CN107830596B - 一种制冷空调用的间接蒸发冷却系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制冷空调用的间接蒸发冷却系统及其控制方法，系统由湿空气通道、第一传热隔板、第一热电制冷器、第二传热隔板、干空气通道、第三传热隔板、第二热电制冷器、第四传热隔板依次连接组合成一个热电/间接蒸发制冷单元，再由N个热电/间接蒸发制冷单元串联连接组合成热电/间接蒸发冷却器；在热电/间接蒸发冷却器的干空气通道入口处设置第一温湿度传感器以及出口处设置温度传感器。本发明通过对热电/间接蒸发复合制冷系统主要运行工况参数进行优化匹配和调控，来提高系统在潮湿或温和的气候条件下的制冷能力，从而扩大其适用地区范围，同时提高其在变工况环境条件下工作性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于制冷空调技术领域，涉及一种制冷空调用间接蒸发冷却系统，特别涉及一种在间接蒸发冷却器中内置热电制冷器的新型间接蒸发冷却系统及其控制方法。
背景技术
随着经济发展和世界人口不断增加，全球的能源消耗持续增长，使得一次能源匮乏以及温室效应、气候变化、臭氧层破坏等环境问题受到了越加广泛的关注。其中，建筑能耗在总能源消耗中占据相当大的比例，在欧洲占近40％，在中国2011年约占28％，到2020年估计将达35％。建筑物中的空调系统所产生的能耗平均占据建筑总能耗的40％，有的甚至高达70％，所以空调系统的节能应当是建筑节能的重点。鉴于对空调系统的广泛需求，以及建筑节能和减少二氧化碳排放的迫切需要，探索能减少化石能源消耗和增加自然清洁能源利用的空气调节方式是一项重要的任务。
在过去几十年中，蒸发冷却作为一种高效、经济和环保的冷却方式在空气调节方面获得了越来越广泛的关注。蒸发冷却空调技术利用可再生自然能源干燥空气，通过空气与水之间的热湿交换获取冷量，其COP能达到15到20，远高于传统蒸汽压缩式、吸收式和吸附式制冷系统，能大幅降低用电量和用电高峰期的电能需求；并且，其设备结构简单，成本较低，采用水作为工作介质，具有能减少温室气体和CFCs排放的优点。
蒸发冷却可分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种方式。在直接蒸发冷却过程中，空气与水直接接触，水蒸发的同时空气温度降低、含湿量增加，适用于炎热、干燥地区。间接蒸发冷却的核心部件间接蒸发冷却器(空气-空气换热器)具有两个互不相通的干、湿通道，二次空气与水在湿通道中直接接触使其蒸发，从而降低换热器表面温度来冷却干通道中的一次空气，一次空气温度降低的同时含湿量不变，这对于建筑内空气调节来说是理想的情况。由于间接蒸发冷却空调的驱动力是空气的干球和湿球(或露点)温差，在潮湿或温和的气候条件下，此温差很小，使其冷却能力受到限制。另外，外界空气条件(温度和湿度)的不稳定性也会导致间接蒸发冷却系统工作性能不稳定。
为了提高间接蒸发冷却空调系统的冷却性能和环境适应能力，国内外研究者针对间接蒸发冷却空调技术进行了大量的研究工作，主要集中在间接蒸发冷却器结构优化、换热器材料优化、换热器传热传质理论模型构建、系统性能理论分析、换热器和系统特性的实验研究，以及间接蒸发冷却系统与其它冷却系统相结合的复合系统研究等方面(如：CN200710148446.9，CN200710180049.X，CN201621248520.5，CN201620039265.7等)。尽管间接蒸发冷却技术已经取得了很大的研究进展，但依旧存在冷却效率相对较低、降温潜力小、几何尺寸大以及高度依赖于外界环境条件等问题，限制了它在建筑空调领域更广泛的应用。目前，将间接蒸发冷却空调系统与包括蒸汽压缩式制冷系统在内的一些其他空调装置联合运行已成为常用的提高系统综合性能的方法(如：CN201621371123.7，CN201720100985.4，CN201621317952.7等)，并将成为间接蒸发冷却系统未来的发展趋势。因而，探索间接蒸发冷却系统与其他更高效、环保的冷却装置相结合的复合系统对于解决目前间接蒸发冷却系统在潮湿或温和的气候条件下性能低以及变工况条件下工作性能不稳定的问题，提高其综合性能将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制冷空调用的间接蒸发冷却系统及其控制方法，利用热电制冷辅助间接蒸发冷却的复合制冷方式解决传统间接蒸发冷却空调系统在潮湿或温和的气候条件下性能降低以及变工况条件下工作性能不稳定的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种制冷空调用的间接蒸发冷却系统，由湿空气通道、第一传热隔板、第一热电制冷器、第二传热隔板、干空气通道、第三传热隔板、第二热电制冷器、第四传热隔板依次连接组合成一个热电/间接蒸发制冷单元，再由N个热电/间接蒸发制冷单元串联连接组合成热电/间接蒸发冷却器；
在热电/间接蒸发冷却器的干空气通道入口处设置第一温湿度传感器以及出口处设置温度传感器；
在热电/间接蒸发冷却器的湿空气通道出口处设置第二温湿度传感器，热电/间接蒸发冷却器的第一热电制冷器、第二热电制冷器电路干路连接电流表；
所述第一温湿度传感器、温度传感器、第二温湿度传感器、电流表与控制器连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)在间接蒸发冷却器的干、湿通道间设置热电制冷器，通过利用热电制冷辅助间接蒸发冷却来提高系统在潮湿或温和的气候条件下的制冷能力，解决传统间接蒸发冷却空调系统在潮湿或温和的气候条件下性能降低的问题，从而扩大其适用地区范围。(2)通过对热电/间接蒸发复合制冷系统主要运行工况参数进行调节，包括一次空气流量、二次空气流量、喷淋水流量和热电制冷器电流等，提高其在变工况环境条件下工作性能的稳定性。(3)热电制冷器具有结构紧凑、可靠性强、无环境污染、易实现高精度温度控制等特点，将其与传统的间接蒸发冷却器结合形成热电/间接蒸发复合制冷系统结构简单、成本低、易实现。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明制冷空调用的新型间接蒸发冷却系统的循环示意图。
图2是本发明制冷空调用的新型间接蒸发冷却控制方法示意图。
图3是本发明热电/间接蒸发冷却器工作过程的温湿度变化图。
具体实施方式
结合图1和图2，本发明制冷空调用的间接蒸发冷却系统，由湿空气通道101、第一传热隔板102、第一热电制冷器103、第二传热隔板104、干空气通道105、第三传热隔板118、第二热电制冷器119、第四传热隔板120依次连接组合成一个热电/间接蒸发制冷单元，再由N个热电/间接蒸发制冷单元串联连接组合成热电/间接蒸发冷却器112；第一热电制冷器103、第二热电制冷器119是相同器件。第一传热隔板102、第二传热隔板104、第三传热隔板118、第四传热隔板120相同。“/”是指和的意思。N一般是10个以上。
在热电/间接蒸发冷却器112的干空气通道105入口处设置第一温湿度传感器114以及出口处设置温度传感器115。
在热电/间接蒸发冷却器112的湿空气通道101出口处设置第二温湿度传感器116，热电/间接蒸发冷却器112的第一热电制冷器103和第二热电制冷器119电路干路连接电流表117。所有热电/间接蒸发制冷单元的热电制冷器电路干路连接同一个电流表117。
所述第一温湿度传感器114、温度传感器115、第二温湿度传感器116、电流表117与控制器113连接。
所述每个热电/间接蒸发制冷单元内，第一热电制冷器103的冷端通过第二传热隔板104与干空气通道105相连，第二热电制冷器119的冷端通过第三传热隔板118与干空气通道105相连；第一热电制冷器103的热端通过第一传热隔板102与湿空气通道101相连，第二热电制冷器119的热端通过第四传热隔板120与湿空气通道101相连；所述第一热电制冷器103和第二热电制冷器119是相同器件，采用并联方式连接，第一风机106设置在干空气通道105入口处，第二风机107设置在湿空气通道101出口处，控制器113与第一风机106、第二风机107、变频水泵109分别相连。所有热电/间接蒸发制冷单元的热电制冷器之间并联。
在热电/间接蒸发冷却器112上方设置有布水器111，下方设置有水箱108，变频水泵109分别与布水器111、水箱108连接，在变频水泵109与布水器111之间连接流量调节阀110。
如图1所示，本发明的第一风机106与干空气通道105入口(1点处)相连，干空气通道105出口(2点处)分两路：一路与室内相连(2＇点处)，另一路与湿空气通道101入口(2"点处)相连，湿空气通道101出口(3点处)连接第二风机107，湿空气通道101的上方设置布水器111，湿空气通道101下方设置水箱108，水箱108出口与变频水泵109入口相连，变频水泵109出口与流量调节阀110入口相连，流量调节阀110出口与布水器111入口相连。
本发明利用上述制冷空调用的间接蒸发冷却系统的控制方法，步骤如下：
步骤1，开启第一风机106和第二风机107，当控制器113检测到热电/间接蒸发冷却器112的干空气通道105入口一次空气相对湿度W1>设定相对湿度W时，利用其他除湿设备在一次空气进入干空气通道105前对一次空气湿度进行调节，降低空气相对湿度；其中W为设定相对湿度40～65％；
步骤2，开启变频水泵109，接通第一热电制冷器103、第二热电制冷器119电源，当控制器113检测到热电/间接蒸发冷却器112一次空气出口温度T1>设定温度T时，可调节热电/间接蒸发复合制冷系统运行工况参数，其中T为设定温度，在22～28℃范围内；
步骤3，控制器113通过电流表117来监测第一热电制冷器103和第二热电制冷器119输入电流，通过改变第一热电制冷器103和第二热电制冷器119电路输入总电压对输入电流进行调节；调节第一风机106和第二风机107功率改变干空气通道105入口一次空气风量及湿空气通道101入口二次空气风量，并可通过调控变频水泵109改变喷淋水流量，通过对以上系统主要运行工况参数进行优化匹配和调控来进一步降低一次空气的出口温度，提高系统的制冷量及系统整体性能；
步骤4，当控制器113检测到热电/间接蒸发冷却器112一次空气出口温度T1<设定温度T时，同样通过控制器113对第一热电制冷器103和第二热电制冷器119的输入电流，以及变频水泵109、第一风机106和第二风机107的功率进行调节，进而提高一次空气的出口温度。
上述热电/间接蒸发冷却器工作过程的温湿度变化示意图如图3所示。图3中，TWB表示的是一次空气入口湿球温度，TDP表示的是一次空气入口露点温度。1—2过程表示的是一次空气在热电/间接蒸发冷却器112干空气通道105的温湿度变化，实现的是等湿降温过程，而1—1′表示的传统露点式间接蒸发冷却器一次空气冷却过程，本发明提出的热电/间接蒸发冷却器一次空气出口温度(在2点处)可以比传统的露点式间接蒸发冷却器制冷温度更低(在1′点处)；2—3表示的是在热电/间接蒸发冷却器112湿空气通道101中的二次空气状态变化过程，总的来说实现的是增温增湿过程。
本发明的工作原理为：来自室外的高温空气(在图1中的1点处)，即一次空气，经第一风机106直接送入热电/间接蒸发冷却器112的干空气通道105。干空气通道105的两侧分别通过第二传热隔板104、第三传热隔板118与第一热电制冷器103和第二热电制冷器119冷端相连，第一热电制冷器103和第二热电制冷器119的冷端吸收一次空气的热量，使得一次空气出口温度降低，一次空气在干空气通道105内实现等湿降温过程(如图3中1-2过程线所示)。在干空气通道105出口处的空气(在图1中的2点处)分为两部分：一部分空气(图1中的点2＇处)直接送入室内用于降低室内温度；另一部分空气作为工作空气即二次空气(在图1中的点2"处)，在第二风机107的作用下，进入湿空气通道101。湿空气通道101的两侧分别通过第一传热隔板102、第四传热隔板120与第一热电制冷器103和第二热电制冷器119的热端相连，布水器111出口的喷淋水由上部进入湿空气通道101，在重力作用下沿湿空气通道101的两侧壁面由上而下流动，此循环水充当传热媒介，吸收第一热电制冷器103和第二热电制冷器119热端释放的热量，并与二次空气进行热湿交换，最后二次空气从湿空气通道101(图1中的3点处)出口排到室外，二次空气在湿空气通道101是实现加湿增温的过程(如图3中2-3过程线所示)。其中，部分喷淋水吸热蒸发由二次空气带走，剩余未蒸发的循环水回到水箱108，并在变频水泵109的作用下，流经流量调节阀110，返回到布水器111，再重新进行循环。
Claims (1)
1.一种制冷空调用的间接蒸发冷却系统的控制方法，其特征在于制冷空调用的间接蒸发冷却系统由湿空气通道（101）、第一传热隔板（102）、第一热电制冷器（103）、第二传热隔板(104)、干空气通道（105）、第三传热隔板（118）、第二热电制冷器（119）、第四传热隔板（120）依次连接组合成一个热电/间接蒸发制冷单元，再由N个热电/间接蒸发制冷单元串联连接组合成热电/间接蒸发冷却器（112）；
在热电/间接蒸发冷却器（112）的干空气通道（105）入口处设置第一温湿度传感器（114）以及出口处设置温度传感器（115）；
在热电/间接蒸发冷却器（112）的湿空气通道（101）出口处设置第二温湿度传感器（116），热电/间接蒸发冷却器（112）的第一热电制冷器（103）和第二热电制冷器（119）电路干路连接电流表（117）；
所述第一温湿度传感器（114）、温度传感器（115）、第二温湿度传感器（116）、电流表（117）与控制器（113）连接；
每个热电/间接蒸发制冷单元内，第一热电制冷器（103）的冷端通过第二传热隔板（104）与干空气通道（105）相连，第二热电制冷器（119）的冷端通过第三传热隔板（118）与干空气通道（105）相连；第一热电制冷器（103）的热端通过第一传热隔板（102）与湿空气通道（101）相连，第二热电制冷器（119）的热端通过第四传热隔板（120）与湿空气通道（101）相连；
所述第一热电制冷器（103）和第二热电制冷器（119）采用并联方式连接，第一风机（106）设置在干空气通道（105）入口处，第二风机（107）设置在湿空气通道（101）出口处，控制器（113）与第一风机（106）、第二风机（107）、变频水泵（109）分别相连；在热电/间接蒸发冷却器（112）上方设置有布水器（111），下方设置有水箱（108），变频水泵（109）分别与布水器（111）、水箱（108）连接，在变频水泵（109）与布水器（111）之间连接流量调节阀（110）；
对上述间接蒸发冷却系统的控制步骤如下：
步骤1，开启第一风机（106）和第二风机（107），当控制器（113）检测到热电/间接蒸发冷却器（112）的干空气通道（105）入口一次空气相对湿度W1>设定相对湿度W时，利用其他除湿设备在一次空气进入干空气通道（105）前对一次空气湿度进行调节，降低空气相对湿度；其中W为设定相对湿度40~65%；
步骤2，开启变频水泵（109），接通第一热电制冷器（103）、第二热电制冷器（119）电源，当控制器（113）检测到热电/间接蒸发冷却器（112）一次空气出口温度T1>设定温度T时，可调节热电/间接蒸发复合制冷系统运行工况参数，其中T为设定温度，在22~28℃范围内；
步骤3，控制器（113）通过电流表（117）来监测第一热电制冷器（103）和第二热电制冷器（119）输入电流，通过改变第一热电制冷器（103）和第二热电制冷器（119）电路输入总电压对输入电流进行调节；调节第一风机（106）和第二风机（107）功率改变干空气通道（105）入口一次空气风量及湿空气通道（101）入口二次空气风量，并可通过调控变频水泵（109）改变喷淋水流量，通过对以上系统主要运行工况参数进行优化匹配和调控来进一步降低一次空气的出口温度，提高系统的制冷量及系统整体性能；
步骤4，当控制器（113）检测到热电/间接蒸发冷却器（112）一次空气出口温度T1<设定温度T时，同样通过控制器（113）对第一热电制冷器（103）和第二热电制冷器（119）的输入电流，以及变频水泵（109）、第一风机（106）和第二风机（107）的功率进行调节，进而提高一次空气的出口温度。
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2017
- 2017-11-18 CN CN201711150903.8A patent/CN107830596B/zh active Active
Patent Citations (6)
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