CN103712291A - 可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及民用与工业项目中的空调装置技术领域，特别是涉及一种可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，冷或热源单元，用于为处理空气热湿负荷提供冷量或热量并同时制备外输的以制冷剂为载体的冷或热媒；空气热湿处理单元，能对空气进行降温、除湿处理或加热、加湿处理；冷或热源单元包括压缩机、膨胀阀以及制冷剂循环管路，制冷剂循环管路包括第一主管路、第二主管路、第三主管路和第四主管路，第一主管路通过第一制冷剂输入支路与空气热湿处理单元连接，空气热湿处理单元通过第二主管路与压缩机的输入端连接，第二制冷剂输入支路直接连接外界，从外界流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路流入第二主管路。

Description

可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置

技术领域

本发明涉及民用与工业项目中的空调装置的技术领域，特别是涉及一种可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置。

背景技术

节能减排、建设资源节约型社会已经成为当前一项非常重要的工作，建筑能耗约占全社会能耗的30%左右，其中空调系统能耗又占到建筑总能耗的40～60%，因此，降低中央空调系统能耗已经成为我国节能减排的一个重要方向。

    此外，空调系统的直接造价约占到民用建筑项目造价的8-15%，同时还占用了8-12%的土建面积与空间（如集中冷热源机房、空调机房、水管道井、风井等），如何降低系统造价、节约面积和空间，同时缩短工程建设周期，也是工程建设领域多年来一直关注并力求突破的技术难点。

目前的空调系统的解决方案，主要有集中式（即通常所述的中央空调系统）、局部分散式（如多联机空调）和完全分散式（如分体空调、窗机空调等）。不同的空调解决方案其优势和缺点，概述如下：

1、集中式电制冷、吸收式制冷中央空调系统（常规集中式的中央空调系统）。主要存在问题，包括：一、制冷或制热机组到末端空调机组之间需要复杂的、长距离的多趟管路输送连接，需要消耗很大的输配能耗（约占空调系统能耗的20-35%），同时存在需要预留管路空间、施工复杂并占用施工周期的问题；二、制冷或制热机组必须配备制冷机房，一般需要占用2-4%的建筑面积（土建造价）；三、集中的制冷或制热机组和集中的管路输送系统，其部分负荷的调节性能难以很好的适应局部空调（采暖）的需求工况，造成空调设备（冷热源设备、循环泵等）低效运行与能源浪费；四、集中冷、热源对应多个空调分区，还导致不同空调分区的流量分配调节困难，这是因为每个空调分区需要的冷、热水量不仅在设计点不同，在部分负荷运行时也不相同，并且是实时变化的；五、控制系统需要管理与协调制冷设备、制热设备、循环泵、末端设备（新风机组+风机盘管，或者组合式空调箱）等，控制系统设计、建造和管理使用都非常复杂。

2、多联机空调（常规的局部分散式空调）。可以根据建筑分区设置多套相互独立的系统，实现不同区域的控制与负荷调节，没有集中冷站、控制系统相对简单。但是多联机空调机组没有新风（空气）处理功能，因此需要设置独立的新风系统（还需要配备独立的冷热源），系统构架仍然较为复杂；限于压缩机回油问题、过长冷媒输送导致效率显著降低、单台机组制冷（制热量）有限，使得该系统只能适合于中小规模建筑；此外，还存在多联机机组能效比偏低的问题。

3、完全分散式空调方式，主要包括分体空调、窗机空调，局部调节性能最好，但存在没有新风、空调机组能效比过低这两个机理性缺陷。

基于近年来空调理论发展（特别是温湿度独立控制空调系统的提出和应用）、制冷或制热技术和设备的研发进步、溶液调湿空调技术的研发应用，目前制冷或制热装置具备了比以往设备更大的制冷或制热输出能力、更小的体积，如磁悬浮制冷机（或热泵）、数码涡旋制冷机（或热泵）等，同时以溶液调湿空调为代表的空调机组技术具备了一体化解决新风冷却、除湿、加热、加湿和热回收等功能。

因此，本专利申请书所述空调装置，通过设备构架原理的全新研发设计了一种可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可全年应用的、可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，该空调装置并可应用于不同气候区域。 

本发明的可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，包括冷或热源单元、空气热湿处理单元和外输的以制冷剂为载体的冷或热媒输出系统 ；

所述冷或热源单元，用于为处理空气热湿负荷提供冷量或热量并同时制备外输的以制冷剂为载体的冷或热媒；

所述空气热湿处理单元，能对空气进行降温、除湿处理或加热、加湿处理；

所述冷或热源单元包括压缩机、膨胀阀以及制冷剂循环管路，所述制冷剂循环管路包括第一主管路、第二主管路、第三主管路和第四主管路，所述第一主管路通过第一制冷剂输入支路与空气热湿处理单元的第一连接端连接，空气热湿处理单元的第一输出端通过第二主管路与压缩机的输入端连接，所述第一主管路通过第二制冷剂输入支路直接连接外界，从外界流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路流入第二主管路；

所述压缩机的输出端连接第三主管路，所述第三主管路通过第四制冷剂输入支路与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第三制冷剂输出支路与第四主管路连通，第四主管路与第一主管路相连通。

进一步的，所述第三主管路通过第三制冷剂输入支路与空气热湿处理单元的第二连接端连接，空气热湿处理单元的第二输出端与第四主管路连接。

进一步的，所述空气热湿处理单元是基于溶液式空气处理技术的冷却除湿、加热加湿模块和再生模块，或者是基于表冷式空气处理技术的冷冻降温除湿、表面换热式加热、蒸汽加湿或电加湿等空气温度、湿度处理的模块与模块组合。

进一步的，所述空气热湿处理单元包括第一制冷或制热装置、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路，所述溶液调湿单元包括换热芯体，换热芯体与第一制冷或制热装置流出的盐溶液连接，溶液再生单元包括再生单元换热芯体和补水阀，补水阀向再生单元补水以控制溶液的浓度；第一制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元中流出的盐溶液连接。

进一步的，还包括第三制冷或制热装置和第四制冷或制热装置，第三制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中的盐溶液连接，第四制冷或制热装置与进出机组的冷却或换热系统连接。

进一步的，所述空气热湿处理单元由冷却除湿或加热盘管、加湿模块和再热模块组成。

进一步的，所述换热芯体和再生单元换热芯体之间设有溶液质交换循环管路和热回收板式换热器。

进一步的，所述制冷剂循环管路上设有多个电动调节阀，第一制冷或制热装置和外输的以制冷剂为载体的冷或热媒系统、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置均依靠电动调节阀来调节各自分配的制冷剂的流量。

  进一步的，所述第一制冷或制热装置为冷却或加热盘管。

进一步的，还包括热回收单元；

所述热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体、下热湿交换芯体以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵。

进一步的，所述热回收单元是溶液式全热回收模块、转轮热回收模块和板式换热回收模块中的任意一种或组合。

本发明最主要特点是：将制冷或制热装置集成到空调机组中，在对外输出空调系统所需以制冷剂为载体的冷、热媒的同时还可以对新风（空气）进行温度和湿度处理。当空调装置的制冷或制热能力足够大时，可全部负责建筑、工业项目的制冷与除湿需求或制热与加湿需求，相比于传统的中央空调系统，可以省却冷或热源设备、冷或热源机房、冷或热源到空调机组之间的输配系统，同时显著降低空调系统的输配能耗，解决集中冷、热源与空调分区之间冷、热量的分配调节困难以实现显著节能；而相比于多联机空调，所述空调装置可以对新风或空气进行温湿度的调节处理，可以省却新风机组、新风机房（或所占用空间）。

与现有的集中式中央空调系统相比，或者与多联机机组相比，本发明的可制备以制冷剂为载体的冷、热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置具有以下特点和性能优点：

1.本发明构建了一种新的、更简化的空调系统。常规的中央空调系统，必须包含冷、热源设备、新风负荷处理设备、除新风负荷之外的负荷处理设备这三大组成设备，以及冷、热源设备到负荷处理设备之间的输配设备；多联机空调系统，必须包含冷、热源设备、新风负荷处理设备和室内侧的负荷处理设备。而本发明装置可以同时处理空气热湿负荷并提供以制冷剂为载体的空调冷、热媒，构建了一种新的、只需要两种设备的空调构架体系——本发明的空调装置和室内侧的负荷处理设备。

2.高效节能。与传统的中央空调相比，由于省却了输配系统，能耗可降低20%以上，由于采取了以制冷剂为载体的冷媒或热媒输送冷或热量到末端的方法，可再节能8%以上；与局部分散式的多联机空调系统相比，由于新风采用一体式的、制冷或热量大、体积小的冷、热源设备，新风处理能耗可降低20%以上。

3.大幅节约空调系统占用的面积与空间。与传统的中央空调相比，由于省却了输配系统、冷、热源设备和机房，可节约3-4.5%的建筑面积；与局部分散式的多联机空调系统相比，由于新风采用一体式处理方式，可省去新风处理装置及机房，可节约1.5-2%的建筑面积。

4.显著降低工程造价。与传统集中式中央空调系统或半集中式的多联机空调系统相比，可省却冷、热源机房、冷、热源机房到末端空调机组之间的输送管路，以及独立的新风机房，因此可降低土建造价2-4.5%，降低空调系统造价2-4%。

5.简化空调控制系统/楼宇自控系统。对于空调控制系统而言，只需要对本发明所述“空调装置”、冷却或换热设备、室内末端装置（如风机盘管）进行集中管理与控制，空调控制系统大为简化。常规空调系统必须对冷、热源设备、冷却或换热设备、循环泵、新风机组、空调机组、室内末端装置（如风机盘管）等进行控制，非常复杂。

6.降低运行管理技术难度，节约管理成本，并可节约管理人员。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，本发明的可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，

包括用于为处理空气热湿负荷提供冷量或热量并同时制备外输的以制冷剂为载体的冷或热源单元和能对空气进行降温、除湿处理或加热、加湿处理的空气热湿处理单元。

所述冷或热源单元包括压缩机1、膨胀阀3以及制冷剂循环管路，制冷剂循环管路包括第一主管路21、第二主管路22、第三主管路23和第四主管路24，第一主管路21通过第一制冷剂输入支路31与空气热湿处理单元的第一连接端连接，空气热湿处理单元的第一输出端通过第二主管路与压缩机的输入端连接，第一主管路通过第二制冷剂输入支路32直接连接外界，从外界流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路35流入第二主管路22；

压缩机的输出端连接第三主管路23，第三主管路通过第三制冷剂输入支路33与空气热湿处理单元的第二连接端连接，空气热湿处理单元的第二输出端与第四主管路24连接，第四主管路24与第一主管路21相连通；第三主管路23通过第四制冷剂输入支路34与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第三制冷剂输出支路36与第四主管路24连通。

空气热湿处理单元包括第一制冷或制热装置401、第三制冷或制热装置403、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路，溶液调湿单元包括换热芯体，换热芯体与第一制冷或制热装置流出的盐溶液连接，溶液再生单元包括再生单元换热芯体和补水阀，补水阀向再生单元补水以控制溶液的浓度；第一制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元中流出的盐溶液连接。第三制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中的盐溶液连接。

上述空调装置还包括：第四制冷或制热装置404。

第四制冷或制热装置与进出机组的冷却或换热系统连接。

第一制冷或制热装置401与空气热湿处理单元中的调湿单元换热芯体8中流出的盐溶液连接，用于冷却或加热盐溶液以增强其除湿或加湿能力；用于溶液-制冷剂换热的第一制冷或制热装置401和外输的以制冷剂为载体的冷或热媒系统依靠电动调节阀11来调节各自分配的制冷剂的流量；

第三制冷或制热装置403与空气热湿处理单元中的再生单元换热芯体9中流出的盐溶液连接，用于加热或冷却盐溶液以增强其再生能力；第四制冷或制热装置404与进出机组的冷却或换热系统连接，与其进行换热，从而散掉冷凝器的热量或从中吸取热量；

用于溶液-制冷剂换热的第三制冷或制热装置403和用于冷却或换热系统-制冷剂换热的第四制冷或制热装置404依靠电动调节阀11来调节各自分配的制冷剂的流量；

冷或热源单元可以根据需要设置多组，第一制冷或制热装置401、以制冷剂为载体的冷或热媒输出系统、第三制冷或制热装置403、第四制冷或制热装置404，需要根据调湿单元、以制冷剂为载体的冷或热媒输出系统和再生单元、冷却或换热系统的数量与之逐一匹配，而压缩机1和膨胀阀3则可以根据需要设置1个或多个。

空气热湿处理单元由溶液调湿单元和溶液再生单元组成。

溶液调湿单元由换热芯体8、溶液循环泵51组成，溶液再生单元由换热芯体9、溶液循环泵52、补水阀10组成，补水阀10的作用是向再生单元补水以控制溶液的浓度，此外，调湿芯体8和再生芯体9之间还有一套溶液质交换循环管路和热回收板式换热器6，热回收板式换热器6用于减少调湿芯体8与再生芯体9之间因溶液温度不同而造成的不可逆损失；溶液调湿单元、再生单元及其溶液质交换循环管路可以根据除或加湿量的需要设置一组或多组。热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体71、下热湿交换芯体72以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵53，这种热回收单元可根据热回收效率的需要设置一组或者多组。

本实施方式的机组在运行时空气和溶液的流程如下：盐溶液首先被溶液循环泵输送到上热湿交换芯体71中，与进入换热芯体的排风进行热质交换，吸收排风的冷量或热量之后再通过溶液管道流入下热湿交换芯体72中，与进入该换热芯体的空气进行热质交换，对空气进行预冷、预除湿或预热、预加湿；经过预处理的空气进入调湿单元的换热芯体8中，而换热芯体8中流出的浓度较高或较低的盐溶液经过第一制冷或制热装置401冷却或加热后，在换热芯体8中与空气进行热质交换，空气被深度除湿、降温或加热、加湿后送入室内；吸收空气中水分或释放水分后的盐溶液浓度降低或升高，通过溶液质交换循环管路进入再生单元换热芯体9中，而从再生单元换热芯体9中流出的浓度较低或较高的盐溶液经过第三制冷或制热装置403加热或冷却后，在再生单元换热芯体9中与排风进行热质交换，盐溶液中的水分和热量进入排风中或溶液吸收排风中的水分和热量，溶液的浓度升高或降低，然后再通过溶液质交换管路流入调湿单元的换热芯体8，并与从换热芯体8流入再生单元换热芯体9中的稀或浓溶液通过板式换热器6进行热量回收。

实施例二

如图2所示，本实施方式的可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，

与实施例一不同之处在于：

冷或热源单元由压缩机1、第四制冷或制热装置404、膨胀阀3、第一制冷或制热装置401、以制冷剂为载体的冷或热媒外输系统、电动调节阀7及制冷剂循环管路组成；

第一制冷或制热装置401作为冷却或加热盘管，用于对空气进行冷却、除湿或加热；

空气热湿处理单元由冷却除湿或加热盘管401、加湿模块8和再热模块9组成，这种空气热湿处理单元可以根据降温、除或加热、加湿量的需要设置一组或多组。

热回收单元由一个热回收转轮6构成，这种热回收单元可根据热回收效率的需要设置一组或者多组。

本实施方式的机组在运行时空气的流程如下：热交换转轮与排风进行热质交换，转轮吸收排风的冷量并将水分排到排风中或转轮吸收排风中的热量和水分之后旋转至送风侧，与空气进行热质交换，对空气进行预冷预除湿或预热预加湿；经过预处理的空气进入冷却除湿或加热盘管中，被进一步除湿降温或加热后送入室内；而与转轮进行过热质交换的排风则被直接排到室外。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可制备冷或热媒并同时处理空气热湿负荷的空调装置，其特征在于：包括冷或热源单元、空气热湿处理单元和外输以制冷剂为载体的冷或热媒管路；

所述冷或热源单元，用于为处理空气热湿负荷提供冷量或热量并同时制备外输的以制冷剂为载体的冷或热媒；

所述空气热湿处理单元，能对空气进行降温、除湿处理或加热、加湿处理；

所述冷或热源单元包括压缩机、膨胀阀以及制冷剂循环管路，所述制冷剂循环管路包括第一主管路、第二主管路、第三主管路和第四主管路，所述第一主管路通过第一制冷剂输入支路与空气热湿处理单元的第一连接端连接，空气热湿处理单元的第一输出端通过第二主管路与压缩机的输入端连接，所述第一主管路通过第二制冷剂输入支路直接连接外界，从外界流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路流入第二主管路；

所述压缩机的输出端连接第三主管路，第三主管路通过第四制冷剂输入支路与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第三制冷剂输出支路与第四主管路连通，第四主管路与第一主管路相连通。

2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于：所述第三主管路通过第三制冷剂输入支路与空气热湿处理单元的第二连接端连接，空气热湿处理单元的第二输出端与第四主管路连接。

3.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于：所述空气热湿处理单元是基于溶液式空气处理技术的冷却除湿、加热加湿模块和再生模块，或者是基于表冷式空气处理技术的冷冻降温除湿、表面换热式加热、蒸汽加湿或电加湿等空气温度、湿度处理的模块与模块组合。

4.根据权利要求3所述的空调装置，其特征在于：所述空气热湿处理单元包括第一制冷或制热装置、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路，所述溶液调湿单元包括换热芯体，换热芯体与第一制冷或制热装置流出的盐溶液连接，溶液再生单元包括再生单元换热芯体和补水阀，补水阀向再生单元补水以控制溶液的浓度；第一制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元中流出的盐溶液连接；

还包括第三制冷或制热装置和第四制冷或制热装置，第三制冷或制热装置位于空气热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中的盐溶液连接，第四制冷或制热装置与进出机组的冷却或换热系统连接。

5.根据权利要求4所述的空调装置，其特征在于：所述空气热湿处理单元由冷却除湿或加热盘管、除湿或加湿模块和再热模块组成。

6.根据权利要求4所述的空调装置，其特征在于：所述换热芯体和再生单元换热芯体之间设有溶液质交换循环管路和热回收板式换热器。

7.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于：所述制冷剂循环管路上设有多个电动调节阀，第一制冷或制热装置、外输冷热媒系统、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置均依靠电动调节阀来调节各自分配的制冷剂的流量。

8.根据权利要求4所述的空调装置，其特征在于：所述第一制冷或制热装置为冷却或加热盘管。

9.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于：还包括热回收单元；

所述热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体、下热湿交换芯体以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵。

10.根据权利要求9所述的空调装置，其特征在于：所述热回收单元是溶液式全热回收模块、转轮热回收模块和板式换热回收模块中的任意一种或组合。

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