CN104061634B - 一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，包括一级溶液除湿再生循环系统、二级溶液除湿再生循环系统、热泵循环系统、第一风机；一级溶液除湿再生循环系统包括一级除湿器和第一再生器，一级除湿器溶液出口连通至第一再生器溶液入口，第一再生器溶液出口连通至一级除湿器溶液入口构成一级溶液除湿再生循环；二级溶液除湿再生循环系统包括二级除湿器和第二再生器，二级除湿器溶液出口连通至第二再生器溶液入口，第二再生器溶液出口连通至二级除湿器溶液入口构成二级溶液除湿再生循环；热泵循环系统包括第一冷凝器、节流阀、压缩机、蒸发器；第二再生器溶液出口经蒸发器冷却后再连通至二级除湿器溶液入口。
Description
技术领域
本发明涉及一种热泵与溶液除湿再生系统相结合的，采用变溶液温度、变溶液浓度的两级除湿降温新风处理方式的空调系统和控制方法，属于空气调节及建筑设备节能技术领域。
背景技术
随着建筑功能的日益多元化，建筑空调能耗在不断提高，温湿度独立处理空调作为一种新型的空调理念正受到越来越广泛的关注与研究。利用溶液除湿的系统具有空气湿度控制精确、处理后空气品质优良、电能消耗少、结构简单和可以利用低品位热源驱动等优点，是温湿度独立处理空调系统中最常见的一种形式。
与热泵相结合的溶液除湿空调是一类典型的低温热源驱动的温湿度独立处理空调，其利用蒸发器的冷量对溶液进行降温，随后利用降温溶液对空气进行热湿处理，除湿后的稀溶液利用热泵的冷凝热再生，在实现空气的热湿处理的同时利用了被常规蒸汽压缩式制冷空调所排走的冷凝热，节能效果显著。
但是，目前热泵驱动的溶液除湿空调系统还是存在以下不足：1)除湿器、再生器、蒸发器和冷凝器之间的热量难以实现动态匹配，当空气处理的负荷发生变化时，系统的冷凝热可能多余或少于溶液再生所需求的热量。当系统的冷凝热多余溶液再生所需热量时，溶液会过渡再生，此时需要对溶液中补水以降低溶液浓度，造成了能量的浪费和资源的不必要消耗；当系统的冷凝热少于溶液再生所需热量时，需要额外消耗电能或其它热源来满足溶液再生需求，导致系统成本提高。2)该类系统对新风的处理多是采用一级冷却除湿，利用低温的溶液直接处理高温高含湿量的新风。但是，高温高含湿量的空气本可以利用常温溶液进行有效处理，因此该热力过程存在缺陷，同样是对冷量的一种浪费。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于本发明的目的是提供一种新型的热泵驱动的，采用变溶液温度、变溶液浓度的两级除湿降温新风处理方式的空调系统和控制方法，实现高温免费冷源的有效利用，同时克服传统空调及一般热泵驱动溶液除湿空调的缺陷，达到减少建筑空调能耗的目的
技术方案：本发明的热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，包括一级溶液除湿再生循环系统、二级溶液除湿再生循环系统、热泵循环系统以及第一风机；一级溶液除湿再生循环系统包括一级除湿器和第一再生器，一级除湿器溶液出口连通至第一再生器溶液入口，第一再生器溶液出口连通至一级除湿器溶液入口构成一级溶液除湿再生循环；二级溶液除湿再生循环系统包括二级除湿器和第二再生器，二级除湿器溶液出口连通至第二再生器溶液入口，第二再生器溶液出口连通至二级除湿器溶液入口构成二级溶液除湿再生循环；热泵循环系统包括第一冷凝器、节流阀、压缩机以及蒸发器；第二再生器溶液出口经蒸发器冷却后再连通至二级除湿器溶液入口；第一风机抽取新风依次通过一级除湿器和二级除湿器。
进一步地，一级除湿器溶液出口经过第一冷凝器后再通入第一再生器。
进一步地，优选热泵循环系统还包括第二冷凝器，压缩机依次串联第一冷凝器、第二冷凝器、节流阀以及蒸发器再联回压缩机构成热泵循环系统；二级除湿器溶液出口经过第二冷凝器后再通入第二再生器。
进一步地，优选设置一级溶液除湿再生循环系统还包括溶液冷却器，该冷却器通过常温冷却水或自来水作为冷源，第一再生器的溶液出口经过该溶液冷却器冷却后再通入一级除湿器。
进一步地，设置一级溶液除湿再生循环系统还包括第一热交换器，第一再生器溶液出口流经第一热交换器再通入一级除湿器溶液入口，一级除湿器溶液出口流经第一热交换器流经第一热交换器再通入第一再生器溶液入口；所述的二级溶液除湿再生循环系统还包括第二热交换器，第二再生器溶液出口流经第二热交换器再通入二级除湿器溶液入口，二级除湿器溶液出口流经第二热交换器再通入第二再生器溶液入口。
进一步地，一级溶液除湿再生循环系统还设置有一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀；所述的二级溶液除湿再生循环系统还设置有二级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀。
进一步地，一级溶液除湿再生循环系统和二级溶液除湿再生循环系统中的溶液均为吸湿性盐溶液；流入一级除湿器溶液入口处的溶液浓度高于流入二级除湿器溶液入口处的溶液浓度；流入一级除湿器溶液入口处的溶液温度高于流入二级除湿器溶液入口处的溶液温度。
8、根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的吸湿性盐溶液为氯化锂溶液、溴化锂溶液、氯化钙溶液中的一种溶液或多种溶液的混合物。
本发明中的热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统的控制方法：当一级溶液除湿再生循环系统处理新风后空气含湿量高于设计要求时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀，增加进入一级除湿器的溶液流量、降低进入二级除湿器的溶液流量，以增加溶液冷却器中高温冷源的使用量、降低蒸发器中低温冷源的使用量；当二级溶液除湿再生循环系统处理新风后空气含湿量仍高于设计要求时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀和二级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀，减少进入一级除湿器的溶液流量、增加进入二级除湿器的溶液流量；控制调节热泵循环系统压缩机的输出功率达到第一冷凝器和第二冷凝器溶液再生需要的再生温度。
本发明的的热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统的空调控制方法，当一级溶液除湿再生循环系统处理新风能力不足时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀，增加进入一级除湿器的溶液流量、降低进入二级除湿器的溶液流量，以增加溶液冷却器中高温冷源的使用量、降低蒸发器中低温冷源的使用量；当二级溶液除湿再生循环系统处理新风能力不足时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀和二级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀，减少进入一级除湿器的溶液流量、增加进入二级除湿器的溶液流量；控制调节热泵循环系统压缩机的输出功率达到第一冷凝器和第二冷凝器溶液再生需要的再生温度。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：(1)本发明是一种新型的热泵驱动溶液除湿空调系统，其空气处理方式采用变溶液温度、变溶液浓度的两级除湿降温模式，相对于一般热泵驱动的溶液除湿空调所采取的一级低温除湿降温处理方式，空气处理过程需电能所产生的低温冷源更少，因此具有明显的节能效果。(2)利用高温冷源冷却溶液，实现了对高温冷源(冷却塔或其他设备所提供的免费冷水)的合理利用，相对于以往的空调系统只是利用高温冷源对待处理新风做预冷的处理方式，高温冷源利用的更有效，同时高温冷源的使用还能降低机组的总耗电量。
附图说明
图1为本发明一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：
本实施例的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，如图1所示由热泵系统和溶液除湿再生系统耦合而成。该热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调装置其新风处理方式为：首先新风在一级除湿器1中进行高温区、高含湿量区的处理。由于溶液再生后温度较高，不能立即用于除湿，一级除湿器1中使用的溶液是经溶液冷却器4冷却后的常温溶液。溶液冷却器4中的冷源采用冷却塔提供的温度在25℃～30℃之间的常温冷却水或者自来水均可，除湿溶液在溶液冷却器中降温至30℃即可送入一级除湿器1中。此时溶液的使用质量浓度根据新风处理湿负荷的不同控制在较高浓度范围，如使用LiCl水溶液作为工作溶液时控制在质量分数0.30～0.35％之间。经一级除湿器1处理后的空气含湿量达到室外和送风的中间状态。同时调节溶液流量，保证空气的出口温升不高，例如，若处理新风的初始温度在35℃左右，则除湿后出口温度保持在30℃～40℃之间。除湿后的稀溶液经第一冷凝器13，吸收冷凝热升温，达到再生温度后送入第一再生器19再生。第一再生器19中的再生空气可以采用新风，也可以采用房间的回风。因此在本实施例中需要由第三风机18提供再生空气，或者不使用风机只要使得空气流通带走溶液的水汽均可，这是本领域的常识。此外，在一级除湿器1与第一再生器19之间设置第一热交换器7，用于热量的回收，除湿后的稀溶液与再生后的浓溶液进行热量交换，达到进入除湿系统的溶液预冷与进入再生系统的溶液预热的目的。
经一级除湿器1处理后的中间状态的新风送入二级除湿器2进行进一步处理，达到送风状态后送入空调房间。二级除湿的目的是将新风除湿降温到送风状态，因为一级除湿其1对新风的湿负荷进行了预处理，因此二级除湿过程的显热负荷相对较大，此时可采用低温低浓度的溶液。二级溶液除湿再生循环中溶液浓度较低(如使用LiCl溶液质量分数通常在29％左右)，可以在低温除湿满足送风要求，同时还可以利用较低温度的冷凝排热进行再生。二级再生器2再生后的高温溶液进入蒸发器11中，由热泵循环系统冷却至16℃～20℃之间的低温状态，溶液质量浓度根据新风剩余湿负荷的不同控制在较低浓度，如LiCl水溶液质量分数在25％～30％的低浓度状态。新风在二级除湿器2中被除湿降温至送风状态。除湿后的稀溶液经第二冷凝器14，吸收冷凝热升温，达到再生温度后送入第二再生器17再生。用于提供一级除湿和二级除湿后稀溶液再生热量的第一冷凝器13和第二冷凝器14。通过压缩机12先串联第一冷凝器13，再串连第二冷凝器14，在第一冷凝器中以释放过热气体显热为主，被加热的溶液温度较高，保证较高浓度的溶液在第一再生器顺利再生；第二冷凝器实现气液冷凝相变，被加热溶液温度较低，可以满足来自第二再生器的低浓度溶液再生。由于一级除湿器和一级再生器构成的除湿循环通过自然冷源带走湿负荷，制冷系统冷量仅仅用于二级除湿器和二级再生器构成的除湿循环，从而减少冷量需求，降低了整体能耗。采用串联方式连接，而溶液再生器则分别单独设置，独立工作。此外，在二级除湿器2与第二再生器17之间设置第二热交换器8，其作用与前述热交换器相同。与第三风机18类似，本实施例设置第二风机16送入第二再生器17的再生空气完成热质交换，溶液再生，再生空气同样可以为新风或者房间回风
所述热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调装置，采用两级变溶液温度、变溶液浓度的分温区、分湿度区新风处理方式的同时，能够实现高温免费冷源和低温机械制冷冷源的综合利用。当一级除湿过程处理新风负荷较多时，可以增加进入一级除湿器1的溶液流量、降低进入二级除湿器2的溶液流量，以增加溶液冷却器4中高温冷源的使用量、降低蒸发器11中低温冷源的使用量；当二级除湿过程处理新风负荷较多时，可以减少进入一级除湿器1的溶液流量、增加进入二级除湿器2的溶液流量，以减少溶液冷却器4中高温冷源的使用量、增加蒸发器11中低温冷源的使用量。该新型系统在运行时，虽然免费冷量使用比例的增加可以达到节能的效果，但是免费冷量的增加会导致蒸发器11中冷量减少，此时用于再生溶液的总的冷凝热量会减少。所以，需要注意的是，无论哪种冷量分配比例，总的供冷量总是需要满足新风处理过程所需的总冷量，同时冷凝热量总是需要满足溶液再生的需求。因此，总的冷量分配及溶液流量分配需根据实际新风条件所确定。由于除湿器、再生器、溶液冷却器4、蒸发器11、冷凝器之间的热量匹配关系可以通过控制溶液流量及溶液来调节，因此该系统相对于传统热泵驱动的溶液除湿空调系统更易实现设备间的热量动态匹配。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，包括一级溶液除湿再生循环系统、二级溶液除湿再生循环系统、热泵循环系统以及第一风机(3)；一级溶液除湿再生循环系统包括一级除湿器(1)和第一再生器(19)，一级除湿器(1)溶液出口连通至第一再生器(19)溶液入口，第一再生器(19)溶液出口连通至一级除湿器(1)溶液入口构成一级溶液除湿再生循环；二级溶液除湿再生循环系统包括二级除湿器(2)和第二再生器(17)，二级除湿器(2)溶液出口连通至第二再生器(17)溶液入口，第二再生器(17)溶液出口连通至二级除湿器(2)溶液入口构成二级溶液除湿再生循环；热泵循环系统包括第一冷凝器(13)、节流阀(15)、压缩机(12)以及蒸发器(11)；第二再生器(17)溶液出口经蒸发器(11)冷却后再连通至二级除湿器(2)溶液入口；第一风机(3)抽取新风依次通过一级除湿器(1)和二级除湿器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的一级除湿器(1)溶液出口经过第一冷凝器(13)后再通入第一再生器(19)。
3.根据权利要求2所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的热泵循环系统还包括第二冷凝器(14)，压缩机(12)依次串联第一冷凝器(13)、第二冷凝器(14)、节流阀(15)以及蒸发器(11)再联回压缩机(12)构成热泵循环系统；二级除湿器(2)溶液出口经过第二冷凝器(14)后再通入第二再生器。
4.根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的一级溶液除湿再生循环系统还包括溶液冷却器(4)，该冷却器(4)通过常温冷却水或自来水作为冷源，第一再生器(19)的溶液出口经过该溶液冷却器(4)冷却后再通入一级除湿器(1)。
5.根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的一级溶液除湿再生循环系统还包括第一热交换器(7)，第一再生器(19)溶液出口流经第一热交换器(7)再通入一级除湿器(1)溶液入口，一级除湿器(1)溶液出口流经第一热交换器(7)流经第一热交换器再通入第一再生器(19)溶液入口；所述的二级溶液除湿再生循环系统还包括第二热交换器(8)，第二再生器(17)溶液出口流经第二热交换器(8)再通入二级除湿器(2)溶液入口，二级除湿器(2)溶液出口流经第二热交换器(8)再通入第二再生器(17)溶液入口。
6.根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的一级溶液除湿再生循环系统还设置有一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀(6)；所述的二级溶液除湿再生循环系统还设置有二级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀(9)。
7.根据权利要求1所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的一级溶液除湿再生循环系统和二级溶液除湿再生循环系统中的溶液均为吸湿性盐溶液；流入一级除湿器(1)溶液入口处的溶液浓度高于流入二级除湿器(2)溶液入口处的溶液浓度；流入一级除湿器(1)溶液入口处的溶液温度高于流入二级除湿器(2)溶液入口处的溶液温度。
8.根据权利要求7所述的一种热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统，其特征在于，所述的吸湿性盐溶液为氯化锂溶液、溴化锂溶液、氯化钙溶液中的一种溶液或多种溶液的混合物。
9.根据权利要求6所述的热泵驱动的两级高低温溶液除湿空调系统的控制方法，其特征在于，当一级溶液除湿再生循环系统处理新风后空气含湿量高于设计要求时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀(6)，增加进入一级除湿器(1)的溶液流量、降低进入二级除湿器(2)的溶液流量，以增加溶液冷却器(4)中高温冷源的使用量、降低蒸发器(11)中低温冷源的使用量；当二级溶液除湿再生循环系统处理新风后空气含湿量仍高于设计要求时，控制调节一级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀(6)和二级溶液除湿再生循环系统溶液流量调节阀(9)，减少进入一级除湿器(1)的溶液流量、增加进入二级除湿器(2)的溶液流量；控制调节热泵循环系统压缩机(12)的输出功率达到第一冷凝器(13)和第二冷凝器(14)溶液再生需要的再生温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |