5．1溶液除湿系统

5．1　溶液除湿系统

热泵驱动的溶液除湿空凋系统包括：1台溶液热回收型新风机组、1台溶液再生器、2个储液罐和1台空气源热泵。新风经过处理后直接送到各空调房间，满足房间的卫生需求，并承担湿负荷；房间内使用干式风机盘管处理显热负荷，冷冻水温度为18～21℃，所以风机盘管不会产生冷凝水。

5．1．1　工作原理

整个溶液除湿空调系统在夏季的工作原理如图5．1所示，其中热泵是整个空调系统的驱动。热泵采用大温差高温热泵机组，热水的出水温度在35～75℃变化，而冷水侧的出水温度也可以根据空调末端的需求在14～20℃变化。在该系统夏季运行时，热泵产生的冷冻水大部分供给室内末端的干式风机盘管，用于去除室内的显热负荷，小部分的冷冻水则进入带溶液热回收的除湿新风机，带走除湿过程中产生的热量。热泵产生的热水则送入再生器，对因为除湿而稀释的溶液进行浓缩再生：再生后的浓溶液进入浓溶液罐储存起来供新风机使用，如果储液罐中的浓溶液量已经达到工作日的除湿需求，则关闭再生器，同时打开冷却塔，热泵产生的热水通过中间热水板换把热量送到冷却塔散掉，以保证热泵的正常运行。由于此时热水温度可以降到40℃左右，因此热泵的COP会有大幅度的提高。新风机主要作用是吸收水分，将新风的含湿量降到送风设定值。两个储液罐的作用是将再生得到的浓溶液储存起来，以适应系统的热湿负荷变化。由于浓溶液储能是储存化学能，因此储液罐不需要任何保温措施，结构简单、制造方便，仅在使用时注意顶盖的密封即可。

温湿度独立控制空凋系统在冬季的运行原理如图5．2所示。热水由1台燃气锅炉提供，通过热水板换，将锅炉出口的高温热水换热为60℃左右的空凋热水送到末端的风机盘管与新风机。此时新风机通过稀溶液对室外新风进行加湿，同时用热水加热新风，使得送到各空调房间的新风温度比较舒适，两个储液罐在冬季均放置稀溶液，由于新风机对空气进行加湿过程中溶液会被浓缩，因此使用自动补水装置对溶液进行稀释，满足加湿需求。在冬夏两季共用1套冷热水管路，中间通过阀门切换达到上述运行效果。

图5．1　溶液除湿空调系统夏季运行原理图

图5．2　溶液除湿空调系统冬季运行原理图

溶液除湿空调系统使用新风溶液除湿机处理空调的湿负荷（即潜热负荷）；使用干式风机盘管处理空调的显热负荷；同时利用热泵提供的高温冷水给风机盘管供冷，利用热泵的排热驱动再生器对溶液进行浓缩。利用风系统控制室内湿负荷，利用水系统控制室内显热负荷，以实现温湿度独立控制的新型空凋系统。

5．1．2　溶液除湿系统运行策略

夏季溶液除湿系统运行时，如果采用常规的新风机与再生器同时开启运行的方式，则热泵产生的热量可能会大于再生器所需要的热量。图5．3显示了该系统所采用的热泵在不同再生温度下所能提供的热量与再热器需要的热量之间的关系。从图中可以明显看出，这两个热量之间是很不平衡的，多余部分的热量不能被使用而需要通过冷却塔散掉，导致系统的能源利用效率降低。

图5．3　不同再生温度下热泵出热量与再生耗热量的比较

合理的方法是采用双工况切换运行，使系统的效率和能源利用率达到最优。

1）溶液浓度与储液罐液位高度的关系

系统中的溶液罐储存浓度为50%的溴化锂溶液，储液罐中的溶液浓度与液位高度之间存在一定的关系，计算结果显示两者之间存在线性关系，如图5．4所示。

图5．4　溴化锂溶液浓度与液位高度的关系（25℃）

2）分时运行的方法

根据溶液浓度与储液罐中液位高度之间的关系，在储液罐中设置高液位和低液位传感器，每天系统初始运行时新风机、再生器和热泵全开，热泵制备出70℃高温热水用于溶液的浓缩再生，且热水全部输入再生器。随着再生过程的进行，储液罐中的液位高度不断下降，液位下降至下液位时，表明目前的溶液浓度已经足以满足除湿的需求，此时关闭再生器，并开启冷却塔，热泵切换到出37℃左右低温热水的工况，此时热泵的制冷量和COP都有明显提高。

随着除湿过程的进行，储液罐中的溶液浓度逐渐变小，液位也开始上升，待液位上升至上液位时，开启再生器并关闭冷却塔，热泵运行高温工况满足再生需求。在分时运行策略下，两个储液罐的运行原理，如图5．5所示。

图5．5　分时运行策略下储液罐运行原理图

3）夏季分时运行

（1）典型低温高湿日

在此期间，气温一般在26～32℃，空气相对湿度在60%～90%，因此给人体空气非常闷、舒适度很差的感觉。由于此时空气温度并不是很高，建筑的显热负荷并不是很大，因此运行再生工况时热泵出70℃热水，可以在室外空气含湿量比较高的时候保证比较高的再生效率。再生器运行约3h后，溶液即可达到比较高的浓度（49%左右），储液罐液位也相应到达低液位高度，此时关闭再生器，热泵切换到低温热水（37℃左右）工况。如果当日气温低于26℃，可以关闭热泵，系统仅开新风机除湿，即可满足空调房间的舒适性要求。

该温湿度独立控制溶液除湿系统的综合能效比定义为：

因采用了分时运行的策略，当运行再生工况时，由于热泵冷凝温度比较高，因此系统综合能效比在2．8左右；当关闭再生器仅运行除湿工况时，由于热泵此时运行在低温热水工况下，系统综合能效比达到6．0左右。全天综合来看，系统综合能效比约为4．7，高于常规电动压缩式冷水机组的能效比。

（2）典型高温高湿日

在夏季更为常见的是高温高湿的天气，由于上午气温比较高，建筑显热负荷比较大，此时热泵出65℃热水驱动再生器再生，这样既能保证除湿效率，也能兼顾热泵的冷量以满足室内风机盘管消除显热的需求。再生器运行约4h，溶液即可达到所需的浓度，此时关闭再生器并切换热泵到低温热水的工况。

4）冬季运行

冬季系统运行时，室内风机盘管满足室内热负荷。新风机三级全热回收模块对回风进行全热回收，最后一级对根据控制参数对送风进行再次加热加湿，以达到送风要求；一小部分热水送到新风机最后一级的板换，通过加热溶液增强其加湿和加热空气的能力。从新风机流回储液罐的溶液由于对空气加湿而被浓缩，浓度变大，因此需要给储液罐中补水以稀释溶液，保证溶液的加湿能力。补水通过软化水自动补水装置完成，即随着储液罐中溶液变浓，液位下降到一定高度后，自动开启补水电磁阀，待液位上升到正常值时，补水电磁阀自动关闭。