李世姣 王 令* 王顺森

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010)

使用地源水的表冷器除湿性能分析★

李世姣 王 令* 王顺森

(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010)

针对四川省绵阳市的水资源条件，提出用地源水代替7 ℃冷冻水通入表冷器对空气进行降温除湿处理，并进行了理论分析，结果表明冷水温度提高到16 ℃时，仍然具有良好的除湿效果。

除湿性能，地源水，表冷器，温度

随着社会经济的发展，人们对房间舒适度的要求越来越高，对空气温度、湿度的需求也越来越强烈，空调能耗将越来越多，传统恒温恒湿空调采用7 ℃冷冻水对空气进行降温除湿处理，但是处理后的空气气温较低，需将冷空气进行加热后，再送入室内，导致能源的浪费，因此有越来越多的学者提出应提高表冷器冷冻水温度：李申等[1]利用实验数据证明将冷冻水温度提高到12 ℃，最高可节能50%左右。周俊阳[2]对恒温恒湿空调进行建模分析，得出11 ℃的冷冻水能够满足夏季空调需求。

四川省绵阳市位于四川盆地西北部,地处亚热带湿润季风气候区，有丰富的降水资源及河水资源[3]，且夏季地源水温度维持在17 ℃左右。针对该地区水资源条件，本文提出采用地源水对空气进行表冷器预处理，节约了再热能耗，从而达到节能的目的。

1 表冷器除湿过程理论计算

表冷器的热湿交换是在主体空气与紧贴表冷器外表面的边界层空气之间的温差和水蒸气分压力差作用下进行的，当边界层空气低于主体空气的露点温度时，将发生减湿冷却工况，在焓湿图上表示如图1所示。

表冷器湿工况下的换热计算有大量理论研究，如表冷器效率法、王晋生等[4]提出的等价干工法，乐有奋等[5]提出的水侧热交换效率法等，由于表冷器效率法具有数学模型清晰，推导过程严谨，计算方便的优点，所以本文采用表冷器效率法进行计算，效率法流程图[6]如图2所示。

表冷器减湿冷却过程的传热系数Ks可按照下式计算:

(1)

其中，αn，αw为内外表面热交换系数，W/(m2·℃)；φ0为肋表面全效率；δ为管壁厚度，m；λ为管壁导热系数，W/(m2·℃);τ为肋化系数，τ=Fw/Fn，Fn，Fw分别为单位管长肋管内、外表面积，m2。

当表冷器结构形式一定时，减湿冷却过程的Ks的影响因素有αn，αw以及析湿系数ξ。由于αn,αw一般是水与空气流动状况的函数，因此，在实际工作中往往把表冷器的传热系数整理成以下形式的经验式：

(2)

其中，Vy为空气迎面风速，m/s；ω为表冷器管内水流速，m/s；A，B，P，m，n为由实验得出的系数和指数。

本文表冷器采用JW-10系列表冷器进行理论计算研究，JW-10型表冷器结构参数见表1。

表1 JW-10型表冷器结构参数 m2

当地大气压为101 325 Pa，空气的入口参数为t1=35 ℃，h1=92.2 kJ/kg，根据式(2)分析可得，对于给定结构表冷器，影响表冷器传热系数的主要因素是冷水流速与空气风速，而JW-10系列表冷器有4排，6排，8排三种不同结构，所以在选择影响因素的时候确定了冷水流速、空气风速以及排数这三个变量，具体的参数选择如表2所示。

表2 因素取值表

2 结果与分析

2.1 冷冻水温度

当进口空气干球温度t1=35 ℃，h1=92.2 kJ/kg，风速Vy=2.5 m/s，冷水流速ω=1.7 m/s时，对表冷器进行不同进水温度的理论计算，结果如图 3所示。

由图3可以得出，随着冷水温度的提高，出口空气的含湿量越来越大，即除湿效果越来越差，所以采用地源水的高温冷水表冷器，需要强化其他参数，才能达到低温水表冷器的除湿效果。

2.2 冷水流速

当进口空气干球温度t1=35 ℃，h1=92.2 kJ/kg，风速Vy=2.5 m/s，冷水水温tw1=12 ℃时，对JW-10型6排表冷器进行不同进水速度的理论计算，结果如图4所示。

由图4可以得到，在相同冷水温度的情况下，出口空气的含湿量随着流速的增加而降低，但当流速大于2 m/s时，出口空气含湿量下降速度开始变小，最后接近于一个定值，分析可得，速度过大会导致在冷水换热不充分的情况下就流出了换热区域，造成浪费。

保持其他参数不变，改变表冷器的冷水入口温度得到空气出口含湿量的理论计算结果如下：

根据图5可以看出，当tw1=7 ℃，冷水流速ω=0.5 m/s时，表冷器可以处理的空气状态点A的含湿量dA=18.3 g/kg，当冷水温度提高到16 ℃，流速提高到3.5 m/s时也可以达到状态点A所需含湿量。但是冷却水温度提高了9 ℃，节约了制取低温水的能耗。

2.3 空气风速

当进口空气干球温度t1=35 ℃，h1=92.2 kJ/kg，冷水水温tw1=12 ℃时，对JW-10型6排表冷器进行不同风速的理论计算，结果如图6所示。

由图6可见，在相同冷水温度的情况下，出口空气的含湿量随着风速的增加而降低，说明提高空气风速，可以强化表冷器的除湿性能，综合考虑到大风速可能带来的噪声问题等等，GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范对表冷器迎面风速给出了一个推荐值，即1.5 m/s～2.3 m/s[7]。

保持其他参数不变，改变表冷器的冷水入口温度，得到空气出口含湿量的理论计算结果。

根据图7可以看出以7 ℃冷水1.5 m/s风速能处理到的空气状态点B的含湿量dB=14.94 g/kg为基准，当冷水温度提高到10 ℃时，风速提高到2.2 m/s也可以达到状态点B所需含湿量。

2.4 管数

当进口空气干球温度t1=35 ℃，h1=92.2 kJ/kg，风速Vy=2.5 m/s，ω=2.5 m/s时，对JW- 10 型4排，6排，8排表冷器进行不同冷水温度的仿真计算，结果如图 8所示。

由图8可得，在相同冷水温度的情况下，出口空气的含湿量随着排数的增加而降低。以7 ℃冷水4排能处理到的空气状态点C的含湿量dC=19.75 g/kg为基准，当排数提高到8排时，冷水温度提高到16 ℃，也可以达到状态点C所需含湿量。同时对比相同冷水温度采用4排管，6排管，8排管所得到的出口空气的含湿量差值可以发现，当排数从4排变为6排时，相同冷水温度的出口空气含湿量之差可以达到2.5 g/kg左右，但是同温度下，将排数改为8排，出口空气含湿量之差只能达到1 g/kg左右。

3 结语

1)随着冷水温度的提高，表冷器的除湿性能在降低，但是通过提高表冷器排数、冷水流速、空气风速等，可以将表冷器的冷水出口温度提高到16 ℃左右，这样为采用地源水直接进行降温除湿提供了理论基础；2)不同的水流速对表冷器的除湿性能有一定影响，随着流速的增加，表冷器的除湿性能得到了增强，但是流速的增加会导致冷水与被处理湿空气的接触时间缩短，且增大水流侧阻力，以本文算例为例，最优流速在2 m/s～2.5 m/s之间；3)表冷器的除湿性能随着风速的增加得到了增强，考虑到风速过大可能引起的噪声，且风速过大也会缩短冷壁面与湿空气的接触时间，所以建议的风速取值为1.5 m/s～2.3 m/s；4)增加排数可以强化表冷器的除湿性能，但是随着排数冷器除湿性能增加缓慢，直至趋于稳定，在工业上，应选择一个最经济的表冷器排数。

[1] 李 申,沈 嘉,张学军,等.恒温恒湿空调系统的优化控制与性能模拟[J].制冷学报,2012,33(1):22-27.

[2] 周俊阳.恒温恒湿空调系统的节能设计与冷冻水温度优化[D].杭州:浙江大学,2012.

[3] 蔡雪峰.绵阳市水资源开发利用现状、问题及建议[J].河务科技,2013(3):175-176.

[4] 王晋生,程宝义,缪小平,等.任意工况下表冷器的热力计算法[J].暖通空调，1997(27):54-56.

[5] 乐有奋,王清平.表冷器热工计算新方法——水侧热交换效率法[J].暖通空调，2005，35(7):120-126.

[6] 赵荣义,范存养,薛殿华,等.空气调节[M].北京：中国建筑工业出版社,2009:81-94.

[7] GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

The dehumidification performance of a cooling coil using the ground source water★

Li Shijiao Wang Ling* Wang Shunsen

(CivilEngineeringandArchitecturalCollege,SouthwestScienceandTechnologyUniversity,Mianyang621010,China)

According to the water resource conditions in Mianyang of Sichuan Province, the paper points out the cooling and dehumidification role of the ground-source water taking the place of 7 ℃ cooled water into the surface air cooler, undertakes the theoretic analysis, and proves by the result that the better dehumidification effect can be achieved when the temperature of cool water is raised to 16 ℃.

dehumidification performance, ground-source water, surface air cooler, temperature

1009-6825(2015)02-0108-03

2014-11-06★:国家支撑计划(项目编号：2012BAA13B02)；川西北地区地源热泵应用特性研究(项目编号：2010JY0175)

李世姣(1990- )，女，在读硕士； 王顺森(1994- )，男，在读本科生

王 令(1969- ),女，副教授

TB657.2

A