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独立温湿度控制溶液式空调在地铁中的应用分析

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：吴晋兰

[导读] 摘要：本文以东部某海滨城市既有地下暗挖岛式标准车站为例，就其采用温湿度独立控制的溶液式空调能否节能展开，将其与传统组合式空调进行节能型和经济性的对比分析。

        中铁第六勘察设计院集团有限公司天津 300308
        摘要：本文以东部某海滨城市既有地下暗挖岛式标准车站为例，就其采用温湿度独立控制的溶液式空调能否节能展开，将其与传统组合式空调进行节能型和经济性的对比分析。
        关键词：地铁能耗；节能；温湿度独立控制；溶液空调；组合式空调
        0.前言
        地铁运行通风空调系统的巨大能耗越来越引起了社会的广泛关注。针对现有空调系统存在的种种问题及对空调发展方向的要求，温湿度独立控制空调系统作为一种新型的节能产品引起了越来越多的关注。
        1、温湿度独立控制溶液调湿空调介绍
        温湿度独立控制系统是采用温度和湿度两个独立的控制系统来对新风进行处理。以高温冷水处理显热余热，同时以基于盐溶液为调湿介质的新风机组调节新风含湿量。与传统空调系统相比较，由于温度和湿度分开处理，从而避免了现有空调系统温湿度联合处理所造成的损失，大大降低了能耗，同时由于送风温度的提高，也改变了冷表面成为病菌滋生地的情况，避免了空调病的爆发，并显著提高空气品质；另一方面可灵活适应室内热湿比变化，这也为在较大的温湿度变化范围内处理空气状况提供了可能。
        1.1溶液新风机组除湿主要技术原理
        对于温湿度独立控制空调系统，新风机组的任务是保持室内的湿环境和空气质量品质。溶液式除湿是依靠高浓度的无机盐溶液在常温下水蒸汽分压力低于空气中水蒸气分压力，吸附空气中的水分，从而达到给空气除湿的目的。
        新风机组由再生单元、全热回收单元、除湿单元、送风段、回风段、风机段等6部分组成，柜内配粗效过滤器、空气净化装置、表冷器、风机、电机、消声器及其他配件。在夏季，高温潮湿的室外新风在全热回收单元中和室内回风进行热交换并初步被降温除湿，然后进入除湿单元中被进一步降温、除湿到达送风状态点。除湿单元中变稀的溶液被送入再生单元进行浓缩。热泵循环的制冷量用于降低溶液温度以提高除湿能力，冷凝器的排热量用于浓缩再生溶液，提高了能源利用效率。
        1.2溶液全空气机组除热主要技术原理
        溶液全空气机组由再生单元、全热回收单元、除湿单元、送风段、混风段、过滤净化段、表冷段、风机段等8部分组成。柜内配粗效过滤器、空气净化装置、表冷器、风机、电机、消声器及其他配件。
        2、案例分析
        以东部某沿海城市既有地下岛式标准车站为例，该车站总长256m，标准段宽19.3m，车站总建筑面积18031㎡。通风空调系统[3]按站台设置屏蔽门设计，采用一次回风全空气制式，用溶液空调代替组合式空调机组为车站站厅站台公共区提供适宜的环境，设备分别设置于A、B两端通风空调机房内，各负担半个车站的负荷，于B端冷水机房设置一台可变流量的水冷式螺杆机组。车站冷水系统采用一次泵变流量系统，冷冻水系统供回水温度为14/19℃，冷却水系统为32/37℃。
        为便于数据计算分析，将公共区和设备区的室内设计参数均定为：温度t=28℃，相对湿度φ＝60%，按照10℃温差送风；公共区和管理用房运行时间为06：00-22：00共计18h，设备用房24h不间断运行。系统根据比焓及含湿量进行控制，当室外空气比焓小于回风（28℃，60%）比焓时，进入全新风模式，将新风处理至空调送风状态点（18℃，90%）后送入室内；当室外空气比焓小于送风（18℃，90%）比焓时，停止供冷，进入通风工况。具体的空气处理过程如下图，新风经溶液除湿单元干燥除湿后，与室内回风混合后经表冷器降温送入室内。

        温度湿度独立控制空调系统的空气处理过程
        经计算标准站大系统选型冷负荷为589KW，湿负荷480kg/h，风量为110702m³/h，机外余压为580Pa。经多方市场询价，将溶液调湿空调机组与传统组合式空调机组两种送风系统选型结果对比如下：
        表3 传统组合空调机组与溶液空调选型对比

经济对比结果如下：
表4 传统空调机组与溶液机组经济性对比

        表中：天运行小时数按18h、年运行空调季按90天、电费按1.15元/kW计算
        3、结论
        由前述分析可知，独立温湿度控制溶液式空调应用于地铁时，冷水机组只负担部分显热负荷，冷源温度升高为14℃，不再为了满足除湿的要求采用冷凝除湿的方法，实现16.6℃的干空气露点温度而需要7℃的冷源温度，大大降低了能耗；同时，溶液空调运行费用较传统组合式空调机组低，具有节能的效果；另一方面还可灵活适应室内热湿比变化，这也为在较大的温湿度变化范围内处理空气状况提供了可能。但由于其初投资远大于组合式空调机组，因此其节能效果并不明显，投资回收期较长。
        目前对用于大型中央空调系统，采用的节能措施无外乎以下几个方面[4]：降低冷热负荷；降低水泵的能耗；降低风机的能耗；加强对系统的管理，提高节能效益等。虽然这些节能措施取得了一定的成效，但是若要再进一步降低空调能耗，则须另外考虑方法。温湿度独立控制空调发展尚未成熟，没有得到普遍应用，在地铁中的应用更是微乎其微。虽然目前还处于研究阶段，但其理论节能效果明显。如果在今后的产品发展中能从降低溶液除湿空调机组的制造成本，完善溶液状况，实现产品多元化等方面着手，其节能效果将会显著提高。