發布日期：2022-04-26 點擊率：63
傳統空調系統一般通過人工冷源-制冷機組產生7~12℃冷水，通入空氣處理機組中，進而產
生低溫干燥的送風送入房間，統一控制房間的溫、濕度。在這種方式下，本來可用高溫冷水（16~18
℃）處理的50%以上的顯熱負荷也須用低溫冷水帶走，冷機COP 低，耗電量大。同時由于在冷
凝除濕方式下，送風接近飽和線，使得空氣處理的熱濕比變化范圍很小，無法適應室內任意變
化的熱濕比。溫度過低的送風還會造成不舒適，有時還必須再熱，造成冷熱抵消-能量的浪費。
且冷凝除濕的方式使得系統中存在濕表面-霉菌的滋生源，成為健康的隱患。
針對上述傳統空調在室內環境控制、節能、健康等方面遇到的挑戰，江億教授[1]提出了溫、
濕度獨立控制的空調系統：將干燥的新風送入房間控制濕度，而由高溫冷源產生16~18℃冷水
送入室內的風機盤管、輻射板等顯熱去除末端，帶走房間顯熱，控制房間溫度。從而實現房間
溫、濕度的獨立、靈活調節，營造節能、健康、舒適的室內環境。溫、濕度獨立控制的空調系
統革新了傳統空調的環境控制理念，并使得我們有可能利用自然界的低品位能源（比如地下水，
冷卻水，室外干空氣等）來實現房間的空調，從而從源的選擇到末端的設計以及控制方案，發
展出一系列適用于不同地域，不同氣候特點的新型空調方式。
首先，干燥新風的獲取。我國幅員遼闊，距海遠近差距較大，跨緯度較廣，受季風活動影
響的差別大，使得中國東、西部的干、濕狀況差異很大。圖1 列出中國東、西部主要城市夏季
最濕月室外平均含濕量[2]，可以得到，新疆、西藏、青海、寧夏、甘肅、內蒙的最濕月平均含
濕量為10.6g/kg。而東南部比如北京、山東、上海、浙江、廣東、廣西等省市的最濕月平均含
濕量為18~20g/kg.圖1 的紅線為最濕月室外平均含濕量為12g/kg 的分界線。
圖1. 中國各城市夏季最濕月室外平均含濕量[2]（紅線為12g/kg 分界線）
在分界線的上方，即中國的西北部地區，室外的新風本來就是干燥的，可直接用來帶走房
間濕負荷。此時新風的處理過程就是等濕降溫，實現此功能的間接蒸發冷卻新風機組已開發成
功，并已應用于十多個大型公共建筑中。
而在分界線的下方，主要是中國的東南部地區，室外的空氣非常潮濕，要獲得干燥的新風
送風就必須對新風進行除濕。可用的除濕方式：傳統的冷凝除濕、轉輪除濕和溶液除濕。其中
冷凝除濕要求冷源溫度低，冷機COP 低，且存在潮濕表面；轉輪除濕為等焓除濕過程，被除濕
后的送風溫度高，還需冷卻水來冷卻；且轉輪再生熱源溫度要求較高，一般>100℃；轉輪的新、
排風間的漏風問題目前還是較難解決的工藝問題。溶液除濕方式，可實現等溫的除濕過程，可
用（ 15~25℃）的冷源帶走除濕過程釋放潛熱，且再生的熱源溫度要求低，可用低品位熱能（60~70
℃）來驅動。溶液式全熱回收方式，避免了新、回風間的交叉污染，能得到較高的熱回收效率。
目前已有多種類型的溶液除濕機組問世，其中熱泵驅動的溶液調濕機組COP 高于5.5[3]，熱驅
動的溶液除濕機組COP 高于1.3[4]，已應用于多個實際工程中。綜合比較，溶液除濕方式逐漸
成為中國東南地區處理新風的優選方式。
其次，高溫冷源的獲取。應用溫濕度獨立控制的理念，只需用16~18℃的高溫冷水帶走房
間顯熱，這就使得多種天然的免費冷源可供利用。
在圖1 示分界線以下，中國的東南地區，長江流域以北的北京、河北、山西、陜西、河南、
山東等地，其年平均氣溫約為10~14℃。而研究表明，地下10m 以下的土壤溫度基本不隨外界
環境及季節變化而變化，且約等于當年年平均氣溫。這樣，在長江流域以北的這些城市，夏季
就可以直接利用天然冷源-土壤源來去除室內的顯熱負荷，向土壤中排熱。冬季，開啟土壤源熱
泵，從土壤中取熱，經過熱泵提升后供給用戶使用。應用土壤源作為高溫冷源的關鍵是冬、夏
熱平衡，即夏天向土壤中的排熱量和冬天從土壤中取熱量平衡，保證土壤年平均溫度恒定，這
就要求建筑的冷負荷和熱負荷滿足一定的關系。具體設計時要根據建筑的地理位置，建筑的冷、
熱負荷關系合理應用土壤源熱泵系統。
而在圖1 示分界線以下，長江流域以北的地區，比如浙江、安徽、廣西、廣東、福建、湖
南、湖北等地，由于土壤溫度較高，外界環境也很潮濕，只能通過電制冷的方式獲取高溫冷水。
和常規制冷機組相比，由于水溫提高到18~21℃，蒸發溫度隨之提高，冷機COP 顯著提高。目
前國內已有廠家研制出磁懸浮壓縮機，實現了壓縮機無油、無摩擦運行，部分負荷時壓縮機變
頻運行。高溫冷水機組在滿負荷時的COP 可以達到8.5，部分負荷時可以達到11.5，相對傳統
冷機節能30%以上。
在圖1 示分界線以上，中國的西北干燥地區，利用室外的干燥空氣作為驅動源的間接蒸發
冷水機組問世[5,6]，實測機組的出水溫度15~18℃，低于室外濕球溫度，基本處在濕球溫度和露
點溫度的平均值。由于此制冷機組不再使用壓縮機，運轉部件只有風機和水泵，機組COP 高于10，
且室外越干，COP 越高，能達到20 或更高。由于不再使用制冷循環，機組成本降低。且不再使
用CFCs,對大氣無污染。由此，應用間接蒸發冷水機組比傳統空調節能60%以上，成為西北干燥
地區最適宜應用的冷源獲取方式。
綜上對溫、濕度獨立控制系統源的獲取，在中國東南潮濕地區，采用溶液除濕機組產生干
燥的新風；同時，長江流域以北的部分地區，可應用土壤源作為夏季高溫冷源；而長江流域以
南，適宜應用電驅動高溫冷水機組作為高溫冷源。而中國的西北干燥地區，采用間接蒸發冷水
機組制取高溫冷水，而室外新風通過間接蒸發冷卻新風機組等濕降溫后送入室內。
最后，末端方式的設計。對于溫、濕度獨立控制系統顯熱去除末端，由于通入高于室內露
點的高溫冷水，因此不會出現冷凝結露現象。可選用干式風機盤管或者輻射末端。首先，對于
干式風機盤管，不再需要凝水盤和凝水系統，風盤可以選用吊裝、立裝等靈活安裝方式。同時，
由于通入冷水溫度升高，風盤冷盤管表面和空氣之間的換熱溫差減小，需要重新設計翅片和水
路，提高風機盤管的換熱性能。若用原濕式風盤走干工況，不能沿用原風盤的樣本，需要對干
工況的冷量重新校核。已有廠家研制出干式風盤，通過翅片和水路的特殊設計，保證了風盤在
干工況下的換熱性能。
而對于輻射末端，由于房間的余熱大部分以輻射方式而不是對流方式被帶走，減少了換熱
環節；同時沒有吹風感，熱舒適性高；除循環水泵外，末端不再需要任何運轉設備，節省空間，
無噪音。這些優點使得輻射板受到越來越廣泛的關注。當夏季通入18℃冷水時，輻射板（吊頂
和地板）帶走的顯熱負荷約為40~50W/m2，需根據實際需要帶走的負荷，確定鋪設的輻射板面
積。而冬季通入熱水時，熱水溫度約為35~40℃，即能滿足冬季供暖的要求。
對于溫、濕度獨立控制系統的濕度送風末端，目前已有多種方式，包括地板送風口、個性
化送風口等等。怎樣設計送風口，使得小風量下風口阻力小，怎樣根據人員的多少控制送風口
的開啟等，成為目前濕度送風末端設計的關鍵。
綜上所述，在中國西北干燥地區和潮濕地區，溫、濕度獨立控制的空調系統有不同的干燥
新風和高溫冷源的獲取方式，從而能盡可能的利用自然界的可再生、低品位能源來解決大型公
共建筑的空調問題，節能潛力巨大，對減少我國的常規能源消耗，優化能源結構有著重要的意
義。且可根據室內的濕負荷、熱負荷的變化進行溫度、濕度的獨立調節，從而真正實現室內熱
濕環境的精確控制，營造了更加健康、舒適的室內環境。目前在中國東南潮濕地區和西北干燥
地區均已有十個以上的工程成功得應用了溫濕度獨立控制空調系統，工程運行效果良好，證明
了這種新的控制理念已成功的解決了傳統空調的問題，成為未來中央空調的新起點。
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