空調除濕設計中再熱量分析及其冷凝熱的利用
對于濕負荷較大和熱濕比較小的工程，通常采用一次回風系統，如工程的相對濕度有要求，在其夏季空氣處理過程中，往往需要采用再熱器來加熱經冷卻減濕后的空氣，使處理的空氣達到要求的送風狀態，從而保證空調區域的相對濕度在要求的范圍內。空調再熱量的計算通常是在設計工況確定的，首先確定空調房間的余熱Q、余濕W，計算熱濕比ε＝Q/W，然后根據送風溫差確定工程內的送風狀態點S，如圖1所示，據此可以確定空氣處理設備的再熱量:
Qz＝G×（S－iL）/3600kW
（1）式中:
G——送風量kg/h
iS——要求送風狀態的焓值kJ/kg干空氣
iL——空氣經表冷器后的焓值kJ/kg干空氣
圖1一次回風夏季處理示意圖
顯然，對于余熱較小的工程，其熱濕比ε較小，要求的送風狀態的焓值iS比較大，要求的再熱量Qz2就大。
然而，按上面方法計算出來的再熱量，在實際運行中往往偏小，造成房間內相對濕度值大于設計值，究其原因，主要是以上設計中工程余熱Q的計算是按夏季最不利工況（除去不保證時間）確定的，工程內大部分時間的實際余熱值比設計值小得多，其熱濕比ε也較設計工況要小，因此，在余熱較小時，實際需要的再熱量大于（1）式的計算值。
2除濕最不利工況的確定
顯然計算再熱量的最不利情況不是工程內余熱Q最大的設計工況，而是余熱相對較小的過渡季節。工程余熱Q＝Q人＋Q設＋Q圍，顯然，受季節影響較大的是圍護結構得熱形成得熱負荷Q圍，下面分別對于地面工程和地下工程的Q圍情況進行分析。
地面工程
地面圍護結構的得熱包括外墻和屋頂傳熱得熱和窗戶的日射得熱，在春夏之交的過渡季節特別是在梅雨季節，由于室外溫度不是太高，加上梅雨季節日射長期不足，因此Q圍顯然比設計工況要小，加上梅雨季節室外空氣含濕量比較高，通過滲透形成的濕負荷比較大，因此，此時的應是最不利工況，為了滿足室內濕度的要求，余熱的不足應由再熱來補充，顯然，再熱量的設計應根據此時房間的余熱計算。
地下建筑
對于淺埋地下建筑，圍護結構熱負荷Q圍的計算主要依據是圍護結構的溫度，分別從頂部、底部和側墻進行傳熱計算[1]，但其基本思想是夏季壁面溫度最高，從而確保工程制冷設備的容量。盡管地下建筑圍護結構Q圍受外界氣溫和日射瞬時變化的影響很小，但地下建筑的維護結構的溫度在一年中按周期性變化，可按（2）式進行傳熱計算，地面以下的溫度場為:
（2）
式中：
——地層材料的導溫系數
x——距地表面深度
Aw——表面溫度年周期性波動振幅（℃）τ——時間（h）
Z——溫度年波動周期（h）
由（2）式可知，半無限大物體內任意平面x處，它的溫度隨時間的變化與表面x=0處的溫度變化規律相類似，都是周期相同的余弦函數規律，任意平面x處溫度簡諧波的振幅為：
（3）
距地面x處的溫度波比表面要落后一個相角，延遲時間為：
（4）
由此可知，對于地下建筑，自然情況下圍護結構溫度波動幅度較小，并有時間延遲，對于平均埋深約5米的地下建筑，其溫度波幅僅為地面的1/5左右，并且溫度波延遲約3個月，使得工程在春夏之交的季節，圍護結構溫度仍處于一個較低的水平。
對于常年使用的地下商業建筑，由于存在圍護結構與工程內空氣的相互作用，其溫度與自然情況有所不同。大致可分為以下幾種情況，冬季采暖和冬季不采暖。
南方地區工程，冬季通常不采暖，其圍護結構冬季放出熱量，用來加熱工程內的空氣，工程圍護結構溫度低于自然情況的溫度；到室外氣溫升高，和工程內人員及設備發熱量共同作用于使工程內的溫度高于圍護結構溫度時，圍護結構吸收熱量，工程圍護結構溫度高于自然狀態下的溫度，圖2為某工程圍護結構溫度全年變化的示意圖。顯然，工程內的發熱量愈大，冬季圍護結構加熱空氣消耗的熱量比較少，并且工程內空氣加熱圍護結構的時間愈長，圍護結構的總體溫度愈高，但溫度波的衰減和延時的趨勢仍然比較明顯，通常對于冬季不采暖的地下建筑，其維護結構溫度在過渡季節（春夏之交）比設計工況（最大值）低2～4℃，此時的余熱小于設計工況，因此，系統的再熱量應按此時來設計方能滿足除濕要求。
圖2某工程圍護結構溫度全年變化的示意圖
3再熱量的獲取
對于冬季采暖的地下建筑，其圍護結構溫度在一年絕大部分時間被加熱，因此，其溫度總體水平高于自然狀況下的總體水平，且波動幅度比較小。并且這類工程通常地處比較干燥的北方，除濕問題并不突出。因此，系統再熱量的計算主要是南方地區的地下建筑面臨的設計問題。
然而，實際工程中，由于空氣處理中的再熱將抵消一部分冷量，產生再熱負荷。空氣再熱處理不僅使冷負荷增大，同時還需增加加熱量，尤其對于余熱較小的工程，再熱量比較大，通常設計人員無法心理無法接受，因而，諸多工程去掉再熱段，采用最大溫差送風（露點送風）。這樣，犧牲了工程的質量指標，使工程相對濕度難以滿足設計要求，尤其在春夏之交，工程內的濕度非常大，特別是小余熱工程，以致影響工程的使用。如某地下家具商場，采用直接蒸發式空調器進行空氣處理，并采用露點送風，工程內相對濕度經常超過80％，梅雨季節，工程內異常潮濕，地板有少量凝結水，并且風口有結露現象，此時空調效果很差，用戶無所適從，影響工程的正常使用。
因此，從空氣處理原理可知，要確保工程內的濕度不致過高，再熱是無法省略的，但對于余熱較小的地下工程，其再熱量是非常可觀的，表2表示熱濕比ε和再熱量之間的關系（送風量為100kg/h，工程的相對濕度為70±5％，溫度為26℃，工程散濕量為18kg/h）。
表2熱濕比ε和最小再熱量的關系
顯然，工程余熱量Q愈小，ε就愈小，要求的再熱量Qz就越大，如采用電熱，這既增加了運行能耗，又增加了設備容量，顯然難以推廣使用。有人提出利用回風熱回收來實現再熱[2]設想，即回風和新風混合后，不直接送至冷卻裝置進行處理，而是先進入一個全熱交換器與空氣冷卻裝置的出口空氣進行（全熱）交換，一方面實現再熱，另一方面對進入冷卻裝置混合空氣進行預冷，實現這種設想一方面將會使裝置非常龐大，系統變得非常復雜，另一方面，全熱交換還會使被處理的空氣在再熱的同時被“再濕”，顯然行不通。因此，目前比較可行的方法是利用制冷系統的冷凝熱實現再熱，以替代用電及蒸汽加熱，節約大量能源。
主要設備有：
除濕機和調溫除濕機
除濕機是將冷凝熱全部作為處理空氣的再熱源，再熱量比較大，送風溫度比較高，通常是制冷量的1.2～1.3倍，因此適合于無余熱工程和溫度無要求的工程，如深埋地下建筑、倉庫等場所；調溫除濕機是在普通除濕機的基礎上增加了水冷冷凝器，通過調節流經水冷冷凝器的冷卻水量來實現再熱量的調節，因為再熱量比較大，并且可以調節，可在除濕的同時確保工程內的溫度滿足使用要求，因此適用于熱負荷變化比較大工程，并有溫度要求的工程，如國防工程和人防指揮工程中，有溫度要求的洞庫工程。
除濕空調機原理圖
除濕空調機實際上就是直接蒸發組合式空調器，與調溫除濕機相同之處是利用利用冷凝熱進行再熱，不同之處是其不是按除濕機來設計（除濕機風量比較小），而是按空調器來設計，可用冷凝熱每100m3/h為35kW，并可根據工程余熱大小自動調整，適用地下建筑和有濕度要求的地面建筑。
過渡季節和梅雨季節的最不利余熱計算比較復雜，但如用冷凝熱作為再熱熱源，屬于廢熱利用，不涉及增加設備容量，并且已實現了自動調節，因此，設計人員不必為再熱量的計算耗費過多心思。
4結語
對于余熱較小的地下建筑和濕度要求的地面建筑，為了滿足工程內濕度的要求，其再熱量是不省略的，再熱的計算不能按夏季設計工況確定，而應按制冷系統運行時工程余熱量最小的時刻來計算。再熱量采用冷凝熱不僅可以節約設備運行能耗，減小設備容量，而且便于實現和控制。
【上一個】： 這5個參數，輕松判斷制冷空調系統是否運行正常
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