CN102213471A - 一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法,是基于太阳能和制冷系统冷凝热综合利用作为溶液循环驱动热源，分级利用冷凝废热，同时太阳能蓄能和溶液蓄能结合的新型热湿独立处理空气的方法。溶液先经太阳能集热/蓄能器预热后经壳管式换热器吸收冷凝热，然后在溶液再生器中被吸收了冷凝器剩余冷凝热后升温的室外空气继续加热。夏季时室内侧空气先经过溶液除湿器除湿后温度升高，再经过制冷系统蒸发器，蒸发温度提高，有效提升系统制冷系数；冬季时室外空气先经过溶液除湿器，再经过热泵系统蒸发器，不仅充分利用室外湿空气全热作为热泵蒸发器低温热源，提高了能源利用率，同时有效改善室外机冬季结霜问题。

Description

一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法
技术领域
本发明涉及一种热湿独立处理空气的方法，具体说是一种冷凝热分段利用，太阳能集热/蓄能和溶液蓄能结合的热湿独立处理空气方法，属于太阳能利用、制冷与空调技术领域。
背景技术
随着经济和社会的快速发展，我国能源需求迅速增长。能源的短缺以及由此产生的环境污染问题，正成为我国经济与社会可持续发展的重要制约因素。目前，我国建筑能耗占能源消耗总量的1/3以上，其中70%用于建筑供冷暖。建筑节能，特别是建筑供冷暖节能，减少化石能源消耗，发展低碳技术，推广可再生能源利用，提高用能效率已成为我国建筑行业发展的重要方向。
热湿独立处理空调是将空调空间内的显热负荷和湿负荷分开进行处理，通过专门的除湿技术处理湿负荷，经过除湿后的空气再经过冷却即可达到空气调节的目的。系统的蒸发温度提高，从而提高制冷系数，实现节能的目的。溶液除湿技术被认为是一种处理空气湿负荷的有效途径，溶液再生过程能够采用60-80℃的低品位热能（特别是中低温太阳能、废热等）实现，使得溶液相对于其他热能驱动的制冷空调系统更具吸引力，最近几年溶液除湿技术受到了相当多研究学者的关注。但是这些研究主要是采用太阳能作为驱动热源，没有涉及到蒸汽压缩式制冷系统中冷凝热的分级利用和太阳能蓄能的综合利用问题。
发明内容
针对现有溶液独立除湿技术中驱动热源的利用缺陷及冬季室外机易结霜的现状，本发明基于溶液除湿循环与热泵循环，目的在于提供一种节能、高效、易行的热湿独立处理空气的方法，以解决热湿独立处理空调系统中溶液循环热源补偿的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法，包括溶液循环和制冷剂循环：
（1）夏季时，所述溶液循环过程：再生溶液在太阳能集热/蓄能器中吸收热量，温度升高后，与压缩机排出的高温气体在壳管式热交换器中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液再生辅助热源；然后进入溶液再生器再生，在溶液再生器中被吸收了冷凝器剩余冷凝热后升温的室外空气继续加热，冷凝热被分级的充分的利用；再生后的浓溶液经溶液泵在溶液热交换器中放出热量，进入溶液除湿器除湿；溶液吸收室内空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器；
所述制冷剂循环过程：制冷剂经压缩机高压送出后，先在壳管式换热器中放出一部分冷凝热量给溶液；然后进入制冷系统冷凝器中，继续放出冷凝热给室外空气，吸收了冷凝热后的室外空气在溶液再生器中将这部分冷凝热放出给溶液；制冷剂冷却凝结后经节流阀节流降压后进入制冷系统蒸发器，吸收室内空气热量从而汽化后被压缩机吸入；
室外侧空气先经制冷系统冷凝器吸收冷凝热，再经溶液再生器，将冷凝热放出给溶液；室内侧空气先经过溶液除湿器除湿后温度升高，再经过制冷系统蒸发器，实现空气调节；
（2）冬季时，所述溶液循环过程：再生溶液在太阳能集热/蓄能器中吸收热量，温度升高后，与压缩机排出的高温气体在壳管式热交换器中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液再生辅助热源；然后进入溶液再生器再生，在溶液再生器中被吸收了冷凝器剩余冷凝热后升温的室内空气继续加热，冷凝热被分级的充分的利用；再生后的浓溶液经溶液泵在溶液热交换器中发出热量，进入溶液除湿器除湿；溶液吸收室外空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器；
所述制冷剂循环过程：制冷剂经压缩机高压送出后，先在壳管式换热器中放出一部分冷凝热量给溶液；然后进入热泵系统冷凝器，继续放出冷凝热量加热室内空气；制冷剂冷却凝结后经节流阀节流降压后进入热泵系统蒸发器；吸收室外空气热量从而汽化后被压缩机吸入；
室外空气先经过溶液除湿器降低含湿量，湿空气中的潜热将释放转化为溶液和空气的显热，除湿后的空气再经过热泵系统蒸发器；室内空气先经过热泵系统冷凝器提升温度，然后再经过溶液再生器被加湿，满足冬季室内湿度要求。
所述太阳能集热/蓄能器中溶液管路以U形管的形式布置于太阳能真空集热管中，每根U形蒸发管与真空集热管中间均以相变材料填充。
所述室内风机和室外风机均采用双向风机，根据季节不同改变空气的流向。
本发明的主要有益效果有：（1）综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液循环驱动热源，分级利用冷凝废热，同时太阳能蓄能和溶液蓄能结合，合理解决热湿独立处理空调系统中溶液循环再生热能的高效补偿问题，节省了大量的电能，利用潜热蓄能来提高能源利用率和系统稳定性，实现了能源利用的可持续性发展。（2）本方法冬季时充分利用室外湿空气全热作为热泵蒸发器低温热源，提高了能源利用率，同时有效改善室外机冬季结霜问题；夏季时提高制冷蒸发温度，有效提升系统制冷系数。（3）本发明的方法为热湿独立处理空气提供了一种可行的方案，只需要将技术已经很成熟的蒸汽压缩式制冷循环和溶液除湿冷却装置加以耦合和改造即可实现。
附图说明
图1是用以实现本发明方法的装置示意图。其中：压缩机1，室内风机2，室内换热器3，溶液处理器A 4，第一溶液泵5，节流阀6，室外风机7，室外换热器8，第二溶液泵9，溶液热交换器10，四通阀A 11，四通阀B 12，溶液处理器B 13，太阳能集热/蓄能器14，四通阀C 15，壳管式换热器16。
图2是本发明方法的夏季运行模式示意图。
图3是本发明方法的冬季运行模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法使用的装置，如图1所示，由溶液循环回路和制冷剂循环回路组成。溶液循环回路包括太阳能集热/蓄能器14、溶液处理器B13、第二溶液泵9、溶液热交换器10、溶液处理器A4、第一溶液泵5和壳管式热交换器16，溶液管路和壳管式热交换器16的壳内管外部分连接成一个回路，并利用四通阀A11和四通阀B12进行管路的切换，以改变溶液的流动方向；制冷剂循环回路包括压缩机1、室内换热器3、节流阀6、室外换热器8、壳管式热交换器16、室内风机2和室外风机7，制冷剂管道和壳管式热交换器16的管内部分串联成一个回路，整个制冷循环回路由四通阀C15进行管路的切换，以转变制冷剂的流向，实现夏季和冬季运行模式的改变。
太阳能集热/蓄能器14中溶液管路以U形管的形式布置于太阳能真空集热管中，每根U形蒸发管与真空集热管中间均以相变材料填充，利用相变材料随温度的相变过程吸收或放出热量，可实现太阳能的移峰填谷。溶液除湿潜蒸发冷却空调系统，将需要储存的能量用于浓溶液再生从而获得除湿潜能，再通过浓溶液除湿的方式将除湿潜能释放出来，通过储存溶液的除湿潜热而达到蓄能的目的。
本发明的方法可以在以下两种模式运行：
夏季运行时如图2所示，溶液处理器B13工作模式为溶液再生器，溶液处理器A4工作模式为溶液除湿器，室内换热器3工作模式为制冷系统蒸发器，室外换热器8工作模式为制冷系统冷凝器。制冷剂循环经压缩机1高压送出后在壳管式换热器16中放出一部分冷凝热量给溶液，经四通阀C15后进入室外换热器8继续放出冷凝热量给室外空气，制冷剂冷却凝结后经节流阀6节流降压后进入室内换热器3，吸收室内空气热量从而汽化后经四通阀C15后被压缩机1吸入。溶液循环过程采用溶液在太阳能集热/蓄能器14中吸收热量，温度升高后与压缩机1排出的高温制冷剂蒸汽在壳管式热交换器16中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，然后进入溶液处理器B13再生。再生过程需要的空气为经过冷凝器后升温的热空气。再生后的浓溶液经第二溶液泵9在溶液热交换器10中发出热量，进入溶液处理器A4除湿。溶液吸收室内空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器10吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器14。室外侧空气先经制冷系统冷凝器吸收冷凝热，再经溶液再生器，将冷凝热放出给溶液；室内侧空气先经过溶液除湿器除湿后温度升高，再经过蒸发器降低温度，实现空气调节。
冬季运行时如图3所示，溶液处理器B13工作模式为溶液除湿器，溶液处理器A4工作模式为溶液再生器，室内换热器3工作模式为热泵系统冷凝器，室外换热器8工作模式为热泵系统蒸发器。制冷剂循环经压缩机1高压送出后在壳管式换热器16中放出一部分冷凝热量给溶液，经四通阀C15后进入室内换热器3放出冷凝热量加热室内空气，制冷剂冷却凝结后经节流阀6节流降压后进入室外换热器8，吸收室外空气热量从而汽化后经四通阀C15后被压缩机1吸入。溶液循环过程采用溶液在太阳能集热/蓄能器14中吸收热量，温度升高后与压缩机1排出的高温气体在壳管式热交换器16中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，然后进入溶液处理器A4再生。再生过程需要的空气为经过冷凝器后升温的室内空气。再生后的浓溶液经第二溶液泵9在溶液热交换器10中发出热量，进入溶液处理器B13除湿。溶液吸收室外空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器10吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器14。室外空气先经过溶液除湿器降低含湿量，湿空气中的潜热将释放转化为溶液和空气的显热，将室外湿空气全热作为热泵蒸发器低温热源，提高了能源利用率。同时，除湿后的空气经过蒸发器，可有效改善室外机冬季结霜问题。室内空气先经过冷凝器温度升高，再经过溶液再生器被加湿，满足冬季室内湿度要求。

Claims (3)

1.一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法，包括溶液循环和制冷剂循环：
（1）夏季时，所述溶液循环过程：再生溶液在太阳能集热/蓄能器中吸收热量，温度升高后，与压缩机排出的高温气体在壳管式热交换器中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液再生辅助热源；然后进入溶液再生器再生，在溶液再生器中被吸收了冷凝器剩余冷凝热后升温的室外空气继续加热，冷凝热被分级的充分的利用；再生后的浓溶液经溶液泵在溶液热交换器中放出热量，进入溶液除湿器除湿；溶液吸收室内空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器；
所述制冷剂循环过程：制冷剂经压缩机高压送出后，先在壳管式换热器中放出一部分冷凝热量给溶液；然后进入制冷系统冷凝器中，继续放出冷凝热给室外空气，吸收了冷凝热后的室外空气在溶液再生器中将这部分冷凝热放出给溶液；制冷剂冷却凝结后经节流阀节流降压后进入制冷系统蒸发器，吸收室内空气热量从而汽化后被压缩机吸入；
室外侧空气先经制冷系统冷凝器吸收冷凝热，再经溶液再生器，将冷凝热放出给溶液；室内侧空气先经过溶液除湿器除湿后温度升高，再经过制冷系统蒸发器，实现空气调节；
（2）冬季时，所述溶液循环过程：再生溶液在太阳能集热/蓄能器中吸收热量，温度升高后，与压缩机排出的高温气体在壳管式热交换器中进行显热交换，在进入溶液再生器前再次被预热，综合利用太阳能和制冷系统冷凝热作为溶液再生辅助热源；然后进入溶液再生器再生，在溶液再生器中被吸收了冷凝器剩余冷凝热后升温的室内空气继续加热，冷凝热被分级的充分的利用；再生后的浓溶液经溶液泵在溶液热交换器中发出热量，进入溶液除湿器除湿；溶液吸收室外空气中的水份后变成稀溶液，经溶液热交换器吸收来自浓溶液的热量，温度升高后，进入太阳能集热/蓄能器；
所述制冷剂循环过程：制冷剂经压缩机高压送出后，先在壳管式换热器中放出一部分冷凝热量给溶液；然后进入热泵系统冷凝器，继续放出冷凝热量加热室内空气；制冷剂冷却凝结后经节流阀节流降压后进入热泵系统蒸发器；吸收室外空气热量从而汽化后被压缩机吸入；
室外空气先经过溶液除湿器降低含湿量，湿空气中的潜热将释放转化为溶液和空气的显热，除湿后的空气再经过热泵系统蒸发器；室内空气先经过热泵系统冷凝器提升温度，然后再经过溶液再生器被加湿，满足冬季室内湿度要求。
2.根据权利要求1所述的一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法，其特征在于：所述太阳能集热/蓄能器中的溶液管路以U形管的形式布置于太阳能真空集热管中，每根U形蒸发管与真空集热管中间均以相变材料填充。
3.根据权利要求1或2所述的一种冷凝热分段利用热湿独立处理空气的方法，其特征在于：室内风机和室外风机均采用双向风机，根据季节不同改变空气的流向。
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