苏ICP备112451047180号-6
办公楼中温湿度独立控制空调系统的性能
摘要
温湿度独立控制（THIC）系统，分别控制室内的温度和湿度，在提高整个系统的性能和利用低品位能源方面能够替代常规HVAC的系统。为了验证THIC系统的有效性，在中国深圳已经有一个办公楼试点项目。在该系统中，通过热泵驱动的溶液除湿新风机组除去整个建筑内室外空气的全部潜热负荷，从制冷机出来的17.5℃的冷冻水被泵加压分布到干式风盘和辐射板来控制室内温度。本文介绍了该系统可以在非常炎热和潮湿的天气下提供一个舒适的室内环境。整个THIC系统的COP可以达到4.0。2009年记录得的该测试办公楼中THIC系统的能耗为32.249KWh /（m2年），与传统空调系统相比（大约49KWh/（m2年））有明显的节能。
关键词 THIC（温度和湿度的独立控制）；除湿；冷却；性能；空调
1前言
传统的HVAC系统通过冷凝除湿，空气被冷却和除湿是同时进行的。在大多数情况下，建筑物的显负荷占整个冷负荷载的大多数部分，而潜热负荷（湿负荷）占小部分。然而，由于除湿所需的冷却源的温度比冷却温度低得多，所以冷却水温度必须降低，以满足冷凝除湿的需求。此外，显负荷与潜热负荷之比的变化主要是由于室外气候与照明的变化，室内居住者数量不同，室内设备等等。因此，室内的温度和湿度这两个关键参数，也难以得到满足仅通过冷却盘管。在实践中，常见的解决方案是增加的湿度和减少设定点的温度，然后重新冷却达到适当的温度，这会导致一个巨大的能源浪费[1]。
为了避免上述问题，温湿度独立控制（THIC）空调系统脱颖而出，它是用温度控制子系统和湿度控制子系统分别独立控制温度和湿度的模式。此外，温度控制子系统的冷却温度可以从目前的7℃增加到17℃，从而改善冷水机组的性能或从环境中获得免费的冷源。
关于混合干燥剂除湿和空气调节系统的很多研究已经进行[1–4]，它集成了液体固体干燥剂单元与传统的冷却系统，以避免多余的冷却。近年来液体干燥剂发展迅速，其优点是在空气的露点以上的温度除湿，以避免在系统中再热过程，并在低温下，可以由低等级热源来驱动再生[5,6]。许多专注于提高其性能与工艺优化的研究已进行，如Yadav [7], DryKor Ltd. [8], Liu et al. [9]， Chen et al. [10]为北京的一个办公楼设计了一个热水驱动的溶液除湿和冷却装置的独立除湿空调系统，其可提供18-21℃冷冻水，可节省大约30％的冷却成本相比于传统的系统。由Ma等 [11]测试的一种混合动力系统的性能比传统的蒸汽压缩系统在30％的潜热负荷下高出44.5％，甚至可以达到73.8％在42％的潜热负荷下。此外，在炎热和潮湿地区下混合动力系统的可行性和性能研究被提出[12,13]。
本文将探讨在中国气候炎热和潮湿的南方现代化大都市深圳的一个办公楼的THIC空调系统的实际运行性能。在这种THIC系统，热泵驱动的溶液除湿新风机组除去整个新风的潜热负荷并且提供足够的新鲜空气，和高温冷水机组产生17.5℃的冷冻水通过室内终端设备（辐射板和干式风机盘管机组）来控制室内温度。该THIC系统的工作原理和性能测试结果将显示在本文中，并且包括对性能的提高的建议。
2 该THIC系统在一个办公楼的说明
该THIC系统在中国深圳的一个办公楼作为试点项目已经付诸实践。该系统在年7月已投入运行和有关建筑和空调系统的基本信息进入如下。
2.1 基础信息
5层写字楼，如图1所示，坐落于中国深圳，总建筑面积21960 m2，第1层至第5层的面积分别为5940m2，5045 m2，3876 m2，3908 m2，3191 m2。第一层的主要功能是餐厅，归档和车棚，第二层至第四层为办公房，第五层是会议室，并有前庭垂直穿过了第二至第四层楼的北建筑物。在前庭，上部带有通风百叶窗的幕墙位于其北表面，如图2所示。
图1 测试点深圳办公楼
图2 （a）实物图 （b）原理图
在图3显示，深圳户外条件一年都是相当炎热和潮湿。一年一度的室外空气相对湿度在80％左右，在夏季湿度比可高达20g/kg。该建筑需要在很长一段时间内冷却和除湿，在冬天无加热和加湿需求。因此，在这样的一个亚热带地区如何有效地处理水分是一个关键问题。
（a）每日最高平均和最低温度（b）日平均相对湿度（c）每日平均湿度比
图3 深圳的年度户外条件
2.2 该THIC空调系统
该THIC系统服务，从1到4层的13180m2净空调区域（总面积共18769m2），和5楼的供应是由几个独立的空调，其不在我们的讨论范围内。该THIC系统的示意图为图4。
图4 THIC空调系统原理图
图4的右边是湿度控制子系统，包括溶液除湿新风机组，供应充足的干燥新风进入被占领的空间。供给新风的体积与人的数量成正比，通过人体产生的污染物，CO2和潜热可以通过新风被除去。使用液体干燥剂的新风处理器的示意图如图5（a）所示，它是由一个两阶段的热回收设备和耦合制冷循环的两级空气处理装置组成。溴化锂（LiBr）水溶液在空气处理器中作为液体干燥剂。热回收器是用来回收从室内排出的空气（回风）能量，以减少新风处理过程中的能耗。在热泵驱动的空气处理装置中，从除湿模块中出来的稀释液通过冷凝器和集中再生模块进行加热，然后热的浓溶液通过热交换器和蒸发器冷却进入除湿模块，最后用来除去新风中的水分。为了把它弄清楚，空气处理过程会显示在空气中的湿度图5（b）中。新风在被供给到所占用的空间之前首先通过从室内排出的空气的总热量回收装置回收能量，然后流入除湿模块被进一步除湿和冷却。一般来说，液体干燥剂新风机组（从新风中除去的总热量除以由热泵和溶液泵的功耗）的COP可高达5.0。其三个主要原因：（1）室内排出的空气的冷却能力被充分利用，新风带走从回收设备回收的总热量；（2）蒸发器的冷却能力和冷凝器的排热量被利用，以提高空气调节处理；（3 ）热泵的效率显著提高所要求的蒸发温度比传统的冷凝除湿系统高得多。此外，在图5（b）所示中，所供给的空气温度比室内空气的温度低，所以液体干燥剂系统可以除去建筑物的部分显负荷，以及整个潜热负荷。
图5 溶液除湿新风机组（a）空气处理机原理 （b）空气焓湿图空气处理过程
图4的左侧是温度控制子系统，占用了其余的显负荷来控制室内温度，包括高温冷水机组，冷却塔，冷却水泵，冷冻水泵和室内终端设备（辐射板和干式风机盘管机组）。高温冷水机组是采用额定COP 8.3（设计条件：冷冻水和冷却水的进出口温度分别为20.5℃/17.5℃和30.0℃/35.0℃）的离心式冷水机组，这比传统的冷水机组在冷却水温度12℃/ 7℃的高。作为室内终端设备，如图中6所示，干式风机盘管（FUCs）处理的冷负荷约占温度控制子系统的整个冷负荷的81％，如餐厅，归档和办公区域，而地板辐射和辐射吊顶板应用在前庭和一些办公客房，占负荷的19％。
图6 室内末端设备（a）干式风机盘管（b）辐射板
在前面的章节中，整个THIC系统布局已经简要介绍。具体地讲，大空间分层空调设计原则的关键是选择前庭的空调设计如图2（b）所示。具体而言，在占领区（2米以上的高度），17.5℃温度的冷冻水被加压分配到地板辐射冷却及干燥处理新风和排出室内空气并驱逐在底部和中间的空气，形成了“干空气层”，以保护冰冷的地板表面结露：远离占领区域的较高空间，太阳辐射透过玻璃幕墙被装饰装潢吸收，热量被穿过百叶窗的自然通风直接带走。
温度控制子系统和湿度控制子系统可以单独根据环境条件和室内的要求进行操作。
l 在炎热和潮湿的户外气候下两个子系统一起操作；
l 在寒冷潮湿环境条件下只有湿度控制子系统工作；
l 过滤时室外空气足够干燥，例如11g/kg，室外空气被直接引入到占用的空间。
3 该THIC系统的性能测试
3.1 室内热环境
图7显示在室外温度和相对湿度分别为34.9℃和61％条件下，室内温度、湿度比和CO2的测试结果。如图所示，THIC系统可以提供一个适宜的温度和良好的室内空气质量的室内环境。
图7 办公楼的室内环境 (a)温度 (b)湿度比 (c)CO2浓度
图8展示了沿着前庭垂直方向，测试的温度和湿度比的分布。在被占领的区域（2米以上的高度），温度和湿度比分别约为26℃和12g/kg，符合人体热舒适性。沿垂直方向温度和湿度比快速增加，在10米的高度分别达到约30℃和2012g/kg。由于强烈的太阳辐射和高环境温度，上部空间的峰值温度（超过7米）发生在中午。根据测试结果，在大空间应用THIC系统是节能有效的，只有保持舒适的居住地区条件和室内温度和湿度比沿垂直方向有明显的分层。而且，百叶窗自然通风有助于除去装饰品从室外的环境所吸收的热量。
图8 温度和湿度延前庭垂直方向的分布（a）温度（b）湿度比
3.2 该系统的能源效率
该THIC系统的能源效率的现场测试是在部分负荷条件下和室外非常炎热和潮湿的条件下进行的。前者是在2009年5月27日，29.3℃环境温度和79％相对湿度（绝对湿度20.3 g/kg），而后者是在2009年7月16日，34.9℃环境温度和61％的相对湿度（绝对湿度21.6g/kg）。测量被分成两部分：湿度控制子系统和温度控制子系统。
3.2.1 该湿度控制子系统的能效
在2009年5月27对日液体除湿新风机组的性能进行了逐一测试，根据通过测量处理器和压缩机，溶液泵和风机的流速，空气入口和出口的参数。七个新鲜空气单元的测试结果总结在表1中，其他两个处理器被忽略由于难以安装测量传感器。
表1 新风处理机组（室外条件：29.3℃和20.3g/kg）的性能
二楼东侧的处理器就是一个典型的新风机组例子。新风流速为5059m3/ h，室外空气参数为29.3℃和20.3g/kg，送风参数为17.1℃和6.2 g/kg。因此，制冷量（Qair）通过能量平衡方程计算为82.6kw。处理器内部的压缩机和溶液泵（Pair）输入功率为17.8kw，送风机和排风机的输入功率（Pfan）为2.2kw。因此，新风机组的性能系数（COPair），风机的传输系数（TCfan）和整个除湿过程性能系数（COPhum），如方程 （1）（2）和（3）所示分别为4.7，37.5和4.2。
在表1中，测试的7台新风机组COPair都在4.4-4.9的范围内，TCfan是35-40，和整个湿处理过程的COPair为 4.0-4.4 。
根据2009年5月27日的测试数据和新风机组和风机的额定参数，整个湿度控制子系统的计算制冷量是773.0kw，内部压缩机和溶液泵的总输入功率为166.9kw，风机总输入功率为20.0kw，所以湿度控制子系统的性能系数（COPHUM）由方程式（4）计算为4.1。
同样，在2009年7月16日的测试数据的基础上，COPHUM在设计条件下为4.1，其中计算出的冷量为915.0kw，总的内部压缩机和溶液泵的输入功率为194.4kw和风机总输入功率为25.1kw。
3.2.2 该温度控制子系统的能效
冷水机组，冷却塔，冷却水泵和冷冻水泵和室内干燥风机盘管的性能进行了测定，根据测得的流速，冷水机组中水的入口和出口参数及其输入功率。
根据部分负荷条件（5月27日）下的测试数据，温度控制子系统所计算的制冷量（QCH）为446.1kw与120.8kw总输入功率，所以温度控制子系统的COP（COPTEMP），按方程 （5） 计算为3.7。同样，COPTEMP在非常炎热和潮湿的条件（7月16日）下为4.1，与计算冷却能力为543.4kw和总输入功率为133.6kw。
3.2.3 整个THIC系统的能源效率
大楼的整个负荷是由潜热负荷和显负荷组成。前者是既由新风引入又有住户和室内植物通过呼吸和排汗释放的湿气，而后者是由通风，传热，太阳辐射，加热装置的功耗和乘员的活动等引起的，如图9所示。在THIC系统中，经处理的室外空气被用于去除整个潜热负荷及显负荷的一部分，同时冷却装置提供高温的冷却水以除去剩下的显负荷。通过计算，在部分负荷条件下，湿度控制子系统除去整个冷却负荷的63％与61％的环境控制能耗，并且温度控制子系统除去剩下的37％的负荷与其余39％的能量消耗。类似的结论也可以从在非常炎热和潮湿的室外条件下的测试结果得出。
图9 THIC系统的冷负荷和功耗（a）冷负荷比例 （b）功耗比例
从上面的试验数据计算THIC系统的整体COP（COPSYS）在部分负荷和非常炎热和潮湿的室外气候下分别是4.0和4.1如方程式（6）所示。
基于这两个典型工作条件下的测试结果，确信THIC系统在这个办公楼已经实现了高效率，其总COP超过4.0。对于传统的空调系统，如风机盘管加新风供应系统或所有空气系统，整个系统的性能测量的平均系数低于3.0。因此，THIC系统与现有系统相比较，能量效率有一个显着的提高。
3.3 该THIC系统的能源消耗
THIC系统的能耗是由电能计量监控系统测量的。图10显示系统从2009年4月15日至2009年10月15日（除双休日及法定节假日）的每月耗电量。总能耗为425MWh在空调的季节，以及湿度控制子系统占用的总功率消耗的61％，这与湿度控制子系统除去的冷负荷的比率是成比例的。
图10 该THIC系统每个月的耗电量
该THIC系统的单位建筑面积和单位净值空调面积能耗分别为22.6KWh/（m2年）和32.2 KWh/（m2年）。然而，在同一时间在深圳类似的建筑围护结构和人员密度的办公楼的平均能耗水平分别约42 KWh/（m2年））和49 KWh/（m2年）根据由zi[15]的研究结果。因此，与传统的空调系统相比，THIC系统在此办公楼达到明显的节能。THIC系统的初始成本比传统的风机盘管加室外空气处理系统高出约10-20％，而增加的成本可在大约两年被回收。
4 讨论
据我们所知，冷却空气可以比除湿冷凝更容易实现，因为后者要求冷却源的温度低于前者。然而，测试的温度控制子系统的COP低于或等于在该THIC系统中的湿度控制子系统。因此，本节将重点放在如何提高温度控制子系统的性能。
据表4中所示的温度控制子系统各部件的性能，温度控制子系统三个主要的改进建议：（1）修改所述冷冻水泵的频率；（2）通过紧固拧紧带改善冷却塔的性能；（3）干工况下提高风机盘管的性能。前两种方法可以容易地实现，而第三个依赖于新的风机盘管产品的改进。
4.1 改善冷冻水泵的性能
如图9（b）和表4所示，冷冻水泵的功率消耗接近冷却塔的60％。这是因为变速泵在50赫兹运行在过去的冷水机组的冷冻水进出口的温度差只有1.6-1.8℃，而设计值是3.0℃。因此，冷冻水泵的功耗可以通过频率调节降低冷却水的流速之后大大降低。举例来说，如果冷冻水泵的传输系数（TCCWP）从当前的14.6-18.5增加至25的经验值，冷冻水泵节约的能量可高达40％左右。
4.2 改善冷却塔的性能
根据表4，冷却塔的输送效率（TCCT）接近140，比200的经验指数低。然后详细的性能测试被推出。对于冷却塔，空气与水的质量流量比为0.55，具有空气的流速99620kg/h和水的流速180000kg/h，以及进、出水温度和室外空气的湿球温度分别为35.6℃，32.9℃和28.3℃下。因此，在冷却塔（冷却水可能的最大温度变化除以温度变化）的效率为（35.6 - 32.9）/（35.6 - 28.3）= 37％。通过实地调查，风扇的皮带松动引起的低空气流速，导致了冷却塔的效率低。
在冷却塔中的整个空调系统的能量消耗是比较小的，但它通过影响冷凝温度严重的影响冷却器的性能。如果空气流量增加至约180,000 kg/h，冷却塔的预期效率可以高于55％。因此，冷凝温度可降低至少2℃。其结果是，冷却塔的COP（COPCH）可以从当前的8.5提高到9.3。
4.3 提高风机盘管的性能
由于在这个THIC系统中冷冻水入口温度比室内露点温度更高，风机盘管机组在干工况下在这栋楼投入使用，除去建筑物很大一部分的显负荷。目前，采用干式风机盘管的配置类似于原来的湿风机盘管（标准冷冻水进水温度7℃和输运系数50）。然而，被测试的干式风机盘管的传输系数（TC FCU）大约为20，如 表4所示。事实上，干式风机盘管的配置应该与湿风机盘管是相当不同的，因为冷凝水不存在于干风机盘管。TCFCU接近50的新配置的干风机盘管已经出现了。因此，提高干式风机盘管的性能系数与输运系数上升至约40有着巨大的潜力。
5 结论
该THIC系统在办公楼在深圳的经营业绩在本文提出。溶液除湿新风机组是用来提供干燥的新鲜空气来控制室内湿度，和17.5℃温度下的冷却水被加压和分配到辐射板和干式风机盘管机组控制室内温度。以下是基于所检测的结果的结论：
（1）该THIC系统可以提供一个舒适的室内环境，室内温度、湿度比率以及CO2的浓度都在舒适范围内。
（2）整个THIC系统的COP可以达到4.0，与温度的控制子系统的COP和湿度控制子系统的COP分别为3.7-4.1和4.1。该THIC系统在测试办公楼的能量消耗是32.2KHh/（M2年）（净空气调节区），即在文献报道中能量效率比传统空调系统高得多。
（3）提供温度控制子系统可能的改进，包括对冷冻水泵，冷却塔和风机盘管的改进。因此，预期的系统COP可进一步提高到4.4，它可以节省9％与目前空调系统相比。
参考文献
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摘要
温湿度独立控制（THIC）系统，分别控制室内的温度和湿度，在提高整个系统的性能和利用低品位能源方面能够替代常规HVAC的系统。为了验证THIC系统的有效性，在中国深圳已经有一个办公楼试点项目。在该系统中，通过热泵驱动的溶液除湿新风机组除去整个建筑内室外空气的全部潜热负荷，从制冷机出来的17.5℃的冷冻水被泵加压分布到干式风盘和辐射板来控制室内温度。本文介绍了该系统可以在非常炎热和潮湿的天气下提供一个舒适的室内环境。整个THIC系统的COP可以达到4.0。2009年记录得的该测试办公楼中THIC系统的能耗为32.249KWh /（m2年），与传统空调系统相比（大约49KWh/（m2年））有明显的节能。
关键词 THIC（温度和湿度的独立控制）；除湿；冷却；性能；空调
1前言
传统的HVAC系统通过冷凝除湿，空气被冷却和除湿是同时进行的。在大多数情况下，建筑物的显负荷占整个冷负荷载的大多数部分，而潜热负荷（湿负荷）占小部分。然而，由于除湿所需的冷却源的温度比冷却温度低得多，所以冷却水温度必须降低，以满足冷凝除湿的需求。此外，显负荷与潜热负荷之比的变化主要是由于室外气候与照明的变化，室内居住者数量不同，室内设备等等。因此，室内的温度和湿度这两个关键参数，也难以得到满足仅通过冷却盘管。在实践中，常见的解决方案是增加的湿度和减少设定点的温度，然后重新冷却达到适当的温度，这会导致一个巨大的能源浪费[1]。
为了避免上述问题，温湿度独立控制（THIC）空调系统脱颖而出，它是用温度控制子系统和湿度控制子系统分别独立控制温度和湿度的模式。此外，温度控制子系统的冷却温度可以从目前的7℃增加到17℃，从而改善冷水机组的性能或从环境中获得免费的冷源。
关于混合干燥剂除湿和空气调节系统的很多研究已经进行[1–4]，它集成了液体固体干燥剂单元与传统的冷却系统，以避免多余的冷却。近年来液体干燥剂发展迅速，其优点是在空气的露点以上的温度除湿，以避免在系统中再热过程，并在低温下，可以由低等级热源来驱动再生[5,6]。许多专注于提高其性能与工艺优化的研究已进行，如Yadav [7], DryKor Ltd. [8], Liu et al. [9]， Chen et al. [10]为北京的一个办公楼设计了一个热水驱动的溶液除湿和冷却装置的独立除湿空调系统，其可提供18-21℃冷冻水，可节省大约30％的冷却成本相比于传统的系统。由Ma等 [11]测试的一种混合动力系统的性能比传统的蒸汽压缩系统在30％的潜热负荷下高出44.5％，甚至可以达到73.8％在42％的潜热负荷下。此外，在炎热和潮湿地区下混合动力系统的可行性和性能研究被提出[12,13]。
本文将探讨在中国气候炎热和潮湿的南方现代化大都市深圳的一个办公楼的THIC空调系统的实际运行性能。在这种THIC系统，热泵驱动的溶液除湿新风机组除去整个新风的潜热负荷并且提供足够的新鲜空气，和高温冷水机组产生17.5℃的冷冻水通过室内终端设备（辐射板和干式风机盘管机组）来控制室内温度。该THIC系统的工作原理和性能测试结果将显示在本文中，并且包括对性能的提高的建议。
2 该THIC系统在一个办公楼的说明
该THIC系统在中国深圳的一个办公楼作为试点项目已经付诸实践。该系统在年7月已投入运行和有关建筑和空调系统的基本信息进入如下。
2.1 基础信息
5层写字楼，如图1所示，坐落于中国深圳，总建筑面积21960 m2，第1层至第5层的面积分别为5940m2，5045 m2，3876 m2，3908 m2，3191 m2。第一层的主要功能是餐厅，归档和车棚，第二层至第四层为办公房，第五层是会议室，并有前庭垂直穿过了第二至第四层楼的北建筑物。在前庭，上部带有通风百叶窗的幕墙位于其北表面，如图2所示。
图1 测试点深圳办公楼
图2 （a）实物图 （b）原理图
在图3显示，深圳户外条件一年都是相当炎热和潮湿。一年一度的室外空气相对湿度在80％左右，在夏季湿度比可高达20g/kg。该建筑需要在很长一段时间内冷却和除湿，在冬天无加热和加湿需求。因此，在这样的一个亚热带地区如何有效地处理水分是一个关键问题。
（a）每日最高平均和最低温度（b）日平均相对湿度（c）每日平均湿度比
图3 深圳的年度户外条件
2.2 该THIC空调系统
该THIC系统服务，从1到4层的13180m2净空调区域（总面积共18769m2），和5楼的供应是由几个独立的空调，其不在我们的讨论范围内。该THIC系统的示意图为图4。
图4 THIC空调系统原理图
图4的右边是湿度控制子系统，包括溶液除湿新风机组，供应充足的干燥新风进入被占领的空间。供给新风的体积与人的数量成正比，通过人体产生的污染物，CO2和潜热可以通过新风被除去。使用液体干燥剂的新风处理器的示意图如图5（a）所示，它是由一个两阶段的热回收设备和耦合制冷循环的两级空气处理装置组成。溴化锂（LiBr）水溶液在空气处理器中作为液体干燥剂。热回收器是用来回收从室内排出的空气（回风）能量，以减少新风处理过程中的能耗。在热泵驱动的空气处理装置中，从除湿模块中出来的稀释液通过冷凝器和集中再生模块进行加热，然后热的浓溶液通过热交换器和蒸发器冷却进入除湿模块，最后用来除去新风中的水分。为了把它弄清楚，空气处理过程会显示在空气中的湿度图5（b）中。新风在被供给到所占用的空间之前首先通过从室内排出的空气的总热量回收装置回收能量，然后流入除湿模块被进一步除湿和冷却。一般来说，液体干燥剂新风机组（从新风中除去的总热量除以由热泵和溶液泵的功耗）的COP可高达5.0。其三个主要原因：（1）室内排出的空气的冷却能力被充分利用，新风带走从回收设备回收的总热量；（2）蒸发器的冷却能力和冷凝器的排热量被利用，以提高空气调节处理；（3 ）热泵的效率显著提高所要求的蒸发温度比传统的冷凝除湿系统高得多。此外，在图5（b）所示中，所供给的空气温度比室内空气的温度低，所以液体干燥剂系统可以除去建筑物的部分显负荷，以及整个潜热负荷。
图5 溶液除湿新风机组（a）空气处理机原理 （b）空气焓湿图空气处理过程
图4的左侧是温度控制子系统，占用了其余的显负荷来控制室内温度，包括高温冷水机组，冷却塔，冷却水泵，冷冻水泵和室内终端设备（辐射板和干式风机盘管机组）。高温冷水机组是采用额定COP 8.3（设计条件：冷冻水和冷却水的进出口温度分别为20.5℃/17.5℃和30.0℃/35.0℃）的离心式冷水机组，这比传统的冷水机组在冷却水温度12℃/ 7℃的高。作为室内终端设备，如图中6所示，干式风机盘管（FUCs）处理的冷负荷约占温度控制子系统的整个冷负荷的81％，如餐厅，归档和办公区域，而地板辐射和辐射吊顶板应用在前庭和一些办公客房，占负荷的19％。
图6 室内末端设备（a）干式风机盘管（b）辐射板
在前面的章节中，整个THIC系统布局已经简要介绍。具体地讲，大空间分层空调设计原则的关键是选择前庭的空调设计如图2（b）所示。具体而言，在占领区（2米以上的高度），17.5℃温度的冷冻水被加压分配到地板辐射冷却及干燥处理新风和排出室内空气并驱逐在底部和中间的空气，形成了“干空气层”，以保护冰冷的地板表面结露：远离占领区域的较高空间，太阳辐射透过玻璃幕墙被装饰装潢吸收，热量被穿过百叶窗的自然通风直接带走。
温度控制子系统和湿度控制子系统可以单独根据环境条件和室内的要求进行操作。
l 在炎热和潮湿的户外气候下两个子系统一起操作；
l 在寒冷潮湿环境条件下只有湿度控制子系统工作；
l 过滤时室外空气足够干燥，例如11g/kg，室外空气被直接引入到占用的空间。
3 该THIC系统的性能测试
3.1 室内热环境
图7显示在室外温度和相对湿度分别为34.9℃和61％条件下，室内温度、湿度比和CO2的测试结果。如图所示，THIC系统可以提供一个适宜的温度和良好的室内空气质量的室内环境。
图7 办公楼的室内环境 (a)温度 (b)湿度比 (c)CO2浓度
图8展示了沿着前庭垂直方向，测试的温度和湿度比的分布。在被占领的区域（2米以上的高度），温度和湿度比分别约为26℃和12g/kg，符合人体热舒适性。沿垂直方向温度和湿度比快速增加，在10米的高度分别达到约30℃和2012g/kg。由于强烈的太阳辐射和高环境温度，上部空间的峰值温度（超过7米）发生在中午。根据测试结果，在大空间应用THIC系统是节能有效的，只有保持舒适的居住地区条件和室内温度和湿度比沿垂直方向有明显的分层。而且，百叶窗自然通风有助于除去装饰品从室外的环境所吸收的热量。
图8 温度和湿度延前庭垂直方向的分布（a）温度（b）湿度比
3.2 该系统的能源效率
该THIC系统的能源效率的现场测试是在部分负荷条件下和室外非常炎热和潮湿的条件下进行的。前者是在2009年5月27日，29.3℃环境温度和79％相对湿度（绝对湿度20.3 g/kg），而后者是在2009年7月16日，34.9℃环境温度和61％的相对湿度（绝对湿度21.6g/kg）。测量被分成两部分：湿度控制子系统和温度控制子系统。
3.2.1 该湿度控制子系统的能效
在2009年5月27对日液体除湿新风机组的性能进行了逐一测试，根据通过测量处理器和压缩机，溶液泵和风机的流速，空气入口和出口的参数。七个新鲜空气单元的测试结果总结在表1中，其他两个处理器被忽略由于难以安装测量传感器。
表1 新风处理机组（室外条件：29.3℃和20.3g/kg）的性能
| 地方 | 新风 | 制冷量（kw） | 输入功（kW） | COPair | TCfan | COPhum | |||
|
流量 (m3/h） |
温度 ℃ |
湿度比（g/kg） | 压缩机和溶液泵 | 风机 | |||||
| 二楼东侧 | 5059 | 17.1 | 6.2 | 82.6 | 17.8 | 2.2 | 4.7 | 37.5 | 4.2 |
| 二楼西侧 | 5195 | 16.7 | 6.1 | 86.0 | 17.6 | 2.3 | 4.9 | 37.4 | 4.3 |
| 3楼东侧 | 4972 | 16.8 | 6.5 | 80.4 | 18.2 | 2.2 | 4.4 | 36.5 | 4.0 |
| 3楼西侧 | 5215 | 16.6 | 6.2 | 86.4 | 17.6 | 2.2 | 4.9 | 39.3 | 4.4 |
| 4楼东侧 | 4261 | 16.7 | 6.4 | 69.5 | 15.0 | 1.7 | 4.6 | 40.9 | 4.2 |
| 4楼中间端 | 1940 | 16.5 | 6.2 | 32.1 | 7.1 | 0.9 | 4.5 | 35.7 | 4.0 |
| 4楼西侧 | 4307 | 16.3 | 6.1 | 72.0 | 15.3 | 1.8 | 4.7 | 40.0 | 4.2 |
二楼东侧的处理器就是一个典型的新风机组例子。新风流速为5059m3/ h，室外空气参数为29.3℃和20.3g/kg，送风参数为17.1℃和6.2 g/kg。因此，制冷量（Qair）通过能量平衡方程计算为82.6kw。处理器内部的压缩机和溶液泵（Pair）输入功率为17.8kw，送风机和排风机的输入功率（Pfan）为2.2kw。因此，新风机组的性能系数（COPair），风机的传输系数（TCfan）和整个除湿过程性能系数（COPhum），如方程 （1）（2）和（3）所示分别为4.7，37.5和4.2。
在表1中，测试的7台新风机组COPair都在4.4-4.9的范围内，TCfan是35-40，和整个湿处理过程的COPair为 4.0-4.4 。
根据2009年5月27日的测试数据和新风机组和风机的额定参数，整个湿度控制子系统的计算制冷量是773.0kw，内部压缩机和溶液泵的总输入功率为166.9kw，风机总输入功率为20.0kw，所以湿度控制子系统的性能系数（COPHUM）由方程式（4）计算为4.1。
同样，在2009年7月16日的测试数据的基础上，COPHUM在设计条件下为4.1，其中计算出的冷量为915.0kw，总的内部压缩机和溶液泵的输入功率为194.4kw和风机总输入功率为25.1kw。
3.2.2 该温度控制子系统的能效
冷水机组，冷却塔，冷却水泵和冷冻水泵和室内干燥风机盘管的性能进行了测定，根据测得的流速，冷水机组中水的入口和出口参数及其输入功率。
根据部分负荷条件（5月27日）下的测试数据，温度控制子系统所计算的制冷量（QCH）为446.1kw与120.8kw总输入功率，所以温度控制子系统的COP（COPTEMP），按方程 （5） 计算为3.7。同样，COPTEMP在非常炎热和潮湿的条件（7月16日）下为4.1，与计算冷却能力为543.4kw和总输入功率为133.6kw。
3.2.3 整个THIC系统的能源效率
大楼的整个负荷是由潜热负荷和显负荷组成。前者是既由新风引入又有住户和室内植物通过呼吸和排汗释放的湿气，而后者是由通风，传热，太阳辐射，加热装置的功耗和乘员的活动等引起的，如图9所示。在THIC系统中，经处理的室外空气被用于去除整个潜热负荷及显负荷的一部分，同时冷却装置提供高温的冷却水以除去剩下的显负荷。通过计算，在部分负荷条件下，湿度控制子系统除去整个冷却负荷的63％与61％的环境控制能耗，并且温度控制子系统除去剩下的37％的负荷与其余39％的能量消耗。类似的结论也可以从在非常炎热和潮湿的室外条件下的测试结果得出。
图9 THIC系统的冷负荷和功耗（a）冷负荷比例 （b）功耗比例
从上面的试验数据计算THIC系统的整体COP（COPSYS）在部分负荷和非常炎热和潮湿的室外气候下分别是4.0和4.1如方程式（6）所示。
基于这两个典型工作条件下的测试结果，确信THIC系统在这个办公楼已经实现了高效率，其总COP超过4.0。对于传统的空调系统，如风机盘管加新风供应系统或所有空气系统，整个系统的性能测量的平均系数低于3.0。因此，THIC系统与现有系统相比较，能量效率有一个显着的提高。
3.3 该THIC系统的能源消耗
THIC系统的能耗是由电能计量监控系统测量的。图10显示系统从2009年4月15日至2009年10月15日（除双休日及法定节假日）的每月耗电量。总能耗为425MWh在空调的季节，以及湿度控制子系统占用的总功率消耗的61％，这与湿度控制子系统除去的冷负荷的比率是成比例的。
图10 该THIC系统每个月的耗电量
该THIC系统的单位建筑面积和单位净值空调面积能耗分别为22.6KWh/（m2年）和32.2 KWh/（m2年）。然而，在同一时间在深圳类似的建筑围护结构和人员密度的办公楼的平均能耗水平分别约42 KWh/（m2年））和49 KWh/（m2年）根据由zi[15]的研究结果。因此，与传统的空调系统相比，THIC系统在此办公楼达到明显的节能。THIC系统的初始成本比传统的风机盘管加室外空气处理系统高出约10-20％，而增加的成本可在大约两年被回收。
4 讨论
据我们所知，冷却空气可以比除湿冷凝更容易实现，因为后者要求冷却源的温度低于前者。然而，测试的温度控制子系统的COP低于或等于在该THIC系统中的湿度控制子系统。因此，本节将重点放在如何提高温度控制子系统的性能。
据表4中所示的温度控制子系统各部件的性能，温度控制子系统三个主要的改进建议：（1）修改所述冷冻水泵的频率；（2）通过紧固拧紧带改善冷却塔的性能；（3）干工况下提高风机盘管的性能。前两种方法可以容易地实现，而第三个依赖于新的风机盘管产品的改进。
4.1 改善冷冻水泵的性能
如图9（b）和表4所示，冷冻水泵的功率消耗接近冷却塔的60％。这是因为变速泵在50赫兹运行在过去的冷水机组的冷冻水进出口的温度差只有1.6-1.8℃，而设计值是3.0℃。因此，冷冻水泵的功耗可以通过频率调节降低冷却水的流速之后大大降低。举例来说，如果冷冻水泵的传输系数（TCCWP）从当前的14.6-18.5增加至25的经验值，冷冻水泵节约的能量可高达40％左右。
4.2 改善冷却塔的性能
根据表4，冷却塔的输送效率（TCCT）接近140，比200的经验指数低。然后详细的性能测试被推出。对于冷却塔，空气与水的质量流量比为0.55，具有空气的流速99620kg/h和水的流速180000kg/h，以及进、出水温度和室外空气的湿球温度分别为35.6℃，32.9℃和28.3℃下。因此，在冷却塔（冷却水可能的最大温度变化除以温度变化）的效率为（35.6 - 32.9）/（35.6 - 28.3）= 37％。通过实地调查，风扇的皮带松动引起的低空气流速，导致了冷却塔的效率低。
在冷却塔中的整个空调系统的能量消耗是比较小的，但它通过影响冷凝温度严重的影响冷却器的性能。如果空气流量增加至约180,000 kg/h，冷却塔的预期效率可以高于55％。因此，冷凝温度可降低至少2℃。其结果是，冷却塔的COP（COPCH）可以从当前的8.5提高到9.3。
4.3 提高风机盘管的性能
由于在这个THIC系统中冷冻水入口温度比室内露点温度更高，风机盘管机组在干工况下在这栋楼投入使用，除去建筑物很大一部分的显负荷。目前，采用干式风机盘管的配置类似于原来的湿风机盘管（标准冷冻水进水温度7℃和输运系数50）。然而，被测试的干式风机盘管的传输系数（TC FCU）大约为20，如 表4所示。事实上，干式风机盘管的配置应该与湿风机盘管是相当不同的，因为冷凝水不存在于干风机盘管。TCFCU接近50的新配置的干风机盘管已经出现了。因此，提高干式风机盘管的性能系数与输运系数上升至约40有着巨大的潜力。
5 结论
该THIC系统在办公楼在深圳的经营业绩在本文提出。溶液除湿新风机组是用来提供干燥的新鲜空气来控制室内湿度，和17.5℃温度下的冷却水被加压和分配到辐射板和干式风机盘管机组控制室内温度。以下是基于所检测的结果的结论：
（1）该THIC系统可以提供一个舒适的室内环境，室内温度、湿度比率以及CO2的浓度都在舒适范围内。
（2）整个THIC系统的COP可以达到4.0，与温度的控制子系统的COP和湿度控制子系统的COP分别为3.7-4.1和4.1。该THIC系统在测试办公楼的能量消耗是32.2KHh/（M2年）（净空气调节区），即在文献报道中能量效率比传统空调系统高得多。
（3）提供温度控制子系统可能的改进，包括对冷冻水泵，冷却塔和风机盘管的改进。因此，预期的系统COP可进一步提高到4.4，它可以节省9％与目前空调系统相比。
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