CN101636623B - 高效率混合空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合空调系统(45)，其具有传统的空调系统(46)和热电模块(80，85，90，95)以供暖和制冷，所述热电模块(80，85，90，95)提供余热或余冷以补偿所述传统的空调系统(46)的需求，从而降低能耗和提高整个混合空调系统(45)的效率。

Description

高效率混合空调系统
技术领域
本发明涉及一种混合空调系统，该混合空调系统采用传统的空调设备提供初级的温度控制及采用热电制冷和/或供暖设备提供局部的温度控制。
背景技术
液体循环制冷系统的效率取决于冷却水的设定温度或蒸发器的设定温度。对于一个特定的系统和一个固定的周围环境，设定的温度越高，得到的系统效率就越高。同样，供暖系统的效率也直接取决于传统系统中的冷凝器或热水温度。在这种情况下，对于一个特定的系统和一个固定的周围环境，设定的温度越低，得到的系统效率将越高。
热电装置由半导体材料组成，当电荷载体通过该材料时，所述半导体材料自第一方或热源一方向第二方或冷源一方传送热量。当热源一方和冷源一方之间存在小温差时，热电制冷和供暖系统会运行地更有效率。且热电装置对温度设置上的变化更加灵敏，其还具有更高的可靠性和更少的维修需要，因为它们的运动机件比传统系统的少。这种系统同样对温度设置更加灵敏，且重量更轻，噪音更小，控制更精确。
蒸汽压缩和吸收的空调系统用于制冷住宅及商业大厦，其中多区的温度控制是最有效的方式，且能给居住者提供最大的舒适。利用传统的空调系统实现此种舒适性的按需分区控制是困难和昂贵的，因为无论哪里需要制冷都不得不激活整个蒸发器和冷凝器部件。一种包含热电制冷系统的混合空调系统可以实现局部制冷而无需一直运行主要的制冷系统。这种混合空调系统将为用户同时提供效率和舒适。
此外，通过使用整合传统空调和热电制冷的混合制冷系统，和非混合设备相比，传统设备可以在更高的蒸发器温度或冷却水温度下运行。因此，制冷系统的运行能有更高的制冷效率。同样，这种混合系统用以供暖则可使其传统设备相比于传统应用能够在更低的冷凝器或热水温度下运行，且热电装置可在小温度差的条件运行，由此混合系统的运行具有更高的效率。
因此，一种整合传统的系统与热电分布式系统的空调系统，在一个对于分区温度控制更可靠和更灵敏的系统中，通过利用废热和/或冷及改变电流方向，提高了整个系统的效率，并且提高了舒适感。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于装有空调设备的空间的混合系统，其采用传统的空调设备和热电供暖和制冷装置。
本发明的另一目的在于提供一种用于装有空调设备的空间的混合系统，其具有能够在有空调的空间内选择性地提供分区供暖和/或制冷的热电元件。
本发明的再一目的在于提供一种用于装有空调设备的空间的混合系统，其采用传统的和热电供暖/制冷的元件以降低有空调的空间的总体能耗。
本发明的又一目的在于提供一种用于装有空调设备的空间的混合系统，其采用传统的和来自热电供暖/制冷元件的余热以提高混合系统的整体效率。
本发明的最后一个目的在于提供一种用于空调的混合系统，其借助于传感器而由居住者的需求控制，从而提高制冷系统的效率。
附图说明
图1是传统的装有空调设备的空间的简图；
图2是本发明用于装有空调设备的空间的混合系统的简图；
图3是图2中本发明混合系统的热电元件的运行图；
图4是本发明混合空调空间的示意图；和
图5是采用回风作为热电制冷元件的冷源及由传感器控制的混合空调系统的示意图。
具体实施方式
请参看图1，一个装有空调设备的空间10的简图，如一个大办公室，其是采用现有技术中传统的空调设备来供暖和制冷。传统的空间制冷系统是采用压缩机、蒸发器、空气扩散器和恒温器(未显示)来运行的。空间10设有内部空间15，该内部空间15可分为数个单位，如房间20，25，30和35，各房间的温度分别是T1，T2，Tn-1和Tn。在空间10内，Tset代表温度计为制冷需要而设定的温度。温度T1，T2，Tn-1和Tn各自都与较大空间的温度Tset相等。房间20，25，30和35都各有恒温器。使房间20的温度从T1增加到大于Tset的温度将是非常困难的，因为来自邻近的房间25，30和35及整个空间10的传导相对较冷。温度增加所需的响应时间可能较长。同样，在有空调的空间需要更低的温度，相同的低效率仍然存在。在大的热区使局部降温将不仅消耗能源，而且通过传导至相邻空间，所降低的温度还将使那些区域的温度有一定程度的降低，因此导致传统的系统产生更多的热量。
请参看图2，图表显示的是本发明混合系统45。混合系统45整合传统的空调系统46和局部的热电空调系统48。在该图中，装有空调设备的空间50，例如办公楼空间，其温度设置为Tset(H)。空间50包含数个空间，如办公室。房间60，65，70和75的温度分别设置为T1，T2，Tn-1和Tn。此外房间60，65，70和75都各包含一个热电模块80，85，90和95。热电模块80，85，90和95皆由局部的热电空调系统48控制。每一个热电模块都能够产生制冷效果或供暖效果，这取决于来自电源的电流方向。混合系统45还具有温度传感器49，其用以监测建筑物空间的整体温度。
请继续参看图2和图3，设于房间60内的热电模块80显示正在制冷模式下工作。在热电模块80中，来自电源115的直流电压施加于模块80，具有一系列的P和N结100。电流110按显示的方向流动。热电模块80的结100吸收来自表面105的热量并将热量释放至位于模块80对面的表面110。热量被吸收的表面105变冷，热量被释放的相对面110变热。这种“热泵”现象，称为珀耳帖效应，常用于热电制冷。热交换器125和135用于传送冷空气或热量使其远离热电模块80。在这种情况下，来自风机130的强制通风可用于冷却房间60，因为它通过热交换器125吹风。同样，来自风机140的强制通风用来传送来自热交换器135的热量以向其它房间65，70或75或传统的有空调的空间50供暖。通过利用来自热电模块80的余热，传统的空调系统的效率得到提高。此外，传统的空调系统不必专门产生热量以向其它空间供暖，但可利用来自模块80的热量向其它房间供暖。模块85，90和95将以相同的方式在供暖模式下运行，除电流110向相反方向流动外。
在较大的有空调的空间内使局部空间制冷或供暖的应用中利用热电模块的益处在于这种模块有助于提高混合系统的整体效率。另外，这种系统将降低与系统中传统部分相关的能耗成本。再者，系统在利用热电模块达到理想温度方面的响应能力远远高于传统空调系统元件。
请参照图2，在房间60的用户可能需要比空间50的温度Tset(H)更低的温度T1(H)。在这个例子中，理想的温度T1(H)是68华氏度，而Tset(H)是72华氏度。当热电模块80被激活为制冷方式，热电模块80的表面100变冷达到较低温度T1(H)。同时，表面105变热并通过传导促使空间50及房间85，90和95变暖。由热电模块80所产生的热量减少了传统系统为保持温度Tset(H)为72华氏度必须做的工作量。
请继续参照图3和图4，显示的是拥有高效率系统200的办公楼的示意图。系统200具有轻型的传统屋顶系统205用以实现传统空气调节。系统200具有与传统的空调系统相关的压缩机、蒸发器、条形散流器和其它组成部分。房间210设有热电模块215用以控制局部温度。当房间210的住户想要的室温比周围房间的温度更高，热电模块215被激活以提高房间210的局部温度。同时由热电装置215产生的冷空气将将分散到房间220，225和230，这取决于制冷的需要。于是，因模块215产生的冷空气，系统200不再需要为保持较低的温度而工作。放置在共有区域240的热传感器将针对来自热电模块215的冷空气而监测整个空间的温度，并相应地调整传统系统200产生的制冷量。监测器245针对各个房间220，225和230的热电模块所作的调节而优化系统200的性能。检测器245补偿随热电模块产生的余热而定的由混合系统200的传统组成部分提供的制冷或供暖的数量。
本发明的另一个实施例混合空调系统300在图5中说明。在此实施例中，系统300具有最好是位于建筑物的屋顶上的传统的室外空调组成部分305，和毗邻装有空调设备的空间310的热电组成部分315。热电组成部分315具有一侧面320和另一侧面325。当混合系统300在制冷模式时，冷空气在侧面320被吸收且热量在另一侧面325被释放。传统组成部分305提供初级的制冷，其制冷温度可能设置为比理想温度稍高的温度。来自传统组成部分305的冷空气在风机(未显示)的作用下强行通过通风口335到达空调空间310。当热电组成部分315被激活时，与预调节的空气相通的侧面320产生冷空气以进一步制冷空间。回风340被用作热电组成部分315的冷源。一部分的回风340还在空调空间310循环以更新空气。由传统组成部分305冷却的空气可进一步被热电组成部分315冷却至理想温度，或室外空气345可直接被热电组成部分冷却，这取决于对制冷能力的要求，而制冷能力则视用户需求而定。混合系统300最好是由像温度和空气清新度传感器此类的传感器350激活，例如二氧化碳传感器。
虽然图5中的实施例说明的是制冷模式，但类似的部件组合也可用于供暖。通过改变热电组成部分315中电流的流动方向以及通过改变传统系统305的设置，混合系统300转为供暖模式。
尽管上述公开的描述参照一个或一个以上的经典实施例，但对于那些本领域中的一般技术人员而言，各种变形和代替相关元件的同等物并没有离开本权利要求的范围。另外，为使其适合某一特定情况或材料，根据本公开的教诲所做的修改也没有离开本权利要求的范围。因此，公开并不仅限于所揭露的为实现本发明的最佳方式的特定实施例，本发明还将包括落入附加的权利要求范围的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用以调节包含几个隔室的空间的混合空调系统，其包括：
传统的空调系统，其用以提供制冷和供暖给所述空间；
至少一个热电模块，其设置在区隔于所述空间的几个隔室之一内，所述至少一个热电模块能够在供暖模式下供暖以及在制冷模式下制冷；
其中所述至少一个热电模块产生的余热或余冷被传导去加热或冷却该几个隔室中的其他隔室，并通过降低电力的需求、从而提高所述传统的空调系统的效率；
其中，所述传统的空调系统设定于温度T1，且当所述至少一个热电模块设定于温度T2、T2大于T1时，其中由所述至少一个热电模块产生的余冷可被所述传统的空调系统利用以达到所述设定的温度T1；当所述传统的空调系统设定于温度T3，且当所述至少一个热电模块设定于温度T4，T4小于T3，其中由所述至少一个热电模块产生的余热可被所述传统的空调系统利用以达到所述设定的温度T3。
2.如权利要求1所述的混合空调系统，其中所述传统的空调系统进一步包括压缩机、蒸发器、条形散流器和恒温器。
3.如权利要求1所述的混合空调系统，其中所述混合空调系统进一步包括位于所述被空调的空间内的温度传感器，所述温度传感器能够响应于所述至少一个电热模块产生的余热或余冷调整所述传统的空调系统产生的供暖量或制冷量。
4.如权利要求1所述的混合空调系统，其中所述至少一个热电模块是多个热电模块，其中每一个模块位于与其它所述多个模块区隔的空间内。
5.如权利要求1所述的混合空调系统，其中所述多个热电模块各自对温度可调节。
6.一种用以调节包含几个隔室的空间的混合空调系统，其包括：
传统的空调系统，其用以制冷和供暖给所述空间；以及
热电空调系统，其用以提供局部的制冷和/或供暖给区隔于所述空间的所述几个隔室的一部分，所述热电空调系统具有至少一个位于几个隔室之一中的热电模块，所述至少一个热电模块能够在供暖模式下供暖以及在制冷模式下制冷；
其中所述热电空调系统能够通过将余热或余冷从该至少一个热电模块传导至几个隔室中的其他隔室来提高所述传统的空调系统的效率，从而利用所述混合空调系统产生的余热或余冷并降低所述传统的空调系统对电力的需求；
其中所述传统的空调系统设定于温度T1，且当所述至少一个热电模块设定于温度T2、T2不同于T1时，其中由所述至少一个热电模块产生的余热或余冷能够被所述传统的空调系统利用以达到所述设定的温度T1。
7.如权利要求6所述的混合空调系统，其中所述混合空调系统进一步包括多个热电模块。
8.如权利要求6所述的混合空调系统，其中所述至少一个热电模块位于区隔于所述空间的所述几个隔室的一部分内。
9.如权利要求6所述的混合空调系统，其中所述传统的空调系统进一步包括压缩机、蒸发器、条形散流器和恒温器。
10.如权利要求6所述的混合空调系统，其中所述混合空调系统进一步包括位于所述被空调的空间内的温度传感器，所述温度传感器能够响应于所述至少一个电热模块产生的余热或余冷、调整所述传统的空调系统产生的供暖量或制冷量。
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