摘要：以重慶市某采用THIC空調系統的試驗房為研究對象，采用TRNSYS建立了該空調系統的仿真平臺，通過夏季設計工況的計算模擬，發現其存在熱舒適性欠佳、能耗較高等問題.針對上述現象，在原系統中增設了室內排風顯熱回收裝置進行改進和模擬，計算結果表明，相比原空調系統，室內熱舒適性達標時段增加約13.58%，能耗降低約6.79%.

　　關鍵詞：THIC空調系統;室內排風顯熱回收;熱舒適性;能耗

　　THIC(溫濕度獨立控制)空調系統的實現形式為高溫冷源提供冷水，以輻射供冷方式處理顯熱負荷從而控制室內溫度，同時采用低溫冷源所提供的冷水去除濕負荷，以達到室內溫濕度獨立控制的目的，以上兩套系統分別稱之為THIC空調系統的溫度控制系統和濕度控制系統[1].由于THIC空調系統的室內負荷處理方式及制冷主機設置方式均有別于傳統空調系統，因此其室內熱舒適性及制冷主機能耗成為了有待研究的問題[2-4].本文擬采用TRNSYS對所研究的重慶市某試驗房THIC空調系統的室內熱舒適性及制冷主機能耗進行模擬分析.

　　空調論文投稿刊物：《潔凈與空調技術》Contamination Control & Air-conditioning Technology(季刊)曾用刊名：潔凈技術，1994年創刊，是國內唯一技術為主要報道內容的，向國內外公開發行的科技期刊，由信息產業部主管，中國電子工程設計院和中國電子學會潔凈技術分會主辦。內容涉及潔凈室技術、潔凈室各系統及輔助系統，如潔凈室、建筑裝飾、空調系統、高純水、高純氣體制備及其輸配系統，防靜電、防微震設施、潔凈系統等方面的國內外最新科技成果，澩術論文設備開發、工程設計、施工和運行管理經驗，相關行業標準、規范實施情況，以及國內外學術動態與活動，產品市場信息。

　　1試驗房空調系統概況

　　試驗房THIC空調系統原理，高溫冷源選用一臺額定冷量為14kW的空氣源熱泵，夏季供水溫度為16℃，末端采用毛細管輻射頂板進行輻射供冷;低溫冷源選用一臺額定冷量為11.5kW的空氣源熱泵，夏季制備7℃的低溫冷水，末端采用地板送風形式將表冷盤管深度除濕后的新風送入室內.試驗房THIC空調系統控制邏輯為：當控制系統探測到室內溫度小于24℃時，關閉溫度控制系統，當室內溫度大于28℃時，開啟溫度控制系統;當控制系統探測到室內相對濕度高于65%時，開啟濕度控制系統，當室內相對濕度低于55%時，關閉濕度控制系統.

　　2模擬方法及實測驗證

　　2.1室內溫濕度及制冷主機能耗的模擬計算

　　根據前述各空調系統部件，在TRNSYS中搭建了空調系統仿真平臺.將氣象參數、負荷參數導入TRNSYS所建立的建筑模型后，與選定的風冷冷水機組、表冷盤管、新風換氣機、管道等部件相連接，進行空氣焓濕狀態計算，并利用在線圖表儀導出計算后的室內溫度、相對濕度.制冷主機的能耗是通過計算其實時名義性能系數(COPnom)來確定.根據相關參考文獻[5-6]，能耗計算模型的數學描述如式(1)-式(3)所示：冷水機組實時名義性能系數為COPnom=COPrated*COPratio(1)冷水機組制冷量計算公式為Qload=m×Cp(Tchw，in-Tchw，set)

　　(2)冷水機組耗電量為W=QloadCOPnom(3)COPrated—冷水機組實時額定性能系數;COPratio—冷水機組實時名義COP因子;m—冷水機組冷水質量流量，kg/h;Cp—冷水機組冷水比熱容，kJ/kg·K;Tchw，in—冷水機組進水溫度，℃;Tchw，set—冷水機組預設出水溫度，℃.在風冷冷水機組中輸入氣象參數、負荷參數后，根據式(1)-式(3)進行耗電量的計算，并輸出至在線圖表儀導出計算結果.

　　2.2模擬方法的校驗分析

　　根據文獻[6-7]，采用逐時模擬值校驗比逐月模擬值校驗具有更高的準確性.當選用逐時模擬值進行校驗時，文獻[7]認為與逐時模擬值相對照的實測數據應當選取典型日的逐時測量值.本文選取空調系統運行較平穩的典型日(2017年6月25日)對該試驗房的室內溫濕度、空調系統逐時耗電量進行了現場測試.為盡量排除氣象參數不確定性的影響[8]，在氣象數據文件中選擇6月20日至6月30日之間與實測日氣象參數最為接近的一天作為模擬日，將其氣象參數導入仿真平臺中計算出室內溫濕度、空調系統逐時耗電量的模擬值，再與現場測試結果進行校驗對比.

　　對比結果表明，房間溫度、相對濕度及空調系統耗電量的模擬值與實測值變化規律基本一致.本文采用ASHRAEGuideline14-2014中NMBE(逐時平均偏差)和CV(均方差變異系數)作為運用逐時值進行校驗時的判定依據，NMBE為分析時段內模擬值與測量值的誤差，反映數據的準確性;CV為標準差與平均數的比值，反映數據的離散性.對比結果表明，房間溫度NMBE為-3.46%，CV值為3.64%;房間相對濕度NMBE為3.64%，CV值為3.92%;空調系統耗電量NMBE為9.85%，CV值為15.74%.以上計算結果均滿足ASHRAE中關于模擬校驗誤差|NMBE|≤10%、|CV|≤30%的要求，表明本文擬采用模擬方法是可靠的.

　　3設計工況模擬分析

　　設計工況采用TRNSYS所提供的典型氣象年夏季工況日數據進行計算.在氣象數據文件中選擇試驗房所在地的典型年氣象參數后，選取第2880～6580h作為夏季工況日.

　　3.1熱舒適性分析

　　設計工況下室內溫度、相對濕度的模擬結果在夏季供冷周期內，室內平均溫度為24.30℃、平均相對濕度為59.20%，其中有63.88%時段溫度控制在24℃～28℃區間內，35.31%時段室內溫度低于24℃，0.81%時段室內溫度大于28℃;另外有84.52%時段相對濕度控制在55%～65%區間內，9.96%時段相對濕度低于55%，5.52%時段相對濕度大于65%.相對而言，室內相對濕度較為穩定，室內溫度波動較大.

　　根據文獻[9]，在制冷工況下，當室內溫度處于24℃～28℃、室內相對濕度處于55%～65%時，室內熱舒適度較好，而該空調房間有部分時間處于室內溫度低于24℃、室內相對濕度在55%～65%區間以外的熱舒適性較差狀態，造成此現象的主要原因是經過表冷盤管后的除濕新風溫度較低，該送風將導致室內溫度、相對濕度偏離舒適標準.

　　3.2制冷主機能耗分析

　　制冷主機包括溫度控制系統主機與濕度控制系統主機，其逐時耗電量模擬結果.根據數據統計結果，制冷主機逐時耗電量主要在2kW·h以下，其中濕度控制系統主機約有49.38%時段逐時耗電量處于0～1kW·h之間，37.72%時段耗電量為0kW·h，8.96%時段逐時耗電量處于1～2kW·h之間，3.73%時段逐時耗電量為2kW·h以上;另外溫度控制系統主機約有78.73%時段耗電量為0kW·h，17.18%時段逐時耗電量處于0～1kW·h之間，2.57%時段逐時耗電量處于1～2kW·h之間，1.52%時段逐時耗電量為2kW·h以上.在夏季供冷周期內，濕度控制系統主機約有1396h處于停機狀態，溫度控制系統主機約有2914h處于停機狀態，二者逐時耗電量之和約為2424.99kW·h.由上述分析可知，制冷主機能耗偏高且溫度控制系統主機有較長時間處于停機狀態，出現此情況的主要原因是主機選型偏大且室內溫度較低，從而導致溫度控制系統主機停機時段內室內熱濕負荷均由制備低溫冷水的濕度控制系統主機承擔，增大了制冷主機的耗電量.

　　4優化方案及模擬分析

　　4.1優化方案

　　根據文獻[10]，送風溫度為影響地板送風和頂板輻射供冷復合系統氣流組織、舒適度、能耗水平的主要影響因素之一.為改進設計工況的上述現象，擬適當提高送入室內的新風溫度，采用送風再熱的優化方式.目前工程上常用的再熱方法有電加熱、室內排風顯熱回收、室外新風熱回收、利用冷凝熱再熱[11].考慮現場改進的技術可行性和經濟性，顯熱回收裝置進行排風顯熱回收，以降低能耗、提高熱舒適性.經過表冷盤管后的除濕新風與室內排風在顯熱回收裝置內進行熱交換，再將溫度升高后的除濕新風送入室內.

　　其顯熱傳遞量的數學描述如式(4)所示：Qsens=εsensCmin(Texhaust，in-Tfresh，in)(4)Qsens—新排風顯熱交換量，kJ/h;εsens—設備顯熱交換效率;Cmin—最小熱容氣流，kJ/h·K;Texhaust，in—排風進口溫度，℃;Tfresh，in—新風進口溫度，℃.結合文中2、3節所述模擬方法，在TRNSYS中對優化工況下的室內溫濕度、能耗進行模擬計算.

　　4.2熱舒適性優化分析

　　優化工況下室內溫度、相對濕度的模擬結果.在夏季供冷周期內，室內平均溫度為24.71℃、平均相對濕度為59.02%，其中，72.56%時段室內溫度控制在24℃～28℃區間內，26.43%的時段室內溫度低于24℃，1%時段室內溫度大于28℃，相比設計工況，處于24℃～28℃的溫度達標時段增加，室內溫度波動減少，熱舒適性有明顯提升;另外相對濕度有90.67%時段控制在55%～65%區間內，7.98%時段低于55%，1.35%時段大于65%，相比設計工況，處于55%～65%的相對濕度達標時段增加，室內相對濕度水平得到了一定程度的改善.優化后室內熱舒適性達標時段增加約13.58%.

　　4.3制冷主機能耗優化分析優化工況下制冷主機逐時耗電量的模擬結果.

　　根據數據統計結果，制冷主機逐時耗電量主要在2kW·h以下，其中濕度控制系統主機約有47.67%時段耗電量為0kW·h，39.58%時段逐時耗電量處于0～1kW·h之間，9.23%時段逐時耗電量處于1～2kW·h之間，3.52%時段逐時耗電量為2kW·h以上;另外溫度控制系統主機約有72%時段耗電量為0kW·h，22.35%時段逐時耗電量處于0～1kW·h之間，5.17%時段逐時耗電量處于1～2kW·h之間，0.49%時段逐時耗電量為2kW·h以上.在夏季供冷周期內，濕度控制系統主機約有1764h處于停機狀態，溫度控制系統主機約有2664h處于停機狀態.由于送風溫度升高，室內熱舒適度得到改善，溫度控制系統主機運行時間相比設計工況增加約9%，其耗電量略有增加;濕度控制系統主機運行時間相比設計工況減少約26%，其耗電量得到了降低.二者逐時耗電量之和為2260.26kW·h，相比設計工況節能約6.79%.

　　4.4優化方案的動態投資經濟性分析

　　優化方案的經濟性分析采用動態投資回收期的評價方法[12]，動態投資回收期(P′t)計算公式如式(5)所示：P′t=-ln(1-Iic/R)/ln(1+ic)(5)優化方案所增設設備的期初投資I為1100元;根據優化后的節能效益，結合重慶市主城區居民用電價格確定投資后每年的凈收益R為206.9元;重慶地區標準收益率ic為5%.可得該方案動態投資回收期(P′t)為6.3年，小于項目壽命n=15年，表明此方案的經濟性合理.

　　5結論

　　1)本文通過TRNSYS搭建了試驗房THIC空調系統的仿真平臺，并在此基礎上進行了實測數據與模擬結果的對比校驗分析，驗證了該仿真平臺模擬計算結果的可靠性.2)分析表明，采用室內排風顯熱回收的優化方式可增加室內溫度達標時段，減少室內溫度的波動，改善室內相對濕度水平.采用該種優化方式后室內熱舒適性達標時段比設計工況增加約13.58%.3)優化工況下延長了溫度控制系統主機的運行時間，充分發揮了溫濕度獨立控制系統的優點，制冷主機能耗比設計工況降低6.79%;結合優化方案的經濟性分析結果，表明此方案技術可行、經濟合理.

　　參考文獻：

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　　[2]ZHANGT，LIUXH，JIANGY.DevelopmentofTemperatureandHumidityIndependentControl(THIC)Air-condi-tioningSystemsinChina—AReview[J].Renewable&SustainableEnergyReviews，2014，29(1)：793-803.

　　[3]張海強，劉曉華，江億.溫濕度獨立控制空調系統和常規空調系統的性能比較[J].暖通空調，2011，41(1)：48-52.

　　[4]歐陽琴，江英，譚超毅，等.溫濕度獨立控制空調系統的研究與應用[J].建筑節能，2011，39(5)：8-10.

　　作者：陳雋鋒，張永東，黎強，熊偉成