簡介
第一部分：溫濕度獨立控制空調技術簡介
一、常規空調技術存在的問題
從人體的熱舒適與健康出發，要求對室內溫度、濕度進行全面控制。夏季人體舒適區為25℃，相對濕度60%，此時露點溫度為16.6℃。空調排熱排濕的任務可以看成是從25℃的環境中向外界排熱，在16.6℃的露點溫度的環境下向外界排濕。目前空調方式的排熱排濕都是通過空氣冷卻器對空氣進行冷卻和冷凝除濕，再將冷卻乾燥的空氣送入室內，實現排熱排濕的目的。常規溫濕度混合處理的空調方式存在如下問題：
1、能源浪費。使用一套系統同時製冷和除濕，為了滿足用冷凝方法排除室內余濕，冷源的溫度需要低於室內空氣的露點溫度，考慮傳熱溫差與介質輸送溫差，實現16.6℃的露點溫度需要約7℃的冷源溫度，這是現有空調系統採用5～7℃的冷凍水、房間空調器中直接蒸發器的冷媒蒸發溫度也多在5℃的原因。在空調系統中，占總負荷一半以上的顯熱負荷部分，本可以採用高溫冷源排走的熱量卻與除濕一起共用5～7℃的低溫冷源進行處理，造成能量利用品位上的浪費。而且，經過冷凝除濕後的空氣雖然濕度（含濕量）滿足要求，但溫度過低，有時還需要再熱，造成了能源的進一步浪費與損失。
2、難以適應熱濕比的變化。通過冷凝方式對空氣進行冷卻和除濕，其吸收的顯熱與潛熱比只能在一定的範圍內變化，而建築物實際需要的熱濕比卻在較大的範圍內變化。一般是犧牲對濕度的控制，通過僅滿足室內溫度的要求來妥協，造成室內相對濕度過高或過低的現象。過高的結果是不舒適，進而降低室溫設定值，通過降低室溫來改善熱舒適，造成能耗不必要的增加；相對濕度過低也將導致由於與室外的焓差增加使處理室外新風的能耗增加。
3、造成室內空氣品質下降。大多數空調依靠空氣通過冷表面對空氣進行降溫除濕，這就導致冷表面成為潮濕表面甚至產生積水，空調停機後這樣的潮濕表面就成為黴菌繁殖的理想場所。空調系統繁殖和傳播黴菌成為空調可能引起健康問題的主要原因。另外，目前我國大多數城市的主要污染物仍是可吸入顆粒物，因此有效過濾空調系統引入的室外空氣是維持室內健康環境的重要問題。然而過濾器內必然是粉塵聚集處，如果再漂濺過一些冷凝水，則也成為各種微生物繁殖的理想場所。頻繁清洗過濾器既不現實，也不是根本的解決方案。
4、傳統的室內末端裝置有局限性。為排除足夠的餘熱余濕同時又不使送風溫度過低，就要求有較大的循環通風量。例如每平方米建築面積如果有80 W/m2顯熱需要排除，房間設定溫度為25℃，當送風溫度為15℃時，所要求循環風量為24 m3/hr/m2，這就往往造成室內很大的空氣流動，使居住者產生不適的吹風感。為減少這種吹風感，就要通過改進送風口的位置和形式來改善室內氣流組織。這往往要在室內布置風道，從而降低室內淨高或加大樓層間距。很大的通風量還極容易引起空氣噪聲，並且很難有效消除。在冬季，為了避免吹風感，即使安裝了空調系統，也往往不使用熱風，而是通過另一套的暖氣系統（如採暖散熱器）供熱。這樣就導致室內重複安裝兩套環境控制系統，分別供冬夏使用。
5、輸配能耗的問題。為了完成室內環境控制的任務就需要有輸配系統，帶走餘熱、余濕、CO2、氣味等。在中央空調系統中，風機、水泵消耗了40%～70%的整個空調系統的電耗。在常規中央空調系統中，多採用全空氣系統的形式。所有的冷量全部用空氣來傳送，導致輸配效率很低。相對而言，1m3水所輸送的熱量和3840 m3空氣所輸送的熱量是相當的。
此外，隨著能源問題的日益嚴重，以低品位熱能作為夏季空調動力成為迫切需要。目前北方地區大量的熱電聯產集中供熱系統在夏季由於無熱負荷而無法運行，使得電力負荷出現高峰的夏季熱電聯產發電設施反而停機，或者按純發電模式低效運行。如果可以利用這部分熱量驅動空調，既省下空調電耗，又可使熱電聯產電廠正常運行，增加發電能力。這樣即可減緩夏季供電壓力，又提高能源利用率，是熱電聯產系統繼續發展的關鍵。由於空調負荷在一天內變化顯著，與熱電聯產電廠提供熱能並不是很好匹配，如何實現有效的蓄能，以協調二者的矛盾也是熱能使用當中存在的問題。
綜上所述，空調的廣泛需求、人居環境健康的需要和能源系統平衡的要求，對目前空調方式提出了挑戰。新的空調應該具備的特點為：減少室內送風量、高效換熱末端、採用低品位能源、設定冷熱蓄能系統。從如上要求出發，目前普遍認為溫濕度獨立控制空調技術可能是一個有效的解決途徑。
特點
二、溫濕度獨立控制空調技術的特點
空調系統承擔著排除室內餘熱、余濕、CO2與異味的任務。研究表明：排除室內余濕與排除CO2、異味所需要的新風量與變化趨勢一致，即可以通過新風同時滿足排除余濕、CO2與異味的要求，而排除室內餘熱的任務則通過其他的系統（獨立的溫度控制系統）來實現。由於無需承擔除濕的任務，因而用較高溫度的冷源即可實現排除餘熱的任務。
溫濕度獨立控制空調系統中，採用溫度與濕度兩套獨立的空調控制系統，分別控制、調節室內的溫度與濕度，從而避免了常規空調系統中熱濕聯合處理所帶來的損失。由於溫度、濕度採用獨立的控制系統，可以滿足不同區域和同一區域不同房間熱濕比不斷變化的要求，克服了常規空調系統中難以同時滿足溫、濕度參數的要求，避免了室內濕度過高（或過低）的現象。
溫濕度獨立控制空調系統的基本組成為：處理顯熱的系統與處理潛熱的系統，兩個系統獨立調節分別控制室內的溫度與濕度（見圖1）。處理顯熱的系統包括：高溫冷源、餘熱消除末端裝置，採用水作為輸送媒介。由於除濕的任務由處理潛熱的系統承擔，因而顯熱系統的冷水供水溫度不再是常規冷凝除濕空調系統中的7℃，而是提高到18℃左右，從而為天然冷源的使用提供了條件。即使採用機械製冷方式，制冷機的性能係數也有大幅度的提高。餘熱消除末端裝置可以採用毛細管網換熱器、輻射板、乾式風機盤管等多種形式，由於供水的溫度高於室內空氣的露點溫度，因而不存在結露的危險。處理潛熱的系統，同時去除室內CO2、室內異味等，以保證室內空氣品質。此系統由新風處理機組、送風末端裝置組成，採用新風作為能量輸送的媒介。在處理潛熱的系統中，由於不一定需要處理溫度，因而濕度的處理可能有多種方法，如冷凝除濕、吸附除濕等。
圖1 溫濕度獨立控制空調系統
在溫濕度獨立控制空調系統中，採用新風來承擔排除室內余濕、CO2和室內異味的任務，以保證室內空氣品質。一般來說，這些排濕，排有害氣體的負荷僅隨室內人員數量而變化，因此可採用變風量方式，根據室內空氣的濕度或CO2的濃度調節風量。由於僅是為了滿足新風和濕度的要求，如果人均風量40 m3/hr，每人5平方米麵積，則換氣次數只在2～3次/hr，遠小於變風量系統的風量。這部分空氣可通過置換送風的方式從下側或地面送出，也可採用個性化送風方式直接將新風送入人體活動區。
室內的顯熱則通過另外的系統來排除（或補充）。由於這時只需要排除顯熱，就可以用較高溫度的冷源通過輻射、對流等多種方式實現。當室內設定溫度為25℃時，採用屋頂或垂直表面輻射方式，即使平均冷水溫度為20℃，每平米輻射表面仍可排除顯熱40 W/m2，已基本可滿足多數類型建築排除圍護結構和室內設備發熱量的要求。由於水溫一直高於室內露點溫度，因此不存在結露的危險和排凝水的要求。
溫濕度獨立控制空調系統實現了室內溫度和濕度的分別控制。尤其實現了新風量隨人員數量的同步增減，從而避免了變風量系統冬季人員增加，熱負荷降低，新風量也隨之降低的問題；與目前的風機盤管加新風方式比較，免去了凝水盤和凝水排除系統，徹底消除了實際工程中經常出現問題的這一隱患，同時由於不再存在潮濕表面，根除了滋生黴菌的溫床，可有效改善室內空氣品質。由於室內相對濕度可一直維持在60%以下，較高的室溫（26℃）就可以達到熱舒適要求。這就避免了由於相對濕度太高，只得把室溫降低（甚至到20℃），以維持舒適度要求的問題。既降低了運行能耗，又減少了由於室內外溫差過大造成的熱衝擊對健康的危害。
三、 高溫冷源的製備
由於潛熱由單獨的新風處理系統承擔，因而在溫度控制（餘熱去除）系統中，不再採用7℃的冷水同時滿足降溫與除濕的要求，而是採用約18℃的冷水即可滿足降溫要求。此溫度要求的冷水為很多天然冷源的使用提供了條件，如深井水、通過土壤源換熱器獲取冷水等，深井回灌與土壤源換熱器的冷水出水溫度與使用地的年平均溫度密切相關，我國很多地區可以直接利用該方式提供18℃冷水。在某些乾燥地區（如新疆等）通過直接蒸發或間接蒸發的方法獲取18℃冷水。
即使採用機械製冷方式，由於要求的壓縮比很小，根據製冷卡諾循環可以得到，制冷機的理想COP將有大幅度提高。如果將蒸發溫度從常規冷水機組的2～3℃提高到14～16℃，當冷凝溫度恆為40℃時，卡諾制冷機的COP將從7.2～7.5提高到11.0～12.0。對於現有的壓縮式制冷機、吸收式制冷機，怎樣改進其結構形式，使其在小壓縮比時能獲得較高的效率，則是對制冷機製造者提出的新課題。圖3是三菱重工（MHI）微型離心式高溫冷水機組的工作原理，採用“雙級壓縮+經濟器”的製冷循環形式和傳熱性能優異的高效傳熱管，最佳化設計離心式壓縮機葉輪和軸承，不僅突破了離心式冷水機組難以小型化的誤區，而且還具有非常高的性能係數COP。圖4示出了利用該微型離心式冷水機組製備高溫冷水時的性能計算值。從圖中可以看出：當冷凍水進、出水溫度為21/18℃、冷卻水進、出水溫度為37/32℃時，其COP=7.1，在部分負荷條件下或冷卻水溫度降低時，其性能則更為優越。
四、結論
與目前普遍使用的風機盤管加新風方式或全空氣方式相比，溫濕度獨立控制系統的特點可總結如下：
適應室內熱濕比的變化。溫濕度獨立控制系統分別控制房間的溫度和濕度，能夠滿足建築熱濕比隨時間與使用情況的變化，全面控制室內環境。並根據室內人員數量調節新風量，因此可獲得更好的室內環境控制效果和空氣品質。
末端方式不同。可採用輻射式末端或者乾式風機盤管吸收或提供顯熱，採用置換通風等方式送出乾燥的新風去除顯熱，冬夏共用同樣的末端裝置。處理顯熱的系統只需要18℃的冷水，這可通過多種低成本的和節能的方式提供，降低了運行能耗。
可以利用低品位能源，即使採用普通空調機組系統能效也會大大提高。這個特點有利於能源的廣泛選擇利用，特別有利於開發利用低品位的再生能源：如太陽能、地能、熱電廠餘熱回收等，對節能減排降耗意義重大。
舒適度大大提高。沒有強風感、沒有噪聲、不傳播細菌，是一種健康綠色的空調方式。
第二部分 毛細管網換熱器是溫濕度獨立控制空調技術的基石
一、毛細管網換熱器的結構
毛細管網是一種集配式結構（見圖5），具有以下特點：1、換熱均勻； 2、水力損失小；
3、換熱面積大； 4、換熱效果好。
圖5 集配式結構的毛細管網
因此，毛細管網是一種高效換熱器。毛細管網是PP-R原料製造，因此又具備了耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的特點，用途廣泛。毛細管網與散熱層和保溫層的結合使用進一步提高換熱效率，合稱為毛細管網換熱器，是理想的高效換熱器
