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摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们对改善室内环境品质的呼声日益高涨。与此同时，采用独立全新风系统的空气调节工程不断增多，全新风除湿机便是其中一种。然而，全新风除湿机对来自室外的全部高温高湿空气进行处理，过程负荷很大，对应机组的能耗也很大，这背离国家所提倡的节能减排政策。因此，相关研究人员必须要重视全新风除湿机节能方面的问题。
关键词：全新风除湿机；节能；热回收
1.新风除湿机概述
新风除湿机将室外空气经过过滤除湿后，通过新风管道将相对干燥的并达到目标相对湿度空气送至室内，以达到舒适性或工艺性室内环境湿度需求。经抽湿后的空气一般用于需要空气净化的室内场所。
新风除湿机由于对室外空气是一次性抽湿，而普通除湿机放置室内属于循环、渐进式除湿，因此若两者的目标湿度相同，在单位时间内前者含湿量差较后者大多了。因此在计算湿负荷时，要充分考虑新风除湿机“一次性”抽湿能力。相对于密闭空间循环除湿机来说，对室外空气仅作一次性处理的新风除湿机的初始湿度始终是当前的室外大气恒定的相对湿度，故须精确计算出新风除湿机的除湿量后方可选型，以达到控制目标湿度的目的。
2.全新风除湿机节能的必要性
新风除湿机，在很多的场合，新风量要求很高，有的直接要求全新风送风系统，全新风除湿机以其独特的空气处理方式、“小风量大焓差”的设计特点，以及良好的工程适用性已经在许多需要全新风除湿的场合得到了广泛应用，如国防工程、存放有毒或有害物的仓库等。但是全新风送风对温湿度的处理提出了很高的要求，目前的中央空调系统根本无法同时解决温湿度的问题。有的采用降低出风温度，再用电加热方式提高温度达到降低相对湿度的目的，再新风量要求很下的环境下，可以采用这个办法。
与回风型除湿机相比，全新风除湿机处理的是全部来自室外的高热高湿新风，空气处理过程负荷很大，对应机组的能耗就很大；且大量的排风不经处理被直接排到室外，排风中的能量没有被很好地利用。能源的高消耗已经引起全社会的高度重视，当前我国正在走节约能源、降低能耗的道路，而全新风除湿机的使用现状与国家的节能减排政策是相背离的，因此必须要探索出全新风除湿机中节能的实现方法，下面本文主要以热回收在全新风除湿机中的节能为例进行研究。
3.全新风除湿机热回收节能原理及方法
根据相关规定，全新风除湿机的名义工况为：进风35℃/28℃、出风露点温度≤12℃、进出水温30℃/35℃。经计算，新风处理到机械露点的比焓差为54kj/kg干空气，含湿量差为12.5kj/kg干空气.由于比焓差很大，大概是普通除湿机的3倍；一般全新风除湿机采用二级制冷系统甚至三级制冷系统，其中第一季为预冷降温除湿，第二三级为深度调温除湿。经深度除湿后，空气干球温度在13℃左右。但一般出风干球温度的控制范围为26℃~36℃，与深度除湿后的干球温度有10℃~20℃的温差，因此需要加热器给空气加热升温。
3.1冷凝热回收
全新风除湿机的制冷量是普通回风型除湿机的3倍左右，相应的冷凝热更是制冷量的1.15倍左右，如全部给额定风量加热，温升可达60℃。由于送风需加热至22℃～26℃，回收部分冷凝热来加热已经是非常普遍的方法。
3.2室内回风热回收
一般人员活动的场合室内温度一般在22℃~26℃，与新风名义工况的35℃有10℃左右的温差，与处理后新风的干球温度也是10℃左右的温差。可以用回风来降低冷凝温度，或者用于加热处理后的新风。
3.3冷凝水冷回收
全新风除湿机冷凝水温度较低，一般在10℃~15℃，且名义工况每1000m3/h的除湿量（即冷凝水量）为15kg/h。冷凝水冷回收有三个思路：
3.3.1回收冷凝水顶冷新风。以1000m3/h为例，如冷凝水温假定为13℃，温升15℃，可以获得冷量0.2635kW。但这点换热量只能降低比焓0.84kj/kg干空气，对应降温0.76℃，微不足道。
3.3.2利用冷凝水采用蒸发冷却技术给新风降温。蒸发冷却分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。直接蒸发冷却通过对空气加湿而使空气降温，其仅能近似沿等焓线处理空气，其对空气降温的极限温度为室外湿球温度。间接蒸发冷却技术，是在直接蒸发冷却过程中嵌入显热换热过程，利用一侧空气和水直接蒸发冷却产生的冷量对另一侧空气进行等湿降温。经过间接蒸发冷却后，空气的温度降低，但湿度保持不变。
显然采用直接蒸发冷却是毫无意义的，除了干球温度降低外，比焓值几乎不变，反而加了湿。而采用间接蒸发冷却，机组结构将非常复杂，经济性不好。
3.4处理后新风冷回收与新风热回收
名义工况新风从35℃被处理到13℃左右，能耗巨大，温差高达22℃。普通全新风除湿机直接将13℃的处理后新风加热到26℃～36℃送风，这是极大的浪费。因此，回收处理后新风的冷量给新风预冷，取代预冷系统；同时回收的新风热量可以给处理后新风加热，部分甚至全部取代再热器。这样可直接降低制冷系统的冷负荷，通过合理的系统匹配，可显著提高全新风除湿机的单位输入功率除湿量。
4.带热回收装置节能型全新风除湿机分析
以一种带热回收装置的节能型全新风除湿机为例，该除湿机符合国家节能政策、满足全新风除湿需求，对提高国防工程和工业环境的空气质量，降低能源消耗有着十分重要的意义。
4.1制冷原理
以节能型全新风除湿机某样机A为例，设计风量为4000m3/h。该系统由2个独立的制冷系统组成：调温除湿系统Ⅰ和降温除湿系统Ⅱ。室外新风在离心风机的牵引下经空气过滤器过滤，先通过板翅式换热器（热回收器）预冷，再依次经过系统Ⅰ蒸发器和系统Ⅱ蒸发器冷却去湿，达到设定露点温度，成为低温、低含湿量、高相对湿度的空气，从系统Ⅱ蒸发器出来的冷空气再经过板翅式换热器被新风预热，最后经系统Ⅰ风冷冷凝器再热达到设定出风干球温度，成为温度较高、相对湿度低的空气被送入房间。
在名义进风工况（干球温度35℃，相对湿度60%）下，空气处理过程的i-d图如图1所示。
图1 空气处理过程i-d图
4.2热回收装置
该节能型全新风除湿机采用的能量回收装置为静止型板翅式换热器。静止型板翅式换热器是一种空气与空气直接换热式的换热器，它没有转动部件，因此也被称作固定式换热器，是一种比较理想的能量回收设备。静止型板翅式换热器采用多孔纤维材料为基材，对表面进行特殊处理后制成单元体；单元体的波纹板交叉叠积，并用胶使其峰谷与隔板粘结而成，两股气流呈交叉形流过换热器。其中波状翅片既起辅助传热的作用，又起支撑和导流作用。根据翅片所形成的流道和气流方向的不同，板翅式换热器可分为叉流式、逆流式和顺流式。本节能型全新风除湿机空气流动方式为逆流式，冷热流体流动方向相反。静止板翅式换热器的特点是密封性好，混风率低；热交换效率高；无运转部件，运行平稳可靠，在空调系统热回收中应用最为广泛。
4.3样机结构
机组采用模块化组合式结构，由除湿段、热回收段和再热送风段3个不同的模块单元组成。机组主要包括离心风机、压缩机、板翅式换热器、水冷冷凝器、风冷冷凝器、蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、制冷配件和电器箱，蒸发器Ⅰ和Ⅱ是相互独立的2组蒸发器，且它们在空气流道上串联布置。蒸发器Ⅰ和Ⅱ与风冷冷凝器分别布置在板翅式换热器的左右两侧。
4.4节能分析
目前国内工程中，空调除湿设计涉及全新风处理的，一般采用普通全新风除湿机居多。将节能型全新风除湿机A与同风量普通全新风除湿机C进行性能比较。
空气处理过程如图1所示，普通全新风除湿机的空气处理过程为W—L—O′—O，对应空气处理过程的焓差为iw-iL，此过程的制冷量全部由压缩式制冷系统来承担。节能型全新风除湿机的空气处理过程为W—L′—L—O′—O，对应空气处理过程的焓差也为iw-iL，但此过程的制冷量由2种制冷方式来承担，其中W—L′过程的制冷量由热回收器来承担，L′—L过程的制冷量由压缩式制冷系统来承担。从图1中可以看出：iL′-iL＜iw-iL。对同风量的样机C与A而言，样机A的压缩式制冷系统承担的制冷量小，相应压缩机耗功小，机组的单位输入功率除湿量大。
4.5节能特性
4.5.1机组中增设了静止型板翅式换热器，利用蒸发器的出风对新风预冷，同时对蒸发器出风预热，节约了处理新风所需的部分负荷和对蒸发器出风的再热负荷，降低了机组的能耗，且静止型板翅式换热器的工作过程不需要任何外部的能量输入。
4.5.2与同风量（同除湿量）的普通全新风除湿机相比，由于板翅式换热器对新风的预冷作用降低了处理新风所需的制冷量，压缩机的耗功相应减少，释放的冷凝热也随之减少，冷凝器所需冷却水量就减少，水泵输送耗功相应减少。
4.5.3对同除湿量的节能型全新风除湿机和普通全新风除湿机而言，节能型全新风除湿机的耗功减少，单位输入功率除湿量就相应增加，以样机A与C的比较为例，单位输入功率除湿量的增加比例为35.7%。
4.5.4机组处理新风所需的制冷量降低，压缩机的成本相应降低，与之匹配的蒸发器和冷凝器的换热面积减少，材料成本相应降低，制冷剂的充注量也减少。
结束语：综上所述，普通全新风除湿机普遍存在着能耗高的问题，因此本文在此基础上提出了热回收在全新风除湿机的节能实现方法，并以一种带热回收装置的节能型全新风除湿机为例进行分析，结果显示，其与普通全新风除湿机相比，能效指标显著提高且单位功率的除湿量可提高35.7%，实现了节能的目的。
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论文作者:杨刚刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：新风论文; 除湿机论文; 空气论文; 换热器论文; 蒸发器论文; 温度论文; 节能论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;