迟建
身份证号码：37010319880930**** 山东省邮电工程有限公司 山东省济南市 250001
摘要：随着经济和科技水平的提高，人们对温湿度环境试验设备的性能指标要求，只关注设备提供的试验环境参数能否满足相关的国家标准或行业规范，忽视设备的能耗指标，从而导致设备生产商不重视采取节能措施，造成极大的能源浪费。特别是当设备在常温恒温阶段运行时，其能源利用率更低。影响温湿度环境试验设备能源利用率的主要因素有两个：输出控制量的精准度和保温材料的隔热性能。保温材料的隔热性能很容易做得好，绝大多数设备生产商都采用了隔热性能良好的材料，下面主要讨论输出控制量的精准度对能源利用率的影响，提出节能措施和控制要点。
关键词：环境试验设备；节能控制技术；输出控制量；能源利用率
引言
温湿度独立空调作为一种新型的空调模式，克服了传统空调系统的很多缺点，其优越的舒适性和节能型使它受到普遍认可和好评。其将温湿度独立开来加以控制和调节的特性，非常适合夏热冬冷地区使用。虽然现在仍有技术上的不足，比如高温冷水机组的技术并不是很成熟，但相信随着技术的不断改进和理论的不断突破，温湿度独立控制空调会有广阔的前景，其应用必会更加广泛。
1系统应用及存在问题
1）风量大的问题。常规空调系统运行，既要完全消除室内的显热和潜热负荷，又不能使用过低的送风温度，因此只能通过增大送风量来满足要求。然而大的送风量会带来一系列问题。风量大必然管径大，在室内布置大管径时，会降低室内净高或增大层高。大风量会使室内风速增大，有吹风感降低人体舒适度，同时会产生噪声。在冬季为了避免吹风感，往往另设一套采暖系统由散热器供暖，导致投资增加。2）温湿度共同处理的损失。夏季人体舒适区为25℃，相对湿度60%，此时露点温度为16．6℃。常规空调系统的除热除湿功能，大都通过对空气进行冷却和冷凝除湿来完成的。如果空调系统仅满足人体对室内温度的要求，送风温度只要低于25℃，考虑媒介输送造成的冷量损失和传热温差（10℃)，冷源温度只需15℃～18℃。如果只去除室内湿度，送风温度只要低于露点温度16．6℃，考虑输送损耗和传热温差（10℃左右），冷源温度为6．6℃。在空调系统中，显热负荷占总负荷的比重大于潜热负荷，占比重大的显热负荷本可以用高温冷源排走热量的，但实际工程中处理显热和潜热负荷的冷源都为低温冷源，造成低品位能源的浪费。有时通过再加热的方式提高室内温湿度的控制精度，造成冷热抵消，造成能源不必要的浪费。
2空调系统的优点
2.1节能
从空气处理过程可知，一次回风系统为了满足送风温差，需要对空气进行再热然后送入室内。这部分加热量需要冷量来补偿。THIC空调系统则避免了再热，节省了冷量，从而也节约了冷水等媒介的输送损耗。另一方面，常规空调使用的冷水温度为7℃，THIC空调系统中承担总负荷约85%～90%的高温冷水温度约15～18℃，选型资料表明，电压缩冷水机组蒸发器出口的冷水温度每提高1℃，冷水机组COP值增加3%，显见高温冷水机组的能效比较之传统空调的低温冷水机组高。综合可知THIC空调系统的能耗有较大程度的降低，节能效果显著。
2.2温湿度参数可实现性强
常规空调难以同时满足温湿度参数的要求，有时为了达到除湿目的而过多地降温造成冷量损失，某些场合要对空气进行再热，进一步造成能源的浪费与损失。有时仅仅满足了降温要求，而湿度达不到设计参数。THIC空调系统通过处理显热的系统降温，保证达到温度参数，并满足其精度要求；通过干燥的新风消除室内余湿，确保湿度参数的可控性。由于2个系统独立处理空气，参数不存在耦合性，因而对于要求恒温恒湿的场合尤其适合使用温湿度独立控制系统。
3节能控制技术
3.1输出控制量的精准度和能源利用率
造成温湿度环境试验设备能源利用率偏低的主要原因是输出控制量的精准度较低。此处所述的精准度是指控制量的量值精确程度和输出时间的准确性，控制量包括温度控制量和湿度控制量。笔者通过对国内多个主流品牌产品的实测功耗数据进行分析，发现试验设备在常温恒温试验过程消耗的功率，并不比高温恒温（例如65℃高温）或低温恒温（例如－35℃低温）试验过程消耗的功率小，有时反而更大。出现这种现象的主要原因是输出控制量的精准度偏低，试验设备的制冷系统和加热系统几乎不停歇地工作，通过冷热量的对冲，保持试验设备工作空间的温度在目标温度值附近波动，虽然其温度波动度可以满足相关标准规范的要求，但冷热对冲必然消耗能量；类似的情况，试验设备的加湿系统和除湿系统也几乎不停歇地工作，保持试验设备工作空间的湿度在目标湿度值附近波动，不停歇地加湿除湿对冲，也必然消耗能量。例如：一台温湿度试验箱运行在25℃的常温恒温过程，虽然试验箱内的稳定运行目标温度与实验室环境温度相差不大，试验箱消耗的功率却不小，此时，冷热量对冲、加湿除湿对冲所消耗的功率占了试验箱总消耗功率的绝大部分。
3.2温湿度独立控制系统的主要设备
空调系统作用是完成去除室内余热余湿以及二氧化碳和装饰材料等散发出的有毒有害气体。普通空调系统是按照一定的热湿比，降低温度和去除空中湿气同时进行。但当热湿比过大，常规的空调系统就无法满足设计要求，通常情况下，只能控制温度，而忽略湿度指标，这样就会导致室内环境舒适度降低。在温湿度独立控制空调中，是把温度和湿度分别处理，解决了常规空调无法兼顾温度和湿度的问题，同时将室内余湿单独处理，还能提高温度控制系统的冷水供应温度，能将常规空调的7℃提高到16~18℃，减少了大量热损失。
满足了现在人们对室内空气品质越来越高的要求的同时也满足了节能的要求。温湿度独立控制系统是有两部分组成：显热温度控制系统和潜热温度控制系统，显热控制系统包括高温冷源和末端装置，以水为输送媒介消除余热。潜热处理系统包括新风处理机组和送风末端装置，以风为输送能量媒介，满足室内空气品质的要求。
3.3天然冷源的利用
温湿度独立控制系统为可再生能源和天然能源的利用提供了很好的集成平台，但在实际应用中并不像理论上那么理想。在华东地区曾多次尝试利用地埋管换热器循环水直接提供高温冷水供应辐射供冷，但由于空调系统连续运行，水温很快升高，这些实验均以失败告终。实际上我国在大陆性季风气候主导下的大部分地区的空调负荷强度要明显高于同纬度的其他国家，服务对象又以规模很大的新建建筑为主，很难单靠天然冷源实现建筑空调，即使只解决建筑的显热负荷也难以稳定地实现。比如上海地区的地下深层土壤温度在18～20℃之间，作为地源热泵的冷却水———地埋管换热器内的循环水温度夏季可以达到近40℃，而地埋管换热器循环水不进热泵机组直接作为辐射供冷的高温冷水，持续运行时很难稳定在25℃以下，这样就失去了作为辐射冷源的意义。因此无论从保证热湿单独处理系统可靠性还是从实质性节能的角度分析，今后都应该走因地制宜的复合能源系统道路，科学、合理、适当规模的集成应用可再生能源，而不能盲目地追求更高的天然冷源和可再生能源比例。
3.4热湿串级处理系统
热湿串级处理系统是利用常规的低温冷水先除湿，然后作为高温冷水消除显热用。热湿处理系统串级虽然使得热湿处理系统重新在一定程度上耦合起来，但是由于可以实现水温的大温差利用，从而可能实现利用现有设备提高空调系统整体效率。当然串级系统的控制会变得较为复杂，频繁的新风比焓变动可能会对冷水供水温度的稳定带来麻烦。由于热湿负荷具有一定的不同步性，比如住宅傍晚和夜间的潜热负荷较高而中午的显热负荷较高，因此还需要对系统的控制策略进行研究。
3.5溶液除湿新风系统
溶液除湿技术是采用具有调湿功能的盐溶液为工作介质，利用溶液的吸湿与放湿特性对空气湿度进行控制。当溶液的表面蒸汽压低于空气的水蒸气分压力时，溶液吸收空气中的水分，空气被除湿；反之，溶液中的水分进入空气中，溶液被浓缩再生，空气被加湿。随着人们能源意识不断加强，溶液除湿方式被重新重视。研究人员在除湿剂、传热传质机理、除湿设备、空调系统及其性能等方面作了大量的研究与探索，并取得了重要的突破。江亿等人基于目前空调系统面临的主要问题，提出了基于溶液除湿空气处理方式的解决方案。分析表明：基于溶液除湿空气处理方式的THIC空调系统可有效消除空气的霉菌、粉尘，可以根据人员数量调节新风量，并通过独立的吸收或提供显热的末端装置调节温度，实现室内温湿度的分别控制。溶液除湿空气处理方式还可有效地对排风进行全热回收，并在过渡季利用干燥或低温的新风，从而降低空气处理能耗。由于冷水不承担除湿任务，因此只需要18~21℃冷水用于吸收除湿过程释放的热量和室内显热。这就有可能利用各种自然冷源或采用高COP的冷水机组。研究各类除湿方式的特点，提出直接蒸发式冷却除湿加冷凝热回收设备在实际工程中应用的可行性。冷冻除湿，无论是水冷表冷器或是直接蒸发式表冷器，使用与否关键在于所需的露点温度。在相当一部分情况下，直接蒸发冷凝热回收有相当的实用性。但当室内要求相对湿度更低，或室内设计温度更低时，比如室内温度20℃，相对湿度35%，则露点为t=5.5℃，准=90%。如此低的露点，直接蒸发机组虽能达到，但蒸发器也有结霜的风险，溶液除湿依然是非常可靠且便于设计的，因此对应不同的项目，应根据不同情况要求合理选择。
3.6节能效果
主要的节能措施有两种：1）在制冷系统中采用电子膨胀阀，实现冷量的精细化调控，减少冷热量对冲，节约能源；2）在控制算法中，把节能作为算法首要目标，依据能量守恒定律，建立数学方程式，求解输出控制量。在建立数学方程式时，必须考虑到全部的冷热源，除了制冷量和加热量之外，还要考虑试验样品的发热量，以及加湿/除湿系统的等效发热量等；在建立数学方程式时，还必须考虑到时间延后作用，包括制冷系统提供冷量、加热系统提供热量和加湿/除湿系统能量转换等的时间延后作用。对于长期运行在常温恒温过程的试验设备，采用节能措施所能取得的节能效果更加突出。相关标准规定的试验环境温湿度值和连续试验时间和能够反映节能效果的节能百分比，节能百分比是指采用节能措施后，节省能量的百分比。长期试验节能效果更加明显，可以节省30%～50%的能源。
结语
温湿度独立空调作为一种新型的空调模式，克服了传统空调系统的很多缺点，其优越的舒适性和节能型使它受到普遍认可和好评。其将温湿度独立开来加以控制和调节的特性，非常适合夏热冬冷地区使用。由于目前缺乏高温冷水机组和溶液除湿设备的成熟产品，这在很大程度上限制了温湿度独立控制系统的节能性。热湿串级处理的热湿半耦合系统则可以利用现有设备实现有效节能，但前提是解决控制策略。
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