥空气，但国内转轮除湿技术发展还尚不成熟，国内市场产品质量良莠不齐。

3.5 膜法除湿：以膜两侧水蒸气分压力差为驱动力，利用膜材料对水蒸气的选择渗透性，使水蒸气与其他气体分离，达到气体除湿目的。此方案具有许多优点，如除湿过程连续进行、内部无需阀门切换、系统内部无腐蚀性利于维护。但其除湿膜还存在除湿效率低、成本高等缺陷。

3.6 溶液除湿：利用空气的水蒸气分压力与除湿溶液表面的饱和蒸汽压力之差进行传热传质，除湿时用低温除湿溶液吸收高温潮湿空气中的水分，再生时将除湿溶液加热升温，与低温干燥的空气接触后排出水分。此方案除湿效果好兼有杀菌消毒功能，但设备比较复杂，初投资费用较高，溶液除湿与再生过程需要大量冷源预冷和热源再生。

4“太阳能+空调余热”驱动溶液除湿新风处理方案

在“温湿度独立控制”设计理念下，夏季毛细管辐射供冷辅以置换新风的溶液除湿系统，供水水温只需18℃即能达到室内舒适温度26℃±2℃要求。其中溶液除湿空调系统主要能耗包括除湿预冷能耗与溶液再生能耗，氯化锂除湿溶液的再生温度在60～80℃左右。该除湿方案可梯级利用太阳能、空调余热等低品位能源，既低电能耗实现除湿溶液再生，又减少矿物燃料的使用及其所造成的环境污染。

4.1“太阳能+空调余热”驱动溶液除湿新风系统介绍

采用空调机组为毛细管网辐射空调系统提供18～20℃高温冷源，同时配套利用太阳能与空调室外冷凝余热为溶液除湿新风系统中的溶液再生提供热量，在提高能量利用率的同时，充分利用清洁可再生能源太阳能。尤其在夏热冬暖、潮湿多雨、太阳能辐射强度大的地区，该除湿系统可配合毛细管网辐射供冷系统为空调房间提供干燥清洁的新风用于排除室内余湿，系统利用率高，投资回收期短。在“太阳能+空调余热”驱动溶液除湿的毛细管网辐射供冷系统中分为温度控制与湿度控制两大部分。其中温度控制系统：由室外空调机组制备冷源经分水器分流后送入敷设在围护结构内的毛细管网中，毛细管网表面通过辐射与对流的方式与室内进行热量交换，辐射换热量占50%以上。其中湿度控制系统由除湿器、稀溶液槽、溶液泵、太阳能热水器（内含蓄热水箱、换热器、电加热器等设备装置）、再生器、浓溶液槽、板式换热器、气体冷却器、分水器、集水器等部件组成。新风在除湿器喷淋室内经氯化锂浓溶液除湿后，通过气体冷凝器降温送入空调房间置换通风。而完成除湿过程后的浓溶液变成稀溶液，稀溶液在溶液泵驱动下途经空调机组冷凝器、太阳能热水器两级再生能源加热后送至溶液再生器与室内回风充分接触完成浓溶液再生。新风除湿过程中，空调机组制备的18～20℃高温冷源经分水器送至内冷型除湿器消除除湿过程中产生的热量，送至预冷换热器为再生浓溶液提供冷源，送至气体冷却器对除湿后的干燥气体冷却到室内送风温度16℃。

4.2 除湿系统特点

4.2.1 夏季室内毛细管网显热末端与溶液除湿新风系统共用一套高温冷冻水循环系统，不需另设其他冷源设备，节省初投资及运行管理费用。

4.2.2 除湿系统中有效利用清洁可再生能源太阳能作为溶液再生能源，采用氯化锂溶液为除湿溶液，具有杀菌、去尘、清洁、环保等特性。

4.2.3 除湿盐溶液以化学能的形式储存能量，溶液的蓄能强度是传统冰蓄冷强度的3～5 倍。而且盐溶液储藏设备在没有任何保温措施的情况下，也不会发生能量耗散的现象。在夏季潮湿多雨、新风除湿负荷过大时，盐溶液可以释放能量用于新风除湿以减弱对再生能源的过度需求，降低系统设备的设计容量等。

4.2.4 夏季太阳能系统性能受室外环境影响波动比较大，有间歇性和不稳定性等缺陷。为了辅助太阳能溶液除湿，热回收空调冷凝余热用于除湿溶液再生过程的第一级再热，不但提高了能源利用率，而且使空调系统的室外冷凝温度有效降低，大幅度提高制冷循环效率。

5 结论

基于夏热冬暖地区的气候条件与自然资源，“太阳能+空调余热”驱动溶液除湿的新风联合毛细管网辐射供冷系统在低品位能源梯级利用、“削峰填谷”的蓄能性、高效节能环保领域有着显著优势。与传统风机盘管加新风相比，其初投资过高，但其运行费用大幅度降低，投资回收期较短，若具有完善生产规模，初投资将进一步降低，在市场上将会具有更大的竞争力。