宗天晴，王永彬，曹 振，傅允準(zhǔn)

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620；2.蕪湖中集瑞江汽車有限公司，安徽蕪湖 241000）

0 引言

新風(fēng)機(jī)組作為輻射空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其除濕性能對(duì)整個(gè)輻射空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果及舒適性都具有重要影響，因此有必要對(duì)新風(fēng)機(jī)組的除濕性能進(jìn)行深入研究。殷平［1］對(duì)國(guó)內(nèi)外除濕機(jī)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合性的論述分析，對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、鹽溶液除濕機(jī)和冷凝除濕機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，其中冷凝除濕機(jī)由于其能耗低和除濕性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)仍將是使用最廣泛的除濕機(jī)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)冷凝除濕機(jī)做了大量的研究，陳劍波等［2］研發(fā)了一種適用于長(zhǎng)江流域的兩種冷凝器并聯(lián)的新風(fēng)除濕機(jī)，并根據(jù)一年中各個(gè)季節(jié)除濕需求的不同設(shè)計(jì)了3種不同的運(yùn)行模式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該除濕機(jī)在全年運(yùn)行工況中基本可以滿足建筑的除濕需求。李鵬魁等［3］通過(guò)試驗(yàn)研究了兩級(jí)新風(fēng)除濕機(jī)在冬季供暖工況下的運(yùn)行特性，同時(shí)還研究了其與毛細(xì)管聯(lián)合供暖的運(yùn)行特性，結(jié)果表明，將兩級(jí)新風(fēng)除濕機(jī)與毛細(xì)管結(jié)合對(duì)室內(nèi)進(jìn)行供暖時(shí)，除濕機(jī)供熱量比其單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的供熱量會(huì)減小約29.1%。KANG等［4］通過(guò)理論分析發(fā)現(xiàn)采用板式換熱器或熱管換熱器進(jìn)行冷熱回收，可以減少制冷系統(tǒng)的制冷負(fù)荷20%～30%，提高新風(fēng)除濕機(jī)的單位除濕量能耗15%或者更多。GALVIN［5］通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用除濕機(jī)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕會(huì)比傳統(tǒng)除濕方式節(jié)約大量的電能。陳旭等［6］通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)合的方法研究了室外空氣溫度對(duì)板翅式新風(fēng)機(jī)組除濕性能的影響，研究表明當(dāng)室外空氣溫度在10～-10 ℃時(shí)，板翅式換熱芯溫度交換效率隨室外空氣溫度降低而降低，濕度交換效率隨室外溫度升高而降低，焓值交換效率趨于平穩(wěn)狀態(tài)。翁文兵等［7］通過(guò)對(duì)雙蒸發(fā)溫度制冷循環(huán)的理論分析發(fā)現(xiàn)，隨著高低壓級(jí)蒸發(fā)溫度差的提高，雙蒸發(fā)溫度制冷系統(tǒng)與單蒸發(fā)溫度系統(tǒng)的制冷量和COP比值逐漸增大。吉煜［8］通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試的方法對(duì)兩種雙冷源新風(fēng)機(jī)組的適用性進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)冷型直膨式新風(fēng)機(jī)組的除濕能力強(qiáng)于雙溫表冷型新風(fēng)機(jī)組，適用范圍更廣。趙紅梅［9］總結(jié)了雙冷源新風(fēng)機(jī)組的節(jié)能方向主要分為回風(fēng)能量的回收利用、再熱能量的有效控制利用與冷凝水的回收利用。

綜合以上研究可以發(fā)現(xiàn)，前人研究主要集中于新風(fēng)機(jī)組的節(jié)能效果與除濕效果上，本研究分別從主機(jī)供水溫度、再熱前溫度、送風(fēng)量3個(gè)因素對(duì)雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕效果的影響進(jìn)行分析，研究結(jié)果對(duì)輻射空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及制定雙冷源新風(fēng)機(jī)組在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的運(yùn)行策略都具有一定的參考價(jià)值。

1 雙冷源新風(fēng)機(jī)組結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

雙冷源新風(fēng)機(jī)組內(nèi)的新風(fēng)通道設(shè)有過(guò)濾段、表冷段（表冷器）、除濕段（蒸發(fā)器）、再熱段（調(diào)溫?fù)Q熱器）、濕膜加濕段、送風(fēng)段（風(fēng)機(jī)）。其中，由空氣源熱泵機(jī)組向表冷器提供7 ℃的冷凍水進(jìn)行初步表冷除濕。雙冷源機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙冷源新風(fēng)機(jī)組結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic structural diagram of the double-cold source fresh air handling unit

直膨除濕段包括制冷壓縮機(jī)、用于深度除濕的蒸發(fā)器、水冷式冷凝器以及風(fēng)冷冷凝器作為再熱段，加熱除濕后的冷空氣，并且可以根據(jù)再熱后的溫度調(diào)節(jié)進(jìn)入盤管的熱水流量從而調(diào)節(jié)再熱量（再熱調(diào)節(jié)溫度范圍14～22 ℃）。

1.2 工作原理

（1）過(guò)渡季節(jié)時(shí)，在有除濕要求的情況下，表冷器內(nèi)有冷凍水流過(guò)，新風(fēng)先后經(jīng)過(guò)表冷器預(yù)冷、蒸發(fā)器冷卻除濕、再熱段加熱，最后被送入室內(nèi)，送風(fēng)溫度可根據(jù)需要可在18～26 ℃之間設(shè)定調(diào)節(jié)。

（2）夏季時(shí)，室外新風(fēng)經(jīng)全熱交換器預(yù)冷后進(jìn)入雙冷源新風(fēng)機(jī)組，進(jìn)入雙冷源新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)依次經(jīng)過(guò)表冷器預(yù)冷除濕、蒸發(fā)器深度降溫除濕、再熱段升溫，最后被進(jìn)入室內(nèi)，濕膜加濕段不工作。

（3）冬季時(shí)，新風(fēng)經(jīng)過(guò)全熱交換器預(yù)熱后進(jìn)入雙冷源新風(fēng)機(jī)組，進(jìn)入雙冷源新風(fēng)機(jī)組的新風(fēng)依次經(jīng)過(guò)再熱段加熱、濕膜加濕段加濕，最后被進(jìn)入室內(nèi)。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

本次試驗(yàn)于2020年8月1日至3日在上海某大學(xué)進(jìn)行，系統(tǒng)原理如圖2所示。輻射空調(diào)系統(tǒng)中的新風(fēng)機(jī)組為風(fēng)量350 m3/h的DP-350R型雙冷源新風(fēng)機(jī)組，具體參數(shù)見表1。新風(fēng)采用地送風(fēng)方式、頂板回風(fēng)的形式，輻射末端與雙冷源新風(fēng)機(jī)組共同使用同一臺(tái)主機(jī)，主機(jī)選取制冷量為9.5 kW，制熱量為11.5 kW的DP-PKR100型空氣源熱泵主機(jī)，具體參數(shù)見表2。

圖2 輻射空調(diào)系統(tǒng)Fig.2 Schematic diagram of the system

表1 新風(fēng)機(jī)組參數(shù)Tab.1 Parameters of fresh air handling unit

表2 空氣源熱泵主機(jī)參數(shù)Tab.2 Parameters of air-source heat pump main unit

2.2 儀器儀表

本次試驗(yàn)所用到的測(cè)試儀器及其參數(shù)見表3。

表3 試驗(yàn)儀器參數(shù)Tab.3 Parameters of experimental instrument

2.3 試驗(yàn)工況

（1）進(jìn)行雙冷源新風(fēng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行除濕效果測(cè)試時(shí)，只需開啟雙冷源新風(fēng)機(jī)組與輻射頂板系統(tǒng)，使其連續(xù)運(yùn)行16 h即可，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中使用溫濕度計(jì)采集室內(nèi)送風(fēng)口處以及室外空氣的溫度與相對(duì)濕度，數(shù)據(jù)采集頻率為1次/min。

（2）對(duì)不同參數(shù)下雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕效果進(jìn)行測(cè)試時(shí)，分別改變雙冷源新風(fēng)的進(jìn)水溫度、再熱前溫度及送風(fēng)量，測(cè)試期間采集室內(nèi)送風(fēng)口的溫濕和相對(duì)濕度，每個(gè)工況測(cè)試時(shí)間為30～60 min，具體工況見表4。試驗(yàn)所需的不同參數(shù)的設(shè)定均是通過(guò)室內(nèi)控制面板完成的，數(shù)據(jù)采集的方式與頻率與前一組試驗(yàn)相同。

表4 雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)性能測(cè)試工況Tab.4 Performance testing conditions of double-cold source fresh air dehumidifier

3 試驗(yàn)結(jié)果

定義新風(fēng)機(jī)組進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口空氣含濕量之差為新風(fēng)機(jī)組的單位質(zhì)量空氣的除濕量，以下簡(jiǎn)稱除濕量。

3.1 雙冷源新風(fēng)機(jī)組與單冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能對(duì)比

3.1.1 雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果

雙冷源新風(fēng)機(jī)組在夏季供冷工況下的主機(jī)供水溫度通常為20 ℃，再熱前溫度為6 ℃，雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕量與主機(jī)供回水溫度分別如圖3，4所示。

圖3 名義工況下運(yùn)行時(shí)的除濕量Fig.3 Dehumidification capacity under the nominal operating conditions of the main unit

由圖3可知，測(cè)試進(jìn)行至8 h左右時(shí)，室外空氣的含濕量逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)的室外空氣平均含濕量為26 g/kg左右，雙冷源新風(fēng)機(jī)組在室內(nèi)送風(fēng)側(cè)的平均含濕量約為8 g/kg，其平均除濕量約為18 g/kg左右。由圖4可知，主機(jī)供水溫度基本穩(wěn)定在20.5 ℃左右，回水溫度為23 ℃左右。

圖4 主機(jī)供回水溫度Fig.4 Supply and return water temperature

3.1.2 單冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果

單冷源新風(fēng)機(jī)組是僅使用單一冷源對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕處理的一種新風(fēng)機(jī)組，本實(shí)驗(yàn)房間為單冷源新風(fēng)機(jī)組與輻射頂板聯(lián)合供冷，該房間的輻射空調(diào)系統(tǒng)與前述輻射空調(diào)系統(tǒng)基本相同，唯一不同的是該房間使用的新風(fēng)機(jī)組為單冷源新風(fēng)機(jī)組。

單冷源新風(fēng)機(jī)組除濕量與主機(jī)供、回水溫度分別如圖5，6所示。由圖5可知，單冷源新風(fēng)機(jī)組的除濕量從6 g/kg逐漸增大至17 g/kg，機(jī)組平均除濕量在7.5 g/kg左右，室內(nèi)側(cè)送風(fēng)含濕量則一直穩(wěn)定在10 g/kg左右，由圖6可知，測(cè)試期間單冷源新風(fēng)機(jī)組的供水溫度在6～10 ℃，回水溫度在10～14 ℃之間，供水溫度與回水溫度都比較穩(wěn)定，能夠保證單冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖5 進(jìn)、出風(fēng)含濕量與除濕量Fig.5 The humidity and dehumidification capacity of inlet and outlet air

圖6 主機(jī)供、回水溫度Fig.6 Supply and return water temperature of the main unit

綜合對(duì)比雙冷源新風(fēng)機(jī)組與單冷源新風(fēng)機(jī)組的除濕性能可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，單冷源新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)含濕量?jī)H能達(dá)到10 g/kg，而雙冷源新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)含濕量可以穩(wěn)定在8 g/kg，比單冷源新風(fēng)機(jī)組低2 g/kg左右，而且其平均除濕量比單冷源新風(fēng)機(jī)組的除濕量高10 g/kg左右。所以，雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能比單冷源新風(fēng)機(jī)組的性能更好。

3.2 不同供水溫度下雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)控制面板將主機(jī)供水溫度分別設(shè)定為16，20，22 ℃，則不同工況下的除濕量與供、回水溫度分別如圖7～12所示。

圖7 供水溫度為16 ℃時(shí)機(jī)組除濕量Fig.7 Dehumidification capacity of the unit when the supply water temperature is 16 ℃

圖8 供水溫度為16 ℃時(shí)主機(jī)供、回水溫度Fig.8 Supply and return water temperature of the main unit when the supply water temperature is 16 ℃

圖9 供水溫度為20 ℃時(shí)機(jī)組除濕量Fig.9 Dehumidification capacity of the unit when the supply water temperature is 20 ℃

圖10 供水溫度為20 ℃時(shí)主機(jī)供、回水溫度Fig.10 Supply and return water temperature of the main unit when the supply water temperature is 20 ℃

圖11 供水溫度為22 ℃時(shí)機(jī)組除濕量Fig.11 Dehumidification capacity of the unit when the supply water temperature is 22 ℃

圖12 供水溫度為22 ℃時(shí)主機(jī)供、回水溫度Fig.12 Supply and return water temperature of the main unit when the supply water temperature is 22 ℃

由圖9，10可知，主機(jī)供水溫度設(shè)定為20 ℃時(shí)，大約5 min后主機(jī)供、回水溫度達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)的主機(jī)實(shí)際供回水溫度為20.5/22.5 ℃，雙冷源新風(fēng)機(jī)組的出風(fēng)口含濕量約為9.5 g/kg，除濕量約為12 g/kg左右；由圖11，12可知，當(dāng)主機(jī)供水溫度設(shè)定為22 ℃時(shí)，大約5 min后主機(jī)供回水溫度達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)的主機(jī)實(shí)際供回水溫度為22.4/24.6 ℃，雙冷源新風(fēng)機(jī)組出風(fēng)口平均含濕量為11.5 g/kg左右，平均除濕量約為9 g/kg左右。綜合來(lái)看，隨著主機(jī)供水溫度的升高，雙冷源新風(fēng)機(jī)組的除濕量逐漸降低，供水溫度分別為20，22 ℃時(shí)除濕量比供水溫度為16 ℃時(shí)分別降低了14.3%，17.9%。

3.3 不同再熱前溫度下雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)控制面板分別設(shè)定再熱前溫度為6，8，10 ℃，則不同工況下的除濕量如圖13，14所示。

圖13 不同再熱前溫度下的除濕量Fig.13 Dehumidification capacity under different temperatures before reheating of the main unit

分析圖13可知，除濕量隨時(shí)間在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，再熱前溫度為6 ℃時(shí)，除濕量平均值為14.6 g/kg，波動(dòng)幅度為1 g/kg左右；再熱前溫度為8 ℃時(shí)，除濕量平均值為13 g/kg，波動(dòng)幅度為2 g/kg左右；再熱前溫度為10 ℃時(shí)，除濕量平均值為11.5 g/kg，波動(dòng)幅度為1 g/kg左右。分析圖14可知，3種工況下，主機(jī)實(shí)際供/回水平均溫度為20.5/22.5 ℃；總體上可以看出再熱前溫度越低，除濕量越大，與再熱前溫度為6 ℃時(shí)相比，再熱前溫度分別為8 ℃和10 ℃時(shí)除濕量分別減少10.96%和21.23%。

圖14 不同再熱前溫度下的主機(jī)供、回水溫度Fig.14 Supply and return water temperature of the main unit under different temperatures before reheating of the main unit

3.4 不同送風(fēng)量下雙冷源新風(fēng)機(jī)組除濕性能測(cè)試結(jié)果

雙冷源新風(fēng)機(jī)組共有高、中、低3個(gè)檔位，經(jīng)過(guò)測(cè)試后可知3個(gè)檔位的風(fēng)量分別為207.4，103.7，72.6 m3/h，不同風(fēng)量與機(jī)組出風(fēng)口含濕量的關(guān)系如圖15所示，不同風(fēng)量與除濕量之間的關(guān)系如圖16所示，主機(jī)供、回水溫度如圖17所示。

圖15 不同風(fēng)量下的出風(fēng)口含濕量Fig.15 The outlet humidity under different air volumes

圖16 不同風(fēng)量下的除濕量Fig.16 Dehumidification capacity under different air volumes

圖17 不同風(fēng)量下主機(jī)供、回水溫度Fig.17 Supply and return water temperature of the main unit under different air volumes

由圖16，17可知，隨著送風(fēng)量的增大，除濕機(jī)出風(fēng)口的含濕量會(huì)逐漸升高，送風(fēng)量分別為207.4，103.7，72.6 m3/h 時(shí)對(duì)應(yīng)的出風(fēng)含濕量平均值分別為 9.07，7.85，7.57 g/kg，對(duì)應(yīng)的除濕量平均值分別為 12.31，13.26，13.88 g/kg，與風(fēng)量為72.6 m3/h時(shí)相比，風(fēng)量分別為103.7，207.4 m3/h的除濕量分別降低4.47%，11.31%。3種工況下主機(jī)實(shí)際平均供回水溫度分別為20.3，22.5 ℃。

4 結(jié)論

（1）雙冷源新風(fēng)機(jī)組在其名義工況下的單位質(zhì)量新風(fēng)的除濕量在18～25 g/kg之間，且其出風(fēng)含濕量穩(wěn)定在8 g/kg左右，除濕效果良好；

（2）雙冷源新風(fēng)機(jī)組主機(jī)進(jìn)水溫度的提高、再熱前溫度的升高、送風(fēng)量的增大都會(huì)降低雙冷源新風(fēng)機(jī)組的除濕能力，導(dǎo)致室內(nèi)送風(fēng)的含濕量升高。