CN108195007A - 温湿度控制和热量利用的空调系统 - Google Patents

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邵国新
亚历山大.拉法洛维奇
弗拉基米尔.布吕金
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戈卢别夫.丹尼尔.弗拉基米洛维奇
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Abstract

本发明提供了一种温湿度控制和热量利用的空调系统,该系统在冷却模式下运行,从建筑物排热,该系统包括:一种具有封闭制冷剂回路的冷却器,其主要部件包括压缩机、空气制冷剂热交换器、液体制冷剂热交换器和制冷剂管,其中来自压缩机排放的热蒸汽制冷剂行进到用作冷凝器的空气制冷剂热交换器,用环境空气冷却和液化制冷剂,然后液体制冷剂流到第一膨胀装置,在那里膨胀,然后蒸汽和液体的混合物制冷剂流向作为蒸发器工作的液体制冷剂热交换器。本发明利用节能、便宜、可靠、通用和便于维护的冷却器消除了上述缺点,提出的系统能够对供应空气进行深度除湿,并对该空气温度进行综合控制,并且非常有效地利用由冷却器冷凝器产生的热量。

Description

温湿度控制和热量利用的空调系统
技术领域
本发明涉及控制住宅、商业和工业建筑物和结构内部空气的温度和湿度的空调系统,主要是一种温湿度控制和热量利用的空调系统。
背景技术
在加热模式下,热量通过作为热泵运行的空调系统或通过替代热源(例如气体、电、太阳能等)传递到建筑物。加热器。在冷却模式下,系统吸收来自“室内空气”的热量并将该热量传递给周围环境。空调系统在许多建筑中,特别是多层建筑、商业建筑、医院、学校、超市等。包括供应─通风、液体回路和制冷回路。用作二次制冷剂的液体(主要是水或盐水)在建筑物中循环,从而在加热模式下为风扇盘管热交换器提供来自加热液体的热或在冷却模式下来自冷却液体的冷。反过来,风扇盘管热交换器热或冷空气流过它们,从而使建筑物的不同部分变暖或变冷。在替代设计中,冷却器可提供热的或冷的液体到其它设备,例如局部空调或热泵,其中加热液体在加热模式下将热量传递到蒸发器中的制冷剂,或者冷却液体在冷却模式下从冷凝器中的制冷剂吸收热量。
大多数建筑空调和冷水机组都是按照Rankin制冷循环运行的。而调节建筑物中空气的大多数系统在加热和冷却模式中运行,本发明主要涉及冷却模式。在冷却模式下,空气在通过蒸发器或风机盘管热交换器的冷表面时被冷却和除湿。在大多数空调中,系统运行时间是唯一由湿度设定或温度设定驱动的受控参数。因此,湿度和温度从不相互独立地控制。空调运行时,在室内空气湿度和温度的任何组合下,专用于降温的冷却能力百分比与用于湿气冷凝的冷却能力百分比之间存在相对刚性的相关性。室外热量主要通过墙壁、屋顶和窗户来加热建筑物,而湿气则来自室外空气。因此,室内湿度在以下情况下主要取决于外部空气流入温度设定是固定的。在单户住宅建筑中,由于漏水、裂缝、开门等原因造成的空气交换率。在0.5-2.0体积/小时之间。然而,在具有供排气通风换气率的建筑物中,空气交换率从最小4到高达。在炎热潮湿的天气里,室外空气大量渗入建筑物,空气流入可能显著增加室内空气相对湿度超过60%的推荐限值,有时甚至超过70%。这种室内环境的居民感到不适;此外,高湿度可能会增加空气管道和墙壁上的霉菌的水分容纳量。为了降低湿度,室内温度一般设置在舒适水平以下以强制空调系统运行时间更长,在湿气冷凝过程中消耗的冷却能力百分比更高。
在这种情况下,除了降低居民舒适度之外,空调系统在从安装在房间中的热交换器排放大量冷凝的湿气方面经历了能耗的增加和潜在的额外困难。因此,开发一个独立于温度的室内空气湿度控制系统,对于空调系统的设计者来说是一项重要的任务,特别是具有供排气通风的系统。空调或冷却器操作的另一方面是热利用,例如加热或至少预热用于技术或家用消耗的水和/或用于空调系统本身中的热利用,以将过冷空气再加热至舒适水平。
大多数现有系统中的湿度和温度控制仅在调节空间中,其中风扇或鼓风机从与新鲜供应空气以不同比例混合的返回空气的入口源接收未调节或部分调节的空气,以产生新鲜空气和返回空气的混合气流,以输送到一个或多个冷却盘管。
这种调节大中型建筑物空气的方法有几个缺点:
a)当热的、潮湿的空气流过很长时间时,特别是在多层建筑物中,与热的室外空气相比,管道湿气凝结在相对较冷的表面上,而管道反过来导致霉菌、霉菌和其它生物生长的危险增加。
b)调节空间中冷却盘管上的冷凝水的量需要频繁地维修排水管,特别是在湿热气候中,其中藻类和霉菌可能阻塞冷却盘管排水管。
c)当室外温度较低,但相对湿度较高(中国和许多亚洲国家经常观察到的情况)时,热量通量不大透过墙壁和窗户,额外的湿度伴随着新鲜空气。为了减少室内空气相对湿度,冷却盘管保持在工作模式。这增加了能耗和过冷的空调空气。
有几种监测和降低供应气流湿度以控制室内空气湿度的方法。在具有单个空调的小型建筑物中,一些设计者在供应气流中放置蒸发盘管。这种方法有优点和缺点。但是,创建几个独立的区域空调参数的控制对于具有多个房间和居民不同舒适度要求的大中型建筑来说是必不可少的。控制这样的建筑物的湿度中,除了主空调或冷却器之外,定制空调安装在建筑物中,其蒸发器设置在供应空气管道内,具体地用于冷却和除湿进入的空气。这种系统的问题包括额外设备的额外安装和维护费用。此外,在冷水机组关闭或停机后,将送风温度提高到舒适水平,除湿太冷,还使用额外的气体或电加热元件。这增加了运营开支。
为了降低功耗,一些系统使用来自离开空调的热空气的热量,或者使用空气-空气热交换器,或者将供应空气与离开冷凝器的热空气的一部分混合。与具有气体或电加热器的系统相比,但是,除了上述额外的安装和维护费用之外,这种系统还有几个其他缺点,包括:
a)将制冷剂蒸发盘管定位在空气管道内通常需要较长的制冷剂连通,这又增加了能量损失、降低了可靠性并使维护复杂化。
b)用于再加热过冷却空气的空气-空气热交换器需要专用管道和鼓风机,以利用冷凝器后的部分热空气,并将其以空气供应流的形式带到热交换器用于传热或与过冷却的供应空气混合;
c)具有若干技术楼层用于供应空气管道的高层建筑需要若干空调或若干蒸发器,蒸发器具有较长的制冷剂管线和空气对空气热交换器或混合器。
近年来,具有液体干燥剂回路的空调由于其高除湿能力而变得流行。授予Lennox工业的Robert Uselton专利US946815提供了一种具有制冷剂和干燥剂回路的空调。在制冷剂回路中,制冷剂在蒸发器上游分成两股流。第一制冷剂,通过第一蒸发盘管进入吸收器,并在吸收器中蒸发吸收空气中水蒸汽的冷却液干燥剂。液体干燥剂位于吸收器壳体内,其周边具有框架,侧面具有可透过蒸汽和抗液体的膜。第二制冷剂流在房间内循环的蒸发器冷却空气中蒸发。蒸发器中冷却的空气到达吸气机吸收水蒸气,然后干燥冷却空气流回房间的吸收器。液体泵将具有吸收的水分的干燥剂移动到解吸器。在第一蒸发盘管中蒸发的蒸汽制冷剂和来自蒸发器的蒸汽制冷剂合并成一条通向压缩机吸入口的管线。压缩机中压缩的热制冷剂蒸汽流向排放管线,在此它分成两个分支:第一分支将制冷剂输送到位于解吸器中且解吸器下游的解吸器冷凝盘管与第二分支汇合,然后来自两个分支的制冷剂流到冷凝器。在解吸器中,由吸收器中的液体干燥剂吸收的水分从干燥剂蒸发,同时干燥剂被从解吸器冷凝盘管接收的热量加热。在冷凝器中,制冷剂被冷凝,将热量排到流经冷凝器的环境空气中。在冷凝器中加热的空气在解吸器周围流动,同时收集穿过解吸器膜的水蒸气并将水蒸气输送到环境中。
在专利US9469445中描述的设计没有由于使用额外的空调,特别是用于除湿而引起的许多问题。然而,这种设计具有几个缺点。首先,它既复杂又昂贵。其次,膜可能具有亲油性,从而导致膜表面严重结垢。第三,膜需要维护,至少灰尘清洁。第四,虽然该设计适用于面积和房间数量有限的小型建筑物,但是它不适用于大型多层建筑物,因为这些建筑物经常需要多个供应和排气管道。因此,将用于吸收水分和从干燥剂中解吸水分的制冷剂盘管输送到干燥剂中是极其复杂的。空气湿度控制也存在问题。在春季或秋季,甚至在干燥的夏季,应减少水分去除量。一种解决方案是降低干燥剂泵的速度;然而,在这种情况下,干燥剂冷凝盘管的热量吸收也下降,导致冷凝液体制冷剂的量减少,虽然蒸发器中的液体制冷剂也有所减少,但冷凝制冷剂的减少仍会引发液体制冷剂量的不平衡,进而导致冷却能力的损失和/或运行效率的降低。
现有空调系统的其它缺点与用于制冷剂冷凝器热利用的方法相关。这些方法包括:使用在风冷冷凝器中加热的空气输送给用户的热量。如上所述,该方法导致额外的初始和运行费用,因为它需要具有额外鼓风机和特殊空气管道的大体积空气-空气热交换器。使用水冷式热交换器作为冷凝器,从热水向用户传递热量。当所有冷凝器热量或其相当大的部分都存在用户时,这是一种非常有效的利用方式。然而,在大多数建筑物中,热需求几乎不超过冷凝可用热量的5-10%。这意味着必须安装一个额外的水冷空气热交换器或冷却循环冷凝水的冷却塔。除了额外的安装和运行费用外,还可能导致冷凝温度和压缩机功率增加。安装位于压缩机下游和冷凝器上游或冷凝器下游的专用水冷热交换器。冷凝器上游的热交换器作为冷凝器的附加部分来操作,以降低过热制冷剂蒸汽,有时冷凝该蒸汽的一部分。它需要额外的制冷剂充量。然而,尽管不需要利用热量,但是冷凝器中的额外制冷剂导致排出压缩机压力和功率增加。如果额外的热交换器位于冷凝器的下游,它在冷凝器之后用作冷却液体制冷剂的过冷器,并利用水携带的热量。与上述方法相比,该方法具有许多优点。用户可以以相对较小的费用获得用于空气温度控制和其它目的的热。此外,这种设计提高了制冷回路的效率。例如,在过冷器中吸收的冷凝负载的仅5%可以将容量和效率提高10%,而在冷凝器上游的热交换器中使用的相同热量带来的改进小于1%。然而,过冷器的使用受到热利用水平的限制。利用热量的要求通常是变化的,可以降到零;在这些条件下,过冷器仅仅变成充满液体制冷剂的容器。系统制冷剂充注为过冷优化。因此,蒸发器容量的降低,因此,蒸发器中液体制冷剂的减少增加了冷凝器中液体制冷剂的量,进而导致冷凝压力和压缩机功率的增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足,而提供一种温湿度控制和热量利用的空调系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。
这种温湿度控制和热量利用的空调系统,该系统在冷却模式下运行,从建筑物排热,该系统包括:
一种具有封闭制冷剂回路的冷却器,其主要部件包括压缩机、空气制冷剂热交换器、液体制冷剂热交换器和制冷剂管,其中来自压缩机排放的热蒸汽制冷剂行进到用作冷凝器的空气制冷剂热交换器,用环境空气冷却和液化制冷剂,然后液体制冷剂流到第一膨胀装置,在那里膨胀,然后蒸汽和液体的混合物制冷剂流向作为蒸发器工作的液体制冷剂热交换器,蒸发液体制冷剂,同时吸收来自水或盐水中的至少一种的二次制冷剂的热量并冷却二次制冷剂,并通过压缩机吸力将制冷剂蒸汽返回压缩机;
建筑物通风系统,以在包括供应空气的冷却模式下为建筑物内部空间提供预处理的新鲜空气管道、风扇或鼓风机、用于进气的装置、专用于冷却和除湿新鲜供应空气的第一供应空气热交换器以及从所述第一供气热交换器排出冷凝物的装置;
用于调节建筑物内部空间中的空气的装置;
闭合回路装置,用于将冷的二次制冷剂循环并输送到两者:第一供应空气热交换器和用于调节建筑物内部空间的装置;
温度和湿度传感器的控制系统。
所述冷却器以冷却和加热模式运行,以分别冷却和加热所述建筑物内的空间,并且其中,所述冷却器配备有换向阀,其将在加热模式下的压缩机排放物与在所述加热模式下操作的液体制冷剂热交换器连接为冷凝器,从而冷却和冷凝热蒸汽制冷剂并将热量排出到次级制冷剂,从而加热所述次级制冷剂,并且连接压缩机吸入空气制冷剂热交换器,该热交换器用作从周围环境吸收热量的蒸发器。
所述建筑物通风系统包括排气管道、排气风扇或鼓风机、用与排气和供气气流发生热交换的换热器并位于第一供应气流热交换器的上游,以在冷却模式下冷却新鲜供应空气,将热量排出到冷却的排气,并在加热模式下加热供应空气,从加热的排气中吸收热量。
所述建筑物通风系统包括位于供应气流中的加湿装置,以在其加热模式下预处理新鲜供应空气,增加所述新鲜供应空气的湿度。
所述建筑物通风系统,包括第二供应空气加热器,在第一供应空气热交换器下游的交换器,以进一步预处理除湿后使其升温的新鲜供应空气;并且冷却器包括节能器,该节能器具有与利用来自所述制冷剂的热量的制冷剂成传热关系的水或盐水;和热液体回路用于循环和输送在节能器中加热的水或盐水的装置,用于在建筑物内调节空间的装置或第二供应空气热交换器中的至少一个之后再加热冷空气。
所述节能器位于压缩机下游和空气制冷剂热交换器上游,使得空气制冷剂热交换器上游的热制冷剂蒸汽部分冷凝或减温中的至少一种。
所述节能器位于所述空气制冷剂热交换器的下游第一膨胀装置,在冷却模式下作为过冷器工作,以在空气制冷剂热交换器之后过冷液体制冷剂,并利用从制冷剂吸收的热量来加热水或盐水。
一种在冷却模式下利用热量调节空气的方法,包括以下步骤:
(1)、压缩机中制冷剂蒸汽的压缩;
(2)、在第一冷凝器中对制冷剂蒸汽进行减温和冷凝;
(3)、在第一膨胀装置中膨胀液体制冷剂;
(4)、在作为第二冷凝器运行的节能器中的第一膨胀装置之后使制冷剂蒸气再冷凝,并用吸收冷凝热的水或盐水冷却;
(5)、在第二膨胀装置中膨胀液体制冷剂;
(6)、在蒸发器中蒸发液体制冷剂;
(7)、将制冷剂蒸气返回压缩机。
一种在冷却模式下运行的具有热利用的空调器,包括
用于蒸汽制冷剂压缩的压缩机;
位于压缩机下游和第一膨胀装置上游的第一热交换器,第一热交换器用作冷凝器,用于对压缩制冷剂蒸汽进行减温和冷凝;
所述第一膨胀装置用于在冷凝器之后膨胀液体制冷剂;
第一膨胀下游的水或盐水冷却节能器装置,其中,第一膨胀装置之后的制冷剂再次冷凝被冷却液吸收的排热并加热所述液体;
在节能器下游和第二热交换器上游的第二膨胀装置,该装置在所述节能器之后膨胀液体制冷剂,
所述第二热交换器位于压缩机上游,用于蒸发制冷剂的液体部分并将制冷剂蒸汽引导至压缩机,
热液体回路装置,用于将在节能器中加热的水或盐水输送到热液体蓄积容器或用户,并将新鲜或冷却的水或盐水中的至少一种输送到节能器。
包括接收器在节能器和第二膨胀装置之间,以积聚过量的制冷剂。
包括换向阀,用于在所述冷却模式和所述加热模式下操作以冷却或加热所述建筑物内的空间,其中所述换向阀处于加热状态,将压缩机排出口与作为冷凝器在该模式下运行的第二热交换器连接,并将压缩机吸入口与作为蒸发器运行的第一热交换器连接。
包括旁通管路,所述旁通管路具有将所述第一热交换器连接到第二膨胀装置,当不需要利用热量时,在加热模式或冷却模式下绕过第一膨胀装置、节能器和接收器。
包括位于以及热液体回路装置,用于首先将水或盐水输送到节能器以预热水或盐水,其次将水或盐水输送到利用热交换器以进一步加热,以及第三,输送到热液体累积储存器或直接输送到热液体使用者;并且将冷却的液体输送到节能器。
所述冷却器包括位于所述空气-制冷剂热交换器下游和所述节能器上游的第二膨胀装置,其中,在所述第一膨胀装置在所述节能器中冷凝之后,所述制冷剂蒸汽和蒸汽以及液体制冷剂混合,所述节能器作为附加冷凝器运行。
所述冷却器包括位于所述节能器下游和所述第一膨胀装置上游以积聚过量制冷剂的接收器。
所述冷却器还包括旁通管路,所述旁通管路具有连接所述第一膨胀部的截止阀具有空气-制冷剂热交换器的装置;旁路管线在加热模式或冷却模式下绕过第二膨胀装置、节能器和接收器。
所述冷却器包括位于压缩机下游和空气-制冷剂热交换器上游的利用热交换器;并且其中,热液体回路装置将在节能器中预热的水或盐水输送到用于加热该液体的利用热交换器,然后将在所述利用热交换器中加热的液体输送到热液体蓄积容器或直接到热水用户,并且用新鲜或冷却液体中的至少一种重新填充系统。
本发明的有益效果为:本发明利用节能、便宜、可靠、通用和便于维护的冷却器消除了上述缺点,提出的系统能够对供应空气进行深度除湿,并对该空气温度进行综合控制,并且非常有效地利用由冷却器冷凝器产生的热量。
附图说明
图1示出了具有冷却器的空调系统的示意图,该冷却器将冷液体提供给供应气流管道中的液冷式热交换器以及用于调节建筑物内部空间的装置。
图2还描绘了冷却器向供应气流管道中的液体冷却热交换器提供冷液并用于调节建筑物内的空间的示意图。此外,其示出了具有节能器的冷却器、热利用系统和将加热的液体输送到供应气流并用于建筑物中的其它用途的装置。
图3示出了冷凝器示意图,该冷凝器示意图在冷凝器之后具有节能器过冷液体,并且将热液体中使用的热量传递给用户。
图4示出了在冷凝器和节能器之间具有附加膨胀装置的冷却器示意图,该附加膨胀装置作为第二冷凝器操作,在附加膨胀装置之后重新冷凝蒸汽制冷剂,并将加热液体中使用的热量传递给用户。
图5是制冷循环的示意图。
图6示出了图1的冷却器。并设置额外的利用热交换器,在压缩机下游和冷凝器上游进一步加热在节能器中预热的液体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍:
在本发明的一个实施例中,空调系统包括供应空气流中的热交换器,其冷却和除湿经由供应空气管道进入建筑物的室外空气。冷却器为所述热交换器提供冷液体作为二次制冷剂,其从进入的空气吸收潜热和显热。在另一个实施例中,空调系统包括热交换器,用于再加热供应空气,该供应空气被过度冷却以除湿,以及空调空间中的空气。冷却器为这些热交换器提供温水或盐水,从制冷剂回路中传送热量。又一实施例包括安装在制冷剂下游的过冷器,冷凝器作为利用热量的手段。
其它实施例包括一种热利用系统的方法和设计,该热利用系统包括具有两个连续膨胀的新制冷循环,该两个连续膨胀允许具有可变利用热量的节能热利用。该方法既可以用于通过其调节空间中的蒸发器来循环空气的空调器,也可以用于提供用于调节空气与冷液体作为二次制冷剂的硬件的冷却器。该设计包括两个膨胀装置和作为从膨胀制冷剂吸收热量的额外冷凝器运行的节能器。
预搅拌实施例的描述:
图1-2所示空调系统示意图的主要部分。图1和2包括冷却器(或一组冷却器)10,其具有水或盐水,最通常基于氯化钙、氯化钠或二醇,作为循环通过液体制冷剂热交换器7的次级制冷剂。冷却器10在冷却模式下为系统提供冷液体,在加热模式下提供热液体。在冷却模式中,封闭液体;循环系统30将冷液体输送到建筑物排气供应空气系统20的供应空气管道23和建筑物中的其他用户,以调节建筑物内的供应空气和空气。图2还示出了在冷却模式下利用制冷循环的热量来加热液体的系统40,以及输送该液体以调节供应空气的温度、调节空间内的空气温度以及加热液体的其他使用者的系统50。
空调系统的控制部分包括恒温器、加湿器和其他传感器。根据传感器的读数,控制器启动或停止泵、风扇或压缩机1、改变其速度或打开阀等。除了专用于本发明的一对传感器之外,大多数控制对于空调是非常常见的。此外,图1和2示出了本发明的一个实施例。图3、4和6描述了热利用示意图和设备。冷却器(或一组冷却器)10可以仅在冷却模式下或在冷却和加热模式下操作。在加热模式下,冷却器10用作热泵。为此目的,冷却器10具有带有端口A、B、C和d的四通换向阀6。在冷却器中没有换向阀仅在冷却模式下操作。在冷却模式下,端口A连接到端口B,端口C连接到端口D(实线)。在加热模式中,端口A连接到端口C,端口B连接到端口D(虚线)。在所有附图中,如图1-6所示,冷却器以冷却模式运行。
图1中的冷却器。图1包括闭合的制冷剂回路。在冷却模式下,压缩机1之后的热蒸汽制冷剂流到空气-制冷剂热交换器3,空气-制冷剂热交换器3用作冷凝器冷却和冷凝制冷剂蒸汽,同时将热量排出到移动的气流9通过风扇11通过空气-制冷剂热交换器3。图1中未示出的冷凝器的另一种设计可以使用水回路,其中水在从冷凝器吸收热量之后移动到冷却塔,在返回冷凝器之前将热量排出到周围环境。
在空气-制冷剂热交换器3之后,制冷剂流到膨胀装置5后在该处膨胀。当冷却器在冷却和加热模式下运行时,膨胀装置5是双向的或由两个装置组成,每个装置靠近相应的蒸发器,一个在冷却模式下膨胀制冷剂,并且允许在加热模式下旁通,而另一个在加热模式下膨胀制冷剂,并且在冷却模式下旁通制冷剂。在膨胀装置5之后,蒸汽和液体制冷剂混合物移动到液体制冷剂热交换器7,其用作蒸发液体制冷剂并从水或盐水吸收热量的蒸发器。蒸发器后,制冷剂蒸汽进入压缩机吸入口。
封闭液体循环系统30(图1和2)包括泵31、管32、34、36,38、39和阀33、35、37。冷水或盐水经由管道34进入第一供应空气交换器29冷却和除湿供应气流管道23中的供应气流。在从供应空气吸收热量之后,系统30经由管道36将水或盐水输送到调节空间中的冷却装置,例如风扇盘管单元,并且经由管道32将水或盐水返回到液体制冷剂热交换器7。通过附加管道液体流过热交换器29和风扇盘管单元可以并联、串联或布置成并联-串联,并且可以通过关闭和打开阀33、35、37以及改变泵31的速度而变得可变。湿度传感器22有助于保持通过第一供应空气热交换器29的正确冷却液流速。液体循环系统30还可包括其它部件,在图1和2中未示出。1和2。它可以是液体储存器、减压罐和阀、额外的泵和管道、水或盐水再填充装置、热水器等。
排气供应空气系统包括排气21和供应空气导管23,以及排气和供应风扇或鼓风机(图1和2中未示出)。1和2)。还可以有过滤器、消音器、用于进气和排气到周围环境的装置、用于对排气管道除霜的装置等。然而,图1中描绘的部分仅包括与作为本发明主题的供应空气温度和湿度的控制和管理相关的传感器和硬件。除了空气管道之外,图1示出了同流换热器27,该同流换热器27是空气-空气热交换器,当室外空气比室内空气冷时,利用由排气携带的热量加热供给空气,当室外空气比室内热时,冷却供给空气。具有可渗透蒸汽膜的同流换热器也可具有一定程度的从供应空气中吸收或排除水分。然而,这些膜对于CO2也是可渗透的,还有建筑物居民和活动产生的其他废气。加湿装置28在环境空气湿度下降得太低时(主要是在冬天)加湿供应空气。传感器22在热交换器29中除湿或用加湿装置28加湿之后控制供应气流湿度。
除了图5所示的部件之外。图1。图2示出了利用制冷循环的热量来加热水或盐水的热利用系统40的部件,以及输送该液体以调节建筑物的调节空间内的供应空气和空气的温度的系统50。
图2和图3示出了具有热量利用系统40的冷却器110。额外的冷却器的封闭制冷剂回路中的设备包括位于空气-制冷剂热交换器3下游和膨胀装置5上游的节能器43,以及具有截止阀41的旁通管线48。热液体制冷剂在节能器43中的冷凝器之后被过冷,从而将热量排出到经由管道到达节能器43的液体流52,从制冷剂吸收热量并经由管道54离开节能器。管52和54都是热液体输送系统50(图1)的部件。2).具有泵51的系统50将热液体输送到第二供应空气热交换器24,该第二供应空气热交换器24再加热到期望的温度,供应在第一供应空气热交换器29中冷却和除湿的气流。温度传感器26有助于适当的再加热发送信号以控制液体流过热交换器24。除了热交换器24之外,热液体可以流到其它用户,包括风扇盘管,盘管后再加热空气。它可以是用于调节建筑物内空气的替代设备,而不是风扇盘管,其也需要空气再加热。加温液体使用的另一应用可以用于商业或个人需要,例如淋浴、浴室和厨房。在这些应用中,热利用系统40和开放输送回路50中的液体(图1)。2)是水。如果加热的液体仅用于空气再加热,则液体可以是水或盐水和系统40、50是打开或关闭的。输送系统50包括管52、54、56,58、59和阀53、55、57。在第二供应空气热交换器24之后,液体或者流到建筑物内的其他用户,或者经由管道52返回节能器43。如果有其他用户,则液体流фо热交换器24和这些用户可以并联、串联或并联-串联方式布置。完全或部分关闭阀53、55、57,打开它们,和/或改变泵51的速度来调节通过热交换器的液体流量24和其他用户。热水或盐水输送系统50还可包括图1中未示出的其它部件。2.它可以是储存热液体并将其分配给用户、减压罐和阀、额外的泵和管道、水或盐水再填充装置、热水器等的容器。
图3和图5中的5a说明具有节能器43冷却器110的操作。节能器43英寸,图3可以是管壳式、板框式、板翅式或任何其它适合于液-液传热。当在冷却模式下需要温水时,截止阀41关闭旁通管路48,节能器43作为过冷器运行。这次运行5不仅向用户提供用利用的热量加热的水,而且将冷却器的冷却能力提高到在制冷剂循环(图1-2-3-4-1中的循环)中可以实现的水平以上。5a对过冷循环1-2-5-6-1)。段6-4显示容量增加。由于容量增长不会导致压缩机功率的任何显著增加,过冷也提高了空调系统的效率。虽然没有需要加热液体时,关闭阀41打开,制冷剂流过管路48,节能器43成为液体制冷剂接收器。
然而,使用节能器作为过冷器也可能具有缺点。在图3的冷却器110中,由于液体制冷剂从过冷器移动到接收器,使得能量节省和容量改进都归零,所以不能在过冷器之后安装液体接收器通过过冷。这是具有可变利用热量的基本问题。
膨胀装置5之前的液态制冷剂应填充节能器43和管道4、48,以及8.图1所示的最大热利用率。由于蒸发器中液体制冷剂的量也最大(段5-3等于段6-4),所以段5-3需要最大制冷剂充量。如果用户仅消耗一部分可利用的热量,则蒸发器需要较少量的液体制冷剂,从而在制冷剂循环中产生额外的制冷剂。因为节能器/过冷器以及冷凝器下游和膨胀装置5总是充满之前的所有制冷剂管,所以必须在冷凝器3中挤压额外的制冷剂。这导致冷凝压力增加(图2-5中的管线2-5)。5a)、压缩机排气压力增大,压缩机电源(扇区2-2)和系统效率降低。
图1的冷却器的一种设计替代方案。图3是为了消除上述缺点而开发的。4.除了具有过冷的冷却器部分之外,冷却器210还包括第二膨胀装置105和接收器104。冷却器210使用最初在美国专利中引入的具有两个连续膨胀的制冷循环#8117855.在具有热利用的冷却模式中的冷却器210以以下步骤操作:
·压缩压缩机1中的蒸气制冷剂。
·在空气-制冷剂热交换器3中作为第一冷凝器运行的热制冷剂蒸汽的减温和冷凝,所述第一冷凝器将热量排放到环境空气中。
·使液体制冷剂在热交换器3之后流动到第二膨胀装置105。
·在膨胀装置105中使制冷剂温度下降而使液体制冷剂膨胀。
·将液体和蒸汽制冷剂的混合物输送到节能器43。
·在节能器43中重新冷凝蒸汽制冷剂,节能器43用作第二冷凝器以加热水同时吸收冷凝热。
·使液体制冷剂流向第一膨胀装置5。
·使膨胀装置5中的液体制冷剂膨胀,同时降低制冷剂温度。
·将液体和蒸汽制冷剂的混合物输送到液体-制冷剂热交换器。
·蒸发液体制冷剂,从二次制冷剂中吸收热量,冷却该制冷剂并输送用于空调的二次制冷剂。
·使蒸气制冷剂流向压缩机1。
图5中的5b示出了冷却器210(图5中的5b)的操作循环。4).随着最大热利用(段5-4)和容量的增加(段6-4),这些区段的长度与图3中用于图3的冷却器110的图5中的5a中的区段5-3和6-4的长度相同。然而,与图2中的冷却器110不同。在图3中,冷却器210不存在利用热量可变的问题。当利用的热量减少时,制冷剂过剩容纳在接收器104中,因此冷凝温度和功率不受额外液体制冷剂的影响。
与上述步骤相同的方法也可以在没有二级制冷剂回路的空调器如屋顶或中央空调器或分体式空调器中实施。
无二次制冷剂回路如车顶或中央空调或分体式空调。除了需要热利用的系统之外,图1的空调或冷却器。即使在具有相当大容量变化的系统中没有热量利用也可以使用。在这些系统中,节能器43被替换为由规则冷凝器介质或替代介质冷却的换热器,并与可变速度压缩机和变速风扇有助于效率优化。
对于一些热水用户,例如厨房和淋浴,节能器后的液体必须具有更高的温度。一种方法是在电加热器或气体加热器中加热该水,但是在冷却器210示意图中提供的具有两个连续膨胀的方法允许加热水而不消耗额外的能量。
图6示出了这样的冷却器。冷却器310还使用具有两个连续膨胀的制冷循环;然而,系统240的热利用是不同的。系统240包括位于压缩机1下游和冷凝器3上游的附加热交换器203。冷水或盐水经由管线252到达冷却器310,到达节能器43,其中加热液体从再冷凝的制冷剂吸收热量。则最初在节能器43中被加热的液体流到热交换器203,在热交换器203中它加热从压缩机排出的热蒸汽制冷剂吸收的热量。这里,液体温度可以达到40-50℃,甚至超过它。制冷剂部分地或完全地减温,有时甚至部分地冷凝离开热交换器203。在第一冷凝器3中,环境空气吸收来自制冷剂减温和/或冷凝的热量,所述制冷剂减温和/或冷凝未在热交换器203中与液体一起拾取。在热交换器203之后,热液体经由管道254到达用户或到达热液体积聚容器(在说明图纸的实施例中未示出)。如果不需要加热热交换器203中的液体,则热液体旁通管线阀215完全打开。或者,如果需要将水加热到低于最大温度的期望温度,阀215部分打开。
虽然上面已经详细描述了本发明的优选实施例,但是应当理解,可以对所示系统进行许多修改而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:该系统在冷却模式下运行,从建筑物排热,该系统包括:
一种具有封闭制冷剂回路的冷却器,其主要部件包括压缩机、空气制冷剂热交换器、液体制冷剂热交换器和制冷剂管,其中来自压缩机排放的热蒸汽制冷剂行进到用作冷凝器的空气制冷剂热交换器,用环境空气冷却和液化制冷剂,然后液体制冷剂流到第一膨胀装置,在那里膨胀,然后蒸汽和液体的混合物制冷剂流向作为蒸发器工作的液体制冷剂热交换器,蒸发液体制冷剂,同时吸收来自水或盐水中的至少一种的二次制冷剂的热量并冷却二次制冷剂,并通过压缩机吸力将制冷剂蒸汽返回压缩机;
建筑物通风系统,以在包括供应空气的冷却模式下为建筑物内部空间提供预处理的新鲜空气管道、风扇或鼓风机、用于进气的装置、专用于冷却和除湿新鲜供应空气的第一供应空气热交换器以及从所述第一供气热交换器排出冷凝物的装置;
用于调节建筑物内部空间中的空气的装置;
闭合回路装置,用于将冷的二次制冷剂循环并输送到两者:第一供应空气热交换器和用于调节建筑物内部空间的装置;
温度和湿度传感器的控制系统。
2.根据权利要求1所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述冷却器以冷却和加热模式运行,以分别冷却和加热所述建筑物内的空间,并且其中,所述冷却器配备有换向阀,其将在加热模式下的压缩机排放物与在所述加热模式下操作的液体制冷剂热交换器连接为冷凝器,从而冷却和冷凝热蒸汽制冷剂并将热量排出到次级制冷剂,从而加热所述次级制冷剂,并且连接压缩机吸入空气制冷剂热交换器,该热交换器用作从周围环境吸收热量的蒸发器。
3.根据权利要求1所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述建筑物通风系统包括排气管道、排气风扇或鼓风机、用与排气和供气气流发生热交换的换热器并位于第一供应气流热交换器的上游,以在冷却模式下冷却新鲜供应空气,将热量排出到冷却的排气,并在加热模式下加热供应空气,从加热的排气中吸收热量。
4.根据权利要求3所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述建筑物通风系统包括位于供应气流中的加湿装置,以在其加热模式下预处理新鲜供应空气,增加所述新鲜供应空气的湿度。
5.根据权利要求1所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述建筑物通风系统,包括第二供应空气加热器,在第一供应空气热交换器下游的交换器,以进一步预处理除湿后使其升温的新鲜供应空气;并且冷却器包括节能器,该节能器具有与利用来自所述制冷剂的热量的制冷剂成传热关系的水或盐水;和热液体回路用于循环和输送在节能器中加热的水或盐水的装置,用于在建筑物内调节空间的装置或第二供应空气热交换器中的至少一个之后再加热冷空气。
6.根据权利要求5所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述节能器位于压缩机下游和空气制冷剂热交换器上游,使得空气制冷剂热交换器上游的热制冷剂蒸汽部分冷凝或减温中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述节能器位于所述空气制冷剂热交换器的下游第一膨胀装置,在冷却模式下作为过冷器工作,以在空气制冷剂热交换器之后过冷液体制冷剂,并利用从制冷剂吸收的热量来加热水或盐水。
8.一种在冷却模式下利用热量调节空气的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)、压缩机中制冷剂蒸汽的压缩;
(2)、在第一冷凝器中对制冷剂蒸汽进行减温和冷凝;
(3)、在第一膨胀装置中膨胀液体制冷剂;
(4)、在作为第二冷凝器运行的节能器中的第一膨胀装置之后使制冷剂蒸气再冷凝,并用吸收冷凝热的水或盐水冷却;
(5)、在第二膨胀装置中膨胀液体制冷剂;
(6)、在蒸发器中蒸发液体制冷剂;
(7)、将制冷剂蒸气返回压缩机。
9.一种在冷却模式下运行的具有热利用的空调器,其特征在于:包括
用于蒸汽制冷剂压缩的压缩机;
位于压缩机下游和第一膨胀装置上游的第一热交换器,第一热交换器用作冷凝器,用于对压缩制冷剂蒸汽进行减温和冷凝;
所述第一膨胀装置用于在冷凝器之后膨胀液体制冷剂;
第一膨胀下游的水或盐水冷却节能器装置,其中,第一膨胀装置之后的制冷剂再次冷凝被冷却液吸收的排热并加热所述液体;
在节能器下游和第二热交换器上游的第二膨胀装置,该装置在所述节能器之后膨胀液体制冷剂,
所述第二热交换器位于压缩机上游,用于蒸发制冷剂的液体部分并将制冷剂蒸汽引导至压缩机,
热液体回路装置,用于将在节能器中加热的水或盐水输送到热液体蓄积容器或用户,并将新鲜或冷却的水或盐水中的至少一种输送到节能器。
10.根据权利要求9所述的具有热利用的空调器,其特征在于:包括接收器在节能器和第二膨胀装置之间,以积聚过量的制冷剂。
11.根据权利要求10所述的具有热利用的空调器,其特征在于:包括换向阀,用于在所述冷却模式和所述加热模式下操作以冷却或加热所述建筑物内的空间,其中所述换向阀处于加热状态,将压缩机排出口与作为冷凝器在该模式下运行的第二热交换器连接,并将压缩机吸入口与作为蒸发器运行的第一热交换器连接。
12.根据权利要求11所述的具有热利用的空调器,其特征在于:包括旁通管路,所述旁通管路具有将所述第一热交换器连接到第二膨胀装置,当不需要利用热量时,在加热模式或冷却模式下绕过第一膨胀装置、节能器和接收器。
13.根据权利要求12所述的具有热利用的空调器,其特征在于:包括位于以及热液体回路装置,用于首先将水或盐水输送到节能器以预热水或盐水,其次将水或盐水输送到利用热交换器以进一步加热,以及第三,输送到热液体累积储存器或直接输送到热液体使用者;并且将冷却的液体输送到节能器。
14.根据权利要求5所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述冷却器包括位于所述空气-制冷剂热交换器下游和所述节能器上游的第二膨胀装置,其中,在所述第一膨胀装置在所述节能器中冷凝之后,所述制冷剂蒸汽和蒸汽以及液体制冷剂混合,所述节能器作为附加冷凝器运行。
15.根据权利要求14所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述冷却器包括位于所述节能器下游和所述第一膨胀装置上游以积聚过量制冷剂的接收器。
16.根据权利要求15所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述冷却器还包括旁通管路,所述旁通管路具有连接所述第一膨胀部的截止阀具有空气-制冷剂热交换器的装置;旁路管线在加热模式或冷却模式下绕过第二膨胀装置、节能器和接收器。
17.根据权利要求16所述的温湿度控制和热量利用的空调系统,其特征在于:所述冷却器包括位于压缩机下游和空气-制冷剂热交换器上游的利用热交换器;并且其中,热液体回路装置将在节能器中预热的水或盐水输送到用于加热该液体的利用热交换器,然后将在所述利用热交换器中加热的液体输送到热液体蓄积容器或直接到热水用户,并且用新鲜或冷却液体中的至少一种重新填充系统。
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