5．1　溶液除濕系統(tǒng)

熱泵驅(qū)動(dòng)的溶液除濕空凋系統(tǒng)包括：1臺(tái)溶液熱回收型新風(fēng)機(jī)組、1臺(tái)溶液再生器、2個(gè)儲(chǔ)液罐和1臺(tái)空氣源熱泵。新風(fēng)經(jīng)過(guò)處理后直接送到各空調(diào)房間，滿足房間的衛(wèi)生需求，并承擔(dān)濕負(fù)荷；房間內(nèi)使用干式風(fēng)機(jī)盤(pán)管處理顯熱負(fù)荷，冷凍水溫度為18～21℃，所以風(fēng)機(jī)盤(pán)管不會(huì)產(chǎn)生冷凝水。

5．1．1　工作原理

整個(gè)溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)在夏季的工作原理如圖5．1所示，其中熱泵是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。熱泵采用大溫差高溫?zé)岜脵C(jī)組，熱水的出水溫度在35～75℃變化，而冷水側(cè)的出水溫度也可以根據(jù)空調(diào)末端的需求在14～20℃變化。在該系統(tǒng)夏季運(yùn)行時(shí)，熱泵產(chǎn)生的冷凍水大部分供給室內(nèi)末端的干式風(fēng)機(jī)盤(pán)管，用于去除室內(nèi)的顯熱負(fù)荷，小部分的冷凍水則進(jìn)入帶溶液熱回收的除濕新風(fēng)機(jī)，帶走除濕過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。熱泵產(chǎn)生的熱水則送入再生器，對(duì)因?yàn)槌凉穸♂尩娜芤哼M(jìn)行濃縮再生：再生后的濃溶液進(jìn)入濃溶液罐儲(chǔ)存起來(lái)供新風(fēng)機(jī)使用，如果儲(chǔ)液罐中的濃溶液量已經(jīng)達(dá)到工作日的除濕需求，則關(guān)閉再生器，同時(shí)打開(kāi)冷卻塔，熱泵產(chǎn)生的熱水通過(guò)中間熱水板換把熱量送到冷卻塔散掉，以保證熱泵的正常運(yùn)行。由于此時(shí)熱水溫度可以降到40℃左右，因此熱泵的COP會(huì)有大幅度的提高。新風(fēng)機(jī)主要作用是吸收水分，將新風(fēng)的含濕量降到送風(fēng)設(shè)定值。兩個(gè)儲(chǔ)液罐的作用是將再生得到的濃溶液儲(chǔ)存起來(lái)，以適應(yīng)系統(tǒng)的熱濕負(fù)荷變化。由于濃溶液儲(chǔ)能是儲(chǔ)存化學(xué)能，因此儲(chǔ)液罐不需要任何保溫措施，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，僅在使用時(shí)注意頂蓋的密封即可。

溫濕度獨(dú)立控制空凋系統(tǒng)在冬季的運(yùn)行原理如圖5．2所示。熱水由1臺(tái)燃?xì)忮仩t提供，通過(guò)熱水板換，將鍋爐出口的高溫?zé)崴畵Q熱為60℃左右的空凋熱水送到末端的風(fēng)機(jī)盤(pán)管與新風(fēng)機(jī)。此時(shí)新風(fēng)機(jī)通過(guò)稀溶液對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行加濕，同時(shí)用熱水加熱新風(fēng)，使得送到各空調(diào)房間的新風(fēng)溫度比較舒適，兩個(gè)儲(chǔ)液罐在冬季均放置稀溶液，由于新風(fēng)機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行加濕過(guò)程中溶液會(huì)被濃縮，因此使用自動(dòng)補(bǔ)水裝置對(duì)溶液進(jìn)行稀釋?zhuān)瑵M足加濕需求。在冬夏兩季共用1套冷熱水管路，中間通過(guò)閥門(mén)切換達(dá)到上述運(yùn)行效果。

圖5．1　溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行原理圖

圖5．2　溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)冬季運(yùn)行原理圖

溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)使用新風(fēng)溶液除濕機(jī)處理空調(diào)的濕負(fù)荷（即潛熱負(fù)荷）；使用干式風(fēng)機(jī)盤(pán)管處理空調(diào)的顯熱負(fù)荷；同時(shí)利用熱泵提供的高溫冷水給風(fēng)機(jī)盤(pán)管供冷，利用熱泵的排熱驅(qū)動(dòng)再生器對(duì)溶液進(jìn)行濃縮。利用風(fēng)系統(tǒng)控制室內(nèi)濕負(fù)荷，利用水系統(tǒng)控制室內(nèi)顯熱負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制的新型空凋系統(tǒng)。

5．1．2　溶液除濕系統(tǒng)運(yùn)行策略

夏季溶液除濕系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果采用常規(guī)的新風(fēng)機(jī)與再生器同時(shí)開(kāi)啟運(yùn)行的方式，則熱泵產(chǎn)生的熱量可能會(huì)大于再生器所需要的熱量。圖5．3顯示了該系統(tǒng)所采用的熱泵在不同再生溫度下所能提供的熱量與再熱器需要的熱量之間的關(guān)系。從圖中可以明顯看出，這兩個(gè)熱量之間是很不平衡的，多余部分的熱量不能被使用而需要通過(guò)冷卻塔散掉，導(dǎo)致系統(tǒng)的能源利用效率降低。

圖5．3　不同再生溫度下熱泵出熱量與再生耗熱量的比較

合理的方法是采用雙工況切換運(yùn)行，使系統(tǒng)的效率和能源利用率達(dá)到最優(yōu)。

1）溶液濃度與儲(chǔ)液罐液位高度的關(guān)系

系統(tǒng)中的溶液罐儲(chǔ)存濃度為50%的溴化鋰溶液，儲(chǔ)液罐中的溶液濃度與液位高度之間存在一定的關(guān)系，計(jì)算結(jié)果顯示兩者之間存在線性關(guān)系，如圖5．4所示。

圖5．4　溴化鋰溶液濃度與液位高度的關(guān)系（25℃）

2）分時(shí)運(yùn)行的方法

根據(jù)溶液濃度與儲(chǔ)液罐中液位高度之間的關(guān)系，在儲(chǔ)液罐中設(shè)置高液位和低液位傳感器，每天系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)新風(fēng)機(jī)、再生器和熱泵全開(kāi)，熱泵制備出70℃高溫?zé)崴糜谌芤旱臐饪s再生，且熱水全部輸入再生器。隨著再生過(guò)程的進(jìn)行，儲(chǔ)液罐中的液位高度不斷下降，液位下降至下液位時(shí)，表明目前的溶液濃度已經(jīng)足以滿足除濕的需求，此時(shí)關(guān)閉再生器，并開(kāi)啟冷卻塔，熱泵切換到出37℃左右低溫?zé)崴墓r，此時(shí)熱泵的制冷量和COP都有明顯提高。

隨著除濕過(guò)程的進(jìn)行，儲(chǔ)液罐中的溶液濃度逐漸變小，液位也開(kāi)始上升，待液位上升至上液位時(shí)，開(kāi)啟再生器并關(guān)閉冷卻塔，熱泵運(yùn)行高溫工況滿足再生需求。在分時(shí)運(yùn)行策略下，兩個(gè)儲(chǔ)液罐的運(yùn)行原理，如圖5．5所示。

圖5．5　分時(shí)運(yùn)行策略下儲(chǔ)液罐運(yùn)行原理圖

3）夏季分時(shí)運(yùn)行

（1）典型低溫高濕日

在此期間，氣溫一般在26～32℃，空氣相對(duì)濕度在60%～90%，因此給人體空氣非常悶、舒適度很差的感覺(jué)。由于此時(shí)空氣溫度并不是很高，建筑的顯熱負(fù)荷并不是很大，因此運(yùn)行再生工況時(shí)熱泵出70℃熱水，可以在室外空氣含濕量比較高的時(shí)候保證比較高的再生效率。再生器運(yùn)行約3h后，溶液即可達(dá)到比較高的濃度（49%左右），儲(chǔ)液罐液位也相應(yīng)到達(dá)低液位高度，此時(shí)關(guān)閉再生器，熱泵切換到低溫?zé)崴?7℃左右）工況。如果當(dāng)日氣溫低于26℃，可以關(guān)閉熱泵，系統(tǒng)僅開(kāi)新風(fēng)機(jī)除濕，即可滿足空調(diào)房間的舒適性要求。

該溫濕度獨(dú)立控制溶液除濕系統(tǒng)的綜合能效比定義為：

因采用了分時(shí)運(yùn)行的策略，當(dāng)運(yùn)行再生工況時(shí)，由于熱泵冷凝溫度比較高，因此系統(tǒng)綜合能效比在2．8左右；當(dāng)關(guān)閉再生器僅運(yùn)行除濕工況時(shí)，由于熱泵此時(shí)運(yùn)行在低溫?zé)崴r下，系統(tǒng)綜合能效比達(dá)到6．0左右。全天綜合來(lái)看，系統(tǒng)綜合能效比約為4．7，高于常規(guī)電動(dòng)壓縮式冷水機(jī)組的能效比。

（2）典型高溫高濕日

在夏季更為常見(jiàn)的是高溫高濕的天氣，由于上午氣溫比較高，建筑顯熱負(fù)荷比較大，此時(shí)熱泵出65℃熱水驅(qū)動(dòng)再生器再生，這樣既能保證除濕效率，也能兼顧熱泵的冷量以滿足室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管消除顯熱的需求。再生器運(yùn)行約4h，溶液即可達(dá)到所需的濃度，此時(shí)關(guān)閉再生器并切換熱泵到低溫?zé)崴墓r。

4）冬季運(yùn)行

冬季系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管滿足室內(nèi)熱負(fù)荷。新風(fēng)機(jī)三級(jí)全熱回收模塊對(duì)回風(fēng)進(jìn)行全熱回收，最后一級(jí)對(duì)根據(jù)控制參數(shù)對(duì)送風(fēng)進(jìn)行再次加熱加濕，以達(dá)到送風(fēng)要求；一小部分熱水送到新風(fēng)機(jī)最后一級(jí)的板換，通過(guò)加熱溶液增強(qiáng)其加濕和加熱空氣的能力。從新風(fēng)機(jī)流回儲(chǔ)液罐的溶液由于對(duì)空氣加濕而被濃縮，濃度變大，因此需要給儲(chǔ)液罐中補(bǔ)水以稀釋溶液，保證溶液的加濕能力。補(bǔ)水通過(guò)軟化水自動(dòng)補(bǔ)水裝置完成，即隨著儲(chǔ)液罐中溶液變濃，液位下降到一定高度后，自動(dòng)開(kāi)啟補(bǔ)水電磁閥，待液位上升到正常值時(shí)，補(bǔ)水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。