CN105737302A - 基于干空气能的中央空调 - Google Patents

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朱小平
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Xian Polytechnic University
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Abstract

本发明公开的基于干空气能的中央空调，包括空调壳体，空调壳体内分隔成上下布置的两个风道；上层风道内：空调壳体相对两侧壁分别有二次风进风口、二次风排风口，二次风进风口与二次风排风口之间有二次风过滤单元、第一填料式蒸发冷却单元、风室、压缩机、冷凝器及排风机；下层风道内：空调壳体相对两侧壁分别有新风进风口、送风口，新风进风口与送风口之间有新风过滤单元、表冷器、新?回风混合处理室、第二填料式蒸发冷却单元、蒸发器及送风机；第一填料式蒸发冷却单元与表冷器连接；压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及蒸发器依次连接构成闭合回路。本发明的中央空调能针对不同的室外气象条件，选择性的开启不同的工作模式以满足室内多种环境的要求。

Description

基于干空气能的中央空调
技术领域
本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种基于干空气能的中央空调。
背景技术
目前，我国建筑能耗约占商品能耗的20％～30％，并在未来还有大幅增长的趋势。其中建筑能耗的70％用于采暖、通风和空调，由此造成全国许多省份夏季时常出现城市电网供电紧张的局面。
随着我国经济的发展和社会的进步，在节能减排这样的国家大战略背景下，人们迫切需要一种能有效对室内空气实现净化、降温，并在高效运行的同时又能有效降低系统能耗的节能型空调装置，以便于满足人们对工作和生活环境的更多要求。
现有的机械制冷空调主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀四大部件所组成，其运行能耗较大。而且现有的机械制冷空调机组处理的是新/回风混合后的混合风，出于节能的考虑，此类空调机组运行时采用最小新风量或者低于房间最小新风量的要求来运行，这样会造成室内空气品质下降，不利于人们的工作和生活。在夏季极端天气时，由于室外空气温度过高，会导致冷凝器散热不畅，使压缩机开启过热保护，停止为室内供冷。
蒸发冷却空调技术以水作为冷却介质，通过水分蒸发吸热进行冷却，利用“干空气能”，通过空气和水直接或间接的接触，制取冷风或冷水。目前，该技术已在我国西北地区和东南沿海地区得到广泛的应用。但事实上，由于受室外气象条件的影响(如：干湿球温差的影响)，机组具有制冷性能不稳定的缺陷。
为了提高蒸发冷却机组制冷性能的稳定性，目前已经存在的与其相结合的技术形式有：1)蒸发冷却与转轮除湿复合空调系统，该空调系统中空气经转轮除湿后会放出大量的凝结热，并且转轮自身对于再生热量的蓄积，使经过转轮除湿后的空气温升过高，最后使经间接蒸发冷却器后的空气温度较高，对整个系统不利；2)蒸发冷却与溶液除湿复合空调系统，该系统比较复杂，初投资明显增加，在运行操作方面不如转轮除湿机方便，而且还要解决好设备防腐问题，同时还会造成空气品质差的问题；3)蒸发冷却与机械冷却结合的空调系统，该空调系统充分利用“干空气能”，通过蒸发冷却对新风进行预冷，以间接蒸发冷却作为整个系统的经济器，来减少机械制冷系统的显热制冷量，减少机械制冷的除湿负荷，从而减少能耗，并且在过渡季节能根据室外气象条件选择性开启间接蒸发冷却器和直接蒸发冷却器，更加充分利用健康、经济、节能、低碳的蒸发冷却绿色仿生空调。
为了能顺应我国节能减排的时代形势，并针对不同的室外环境切换使用各功能段，将蒸发冷却技术与现有的机械制冷技术合理的结合，就能为人们提供健康、舒适、绿色及低碳的室内空气环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于干空气能的中央空调，能针对不同的室外气象条件，选择性的开启不同的工作模式以满足多种室内环境的要求，最大可能的使用蒸发冷却带来的免费制冷，节省能耗。
本发明所采用的技术方案是，基于干空气能的中央空调，包括有空调壳体，空调壳体内分隔成上、下布置的两个风道；上层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有二次风进风口、二次风排风口，二次风进风口与二次风排风口之间依次设置有二次风过滤单元、第一填料式蒸发冷却单元、风室、压缩机、冷凝器及排风机；下层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有新风进风口、送风口，新风进风口与送风口之间依次设置有新风过滤单元、表冷器、新-回风混合处理室、第二填料式蒸发冷却单元、蒸发器及送风机；第一填料式蒸发冷却单元与表冷器连接构成盘管间接蒸发冷却器；压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及蒸发器之间依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统。
本发明的特点还在于：
二次风进风口及新风进风口内均设置有均流装置。
二次风排风口及送风口内均设置有均流装置。
二次风过滤单元和新风过滤单元均采用袋式空气过滤器。
第一填料式蒸发冷却单元，包括有玻璃纤维填料a和设置于玻璃纤维填料a后方的填料式挡水板a，玻璃纤维填料a与填料式挡水板a之间形成风道；玻璃纤维填料a的上方设置有布水器a，玻璃纤维填料a的下方设置有蓄水池a，布水器a通过第一循环水管与表冷器的出水口连接，蓄水池a通过第二循环水管与表冷器的入水口连接；第一循环水管和第二循环水管上均设置有循环水泵。
表冷器采用高温表冷器。
第一循环水管和第二循环水管均采用PVC管；循环水泵采用的是潜水泵。
压缩机采用涡旋式压缩机；冷凝器采用风冷式冷凝器；蒸发器采用直膨式蒸发器。
新-回风混合处理室对应的机组壳体侧壁上设置有回风口，新-回风混合处理室内设置有新风预热器。
第二填料式蒸发冷却单元，包括有玻璃纤维填料b及设置于玻璃纤维填料b后方的填料式挡水板b，玻璃纤维填料b与填料式挡水板b之间形成新风流道；玻璃纤维填料b的上方设置有布水器b，玻璃纤维填料b下方设置有蓄水池b，布水器b通过蓄水管与布水器b连接；蓄水管上设置有水泵。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的中央空调由蒸发冷却与机械制冷两种技术复合而成，其中第二填料式蒸发冷却单元可以为机械制冷系统中的冷凝器提供低于室外空气温度的冷风，进而能在一定程度上降低冷凝温度，使输入功率减小，制冷量增加，同时又由于填料式蒸发冷却单元本身消耗的电能较少，最终使系统的COP有较大提高。
2.本发明的中央空调，经第一填料式蒸发冷却单元所制取的高温冷水在循环水泵作用下经第一循环水管供入高温表冷器，可为空调机组的送风预冷，从而减少机械制冷系统制冷量。
3.本发明的中央空调，在不同季节可以根据室外气象条件使用不同的运行模式，选择性开启相关功能段，在过渡季节时，可以充分利用自然冷源，为室内供冷。
4.本发明的中央空调在冬季使用时，机械制冷系统能切换为空气能热泵系统，从而提高了空调的使用率，节省供暖设备的投资。
附图说明
图1是本发明中央空调的结构示意图；
图2是本发明中央空调的二次风进风口及新风进风口的结构示意图；
图3是本发明中央空调的二次风排风口及送风口的结构示意图；
图4是本发明中央空调中盘管间接蒸发冷却器的结构示意图；
图5是本发明中央空调中新-回风混合处理室的结构示意图；
图6是本发明中央空调中第二填料式蒸发冷却单元的结构示意图。
图中，1.二次风进风口，2.二次风过滤单元，3.玻璃纤维填料a，4.布水器a，5.蓄水池a，6.填料式挡水板a，7.布水器b，8.压缩机，9.冷凝器，10.热力膨胀阀，11.排风机，12.二次风排风口，13.新风进风口，14.新风过滤单元，15.表冷器，16.新风预热器，17.回风口，18.蓄水池b，19.玻璃纤维填料b，20.填料式挡水板b，21.蒸发器，22.送风机，23.送风口，24.第一循环水管，25.第二循环水管，26.蓄水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于干空气能的中央空调，其结构如图1所示，包括有空调壳体，空调壳体内分隔成上、下布置的两个风道；上层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有二次风进风口1、二次风排风口12，二次风进风口1与二次风排风口12之间依次设置有二次风过滤单元2、第一填料式蒸发冷却单元、风室、压缩机8、冷凝器9及排风机11；下层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有新风进风口13、送风口23，新风进风口13与送风口23之间依次设置有新风过滤单元14、表冷器15、新-回风混合处理室、第二填料式蒸发冷却单元、蒸发器21及送风机22；第一填料式蒸发冷却单元与表冷器15连接构成盘管间接蒸发冷却器；压缩机8、冷凝器9、热力膨胀阀10及蒸发器21之间通过铜管依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统。
如图2及图3所示，二次风进风口1、新风进风口13、二次风排风口12及送风口23内均设置有均流装置。
二次风过滤单元2和新风过滤单元14均采用袋式空气过滤器。
第一填料式蒸发冷却单元，如图1及图4所示，包括有玻璃纤维填料a3和设置于玻璃纤维填料a3后方的填料式挡水板a6，玻璃纤维填料a3与填料式挡水板a6之间形成风道；玻璃纤维填料a3的上方设置有布水器a4，玻璃纤维填料a3的下方设置有蓄水池a5，如图3所示，布水器a4通过第一循环水管24与表冷器15的出水口连接，蓄水池a5通过第二循环水管25与表冷器15的入水口连接；第一循环水管24和第二循环水管25上均设置有循环水泵。
第一循环水管24和第二循环水管25均采用PVC管；循环水泵采用的是潜水泵。
表冷器15采用高温表冷器。
压缩机8采用涡旋式压缩机；冷凝器9采用风冷式冷凝器；蒸发器21采用直膨式蒸发器。
如图1及图5所示，新-回风混合处理室对应的机组壳体侧壁上设置有回风口17，新-回风混合处理室内设置有新风预热器16。
第二填料式蒸发冷却单元，如图6所示，包括有玻璃纤维填料b19及设置于玻璃纤维填料b19后方的填料式挡水板b20，玻璃纤维填料b19与填料式挡水板b20之间形成新风流道；玻璃纤维填料b19的上方设置有布水器b7，玻璃纤维填料b19下方设置有蓄水池b18，布水器b7通过蓄水管26与布水器b7连接；蓄水管26上设置有水泵。
本发明基于干空气能的中央空调具有以下两个循环过程：
(1)机械制冷部分的制冷剂循环，其具体过程如下：
气态的制冷剂经过压缩机8(涡旋式压缩机)压缩成高温、高压的气体；
高温、高压的气体经冷凝器9(风冷式冷凝器)凝结放热变成高压的液态制冷剂；
液态制冷剂通过热力膨胀阀10从高压液态变成低温、低压的液态制冷剂；低温、低压的液态制冷剂在蒸发器21(直膨式蒸发器)里吸热汽化为气态制冷剂；
气态制冷剂再流回压缩机8(涡旋式压缩机)继续循环。
(2)由盘管间接蒸发冷却器形成的供冷循环：
循环水在循环水泵(潜水泵)的作用下从蓄水池a5送出，经第二循环水管25送入表冷器15(高温表冷器)中，与空气进行热交换；然后经第一循环水管24流入第一填料式蒸发冷却单元内的布水器a4中，由布水器a4将循环水喷淋在玻璃纤维填料a3上，并在玻璃纤维填料a3形成均匀的水膜，流经的空气与水膜进行热湿交换后，形成冷风，而玻璃纤维填料a3上多余的水流回到蓄水池a5。
本发明基于干空气能的中央空调采用蒸发冷却与机械制冷的复合结构，能实现以下五种不同工作模式：
工作模式一：盘管间接蒸发冷却器与机械制冷系统联合运行模式(IEC+DX)，该运行模式主要针对夏季工况，具体工作过程如下：
空气由二次风进风口1进入空调壳体内的上层风道中，先经过二次风过滤单元2过滤掉空气中的灰尘和杂质，然后流过盘管间接蒸发冷却器内的第一填料式蒸发冷却单元，在第一填料式蒸发冷却单元内进行等焓加湿降温产生冷风，冷风用于带走冷凝器8(风冷式冷凝器)的冷凝热；同时盘管间接蒸发冷却器内的第一填料式蒸发冷却单元所产生的冷水经蓄水池b18收集后经第一循环水管24供入表冷器15(高温表冷器)，用于预冷经新风进风口13进入下层风道内的新风；新风被等湿降温后，在新-回风混合处理室内与回风混合，再由蒸发器21(直膨式蒸发器)进一步冷却，最后在送风机22的作用下经送风口23送入室内；在此运行模式下，除了第二填料式蒸发冷却单元关闭，其他所有的部件均开启。
工作模式二：盘管间接蒸发冷却器与第二填料式蒸发冷却单元(IDEC)联合运行模式，该运行模式主要针对过渡季节工况，具体工作过程如下：
空气由二次风进风口1进入空调壳体内的上层风道中，先经过二次风过滤单元2过滤掉空气中的灰尘和杂质，然后流过盘管间接蒸发冷却器内的第一填料式蒸发冷却单元，在第一填料式蒸发冷却单元内进行等焓加湿降温，产生冷风；同时盘管间接蒸发冷却器内第一填料式蒸发冷却单元所产生的冷水经蓄水池a5收集，在循环水泵的作用下经第一循环水管24供入表冷器15(高温表冷器)内，预冷由新风进风口13进入下层风道的新风，新风被等湿降温后在新-回风混合处理室与回风混合，再由第二填料式蒸发冷却单元进一步冷却，最后在送风机22的作用下经送风口23送入室内；此运行模式下除了机械制冷系统循环关闭，其他所有的部件均开启。
工作模式三：直接蒸发冷却器单独运行模式(DEC)，该运行模式主要针对过渡季节工况，具体工作过程如下：
新风由新风进风口13进入下层风道内，经新风过滤单元14过滤后的新风流经第二填料式蒸发冷却单元，由第二填料式蒸发冷却单元对其进行等焓加湿降温处理，处理之后的新风在送风机22的作用下经送风口23送入室内；此运行模式下仅开启第二填料式蒸发冷却单元。
工作模式四属于通风模式，此运行模式主要针对冬季制冷工况或者只需通风的简单空气处理情况，具体工作过程如下：
新风经新风进风口13进入空调壳体内的下层风道中，经新风过滤单元14过滤后形成洁净的空气，洁净的空气在送风机22的作用下经送风口23送入室内；此运行模式下仅开启送风机22。
工作模式五属于供热模式：此运行模式主要针对冬季供热工况，具体工作过程如下：
新风经新风进风口13进入空调壳体内的下层风道中，经新风过滤单元14过滤后形成洁净的空气；洁净的空气经新风预热器16预热后在新-回风混合处理室与回风混合，再经第二填料式蒸发冷却单元进行加湿；最后由机械制冷系统提供再热量，最后在送风机22的作用下经送风口23送入室内；此时机械制冷系统转换成为空气源热泵循环。
本发明基于干空气能的中央空调与现有的单纯机械制冷相比主要具有以下特点：
1)本发明基于干空气能的中央空调，将蒸发器21(直膨式蒸发器)前设置盘管间接蒸发冷却器，这是间接蒸发冷却的一种形式，用于为入口空气进行预冷处理，从而减少机械制冷所承担的制冷量；
2)本发明基于干空气能的中央空调，在盘管间接蒸发冷却器中设置第一填料式蒸发冷却单元，第一填料式蒸发冷却单元所制取的冷风可以降低冷凝器9(风冷式冷凝器)的冷凝温度，提高压缩机8(涡旋式压缩机)的COP，并为极端天气下整个机组的正常运行提供了保证，扩大了压缩机8(涡旋式压缩机)使用的温度范围；
3)在本发明基于干空气能的中央空调的运行期间，可以尽量利用室外空气的“干空气能”进行“免费”供冷，尽可能减少机械制冷的运行时间，从而节约能源，最终使得利用可再生能源的蒸发冷却技术与机械制冷技术完美地结合起来，进而扩大其应用领域。

Claims (10)

1.基于干空气能的中央空调，其特征在于，包括有空调壳体，所述空调壳体内分隔成上、下布置的两个风道；
所述上层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有二次风进风口(1)、二次风排风口(12)，所述二次风进风口(1)与二次风排风口(12)之间依次设置有二次风过滤单元(2)、第一填料式蒸发冷却单元、风室、压缩机(8)、冷凝器(9)及排风机(11)；
所述下层风道内：空调壳体相对两侧壁分别设置有新风进风口(13)、送风口(23)，所述新风进风口(13)与送风口(23)之间依次设置有新风过滤单元(14)、表冷器(15)、新-回风混合处理室、第二填料式蒸发冷却单元、蒸发器(21)及送风机(22)；
所述第一填料式蒸发冷却单元与表冷器(15)连接构成盘管间接蒸发冷却器；所述压缩机(8)、冷凝器(9)、热力膨胀阀(10)及蒸发器(21)之间依次连接构成闭合回路，形成机械制冷系统。
2.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述二次风进风口(1)及新风进风口(13)内均设置有均流装置。
3.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述二次风排风口(12)及送风口(23)内均设置有均流装置。
4.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述二次风过滤单元(2)和新风过滤单元(14)均采用袋式空气过滤器。
5.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述第一填料式蒸发冷却单元，包括有玻璃纤维填料a(3)和设置于玻璃纤维填料a(3)后方的填料式挡水板a(6)，所述玻璃纤维填料a(3)与填料式挡水板a(6)之间形成风道；
所述玻璃纤维填料a(3)的上方设置有布水器a(4)，所述玻璃纤维填料a(3)的下方设置有蓄水池a(5)，所述布水器a(4)通过第一循环水管(24)与表冷器(15)的出水口连接，所述蓄水池a(5)通过第二循环水管(25)与表冷器(15)的入水口连接；
所述第一循环水管(24)和第二循环水管(25)上均设置有循环水泵。
6.根据权利要求1或5所述的中央空调，其特征在于，所述表冷器(15)采用高温表冷器。
7.根据权利要求5所述的中央空调，其特征在于，所述第一循环水管(24)和第二循环水管(25)均采用PVC管；
所述循环水泵采用的是潜水泵。
8.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述压缩机(8)采用涡旋式压缩机；
所述冷凝器(9)采用风冷式冷凝器；
所述蒸发器(21)采用直膨式蒸发器。
9.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述新-回风混合处理室对应的机组壳体侧壁上设置有回风口(17)，所述新-回风混合处理室内设置有新风预热器(16)。
10.根据权利要求1所述的中央空调，其特征在于，所述第二填料式蒸发冷却单元，包括有玻璃纤维填料b(19)及设置于玻璃纤维填料b(19)后方的填料式挡水板b(20)，所述玻璃纤维填料b(19)与填料式挡水板b(20)之间形成新风流道；
所述玻璃纤维填料b(19)的上方设置有布水器b(7)，所述玻璃纤维填料b(19)下方设置有蓄水池b(18)，所述布水器b(7)通过蓄水管(26)与布水器b(7)连接；
所述蓄水管(26)上设置有水泵。
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