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摘要：采用冷凝除湿的传统空调方式存在许多弊端，如能源浪费、室内环境品质不佳等，本文针对一种温湿度独立控制的空调系统即中高温热泵与除湿转轮耦合系统进行了探讨。
关键词：温湿度独立控制；除湿转轮；中高温热泵
中图分类号：TB657文献标识码： A
1.引言
传统的空调方式在对空气进行热湿处理时，通常采用冷凝除湿的方式[1]，即使被处理空气低于露点温度而使其中的水分冷凝，从而达到降温除湿的效果。采用这种方式处理空气，虽然能使被处理空气的湿度满足要求，但通常会造成其温度过低，有时为了达到恒温除湿的目的，而将降温除湿后的空气进行再热，以同时满足其显热与潜热要求，这就造成了不必要的能源浪费[2]。而且传统空调方式还存在显热与潜热比难以与室内热湿比的变化相匹配、室内空气品质无法保证等弊端，而温湿度独立控制空调系统是解决上述弊端的有效途径。
转轮除湿是近十几年来广泛采用的干式除湿技术，而且诸多文献表明转轮除湿具有很大的节能潜力。而中高温热泵技术能有效利用广泛存在的低温废热，若能将除湿转轮与中高温热泵系统进行耦合，利用中高温热泵技术为除湿转轮提供再生热源，将会带来可观的经济与环境效益。
本文针对除湿转轮与中高温热泵耦合系统进行了一些探讨。
2.温湿度独立控制空调系统
温湿度独立控制空调系统中，通常将干燥剂除湿装置与空调系统耦合起来联合运行，采用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，从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。针对这种系统形式，许多学者提出将液体或固体除湿剂与传统制冷系统相结合，并已经开展了大量研究。液体除湿技术在近年来发展迅速，液体除湿剂能够在高于空气露点的温度下进行除湿，省去了再热过程，而其再生温度较低，低品位的热源即可满足。为提高这种系统的性能，许多优化方案也在逐步实施，如Liu[3]等设计了一种除湿与空调独立控制的系统，系统采用热水驱动的液体除湿剂与一台提供18~21℃的冷水机组，并将其成功应用于北京某办公建筑，与传统空调系统相比，其节省了30%的能耗。
基于干燥剂除湿的温湿度独立控制空调相对于常规空调有如下优势[4]：（1） 在改善室内空气品质方面，温湿度独立控制空调系统使用性能良好的吸附物质对空气进行除湿处理，除湿过程中空气的高温低湿工况对一些细菌和病毒也有很好的抑制作用，有些吸湿材料如氯化锂等自身具有良好的杀菌性能，因此对于改善室内空气品质非常有利；（2）在降低能耗方面，除湿材料可利用太阳能集热器、工业废热等进行再生，即利用低品位的热能即可有效再生除湿材料，而且，温湿度独立控制空调系统可随着气候变化将温度控制子系统与湿度控制子系统调节至适当的模式，用于冷却空气的盘管温度可大幅度提升，从而大幅提升冷水机组的性能，降低能耗。
3.转轮除湿空调系统
转轮除湿在近十几年来得到了广泛的应用，范围涉及制药、航空、电子、超市等诸多方面，其实现了温湿度的独立控制，可采用高温冷源，无需将新风冷却至室内空气的露点温度以下，从而保证了送风系统的干燥，避免有害微生物和霉菌的滋生，且诸多研究结果表明，转轮除湿复合空调系统具有较大的节能潜力。
在舒适性空调系统中，主要存在两种复合系统运行方式，即除湿转轮与常规机械制冷结合的复合式系统及除湿转轮与蒸发冷却技术结合的复合系统[5]。
蒸发冷却技术因其节能性且对大气无污染而受到国内外的普遍关注，将其与除湿转轮相结合，能减少常规制冷工质的应用，从而降低对大气污染的程度[6] ，但此技术有很大的区域局限性。
4.1 转轮热泵耦合空调系统
近年来，许多学者对转轮除湿空调系统进行了研究与评价，并提出了除湿转轮与冷热联产耦合的空调系统[7]，利用冷热联产系统产生的废热来再生除湿转轮，并对其性能进行了分析与比较，研究结果表明，除湿转轮与冷热联产耦合的空调系统能有效节约一次能源。
4.1.1 再生能耗问题
近年来，采用太阳能、废热驱动的固体除湿空调系统日益受到关注。利用太阳能进行再生有良好的节能效果，但受气候与地区影响较大。在将太阳能作為驱动热源方面，Mavroudaki等[8]在不同气候区域的欧洲国家进行了太阳能驱动的除湿制冷系统的可行性研究。利用废热也能达到显著的节能效果，但除湿空调系统所需的热源温度通常为60~80℃，这种温度水平的热源并不容易获得。对于除湿装置与常规蒸汽压缩空调耦合的复合式系统，由于采用了除湿装置，蒸汽压缩空调系统的冷凝温度被大幅提高，为弥补供热量的不足，需采用电加热装置，因而系统性能系数不高。
因此，高效解决除湿转轮的再生能耗成为转轮除湿耦合系统的关键。
4.1.2中高温热泵技术
中高温热泵的发展与应用相对于常规热泵产品要滞后许多，但在近些年中已经日益受到重视，国内外许多学者对高温热泵及其替代工质进行了大量研究，天津大学研制的高温热泵利用新型非共沸混合工质，出水温度能达到80℃以上，并维持较高的COP，为这一技术的应用提供了有力基础。
将中高温热泵应用于转轮除湿空调系统中，利用热泵蒸发器对经过转轮除湿后的空气进行降温，并将冷凝器侧产生的热量用于除湿转轮的再生，将有效降低系统能耗。
4.1.3 新型热泵工质的研究进展
一些常温热泵工质如HCFC22及HFC134a等由于冷凝压力过高等问题不适宜工作在中高温工况下，因此，寻找适宜中高温工况、循环性能良好且环境友好的热泵工质成为研究重点。在非共沸混合工质方面，清华大学研制的HTR02、HTR04[9]能够产生75℃和80℃的热水。
国内外学者对于中高温热泵工质方面已经做出了积极的探索并已取得一定的成果，但对于转轮热泵耦合系统，若想同时满足20℃以下的低温送风、60℃以上的冷凝出风，则要求循环工质满足60℃左右的温升，同时也要满足循环工作压力适中、环境效益优良、与压缩机润滑油的相溶性等条件，新型热泵工质仍有待研究。
4.结论
在除湿转轮与中高温热泵耦合系统中，利用热泵蒸发器对经过转轮除湿后的空气进行降温，并将冷凝器侧产生的热量用于除湿转轮的再生，能够有效降低系统能耗，对于节能减排有重要意义。但这一技术对于热泵工质要求严苛，即要求循环工质满足60℃左右的温升，同时也要满足循环工作压力适中、环境效益优良、与压缩机润滑油的相溶性等条件，因此新型热泵工质有待进一步研究与开发。
参考文献
[1]曹巍，孙文哲，邓申江.热湿分别处理的小型空调机组的分析[J].流体机械，2009，3(37)：82-85.
[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2009，145-147.
[3]Liu X H，Li Z，Jiang Y，Lin B R. Annual performance of liquid desiccant based independent humidity control HVAC system [J]. Applied Thermal Engineering， 2006，26(11-12)：1198-1207.
[4]Chua K J，Chou S K，Yang W M. Advances in heat pump systems： a review [J]. Applied Energy，2010，87(6)：3611-3624.
[5]周亚素，陈沛霖．转轮除湿复合式空调系统[J]．暖通空调，1999，29(4)：64-66.
[6]La D，Dai Y J，Li Y. Study on a novel thermally driven air conditioning system with desiccant dehumidification and regenerative evaporative cooling[J]. Building and Environment，2010，45(11)：2473-2484.
[7]郝红.除湿转轮与冷热联产热泵耦合的空调系统性能研究[D].天津：天津大学，2006.
[8]Gommed K，Grossman G. Investigation of an improved solar-powered open absorption system for cooling、dehumidification and air conditioning[J]. International Journal of Refrigeration，2012，35(3)：676-684.
[9]昝成，史琳.零ODP的中高温热泵工质HTR04实验研究[J]. 工程热物理学报， 2007，28(6)：919-921.
关键词：温湿度独立控制；除湿转轮；中高温热泵
中图分类号：TB657文献标识码： A
1.引言
传统的空调方式在对空气进行热湿处理时，通常采用冷凝除湿的方式[1]，即使被处理空气低于露点温度而使其中的水分冷凝，从而达到降温除湿的效果。采用这种方式处理空气，虽然能使被处理空气的湿度满足要求，但通常会造成其温度过低，有时为了达到恒温除湿的目的，而将降温除湿后的空气进行再热，以同时满足其显热与潜热要求，这就造成了不必要的能源浪费[2]。而且传统空调方式还存在显热与潜热比难以与室内热湿比的变化相匹配、室内空气品质无法保证等弊端，而温湿度独立控制空调系统是解决上述弊端的有效途径。
转轮除湿是近十几年来广泛采用的干式除湿技术，而且诸多文献表明转轮除湿具有很大的节能潜力。而中高温热泵技术能有效利用广泛存在的低温废热，若能将除湿转轮与中高温热泵系统进行耦合，利用中高温热泵技术为除湿转轮提供再生热源，将会带来可观的经济与环境效益。
本文针对除湿转轮与中高温热泵耦合系统进行了一些探讨。
2.温湿度独立控制空调系统
温湿度独立控制空调系统中，通常将干燥剂除湿装置与空调系统耦合起来联合运行，采用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，从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。针对这种系统形式，许多学者提出将液体或固体除湿剂与传统制冷系统相结合，并已经开展了大量研究。液体除湿技术在近年来发展迅速，液体除湿剂能够在高于空气露点的温度下进行除湿，省去了再热过程，而其再生温度较低，低品位的热源即可满足。为提高这种系统的性能，许多优化方案也在逐步实施，如Liu[3]等设计了一种除湿与空调独立控制的系统，系统采用热水驱动的液体除湿剂与一台提供18~21℃的冷水机组，并将其成功应用于北京某办公建筑，与传统空调系统相比，其节省了30%的能耗。
基于干燥剂除湿的温湿度独立控制空调相对于常规空调有如下优势[4]：（1） 在改善室内空气品质方面，温湿度独立控制空调系统使用性能良好的吸附物质对空气进行除湿处理，除湿过程中空气的高温低湿工况对一些细菌和病毒也有很好的抑制作用，有些吸湿材料如氯化锂等自身具有良好的杀菌性能，因此对于改善室内空气品质非常有利；（2）在降低能耗方面，除湿材料可利用太阳能集热器、工业废热等进行再生，即利用低品位的热能即可有效再生除湿材料，而且，温湿度独立控制空调系统可随着气候变化将温度控制子系统与湿度控制子系统调节至适当的模式，用于冷却空气的盘管温度可大幅度提升，从而大幅提升冷水机组的性能，降低能耗。
3.转轮除湿空调系统
转轮除湿在近十几年来得到了广泛的应用，范围涉及制药、航空、电子、超市等诸多方面，其实现了温湿度的独立控制，可采用高温冷源，无需将新风冷却至室内空气的露点温度以下，从而保证了送风系统的干燥，避免有害微生物和霉菌的滋生，且诸多研究结果表明，转轮除湿复合空调系统具有较大的节能潜力。
在舒适性空调系统中，主要存在两种复合系统运行方式，即除湿转轮与常规机械制冷结合的复合式系统及除湿转轮与蒸发冷却技术结合的复合系统[5]。
蒸发冷却技术因其节能性且对大气无污染而受到国内外的普遍关注，将其与除湿转轮相结合，能减少常规制冷工质的应用，从而降低对大气污染的程度[6] ，但此技术有很大的区域局限性。
4.1 转轮热泵耦合空调系统
近年来，许多学者对转轮除湿空调系统进行了研究与评价，并提出了除湿转轮与冷热联产耦合的空调系统[7]，利用冷热联产系统产生的废热来再生除湿转轮，并对其性能进行了分析与比较，研究结果表明，除湿转轮与冷热联产耦合的空调系统能有效节约一次能源。
4.1.1 再生能耗问题
近年来，采用太阳能、废热驱动的固体除湿空调系统日益受到关注。利用太阳能进行再生有良好的节能效果，但受气候与地区影响较大。在将太阳能作為驱动热源方面，Mavroudaki等[8]在不同气候区域的欧洲国家进行了太阳能驱动的除湿制冷系统的可行性研究。利用废热也能达到显著的节能效果，但除湿空调系统所需的热源温度通常为60~80℃，这种温度水平的热源并不容易获得。对于除湿装置与常规蒸汽压缩空调耦合的复合式系统，由于采用了除湿装置，蒸汽压缩空调系统的冷凝温度被大幅提高，为弥补供热量的不足，需采用电加热装置，因而系统性能系数不高。
因此，高效解决除湿转轮的再生能耗成为转轮除湿耦合系统的关键。
4.1.2中高温热泵技术
中高温热泵的发展与应用相对于常规热泵产品要滞后许多，但在近些年中已经日益受到重视，国内外许多学者对高温热泵及其替代工质进行了大量研究，天津大学研制的高温热泵利用新型非共沸混合工质，出水温度能达到80℃以上，并维持较高的COP，为这一技术的应用提供了有力基础。
将中高温热泵应用于转轮除湿空调系统中，利用热泵蒸发器对经过转轮除湿后的空气进行降温，并将冷凝器侧产生的热量用于除湿转轮的再生，将有效降低系统能耗。
4.1.3 新型热泵工质的研究进展
一些常温热泵工质如HCFC22及HFC134a等由于冷凝压力过高等问题不适宜工作在中高温工况下，因此，寻找适宜中高温工况、循环性能良好且环境友好的热泵工质成为研究重点。在非共沸混合工质方面，清华大学研制的HTR02、HTR04[9]能够产生75℃和80℃的热水。
国内外学者对于中高温热泵工质方面已经做出了积极的探索并已取得一定的成果，但对于转轮热泵耦合系统，若想同时满足20℃以下的低温送风、60℃以上的冷凝出风，则要求循环工质满足60℃左右的温升，同时也要满足循环工作压力适中、环境效益优良、与压缩机润滑油的相溶性等条件，新型热泵工质仍有待研究。
4.结论
在除湿转轮与中高温热泵耦合系统中，利用热泵蒸发器对经过转轮除湿后的空气进行降温，并将冷凝器侧产生的热量用于除湿转轮的再生，能够有效降低系统能耗，对于节能减排有重要意义。但这一技术对于热泵工质要求严苛，即要求循环工质满足60℃左右的温升，同时也要满足循环工作压力适中、环境效益优良、与压缩机润滑油的相溶性等条件，因此新型热泵工质有待进一步研究与开发。
参考文献
[1]曹巍，孙文哲，邓申江.热湿分别处理的小型空调机组的分析[J].流体机械，2009，3(37)：82-85.
[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2009，145-147.
[3]Liu X H，Li Z，Jiang Y，Lin B R. Annual performance of liquid desiccant based independent humidity control HVAC system [J]. Applied Thermal Engineering， 2006，26(11-12)：1198-1207.
[4]Chua K J，Chou S K，Yang W M. Advances in heat pump systems： a review [J]. Applied Energy，2010，87(6)：3611-3624.
[5]周亚素，陈沛霖．转轮除湿复合式空调系统[J]．暖通空调，1999，29(4)：64-66.
[6]La D，Dai Y J，Li Y. Study on a novel thermally driven air conditioning system with desiccant dehumidification and regenerative evaporative cooling[J]. Building and Environment，2010，45(11)：2473-2484.
[7]郝红.除湿转轮与冷热联产热泵耦合的空调系统性能研究[D].天津：天津大学，2006.
[8]Gommed K，Grossman G. Investigation of an improved solar-powered open absorption system for cooling、dehumidification and air conditioning[J]. International Journal of Refrigeration，2012，35(3)：676-684.
[9]昝成，史琳.零ODP的中高温热泵工质HTR04实验研究[J]. 工程热物理学报， 2007，28(6)：919-921.