CN102563786B

CN102563786B - 一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统

Info

Publication number: CN102563786B
Application number: CN201210009494.0A
Authority: CN
Inventors: 顾兆林; 王赞社; 冯诗愚; 罗昔联; 孟祥兆; 赵民
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN102563786A

Abstract

本发明公开了一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统，温度控制过程中对空气的降温过程采用独立的制冷系统进行，湿度控制过程中对于除湿和再生过程采用独立的热泵系统来进行；具体来说，溶液除湿过程中溶液所吸收的水蒸气潜热由热泵系统的蒸发器来补偿，而溶液再生过程中水蒸气的汽化潜热由热泵系统的冷凝器来补偿；而对空气的温度控制过程由制冷系统的蒸发器来进行，制冷系统的冷凝器的热量用于预热除湿稀溶液。本发明从室内空气的温、湿度控制机理出发，对温度控制过程与除湿和再生过程中的能量进行独立匹配，达到温湿度的独立控制目的。

Description

一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统

技术领域

本发明属于暖通空调技术应用领域，涉及室内热舒适度调节和系统节能过程，特别涉及一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统。

背景技术

近年来，极端恶劣天气不断加剧，人们对室内环境的热舒适性要求也越来越高。尤其是我国南方高温高湿地区，在夏季，高温和高湿气候严重影响人体与环境的热湿平衡，人们生活环境的热舒适性大大降低。根据人体热舒适性指标PMV，温度和湿度参数是影响人体热舒适性的重要关键因素，对于南方高温高湿地区，湿度对人体的热舒适度影响更大。鉴于此，各种除湿空调设备应运而生，常见的除湿技术有吸附式除湿、溶液除湿、冷凝除湿等等。

节能减排是近年来全世界的又一项战略任务，也是我国“十二五”规划的重要内容。我国建筑能耗占社会总能耗的比例已达到25%，这其中，空调设备的能耗占很大比重，因此，在保证人体热舒适性的前提下，实现空调设备的节能减排是空调设备的重要发展方向。

温湿度独立控制系统已被证明可以提高制冷系统的性能系数，降低能耗，改善室内环境的有效途径，其核心思想是将空气中的温度和湿度参数进行独立控制，提高制冷系统蒸发温度，提高系统的制冷效率，提高室内空气参数的可控性。

目前研究较多的是基于溶液除湿的温湿度独立控制系统。新风通过喷淋的除湿溶液进行热质交换，除湿后的空气再经过蒸发器或风机盘管送至室内；溶液再生过程多采用余热、废热或回收制冷系统冷凝器的热量对溶液进行预热。

专利《二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调装置》（专利申请号：200620022837.7）公开了一种二氧化碳超临界循环热泵与溶液除湿相结合的空调装置，该系统采用二氧化碳热泵的蒸发器提供较高温度的冷水（15-18℃）满足建筑的供冷要求，二氧化碳热泵的冷凝器产生的较高温度（80-90℃）的热量用于溶液的再生，这种技术方案中，由于二氧化碳的超临界循环，系统的COP本身就比较低，而且，二氧化碳冷却器的放热属于显热放热，其冷却器的面积较大，再者，系统的高压力对二氧化碳压缩机的要求非常高，系统成本较高。专利《一种温湿度独立控制空调系统》（专利申请号：200710092891.8）公布了一种温湿度独立控制空调系统，该系统将空气源热泵机组冷凝器散热量进行回收，用作溶液再生的热量，实现除湿溶液的再生，减少溶液再生对其它废热量的需求，这种技术方案虽然可以提高能量的利用率，但仍然需要外热源，系统比较复杂。专利《一种溶液除湿结合制冷压缩机冷热双侧能量进行空气调节的方法》（专利申请号：200510018081.9）公布了一种溶液除湿结合制冷压缩机利用冷热双侧能量进行空气调节的方法，利用压缩机蒸发侧处理空气显热,调节空气温度，利用压缩机冷凝侧放出的热量对吸湿后浓度降低的溶液进行浓缩再生，这种方法存在着系统能量匹配和随着室外空气参数变化可控性的问题。

以上技术方案都比较好的解决了空气温湿度参数的独立控制问题，但大部分仍然需要外热源，导致系统结构复杂，限制了系统的可推广性。

从室内湿度控制的核心机理来看，室外新风或渗风进入室内，必然将水蒸气带入，而室内人体散发的水蒸气和其他途径所散发的水蒸气，对于室内湿度的控制而言，必须将室内多余的水蒸气送至室外。从能量输送的角度来看，溶液除湿的方法是将室内水蒸气的潜热吸收后，水蒸气变为液态水，再通过溶液再生的方式输入相应的潜热量，将液体水汽化后，变为水蒸气再输送至室外，因此，要实现湿度的真正独立控制，必须在溶液除湿阶段和溶液再生阶段分别匹配相应的能量。

发明内容

本发明的目的在于从室内空气的温、湿度控制机理出发，对温度控制过程与除湿和再生过程中的能量进行独立匹配，达到温湿度的独立控制。即，温度控制过程中对空气的降温过程采用独立的制冷系统进行，湿度控制过程中对于除湿和再生过程采用独立的热泵系统来进行。具体来说，溶液除湿过程中溶液所吸收的水蒸气潜热由热泵系统的蒸发器来补偿，而溶液再生过程中水蒸气的汽化潜热由热泵系统的冷凝器来补偿；而对空气的温度控制过程由制冷系统的蒸发器来进行，制冷系统的冷凝器的热量用于预热除湿稀溶液。

为达到上述目的，本发明拟通过以下技术方案来解决：

系统由溶液除湿模块I、溶液再生模块II、热泵模块III和制冷模块IV四个部分组成，形成温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统。其中溶液除湿模块I含有降膜吸收器11，溶液泵9、溶液分布器14和预防雾沫夹带器13；溶液再生模块II含有降膜再生器12，溶液泵9、溶液分布器14和预防雾沫夹带器13；热泵模块III含有热泵压缩机5，冷凝器6，膨胀阀7和蒸发器8；制冷模块IV含有制冷压缩机1，冷凝器2，膨胀阀3和蒸发器4。溶液除湿模块I用于去除新风或新风与回风混合空气中的部分水蒸气，降低空气湿度；溶液再生模块II用于除湿溶液的再生；热泵模块III的冷凝器6用于溶液再生模块II中溶液再生的热源，蒸发器8用于溶液除湿模块I中除湿溶液的降温；制冷模块IV的蒸发器4用于冷却经过溶液除湿模块I中较低湿度的空气，冷凝器2用于加热溶液除湿模块I中稀溶液。

溶液除湿模块I中流出的稀溶液与溶液再生模块II中流出的浓溶液之间设置有溶液热交换器10，目的是进行热量交换和热量回收。

溶液除湿模块I中流出的稀溶液经过溶液热交换器10后，通过制冷模块IV的冷凝器2的预热，然后进入溶液再生模块II中的溶液泵9中，与溶液再生模块II中的溶液混合后进入热泵模块III中的冷凝器6中，经过加热后送入溶液再生模块II中的溶液分布器14中。

室外全新风或者室外新风与室内回风的混合空气经过溶液除湿模块I的除湿后，再经过制冷模块IV的蒸发器4的降温后被送至室内。

室内回风或者室内回风与室外新风的混合空气经过溶液再生模块II后，湿度增加，然后被排空。

除湿模块和再生模块中所使用的溶液为溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液等。

图1所示为本发明对于一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统的描述。

室外新风或室外新风与室内回风组成的混合空气进入除湿模块I，与从溶液布液器14流下来的除湿浓溶液在降膜吸收器11的表面形成逆流流动方式，二者进行热质交换，其结果是除湿浓溶液吸收了空气中的水蒸气，而空气被除湿。除湿后的空气再经过制冷模块IV的蒸发器4进行降温后被送至室内。被稀释后的除湿溶液通过溶液泵9与来自于再生模块II的再生浓溶液混合，被热泵模块III的蒸发器8冷却后，送入溶液分布器14中，如此完成一个除湿循环。

室内回风或室内回风与室外新风的混合空气进入再生模块II中，与从溶液分布器14流下来的再生稀溶液在降膜再生器12的表面形成逆流流动方式，二者进行热质交换，其结果是再生溶液释放了水蒸气，而空气被增湿。增湿后的空气被排出至室外。被浓缩后的再生溶液通过溶液泵9与来自于除湿模块I的稀溶液混合，被热泵模块III的冷凝器6加热后，送入溶液分布器14中，如此完成一个再生循环。

热泵模块III的蒸发器8用于冷却来自于除湿模块I溶液泵9出口的除湿浓溶液。热泵模块III的冷凝器6用于加热来自于再生模块II溶液泵9出口的再生稀溶液。

制冷模块IV的蒸发器4用于冷却除湿模块I除湿后的空气，制冷模块IV的冷凝器2用于预热来自于除湿模块I的稀溶液。

本发明利用溶液除湿系统控制室内空气的湿度；利用制冷系统的蒸发器控制室内空气的温度，制冷系统的冷凝器来预热除湿溶液；利用热泵系统的蒸发器和冷凝器实现溶液除湿和溶液再生过程的能量需求；系统无需外热源，系统节能，结构简单、紧凑。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参照图1，本发明的原理为：室外新风或室外新风与室内回风组成的混合空气进入除湿模块I，与从溶液布液器14流下来的除湿浓溶液在降膜吸收器11的表面形成逆流流动方式，二者进行热质交换，其结果是除湿浓溶液吸收了空气中的水蒸气，而空气被除湿。除湿后的空气再经过制冷模块IV的蒸发器4进行降温后被送至室内。被稀释后的除湿溶液通过溶液泵9与来自于再生模块II的再生浓溶液混合，被热泵模块III的蒸发器8冷却后，送入溶液分布器14中，如此完成一个除湿循环。

其中，除湿模块I流出的稀溶液分别经过了溶液热交换器10的换热，再经过制冷模块IV的冷凝器2的预热，然后和再生模块II的溶液混合，被溶液泵9送至热泵模块III的冷凝器进行加热，实现了各种能量的梯级利用。

而再生模块II流程的浓溶液经过了溶液热交换器10的换热，和除湿模块I的溶液混合后，被溶液泵9送至热泵模块III的蒸发器进行冷却，也实现了能量的梯级利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种温度和湿度独立控制的制冷-热泵复合能量系统，其特征在于：该系统由溶液除湿模块（I）、溶液再生模块（II）、热泵模块（III）和制冷模块（IV）四个部分组成；所述溶液除湿模块（I）含有降膜吸收器（11），溶液泵（9）、溶液分布器（14）和预防雾沫夹带器（13）；所述溶液再生模块（II）含有降膜再生器（12），溶液泵（9）、溶液分布器（14）和预防雾沫夹带器（13）；所述热泵模块（III）含有热泵压缩机（5），冷凝器（6），膨胀阀（7）和蒸发器（8）；所述制冷模块（IV）含有制冷压缩机（1），冷凝器（2），膨胀阀（3）和蒸发器（4）；所述溶液除湿模块（I）用于去除新风或新风与回风混合空气中的部分水蒸气，降低空气湿度；所述溶液再生模块（II）用于除湿溶液的再生；所述热泵模块（III）的冷凝器（6）用于溶液再生模块（II）中溶液再生的热源，蒸发器（8）用于溶液除湿模块（I）中除湿溶液的降温；所述制冷模块（IV）的蒸发器（4）用于冷却经过溶液除湿模块（I）中较低湿度的空气，冷凝器（2）用于加热溶液除湿模块（I）中稀溶液；溶液除湿模块（I）中流出的稀溶液与溶液再生模块（II）中流出的浓溶液之间设置有溶液热交换器（10）；溶液除湿模块（I）中流出的稀溶液经过溶液热交换器（10）后，通过制冷模块（IV）的冷凝器（2）的预热，然后进入溶液再生模块（II）中的溶液泵（9）中，与溶液再生模块（II）中的溶液混合后进入热泵模块（III）中的冷凝器（6）中，经过加热后送入溶液再生模块（II）中的溶液分布器（14）中。