CN108105931A - 一种带有双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种恒温恒湿空气处理设备，除了具有常规恒温恒湿空气处理设备功能，该设备带有两级热回收装置，其中靠近新风入口的一级为全热回收空气‑空气换热器，优点在于优异的节能性能和灵活的控制手段：和传统的不采用热回收装置的系统相比，本系统的全热回收空气‑空气换热器可以有效地在夏季工况下降低新风的温度和湿度，大幅减少冷盘管所需的能耗；和仅采用有一级全热回收空气‑空气换热器系统相比，本系统具有第二级换热器‑即显热回收空气‑空气换热器，回收排风中的热量，减少再热盘管的能耗，新风经过冷盘管除湿后过度冷却带来的冷量，降低排风温度，进一步提升进口新风的降温除湿的能力。

Description

一种带有双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备
技术领域
本发明属于空调、换热范畴，涉及一种带有双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备。
背景技术
新风机是一种有效的空气净化设备，能够使室内空气产生循环，一方面把室内污浊的空气排出室外，另一方面把室外新鲜的空气经过处理(例如净化，加热/冷却，加湿/除湿)后，再输入到室内，保证进入室内的空气洁净健康；常见的民用新风机通常仅以温度作为主要控制参考点，而对受控区域的湿度给予较大的波动范围；但是对于一些特殊的工艺性空调，利于应用于精密印刷，烟草，生物制药，电子芯片制造，精密机械等行业的一些场所，受控环境会同时对温度和湿度都提出严格要求，空调系统需要对这样的恒温恒湿要求做出相应的设计。
以新风机恒温恒湿空气处理为例，其难点在于夏季新风进口的高温高湿工况，因为冬季的加热和加湿可以分别由加热盘管和加湿段独立控制，而夏季的降温和除湿都由冷盘管进处理，通常的情况都是为了满足除湿要求，即冷盘管出口的空气含湿量达到设计要求，冷盘管的出口温度已经低过系统所要求的送风温度，因此需要用加热盘管进行再热，以期达到精密的温度湿度控制；但是问题就此产生：第一，为了对进口的高温高湿空气进行降温除湿，冷盘管需要耗费巨大的能量；第二，为了给经过冷盘管除湿后过度冷却的空气进行加热，需要消耗额外的再热能量；举例而言，如果此恒温恒湿空调仅采用冷盘管+再热盘管进行调节，新风空气在各点的状态为：
干球温度 相对湿度 含湿量 焓值
新风(室外空气) 35.0℃ 67％ 23.9g/kg干空气 96.6kJ/kg
冷盘管出口空气 12.1℃ 97％ 8.5g/kg干空气 33.6kJ/kg
送风空气 18.0℃ 66％ 8.5g/kg干空气 39.6kJ/kg
假设空气的流量为1kg/s，新风空调系统仅有冷盘管冷却除湿+热盘管再热，那么冷盘管所需冷量为空气流量与空气在冷盘管测进出口焓差：Q冷＝m·Δh＝1kg/s·(96.6-33.6)＝63.0kW，而再热盘管所需要的热量为空气流量与空气在冷盘管测进出口焓差：Q热＝m·Δh＝1kg/s·(39.6-33.6)＝6.0kW。
考虑到排风空气较为干燥，且温度明显低于空气进口温度(排风温度可以认为等同于室内设定温度，湿度等同于室内环境的设定湿度)，如果采用焓差效率为70％的全热空气-空气换热器(假设新风风量＝排风风凉)，则新风逐点状态为：
干球温度 相对湿度 含湿量 焓值
新风(室外空气) 35.0℃ 67％ 23.9g/kg干空气 96.6kJ/kg
室内空气排风 24.0℃ 60％ 11.2g/kg干空气 52.6kJ/kg
新风全热换热器出口 31.1℃ 48％ 13.5g/kg干空气 65.8kJ/kg
冷盘管的出口 12.1℃ 97％ 8.5g/kg干空气 33.6kJ/kg
送风空气 18.0℃ 66％ 8.5g/kg干空气 39.6kJ/kg
对于同样的新风空气流量为1kg/s，经过全热换热器进行热回收后，新风空调系统才有冷盘管冷却除湿+热盘管再热，那么冷盘管所需冷量为空气流量与空气在冷盘管测进出口焓差：Q冷＝m·Δh＝1kg/s·(65.8-33.6)＝32.2kW，而再热盘管所需要的热量为空气流量与空气在冷盘管测进出口焓差：Q热＝m·Δh＝1kg/s·(39.6-33.6)＝6.0kW；由此可见，在采用了新风全热换热器以后，可以有效地将冷盘管的冷量由63.0kW削减到32.2kW，节省了30.8kW的冷量；由此可见，合理有效的利用热回收装置，对于恒温恒湿空调可以起到立竿见影的效果。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种恒温恒湿空气处理设备，该设备带有双级热回收装置，前级采用全热空气-空气换热器以降低进风的温度和湿度，后级增加了一个显热换热器，从而将从冷盘管出口的新风干冷空气进行冷量回收，一方面可以升高新风的温度从而进一步降低新风再热盘管的加热消耗，另一方面可以将室内排风的温度降低从而进一步降低全热换热器排风的进口温度，从而达到双重的节能效果；同上例，如果新风采用本发明所述双级热回收装置，前级采用焓差效率为70％的全热空气-空气换热器，后级采用效率为50％的显热空气-空气换热器(假设新风风量＝排风风凉)，则新风逐点状态为：
干球温度 相对湿度 含湿量 焓值
新风(室外空气) 35.0℃ 67％ 23.9g/kg干空气 96.6kJ/kg
新风全热换热器出口 25.6℃ 68％ 14.1g/kg干空气 61.5kJ/kg
室内空气排风，显热出口 18.1℃ 86％ 11.2g/kg干空气 46.6kJ/kg
冷盘管的出口 12.1℃ 97％ 8.5g/kg干空气 33.6kJ/kg
室内空气排风 24.0℃ 60％ 11.2g/kg干空气 52.6kJ/kg
送风空气 18.0℃ 66％ 8.5g/kg干空气 39.6J/kg
对于同样的新风空气流量为1kg/s，经过全热换热器进行热回收后，新风空调系统才有冷盘管冷却除湿+热盘管再热，那么冷盘管所需冷量为空气流量与空气在冷盘管测进出口焓差：Q冷＝m·Δh＝1kg/s·(61.6-33.6)＝28.0kW，而对于本案例再热已经由显热换热器提供，再热盘管所需要的热量为0W；由此可见，本发明所提供的双级热回收方案可以进一步缩减冷盘管所需的冷量，并可以在理想状况下将热热盘管所需的加热量削减为0。
以上表格所列数值基于针对本发明所做的实测分析，本发明在理论环节和实验室测试中都显示出优秀的节能性和良好的控制能力。
优选地，考虑到显热换热器在处理过冷新风再热情况下的0能耗，应予优先选用；对于采用显热换热器进行被动再热不足的情况，可以再用加热盘管进行主动再热；
优选地，本双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备配备有加湿段，以方便本设备在干燥季节使用；
优选地，本双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备配备的风机安放在加湿段之后；
优选地，本双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备在新风进口配备有除尘过滤段，以保护热回收换热器和冷热盘管免收积灰影响；对于室内环境有特殊洁净度要求的使用情况，应根据室内洁净度要求和室外新风状况选用相应过滤器，并根据过滤器的流动阻力相应调整风机压头。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明的技术方案实施方法，下面将对实施方法附图作简单地介绍。
图1为本发明带有双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备示意图。
具体实施方式：
参照图1描述的本发明恒温恒湿空气处理设备，以夏季工况为例：
新风通过进风口进入新风空调箱(1)，新风经过系统选配的除尘过滤设备(3)之后，此时新风空气以高温、高湿状态进入全热空气-空气换热器(4)，和全热空气-空气换热器(4)另一侧的低温、低湿度的排风空气进行传热、传湿，从而大幅降低新风温度、湿度后，进入制冷盘管(5)，深度冷却、除湿至其出口状态的的含湿量达到送风状态点的含湿量；此状态下通常状态为：虽然湿度达到送风要求，但是会出现温度过低，低至干球温度接近露点温度，所以再热非常必要；因此，此低温、低湿的新风空气流动到显热空气-空气换热器(6)，与换热器另外一侧的室内空气排风进行显热换热，一方面提高新风温度从而进一步降低新风再热盘管(7)的加热能耗，另一方面可以将室内排风的温度降低排风进入全热空气-空气换热器(4)的进口温度，从而进一步提升全热空气-空气换热器(4)对新风的降温、除湿能力，从而达到双重的节能效果；此时，新风的温度得以被动再热，但是含湿量保持不变；如果其温度仍低于送风温度的要求，则可以利用加热盘管(7)进行主动调节，使其完全达到送风状态点对温度、湿度的要求，并经由加湿段(8)--此时加湿段无需工作新风空气的温度、含湿量保持不变，由新风送风风机(9)加压送入受控空调空间；同时，排风空气从室内空间流出，但是排风空气在夏季工况下温度、湿度在通常情况下高于送风的温度、湿度，所以排风空气在流经显热空气-空气换热器(6)可以对深度冷却、除湿的新风进行再热，并使排风空气的温度得以降低，让排风空气在流经全热空气-空气换热器(4)时候具有更低的温度，可以对室外新风进行更有效的降温、除湿；此后，具有较高温度、湿度的排风经排风风机(10)加压，流到室外。
在冬季工况下，新风通过进风口进入新风空调箱(1)，新风经过系统选配的除尘过滤设备(3)之后，此时新风空气以低温、低湿状态进入全热空气-空气换热器(4)，和全热空气-空气换热器(4)另一侧的高温、高湿的排风空气进行传热、传湿，从而大幅升高新风温度、湿度后，进入制冷盘管(5)，此时制冷盘管(5)无须工作，新风空气保持温度、湿度不变；经全热空气-空气换热器(4)处理提升了温度、湿度的新风空气流动到显热空气-空气换热器(6)，与换热器另外一侧的室内空气排风进行显热换热，进一步提高新风的温度；此后，新风空气的温度通常仍低于送风温度的要求，则可以利用加热盘管(7)进行主动调节，使其温度达到送风温度；此时，新风空气的湿度通常仍低于送风湿度的要求，则可以利用加湿段(8)进行主动调节，使其温度达到送风温度，并由新风送风风机(9)加压送入受控空调空间；同时，排风空气从室内空间流出，流经显热空气-空气换热器(6)对新风进行加热，再流经全热空气-空气换热器(4)对室外新风进行升温、加湿，由排风风机(10)加压，流到室外。

Claims (10)

1.本发明涉及一种带有双级热回收装置的恒温恒湿空气处理设备，在通常使用情况下，包括：
新风空调箱体(1)，排风风道(2)，除尘过滤装置(3)，全热空气-空气换热器(4)，冷却及除湿盘管(5)，全热空气-空气换热器(6)，加热盘管(7)，加湿段(8)，新风送风风机(9)和排风风机(10)。
2.根据权利要求1所述的温、湿度控制新风空气处理设备，其特征在于：该新风处理设备包含有双级热回收装置，其中一个为全热空气-空气换热器(4)，一个为显热空气-空气换热器(6)，且在新风的流动方向上，全热空气-空气换热器(4)在前，显热空气-空气换热器(6)在后。
3.根据权利要求2所述的全热空气-空气换热器(4)，可以为各种几何形状与布局形式，包括但不限于：回转型热交换器，板式热交换器；可以选用各种常见的热湿交换材料，包括但不限于：转轮除湿机常用的纸质基材配合吸热吸湿材料(CaCl2，LiCl，LiBr，硅胶材料)，以及传热透湿膜等。
4.根据权利要求2所述的显热空气-空气换热器(6)，可以为各种空气-空气显热换热器，包括但不限于：热管式热交换器，静止型板翅式热交换器；此显热空气-空气换热器可带有旁通。
5.根据权利要求1所述的除尘过滤装置(3)，其目的在于保护热回收换热器，冷热盘管，并根据室外环境状况和室内洁净度要求选用相应效率的除尘过滤设备，除尘过滤设备对灰尘颗粒的捕捉方式包括但不限于：机械过滤，吸附过滤，或者静电过滤。
6.根据权利要求1所述的冷却及除湿盘管(5)，其作用在于深度冷却除湿，冷却及除湿盘管(5)可以为各种形式，例如铜管铝翅片换热器，微通道换热器，选用各种材质，例如铜材，铝材，钢材，并采用各种换热介质，例如冷媒工质，水，或乙二醇等。
7.根据权利要求1所述的加热盘管(7)，其作用在于为除湿后的空气再热以及冬季使用时候的冷空气进行加热，加热盘管(7)可以为各种形式，例如铜管铝翅片换热器，微通道换热，电热丝换热器等，选用各种材质，例如铜材，铝材，钢材，并采用各种换热介质，例如电热，冷媒工质(针对采用热泵工况)，水，或乙二醇等。
8.根据权利要求1所述的加湿段(8)，其作用在于为干空气进行加湿，加湿段(8)可以为各种形式，包括但不限于：蒸汽加湿，湿膜加湿，超声波加湿等；对于室外一年四季室外空气含湿量都大于所要求送风空气含湿量的情况，加湿段可以忽略。
9.根据权利要求1所述的新风空调箱体(1)，排风风道(2)，其特征在于：空调箱体(1)和排风风道(2)可以为任何常规空调箱及风道材质，且排风与新风直接可以为任者布置形式，包括但不限于：新风空调箱与排风为上下布置(新风在上排风在下，或新风在下排风在上)，新风空调箱与排风为并排布置(新风在左排风在右，或新风在右排风在左)，以机房方便布置、方便冷盘管凝水排放、方便全热及显热空气-空气交换器有效安装为据。
10.根据权利要求1所述的新风送风风机(9)和排风风机(10)，其特征在于：风机的形式可以根据应用环境对风量、风压和噪音的要求进行相应的选配，风机叶轮的形式包括但不限于：轴流式、离心式和贯流式等；其中，新风送风风机(9)对于可以布置在新风空调箱体(1)对于可以不知在的任意位置，常见的位置包括但不限于：除尘过滤器(3)与全热空气-空气换热器(4)，冷盘管(5)与显热空气-空气换热器(6)之间，或者加湿段(8)之后，以所选用风机叶轮、电机、轴承的防护水平，耐热能力和耐湿度能力为据。
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