空调制冷和除湿有什么区别

第２７卷第６期

２００８年１２月

建筑热能通风空调

Ｂｕｉｔｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ

Ｖ０１．２７ Ｎｏ．６

ＤｅＣ．２００８．４７—４９

文章编号：１００３．０３４４（２００８）０６—０４７．４

与蒸发冷却复合的三种除湿空调系统对比分析

徐方成黄翔武俊梅

西安工程大学环境与化学工程学院

摘要：蒸发冷却适用于西北地区等干热气候条件，但对于非干燥地区，单靠蒸发冷却无法得到满意的送风状态，

还需与除湿技术相结合。文章分析比较了与蒸发冷却相结合的冷却除湿、转轮除湿及溶液除湿三种不同空调系

统，提出了蒸发冷却技术与机械冷却除湿相结合的空调系统方案，并分析了其节能潜力。

关键词：蒸发冷却机械制冷冷却除湿转轮除湿溶液除湿节能

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ

ｗｉｔｈ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｃｏｏｌｉｎｇ

ＸＵ Ｆａｎｇ—ｃｈｅｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｘｉａｎｇ，Ｗｕ Ｊｕｎ－ｍｅｉ

Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｄｒｙ ａｎｄ ｈｏｔ ｗｅａｔｈｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ ｉｎ ｔｈｅ

Ｎｏｎ—ｄｒｙ ａｒｅａｓ，ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｂｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ

ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｏｖｅｌ ａｉｒ

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｏｆ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｏｌｉｎｇ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ，ａｎｄ

ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｎｅｗ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｂｙ ｃｏｏｌｉｎｇ，ｒｏｔａｒｙ ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏｌｕｔｉｏｎ

ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ

蒸发冷却空调技术已在我国新疆等西北地区得

到了广泛应用。但是该项技术也存在着受气候条件制

约的弱点。在非干燥地区，夏季室外空气的含湿量过

大，蒸发冷却自身没有除湿能力，无法降低室外空气

的含湿量以满足送风要求。因此，要使得节能环保的

蒸发冷却技术在广大中湿度及高湿度地区得以推广

应用，还需要除湿技术来承担室内湿负荷。本文在分

析比较基础上，提出了蒸发冷却技术与常规机械冷凝

除湿相结合的空调系统，并结合室外气象资料参数及

湿空气焓湿图对该系统做了节能分析【¨］。

１ 蒸发冷却与转轮除湿复合空调系统

转轮除湿利用含有除湿材料的转芯，在马达的驱

动下，交替地暴露于温度较低、湿度较高的送风空气侧

吸湿和温度较高、湿度较低的再生空气侧，利用再生空

气的热量去湿。制造技术较为完善，特别适用于室内

湿负荷大、新风量大的场所［４］。

如图１，室外新风先与室内部分回风混合，然后经

过除湿转轮并与转轮内的除湿材料进行热湿交换后，

经过连续两级ＩＥＣ对空气进行降温，最后利用ＤＥＣ

调整到送风状态，其焓湿图如图２。在此过程中空气经

ＤＷ除湿转轮；ＩＥＣ间接蒸发冷却器；ＤＥＣ直接蒸发冷却器；Ｈ加热器；ＧＬ过滤器

图１蒸发冷却与转轮除湿相复合空调系统

收稿日期：２００８．４．９

作者简介：徐方成（１９８２～），男，硕士研究生；西安工程大学ｌＯ５ （７ｌＯ０４８）；Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｆａｎｇｃｈｅｎｇｙｑ＠１６３．ｃｏｒｎ

基金项目：西安工程大学创新基金资助项目（ｃｈｘ０８０６０８）

建筑热能通风空调 ２００８生

图２蒸发冷却与转轮除湿复合空气处理过程焓湿图

转轮除湿后会放出大量的凝结热，并且转轮自身对于

再生热量的蓄积，使得经过转轮除湿后的空气温升过

高，理论上该除湿过程应该是等焓过程，但实际温度

比等焓条件下高出许多，这使得经过间接蒸发冷却器

后的空气温度较高，对整个系统不利。

如表１，以西安地区为例，根据转轮除湿机产品样

本，当新风比为３０％，二次风采用室内排风时得出经

过转轮除湿后空气温升达６８．２￣Ｃ；当完全采用室外新

风作为空调送风时，经过转轮除湿后空气温升高达

７４．６￣Ｃ，这对蒸发冷却尤其是间接蒸发冷却效率有较

高的要求，而目前间接蒸发冷却器效率一般在０．６左

右，通常经过一级ＩＥＣ后温降达不到要求，而要通过

两级ＩＥＣ串联来进一步降温，加大了蒸发冷却设备的

容量、体积和设备初投资，而且，转轮需要加热再生，

再生用热源如采用电热，能耗更大 。

表１新风比为３０％条件下转轮除湿计算结果

室外气象参数

干球温度 湿球温度

转靶除湿

干肆温度 舍湿量

（℃ｊ 干空气）

西安 ３，２ ２６ ２９６ １４．７ ６８ ２ ４ ６

２ 蒸发冷却与溶液除湿复合空调系统

溶液除湿系统由再生系统和除湿系统组成。再生

时，稀溶液经温度较低的热源（６５￣８０℃）加热后，进

入填料式再生器与环境中的空气进行热质交换，溶液

浓度不断增加，直到达到设定要求的浓度，然后将此

浓溶液储存起来。除湿时，浓溶液进入除湿器，与被处

理空气发生热质交换，空气被干燥，溶液浓度降低，稀

溶液进入稀储液槽准备再生 。如图３所示为蒸发冷

却与溶液除湿复合空气处理过程焓湿图。

溶液的除湿量也很大，而且除湿过程不会有那么

大的温升。但用液体吸收式除湿法要有一套溶液集中

再生设备提供浓溶液或加设热泵系统对溶液进行再

生【Ⅻ。如图４所示，系统比较复杂，初投资明显增加，而

焓

图３蒸发冷却与溶液除湿复合空气处理过程焓湿图

除湿单元；２间接蒸发冷却器；３直接蒸发冷却器；４溶液再生装置

图４蒸发冷却与溶液除湿复合系统

且在运行操作方面不如转轮除湿机方便，且还要解决

好设备防腐问题。

３ 蒸发冷却与机械冷却除湿复合空调系统

如图５所示，可充分利用热管（热回收）间接蒸发

冷却器１回收室内排风的能量；利用管式间接蒸发冷

却（ＴＩＥＣ）器２对室外新风进行等湿冷却，利用表冷器

４冷却除湿，由于间接蒸发冷却回收了室内冷量并对

新风进行预冷，减少机械制冷负荷［１１】。

园 罔 匡ｌｉ ⑩

至内排凡

１热管热回收间接蒸发冷却器；２椭圆管式间接蒸发冷却器；３回风段；４表冷器

５直接蒸发冷却器；６送风段

图５蒸发冷却与机械冷却除湿复合空调系统

３．１气象参数的统计

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》典型

气象（设计典型）年逐时参数报表，以西安地区为例，

５～１０月含湿量统计如图６所示。其中，日平均含湿量

较高，需要除湿的时间段也主要集中在７～８月；其他

时段可以大量使用间、直接蒸发冷却处理无需除湿，并

全新风送风满足室内空调要求。

一

２５

２０

罢幅

器伸

彗ｓ

ｍ ０

． Ａ＾

ｎ ～ｖ－

ｙ ｙ ’

图６西安地区５～１０月日平均含湿量统计表

３．２冷却除湿复合空调系统节能分析

如图７所示，为设计工况下蒸发冷却与机械冷却

除湿复合系统全年空调工况分区。图中的室外气象包

络线是对全年出现的干、湿球温度状态点在ｈ－ｄ图上

的分布进行统计得到的。其中，除Ｉ、ＩＩ区处在冬季

第２７卷第６期 徐方成等：与蒸发冷却复合的三种除湿空调系统对比分析 ．４９．

图７蒸发冷却与机械制冷复合系统全年空调工况分区

外，ＩＩ’区、ＩＩＩ区及Ⅳ区处于夏季及过渡季节［１２】。

选取５月～１０月空调制冷季节，如图７可知ＩＩ’

区、ＩＩＩ区处在过渡季节，Ⅳ区处于夏季，其空气处理过

程在焓湿图上表示如图８。

（ａ） （ｂ）

图８过渡季及夏季焓湿图空气处理过程

图８（ａ）为过渡季节，室外空气状态点落在室内设

计状态点左边，可充分发挥蒸发冷却“免费供冷”能力，

使用两级或三级蒸发冷却处理空气来满足空调要求，

使机械制冷“冬眠”状态。

图８（ｂ）为炎热季节，室外空气状态点落在室内设

计状态点右边，有必要除湿及进一步冷却时，开启机

械制冷，并由间接蒸发冷却对新风进行预冷。

文献［１３］分析计算得出：过渡季节全新风工况下，

考虑到蒸发冷却风机及水泵消耗能耗，与传统机械制

冷系统相比节能８０％以上；夏季炎热季节需要机械冷

却除湿，且当新风比为５０％时，减少机械电制冷系统

２６％运行负荷。

化，而这一变化恰恰抑制和降低了传质推动力，从而不

可能实现传热传质推动力在接触面上的均匀，由此导

致很大的不可逆损失。

３）按除湿量计算，转轮除湿每１ ｋｇ／ｈ耗电为

１．２５～１．８ ｋＷ，而冷却除湿设备每１ ｋｇ／ｈ耗电仅为

０．５～０．９ ｋＷ。

４）从设备初投资分析，液体吸收式除湿系统的初

投资成本高于机械冷却除湿系统２０％。

Ｗ

、

知口％

图９蒸发冷却与三种不同除湿结合空气处理过程

表２三种不同除湿复合结合空调系统比较

初投资 除湿量 除湿敏果 运行操作 技术成熟度

中 一般 好 简便 高

巾 太 差 较复杂 较高

高 鞍 般 复泉 低

５ 结束语

本文在分析比较了与蒸发冷却相结合的三种不

同除湿空调系统的基础上，提出了蒸发冷却技术与常

规机械冷却除湿相结合的空调系统。分析得出中湿度

及高湿度地区将蒸发冷却与机械制冷复合，通过不同

功能段的切换：

１）过渡季节可充分发挥蒸发冷却“免费供冷”能

力，完全满足舒适性空调要求，无需除湿，使机械制冷

处于“冬眠”状态。

２）炎热季节有必要除湿及进一步冷却时，开启机

械制冷，并由间接蒸发冷却器对新风进行预冷，可有效

减少了电制冷系统开启时间和运行负荷，进而减少冷

却盘管的尺寸，降低了高品位能源消耗。

４ 三种除湿方式的比较

参考文献

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： 素． 冷却除湿方式、转轮和溶液除湿方式 【２］ 黄１３－翔１０．国内外蒸发冷却空调技术研究进展（３）［Ｊ］．暖通空调， （表

２），可以看到： 一 ２００７…

，

３８

…

（４）： ５－２

’

６

……一……～ ～…

１）冷却除湿过程的传热传质可以大致接近逆流， ［３】 张尧

，李惟毅．节能型冷却除湿复合式空调系统Ⅲ．节能技术，

空气向冷表面既传热，又传湿，传热传质动力在整个 ２００７，（１）：２３—２５

热湿交换表面比较均匀。 ［４１ 周亚素，陈沛霖．转轮除湿复合式空调系统［Ｊ］＿１９９９，２９（４）：

２）转轮及溶液式的除湿和再生过程都是潜热与 ６．６７

显热的转换，空气与吸湿介质之间传质的同时产生或 ［ 】 毕峰・对冷冻除湿法与转轮除湿法方案的比较［Ｊ］・洁净与空调

吸收相变热，使空气和吸湿介质的温度同时发生变 ［６］ 秦：ｌ￣ｆｌ

朝

￣．，

葵

２０

，

０

胡

１，

建

（１

峰

）：９

．

－

机

１１

械制冷转轮除湿复合空调系统［Ｊ］．能源技

（下转５９页）

第２７卷第６期 郑玉瑭等：严寒地区应用集热蓄热式墙体住宅的模拟研究 ・５９・

均值为２５３．６ Ｗ，而传统建筑模型南墙与室内的对流

换热量平均值为一１６．７ ｗ，节能建筑南向墙体内表面

与室内空气对流换热量比传统建筑提高了２７０－３ ｗ。

图５为哈尔滨市的供暖期间节能建筑模型和传

统建筑模型的室内温度对比图，可以看出利用太阳能

的节能建筑模型能够明显地增加室内温度，在供暖期

间节能建筑模型顶层房间的室内平均温度为９．８℃，而

传统建筑模型的室内平均温度为一４．８℃，节能建筑模

型的室内平均温度比传统建筑提高了１４．６℃。

一

２０

１０

２０

一节能建筑室

内温度

一节能建筑空

气间层温度

传统建筑室

内温度

．图５节能建筑和传统建筑室内温度对比图

如图６所示，将节能建筑模型的冬季设计日的能

耗与传统建筑模型进行对比分析。传统建筑模型的设

计日平均负荷为３６２７８Ｗ，节能建筑模型ＩＩ的设计日

平均负荷为１ １６２５ Ｗ，能耗减少了６８．０％。

５００００

一

００

嚣３００００

。 。

１００ｏＯ

’ Ａ．．．＿．．．

—．－传统建筑模型

－Ｉ－－节能建筑模型

如图７所示，将传统建筑模型和节能建筑模型在

供暖期间的１１月份至３月份的建筑能耗进行对比分

析，传统建筑模型的能耗为２．２１７ｘ１０。ｋＪ，节能建筑模

型的能耗为０．６２７ｘ１０ ｋＪ，节能率为７１．７％。

３ 结论

一 一

■ ■ 一

■ ■ ■

■Ｌ．－＿■●Ｉ

■传统建筑模型

●节能建筑模型

１１ １２ １ ２ ３

月份

图７采暖期建筑物能耗对比图

本文利用全能耗模拟软件Ｅｎｅｒｇｙｐｌｕｓ对南墙采

用集热蓄热墙体的节能建筑模型的热工性能进行了

模拟研究，并且和传统建筑模型在冬季设计日以及整

个采暖期的建筑能耗进行分析比较。冬季设计Ｅｔ选用

了严寒地区的代表城市哈尔滨市在１月１４日的气象

数据，通过模拟分析得到在无外加热源加热的条件

下，节能建筑模型顶层房间的室内温度比传统建筑模

型顶层房间的室内温度提高了９．３￣Ｃ，节能建筑南向墙

体内表面与室内空气的对流换热量比传统建筑提高

了２７０．３ ｗ。在有外加热源供热的条件下，供暖期间的

１１月份至３月份的建筑能耗，节能建筑模型为

０．６２７ｘ１０ ｋＪ，传统建筑模型的能耗为２．２１７ｘ１０ ｋＪ，节

能率达到７１．７％。

参考文献

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【７】 Ｓｍｏｌｅｃ Ｗ，Ｔｈｏｍａｓ Ａ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｍａｌ

ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ａ Ｔｒｏｍｂｅ Ｗａｌｌ［Ｊ】．Ｅｎｅｒｇｙ

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一

（上接４９页）

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