CN101995067B - 间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，在空气处理机的机壳内，从进风口到出风口依次安装着表面式换热器，水环式压缩制冷机组和送风机，间接蒸发冷水机的出水管连接着空气处理机表面式换热器的进水口，表面式换热器的出水管三通接头的一个支管通过阀门连接着水环式压缩制冷机组的进水口，水环式压缩制冷机组的出水管连接着间接蒸发冷水机的进水口，三通接头的另一个支管通过阀门连接在水环式压缩制冷机组出水管连接间接蒸发冷水机进水口的管路上，送风机的出风口通过送风管通向空调房间。本发明拓展了蒸发制冷空调适用区域，不仅在干热地区使用，而且可以在湿热地区得到应用，充分利用干空气能的制冷能力，实现能量的梯级利用，可以降低设备装机容量，减少设备用电负荷，提高空调系统的新风量，改善室内空气品质。

Description

间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统

技术领域

本发明涉及暖通空调技术领域，属于民用建筑和工业建筑的空气调节系统，适用于在中湿度和高湿度地区各类建筑中的应用，特别是一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统。

背景技术

传统的空调系统中，氟利昂蒸汽压缩式制冷系统使用电力作为制冷的驱动能源，而溴化锂吸收式制冷则使用燃气或蒸汽作为制冷的驱动能源，由于其制冷方式固有的特点，产生了诸如大气臭氧层破坏、能源和资源的过度利用、大量温室气体的排放导致温室效应加剧，以及病态建筑综合症(Sick Building Syndrome, SBS)等破坏室内外环境的诸多不利影响。

目前我国建筑用能已经超过全国能源消费总量的1/4，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上，而在建筑用能中，暖通空调的能耗又占到了27.4%左右，因此大力倡导暖通空调节能，对于建设资源节约型、环境友好型的低碳型社会有着至关重要的作用。

空气调节的任务是指用人工环境技术的方法，处理和保持室内空气的温度、湿度、洁净度、气流速度达到人们在其中生活舒适和满足工艺生产要求的技术。

通常对于舒适性空调而言，室内温度和湿度的调节是空调的主要功能，夏季空调的作用是对空气进行降温和除湿处理，其中除湿的能耗占空调总能耗的30%~50%左右。

在空调系统中，对空气的降温处理要求冷源的温度低于房间空气的干球温度即可，而对空气的除湿则要求冷源的温度低于室内空气的露点温度。传统空调系统使用同一冷源对空气进行降温和除湿，称之为热湿联合处理方式。

假设夏季要求室内温度为25℃，相对湿度为60%，此时对应的露点温度为16.7℃。空调排热的任务是从25℃的空气中排出显热量，考虑10℃的传热温差，对应的冷源温度只需15℃即可；空调除湿的任务是在16.7℃的露点温度下排出水分，考虑10℃的传热温差，则冷源的温度在7℃左右。

现实情况是我国的集中式空调系统多采用基于传统冷水机组的湿工况风机盘管＋新风空调系统，冷水机组统一制取7℃左右的低温水对室内空气温度和湿度同时进行处理，空调系统中显热的排除量一般为总热量的50%左右，这部分本可以采用高温冷源即可以排走的热量也与除湿一起共用7℃的低温冷源，因此就造成了能量利用上的浪费。

与此同时，集中式空调系统依据相关国家标准和规范，按照不同的使用场所，必须提供每人每小时的最小新风量，其本质在于对人体健康的要求，有利于改善室内空气品质，但问题在于传统空调系统中，为什么不能大量使用新风呢？如上所述，冷水机组统一制取的7℃冷冻水，用于室内空气除湿（对应的露点温度为16.7℃）是必须的，但对于消除室内显热量（对应的空气温度为25℃）则存在能量利用的浪费，如果再用7℃的冷冻水去处理远比室内空气温度高的室外新风，则再次造成能量的巨大浪费，并且随着新风量的增加其数量急剧上升，因此，用同一冷源处理新风，相对于处理室内回风，在能量利用更加不合理，并且能量消耗量较大，即使在空调系统要求的最小新风量情况下，传统意义上的新风负荷也占到了系统能耗的30%~50%。

干空气能是一种宝贵的可再生资源，可用来获得夏季空调所需的冷量，即当有水源存在时，干燥空气由于处在不饱和状态而存在的对外做功的能力，称之为干空气能。

干空气能蒸发制冷技术就是利用干空气能来获得空调所需制冷量，在不同类型的蒸发制冷装置中，利用水和干空气的热湿交换获得低温的冷风或（和）冷水的一种制冷技术。

干空气能蒸发制冷技术由于其绿色、健康、节能、环保、经济等独特的优点，在干热地区尤其是新疆地区得到了广泛的应用，取得了良好的应用效果。但在内陆中湿度和高湿度地区，由于室外空气含湿量高，相对湿度较高，单独应用干空气能蒸发制冷技术，由于温降有限，不能对新风除湿，很难解决空调系统排热和排湿的任务，因此长期以来没有得到人们足够的重视和应用。

发明内容

发明内容

本发明的目的在于提供一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，采用了干空气蒸发制冷技术和传统机械制冷机组相结合的复合方式，拓展蒸发制冷空调适用的区域，不仅在干热地区使用，而且可以在湿热地区得到应用，充分利用干空气能的制冷能力，实现能量的梯级利用，可以降低设备的装机容量，减少设备的用电负荷，提高空调系统的新风量，有效的改善室内空气品质。

本发明的目的是这样实现的：  一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：在具有进风口和出风口的空气处理机的机壳内，从进风口到出风口依次安装着表面式换热器，水环式压缩制冷机组和送风机，间接蒸发冷水机的出水管连接着空气处理机的表面式换热器的进水口，表面式换热器的出水管三通接头的一个支管通过阀门连接着水环式压缩制冷机组的进水口，水环式压缩制冷机组的出水管连接着间接蒸发冷水机的进水口，三通接头的另一个支管通过阀门连接在水环式压缩制冷机组出水管连接间接蒸发冷水机进水口的管路上，送风机的出风口通过空气处理机出风口上安装的送风管通向空调房间。

本发明空调系统解决方案可根据不同气象的地区，或者在确定的地区，在不同时间段内不同的气象条件下，基于能量梯级优化利用的原则，在能量的利用上更加合理、充分；采用不同的冷源对室外空气和室内空气进行处理，特别地，由于系统部分采用了节能的干空气蒸发制冷技术和传统机械制冷相结合的复合方式，在中湿度和高湿度地区实现了优化的空气调节处理方案，对室内进行空气调节，并实现了在运行过程中的节能性调节。

可以方便地实现节能性调节，增加了系统组合应用的形式，易于和建筑配合，可有效的降低设备的装机容量，减少设备的用电负荷，少占用室内建筑面积，相应地提高了建筑空间的利用率。由于在系统中采用了节能、环保、绿色、健康的干空气能蒸发制冷技术，能量利用的效率更高，在能源的应用上实现“分级利用、优化匹配”， 最大化利用干空气能的制冷能力，实现能量的梯级利用。系统的能效比优于传统空调系统，本发明是基于节能产品技术的高质量空调系统解决方案；另一方面，由于该空调系统在运行过程中，可根据室外气象条件，分季节、分时段进行节能性调节，空调解决方案更加合理，进一步提高系统的节能性。

本发明拓展了蒸发制冷空调适用的区域，不仅仅在干热地区使用，更可以在湿热地区得到很好的应用。最大化利用干空气能的制冷能力，实现能量的梯级利用。在节能的同时，可使得空调系统的新风量得到最大程度的提高，有效的改善室内空气品质。

本发明采用了干空气能蒸发制冷技术和传统机械制冷相结合的复合方式，拓宽了蒸发制冷空调使用的区域，不仅在干热地区使用，而且实现了在温热地区的应用，充分利用干空气能的制冷能力，实现了能量的梯级利用，降低了设备的装机容量，减少了设备的用电负荷，提高空调系统的新风量，有效的改善了室内空气品质。

间接蒸发冷水机是指利用干空气能制冷的冷水机组，如专利1、一种间接蒸发式供冷的方法及其装置（授权号02100431.5）和专利2、蒸发制冷冷水机组（申请号200610164414.3）权利要求所述。间接蒸发冷水机输出的载冷介质为高温冷水，出水温度的范围为当地室外空气露点和湿球温度之间。间接蒸发冷水机分为大温差小流量型和小温差大流量型两大系列，小温差大流量型机组允许的最大用户温差为5℃左右，而大温差小流量型机组允许的最大用户温差为10℃左右。

空气处理机中采用多级表面式换热器处理空气的方式，按照空气进口的方向，定义为一级表面式换热器，以此类推。

空气处理机中的表面式换热器，可以是各种类型的间壁式换热设备，作为制冷剂一侧的流体种类可以是不同水温的冷水、各种氟氯烃类（氟利昂）制冷工质等；空气处理机中的表面式换热器的工况可分为干冷工况和湿冷工况两种。当进水温度高于机组进风露点温度时，表面式换热器为干工况运行，只降低进风干球温度，不对进风除湿；当进水温度低于机组进风露点温度或使用氟利昂直接膨胀蒸发制冷时，表面式换热器为湿工况运行，不仅降低进风干球温度，也降低进风的含湿量，对进风本身除湿；根据气象条件的不同，可在空气处理机的出风端加装直接蒸发制冷段；空气处理机可集中设置，也可分散设置。可设置在建筑物内，也可设置在建筑物之外。

传统机械制冷方式的冷水机组，可以是氟利昂类蒸气压缩式制冷方式、溴化锂吸收式制冷方式的一种及其复合方式。

传统冷水机夏季输出的载冷介质为冷水。传统高温冷水机组，一般输出16~18℃左右的高温冷水；传统低温冷水机组，供水温度一般为7℃左右的低温冷水。室内末端可以是风机盘管、各类辐射盘管等；

按照进入室内末端中的水温不同，室内末端的工况可分为干冷工况和湿冷工况两种，判定的依据为室内末端进水温度，当进水温度高于室内空气露点温度时，室内末端为干工况运行，只承担消除室内部分或全部显热的任务；当进水温度低于室内空气露点温度，室内末端为湿工况运行，承担消除部分或全部室内显热和潜热（湿负荷）的任务。

换热器为典型的间壁式换热设备，工程上多用板式换热器，通过冷热流体的热量交换，获得所需的水温。

水环式压缩制冷机组是指依靠水循环系统带走空调系统及自身热量的制冷设备，由于通常在系统中设置一个或多个水环式压缩制冷机组，水循环管路呈网状环式分布，称之为水环式压缩制冷机组。按照水环式压缩制冷机组输出载冷介质的不同，可分为制冷剂直接膨胀式制冷机和冷水机两类。直接膨胀式制冷可直接获得降温除湿的空气；冷水机是指获得的载冷介质为冷水，之后通过冷水对新风或室内回风进行热湿处理。按照冷水机设置位置的不同，可分为单元式小型冷水机和大、中型冷水机。单元式小型冷水机设置在空气处理机旁，提供冷水处理空气，大、中型冷水机设置在制冷机房或其它位置，提供冷水对空气进行热湿处理，这使得水环式压缩制冷机组等同于设备传统冷水机组中的氟利昂类蒸气压缩式制冷方式的传统冷水机组。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步的描述，

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4的本发明实施例4的结构示意图；

图5的本发明实施例5的结构示意图。

图6的本发明实施例6的结构示意图。

具体实施方式

一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，如图1所示，一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，在具有进风口和出风口的空气处理机1的机壳内，从进风口到出风口依次安装着表面式换热器2，水环式压缩制冷机组3和送风机4，间接蒸发冷水机6的出水管连接着空气处理机1的表面式换热器2的进水口，表面式换热器2的出水管三通接头的一个支管通过阀门11连接着水环式压缩制冷机组3的进水口，水环式压缩制冷机组3的出水管连接着间接蒸发冷水机6的进水口，三通接头的另一个支管通过阀门12连接在水环式压缩制冷机组3出水管连接间接蒸发冷水机6进水口的管路上，送风机4的出风口通过空气处理机1出风口上安装的送风管通向空调房间5。间接蒸发冷水机6制取的高温冷水通过管道先送入到空气处理机1的表面式换热器2中，对室外的空气进行等湿降温处理后再通过管道输送到水环式压缩制冷机组3中作为其冷却水带走冷凝器的热量，最后回到间接蒸发冷水机6中形成一个水循环。空气处理机1的进风先通过表面式换热器2的等湿降温处理后，再通过水环式压缩制冷机组3减湿降温处理后，由送风机4和送风管道送入空调房间5消除室内全部的显热和潜热。间接蒸发冷水机6所承担的负荷为新风预冷和水环式压缩制冷机组3的冷却水。

以上描述的系统流程，是在表面式换热器2的出水管三通接头的阀门11开启，阀门12关闭时系统的工作流程，此时，一级表面式换热器2和水环式压缩制冷机组3为全流量串联工况。当表面式换热器2的出水管三通接头的阀门11关闭，阀门12开启时，在部分时间段（如空调过渡季节），一级表面式换热器2使用，水环式压缩制冷机组3停用。此时，室外空气经一级表面式换热器2预冷后直接由送风机4和送风管道送入空调房间5消除室内全部的显热和潜热。当表面式换热器2的出水管三通接头的阀门11和12均开启时，按照不同的负荷比例，根据阀门的开度大小进行水流量大小的分配，为分流量并联工况。此时，室外空气经一级表面式换热器2等湿降温处理和水环式压缩制冷机组3减湿降温处理后由送风机4和送风管道送入空调房间5消除室内全部的显热和潜热。

如图2所示，间接蒸发冷水机6的出水管连接着位于空调房间5内的室内末端7，室内末端7的出水管连接着表面式换热器2的进水口。间接蒸发冷水机6制取的高温冷水通过管道先送入室内末端7中消除空调房间5的部分显热，然后回到空气处理机1的表面式换热器2中，对室外的空气进行等湿降温处理后再通过管道输送到水环式压缩制冷机组3中作为其冷却水带走冷凝器的热量，最后回到间接蒸发冷水机6中形成一个水循环。空气处理机1的进风先通过表面式换热器2的等湿降温处理后再通过水环式压缩制冷机组3减湿降温处理后由送风机4和送风管道送入空调房间5消除室内的部分显热和全部的潜热。在该系统中，由于送入室内末端7的冷水温度高于室内状态点的露点温度，所以室内末端7是干工况运行的，间接蒸发冷水机6所承担的负荷为室内末端7、新风预冷和水环式压缩制冷机组3的冷却水。

如图3所示，室内末端7的出水管连接着传统高温冷水机组8的冷冻水进水口，传统高温冷水机组8的冷冻水出水口连接着室内末端7的进水口，在水环式压缩制冷机组3的出水管路上连接着传统高温冷水机组8的冷却水进水口，传统高温冷水机组8冷却水出水口连接着间接蒸发冷水机6的进水口。间接蒸发冷水机6制取的高温冷水通过管道先送入到空气处理机1的表面式换热器2中，对室外的空气进行等湿降温处理后再通过管道依次输送到水环式压缩制冷机组3和传统高温冷水机组8中作为其冷却水带走冷凝器的热量，最后回到干空气能间接蒸发冷水机6中形成一个水循环。空气处理机1的进风先通过表面式换热器2的等湿降温处理后再通过水环式压缩制冷机组3减湿降温处理后由送风机4和送风管道送入空调房间5消除室内的部分显热和全部的潜热。在该系统中，由于送入室内末端7的冷水温度高于室内状态点的露点温度，所以室内末端7是干工况运行的，间接蒸发冷水机6所承担的负荷为新风预冷、水环式压缩制冷机组3和传统高温冷水机组8的冷却水。

如图4所示，间接蒸发冷水机6的出水管连接着传统高温冷水机组8的冷冻水进水口，传统高温冷水机组8的冷冻水出水口连接着室内末端7的进水口，室内末端7的出水管连接着空气处理机1的表面式换热器2的进水口，水环式压缩制冷机组3的出水管连接着传统高温冷水机组8的冷却水进水口，传统高温冷水机组8的冷却水出水口通过管路连接着间接蒸发冷水机6的进水口。对于某些地区间接蒸发冷水机6制取的高温冷水温度比较高，不能满足室内末端7的使用要求时，需要先将制取的冷水通过输水管道通入到传统高温冷水机组8中，降温后再送入到室内末端7中来消除空调房间的部分显热，然后由输水管道输送到空气处理机1的表面式换热器2中，对空气处理机1的进风进行等湿降温处理后通过管道依次输送到水环式压缩制冷机组3和传统高温冷水机组8中作为其冷却水带走冷凝器的热量，最后回到干空气能间接蒸发冷水机6中形成一个水循环。

如图5所示，间接蒸发冷水机6的出水管连接着水-水换热器9的第一进水口，水-水换热器9的第一出水管连接着室内末端7的进水口，室内末端7的出水管连接着表面式换热器2的进水口，水-水换热器9的第二出水管连接着传统低温冷水机组10的冷冻水进水口，水环式压缩制冷机组3的出水管连接着传统低温冷水机组10的冷却水进水口，传统低温冷水机组10的冷冻水出水口连接着水—水换热器9的第二进水口，传统低温冷水机组10的冷却水出水口连接着间接蒸发冷水机6的进水口。

间接蒸发冷水机6制取的高温冷水先由输水管道输送到水-水换热器9中，使得高温冷水的水温降低后送入室内末端7中消除室内的部分显热，再由输水管道输送到空气处理机1的表面式换热器2中，对空气处理机1的进风进行等湿降温处理后再通过管道依次输送到水环式压缩制冷机组3和传统低温冷水机组10中作为其冷却水带走冷凝器的热量，最后回到间接蒸发冷水机6中形成一个水循环。

空气处理机1的进风先通过表面式换热器2的等湿降温处理后再通过水环式压缩制冷机组3减湿降温处理后由送风机4和送风管道送入空调房间5，消除室内的部分显热和全部潜热。在该系统中，空气处理机1对新风进行了减湿降温处理，由于送入室内末端7的冷水温度高于室内状态点的露点温度，所以室内末端7是干工况运行的，干空气能间接蒸发冷水机6所承担的负荷为室内末端7、新风预冷、水环式压缩制冷机组3和传统低温冷水机10的冷却水。

如图6所示，在水环式压缩制冷机组3和送风机4之间设置着直接蒸发制冷段。根据室内外空气参数的变化，可灵活选用机组的制冷功能段，实现节能性调节要求。

Claims (6)

1.一种间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：在具有进风口和出风口的空气处理机（1）的机壳内，从进风口到出风口依次安装着表面式换热器（2），水环式压缩制冷机组（3）和送风机（4），间接蒸发冷水机（6）的出水管连接着空气处理机（1）的表面式换热器（2）的进水口，表面式换热器（2）的出水管三通接头的一个支管通过阀门（11）连接着水环式压缩制冷机组（3）的进水口，水环式压缩制冷机组（3）的出水管连接着间接蒸发冷水机（6）的进水口，三通接头的另一个支管通过阀门（12）连接在水环式压缩制冷机组（3）出水管连接间接蒸发冷水机（6）进水口的管路上，送风机（4）的出风口通过空气处理机（1）出风口上安装的送风管通向空调房间（5）。

2.根据权利要求1所述的间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：间接蒸发冷水机（6）的出水管连接着位于空调房间（5）内的室内末端（7），室内末端（7）的出水管连接着表面式换热器（2）的进水口。

3.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：室内末端（7）的出水管连接着传统高温冷水机组（8）的冷冻水进水口，传统高温冷水机组（8）的冷冻水出水口连接着室内末端（7）的进水口，在水环式压缩制冷机组（3）的出水管路上连接着传统高温冷水机组（8）的冷却水进水口，传统高温冷水机组（8）冷却水出水口连接着间接蒸发冷水机（6）的进水口。

4.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：间接蒸发冷水机（6）的出水管连接着传统高温冷水机组（8）的冷冻水进水口，传统高温冷水机组（8）的冷冻水出水口连接着室内末端（7）的进水口，室内末端（7）的出水管连接着表面式换热器（2）的进水口，水环式压缩制冷机组（3）的出水管连接着传统高温冷水机组（8）的冷却水进水口，传统高温冷水机组（8）的冷却水出水口通过管路连接着间接蒸发冷水机（6）的进水口。

5.根据权利要求1或2所述的间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，其特征是：间接蒸发冷水机（6）的出水管连接着水-水换热器（9）的第一进水口，水-水换热器（9）的第一出水口连接着室内末端（7）的进水口，室内末端（7）的出水管连接着表面式换热器（2）的进水口，水-水换热器（9）的第二出水口连接着传统低温冷水机组（10）的冷冻水进水口，传统低温冷水机组（10）的冷冻水出水口连接着水—水换热器（9）的第二进水口，水环式压缩制冷机组（3）的出水管连接着传统低温冷水机组（10）的冷却水进水口，传统低温冷水机组（10）的冷却水出水口连接着间接蒸发冷水机（6）的进水口。

6.根据权利要求1所述的间接蒸发冷水机组和传统机械制冷机组复合的空调系统，在水环式压缩制冷机组（3）和送风机（4）之间设置着直接蒸发制冷段（13）。 

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