新风处理机组湿度控制在实验室中的应用分析

谢亚丽

摘    要：目前实验室大多采用新风处理机组加VRV空调系统的设计方式。但大多全新风空调系统和VRV空调系统只控制实验室内温度，不对实验室内湿度进行控制;在湿度控制时要考虑运行能耗，目前除湿大多采用新风处理机组盘管降温除湿后电加热器再热方式，运行成本高。在实验室内空调系统应用时非常有必要对湿度进行控制。

关键词：温湿度独立控制;新风处理机组;冷却;再热;湿度控制

1  引言

温湿度独立控制空调系统，是对常规空调系统热湿联合处理技术的一种突破与创新。温湿度独立控制空调系统实质是采用了温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制、调节室内的温度与湿度。对于温度的控制技术较为成熟，对于湿度控制，热回收冷凝除湿是一种值得大力推广的湿度处理方式。

2  概述

在温湿度独立控制空调系统中，采用新风处理系统来控制室内湿度。夏季新风处理机组提供干燥的室外新风，以满足补风、除湿、除味、稀释二氧化碳和提供新鲜空气的需求。由于实验室的特殊性，对温度和湿度都有严格的要求。沿海及南方地区多个实验室由于没有控制湿度，导致实验室内湿度特别大，室内风口结露现象明显，既影响生产又会造成很大经济损失。在夏季只要实验内新风处理机组和室内空调系统制冷，室内相对湿度基本可以保证。但在过渡季节，如果实验室的新风量很大，沿海地区或者南方地区遇上雨天，虽然室内温度满足要求，但室内的相对湿度会很高。因此必须控制新风处理机组的送风湿度。

3  各种除湿方式分类及介绍

（1）溶液除湿：将空气直接与具有吸湿能力的盐溶液（如溴化锂、氯化钙等）接触，空气中的水蒸气被盐溶液吸收，从而实现空气的除湿过程。溶液除湿与转轮除湿的机理相同，但由于溶液可以改变浓度、温度和气液比，因此可以实现空气的加热、加湿、降温、除湿等各种处理过程。与转轮相同，吸湿后的溶液需要浓缩再生后才能重新使用，但溶液的浓缩再生可采用70～80℃的热水、冷凝器的排熱等低品味热能。

（2）转轮除湿：通过在转轮转芯中添加具有吸湿性能的固体材料（如硅胶等），被处理空气与固体吸湿材料直接接触，从而完成对空气的除湿过程。吸湿材料需要进行再生，再生温度一般在120℃左右，近年来也有研究采用60～90℃中低温的再生方法。转轮除湿方式中空气的除湿过程接近于等焓过程，减湿升温后的空气需进一步通过高温冷源冷却降温。

（3）冷凝除湿：可以利用制冷系统制备冷水或冷媒，让湿空气流经低温表面，使空气温度降至露点温度以下，湿空气中的水汽冷凝而析出。但新风经过冷凝除湿后虽然含湿量较低，但相对湿度很高，温度也较低，这样的新风如果直接送入室内会造成人体不舒适，同时也会造成末端风口结露等。

（4）——热回收冷凝除湿：在新风处理过程中，应用热回收技术是降低处理能耗的重要途径。采用冷凝除湿方式时，配合热回收再热使用，优先选用利用余热，当没有余热时，再热优先应采用空调机的冷凝热或采用热泵制热，提高加热效率和降低运行能耗。

溶液除湿的初投资非常大，一般情况下不建议采用;转轮除湿初投资也很高，且需要高温热源来再生，能耗很大;单纯的冷凝除湿需要增加电再热段，运行能耗较大;综合成本和运行能耗方面考虑，热回收冷凝除湿是一种很好的除湿方式，可在实验室新风处理机组中大力推广。

4  目前实验室内所采用的温度空调控制系统主要分类及介绍

在实验室温度控制空调系统中，为确保每个房间的温度达到要求，室内空调负荷通常采用VRV空调系统或风机盘管空调系统。

（1）VRV空调系统：实验室内各个房间可设置VRV空调末端装置，各个房间的温度可自行调节。VRV空调系统的制冷量只需考虑房间围护结构的空调负荷。该方案的优点是可以不用校核满足室内温度需要的最小新风量，还可以提高空调系统的可靠性，当新风机组的制冷机发生故障时，还能确保实验室内的温度不至于与设计温度相差太大。该方案的缺点是室内有空气循环，不是完全的全新风空调。采用VRV空调系统控制房间的温度、湿度时，新风再热应设在新风机组内，空调机夏季制冷、冬季制热，对温度进行微调。

（2）风机盘管空调系统：在有可用冷冻水的情况下，实验室内可设置风机盘管空调系统，各个房间的温度可自行调节。风机盘管的制冷量只需考虑房间围护结构的空调负荷。该方案的优点是可以不用校核满足室内温度需要的最小新风量，还可以提高空调系统的可靠性，当新风机组的制冷机发生故障时，还能确保实验室内的温度不至于与设计温度相差太大。该方案的缺点是室内有空气循环，不是完全的全新风空调。采用风机盘管控制房间的温度、湿度时，新风再热应设在新风机组内，风机盘管夏季制冷、冬季制热，对温度进行微调。

5  实验室中新风处理机组选用分析

对于温湿度独立控制系统，基于湿度控制系统的主要目的是除湿。但对于实验室来说，由于新风量非常大，新风除要承担室内的湿负荷外，还要承担新风本身的热负荷。新风处理机组可以分为两种。一种是直膨式新风处理机组，即机组本身自带自带压缩机，其系统中液态制冷剂在其蒸发盘管内直接蒸发（膨胀）实现对盘管外的室外新风吸热而制冷，此种方式由于冷媒的蒸发温度较低，所以可以达到很好的除湿效果。压缩机大多选用数码涡旋压缩机、直流变频压缩机等形式。直膨式新风处理机组虽然除湿效果很好，但一般需要电加热再热，运行费用较高。另一种新风处理机组的表冷段通冷冻水来除湿降温，冷冻水可以由风冷冷水机组、风冷热泵机组、四管制风冷机组等来提供，当采用四管制风冷机组时在降温除湿的同时，提供免费的热水对新风进行再热，是一种节能的除湿方式。

6  项目案例分析

6.1  项目情况

沿海地区某实验室，由于夏季室外空气湿度非常大，现有的直膨式新风机组，由于采用螺杆压缩机，室外机没有调节能力，所以新风机组的风量只能设定在80%运行，导致机组设定温度满足要求后，室外压缩机将停机，此时大量未经处理的室外空气直接进入室内，导致室内湿度过高。需要对改机组进行改造使其满足要求。

6.2   原有机组介绍

实验室内原有直膨式新风机组1台，风量20867m3/h～43573m3/h，制冷量367kW。现场由于噪音太大，新风机组实际使用风量为80%的设计风量定频运行，每台外机只有一个螺杆压缩机，没有调节能力。此台新风机组的功能段依次为：进风段+初、中效过滤段+加热盘管段+直膨表冷盘管段+送风机段。

6.3  改造解决方案

在新风机组入口前，将新风分为两路，对其中一路采用预冷水盘管进行预冷处理，处理后的新风与室外新风混合后进入新风机组，经过新风机组内原有的表冷盘管进行降温和除湿处理后，由送风机送出。在新风机组送风管道上设置热水加热盘管，采用四管制风冷机组的热水把经过除湿处理的新风机组温度提高到舒适温度后送入相应房间内。四管制风冷机组夏季同时制冷制热，制冷量105.6kW，制热量135.5kW，输入功率34kW。当夏季室外环境温度较低时，此时机组负荷较小，室外螺杆压缩机有可能会间歇性停机，当室外压缩机停机后，需要将新风机组风机的风量相应调小。经过改造后室内温度为25/17.3℃，相对湿度46.5%，完全满足要求。

6.4  此方案的优缺点

（1）优点：预冷和加热都由四管制风冷机组提供，不需要额外设置电加热，节能、电力增容小，当原有螺杆压缩机停机后，四管制风冷机组也可以提供部分冷量;（2）缺点：四管制风冷机组外机尺寸较大，需要配置水箱、水泵等系统较复杂。

7  结束语

为确保实验室的安全稳定运行和降低运行能耗，很有必要对实验室新风湿度进行控制，可以根据项目情况，综合考虑选用合适的新风除湿方式。

参考文献：

[1] 张俊.中心化验室湿度控制及空调系统节能设计要点[J].炼油技术与工程，2013（43）：62.