CN108954625A - 热泵驱动的新型溶液除湿空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,压缩机通过制冷剂管路分别连接第一冷凝器、第二冷凝器、蒸发器,第一冷凝器和第二冷凝器通过制冷剂管路连接蒸发器,蒸发器通过冷冻水管路与干式风机盘管连接构成冷冻水循环,蒸发器通过冷冻水管路与换热器连接构成冷冻水循环;第一冷凝器通过溶液管路分别连接再生器、和浓溶液罐,再生器通过溶液管路连接稀溶液罐,稀溶液罐通过溶液管路连接除湿器,除湿器通过溶液管路连接换热器构成溶液循环,除湿器通过溶液管路连接浓溶液罐;除湿器通过风管连接溶液全热回收器;再生器通过风管连接热管回收器构成风路循环。本发明的有益效果是能源利用率和除湿效率高,室内空气品质高。

Description

热泵驱动的新型溶液除湿空调系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域,涉及一台热泵机组驱动的双冷凝器并联运行的新型溶液除湿空调系统。
背景技术
常规的热湿联合处理空调系统在为人们提供良好舒适的室内人居环境的同时,也带来了新的社会问题:空调能耗巨大、能源浪费严重,对电力系统冲击大、电网安全运行受到威胁,对室内空气品质有负面影响、舒适性下降等。热泵驱动的新型溶液除湿空调系统就是在这一背景下提出来的,它不仅运行稳定、高效节能省电,而且有助于提升室内空气品质,为人们提供一个更加舒适、健康的生活和工作环境,是未来理想空调的一个新的发展方向。本文提出的热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,利用冷凝器释放的冷凝热作为稀溶液再生的热源,利用双冷凝器并联运行、因地制宜的结合海水源等冷源方式实现制冷系统的热量平衡,并充分发挥常规冷凝温度制冷循环在制冷能效方面的优势。
传统空调系统夏季对空气降温和除湿处理釆用热湿耦合控制方法,即同时去除室内显热和潜热负荷,经过冷冻除湿后空气的湿度虽然可以满足设计要求,但是由于送风温度达到了露点温度,并不满足舒适性。空调的要求,通常需要进行再热才能送入室内。由于采用热湿耦合处理方式,为了满足除湿的要求,需要更低温度的冷冻水。在一般建筑体的空调系统中,夏季负荷70%左右为显热负荷,30%左右为潜热负荷,在一些高湿气候地区,湿负荷所占比例更大,如果不考虑冷冻除湿所需的低温冷源,显热负荷可以采取高温冷源来处理,所以传统的热湿耦合处理空气方式既限制了某些自然高温冷源的利用,也降低了制冷设备的能效。同时,传统的热湿耦合处理空调方式在夏季运行时都不可避免的出现潮湿表面或积水,这些地方常成为霉菌繁殖的最佳场所。传统应用的冷却除湿法具有能源利用率低,除湿效率低和空气品质差等缺点。
根据溶液再生所用热源形式的不同,溶液除湿空调系统可分为城镇热网驱动、余热驱动、太阳能驱动以及热泵驱动等不同形式。城镇热网驱动应用方便,并且有利于提高热网的利用效率,但是费用相对较高,此外部分空调项目可能远离城镇热网系统,应用并不方便。一般认为如果存在70℃上的余热,可以考虑采用余热驱动式溶液调湿方式。Nayak等将电厂废热用于空气除湿系统的再生热源,对整个系统的设备连接、控制等都做了详细设计。相比较而言,溶液再生所需要的热量远小于电厂提供的能量,所以只能利用其中一小部分,两者之间的管路系统对能量损耗有较大的影响。太阳能空调系统具有清洁、环保的特点,但是由于单位面积太阳辐射量有限,而且随时间不断变化,如果满足建筑需冷量,必须设计较大的集热面积,所以需要足够的空间用于布置集热器。这些问题限制了太阳能空调系统的应用和普及。利用热泵冷凝器释放的冷凝热作为稀溶液再生的热源,也是新型溶液除湿空调系统研究的一个重要方面。目前热泵驱动溶液除湿空调系统的研究主要集中于提高制冷机组蒸发温度来改善机组能效比,而由于溶液再生的要求必须提高冷凝温度、从而由此对制冷机组能效方面产生消极影响的问题研究相对较少;此外传统系统通常采用两台热泵系统,一台热泵机组提供溶液冷却的冷源和溶液再生的热源,而室内回风和新风的降温完全交由另外设置的一台热泵机组,两台机组完全独立,造成冷量不能合理分配,这是此类系统的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,本发明的有益效果是能源利用率和除湿效率高,室内空气品质高。
本发明所采用的技术方案是包括压缩机,压缩机通过制冷剂管路分别连接第一冷凝器、第二冷凝器、蒸发器,第一冷凝器和第二冷凝器通过制冷剂管路连接蒸发器,蒸发器通过冷冻水管路与干式风机盘管连接构成冷冻水循环,蒸发器通过冷冻水管路与换热器连接构成冷冻水循环;第一冷凝器通过溶液管路分别连接再生器、和浓溶液罐,再生器通过溶液管路连接稀溶液罐,稀溶液罐通过溶液管路连接除湿器,除湿器通过溶液管路连接换热器构成溶液循环,除湿器通过溶液管路连接浓溶液罐;除湿器通过风管连接溶液全热回收器;再生器通过风管连接热管回收器构成风路循环。
进一步,干式风机盘管、换热器、除湿器、溶液全热回收器为若干组,安装在室内。
进一步,蒸发器提供空调显热和冷却浓溶液所需的冷负荷,制冷子系统通过第一冷凝器提供稀溶液再生所需的热量,通过第二冷凝器向第二冷源释放其余部分的冷凝热,实时满足制冷系统的能量平衡;在溶液再生过程完成后可单独运行仅涉及第二冷凝器的常规冷凝温度的制冷循环,以提高制冷效率,新风在进入除湿器之前,先进入溶液全热回收器回收房间排风的冷量,然后进入除湿器被进一步冷却除湿,从而提高系统能效。
进一步,除湿器内的浓溶液首先进入换热器冷却降温后方进入除湿器,当除湿器内连续除湿循环进行到一定程度、浓溶液浓度降低到设定值后,通过调节阀打开,除湿器内的稀溶液在重力的作用下流入稀溶液罐中,当流入的稀溶液达到设定流量时,调节阀关闭,同时溶液泵启动,调节阀打开,一定量的浓溶液从浓溶液罐经溶液泵流入除湿器,再生器的稀溶液在溶液泵的驱动下流经第一冷凝器被加热后,喷淋在再生器的填料板上,而再生室外新风先进入热管回收器被高温高湿排风预热,然后进入再生器与喷淋在填料板上的高温稀溶液充分接触,带走稀溶液释放的水分,实现溶液的再生。
进一步,再生器内的连续再生过程进行到一定程度、稀溶液的浓度提高到设定值后,调节阀打开,再生器中已再生好的浓溶液流入浓溶液罐储存,当设定流量的浓溶液流入浓溶液罐后,通过溶液泵和调节阀调节,稀溶液在重力的作用下从稀溶液罐流入再生器。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
图中,1.压缩机,2.第一冷凝器,3.第二冷凝器,4.蒸发器,5.干式风机盘管,6.换热器,7.再生器,8.浓溶液罐,9.稀溶液罐,10.除湿器,11.溶液全热回收器,12.热管回收器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明热泵驱动的新型溶液除湿空调系统主要由四个子系统组成,分别为制冷循环子系统、溶液循环子系统(包括浓溶液除湿循环和稀溶液再生循环)、高温冷冻水循环子系统和新风处理子系统,系统如图1所示,包括压缩机1,压缩机1通过制冷剂管路分别连接第一冷凝器2、第二冷凝器3、蒸发器4,第一冷凝器2和第二冷凝器3通过制冷剂管路连接蒸发器4,蒸发器4通过冷冻水管路与干式风机盘管5连接构成冷冻水循环,蒸发器4通过冷冻水管路与换热器6连接构成冷冻水循环;
第一冷凝器2通过溶液管路分别连接再生器7、和浓溶液罐8,再生器7通过溶液管路连接稀溶液罐9,稀溶液罐9通过溶液管路连接除湿器10,除湿器10通过溶液管路连接换热器6构成溶液循环,除湿器10通过溶液管路连接浓溶液罐8;
除湿器10通过风管连接溶液全热回收器11;再生器7通过风管连接热管回收器12构成风路循环。
其中,干式风机盘管5、换热器6、除湿器10、溶液全热回收器11为若干组,安装在室内。
本发明中,蒸发器4提供空调显热和冷却浓溶液所需的冷负荷。制冷子系统通过第一冷凝器2提供稀溶液再生所需的热量,通过第二冷凝器3向第二冷源释放其余部分的冷凝热,实时满足制冷系统的能量平衡;在溶液再生过程完成后可单独运行仅涉及第二冷凝器3的常规冷凝温度的制冷循环,以提高制冷效率。新风在进入除湿器10之前,先进入溶液全热回收器11回收房间排风的冷量,然后进入除湿器10被进一步冷却除湿,从而提高系统能效。
除湿器10内的浓溶液首先进入换热器6冷却降温后方进入除湿器10,当除湿器10内连续除湿循环进行到一定程度、浓溶液浓度降低到设定值后,通过调节阀打开,除湿器10内的稀溶液在重力的作用下流入稀溶液罐9中,当流入的稀溶液达到设定流量时,调节阀关闭,同时溶液泵启动,调节阀打开,一定量的浓溶液从浓溶液罐8经溶液泵流入除湿器10。
再生器7的稀溶液在溶液泵的驱动下流经第一冷凝器2被加热后,喷淋在再生器7的填料板上,而再生室外新风先进入热管回收器12被高温高湿排风预热,然后进入再生器7与喷淋在填料板上的高温稀溶液充分接触,带走稀溶液释放的水分,实现溶液的再生。再生气体之所以采用室外新风而非房间排风的原因是:一般工程实际是分散除湿、集中再生,即再生器和除湿器不是布置在同一位置,如再生器往往布置在地下的制冷机房内、而除湿器往往分散布置在楼层较高的新风机房内。
当再生器7内的连续再生过程进行到一定程度、稀溶液的浓度提高到设定值后,调节阀打开,再生器7中已再生好的浓溶液流入浓溶液罐8储存,当设定流量的浓溶液流入浓溶液罐8后,通过溶液泵和调节阀调节,稀溶液在重力的作用下从稀溶液罐9流入再生器7。浓溶液罐8和稀溶液罐9可进行相对独立的间歇除湿和再生过程,并且能够充分发挥溶液的蓄能特性,起到对电力的“削峰填谷”作用。本发明系统通过机组蒸发器制备高温冷冻水作为空调显热和浓溶液冷却的冷源,通过机组冷凝器释放的冷凝热作为稀溶液再生的热源,由于一般情况下,总冷凝热远大于稀溶液再生所需要的热量,所以热泵机组采用双冷凝器并联运行,其中一台冷凝器因地制宜的以海水、污水、地下水或空气作为冷热源。
本发明系统与传统的溶液除湿空调系统相比,还具有如下特色和优势:
(1)本系统利用冷凝器释放的冷凝热作为稀溶液再生的热源,从而无需额外消耗市政热能,同时无需传统制冷机组所必需的冷却水系统。
(2)双冷凝器并联运行,便于因地制宜的结合其它辅助冷热源如空气源、污水源或海水源等进行系统各环节的能量匹配;同时也便于在溶液再生完成后单独运行常规冷凝温度的制冷循环,有利于提高制冷系统的综合制冷效率。
(3)鉴于一般空调系统集中再生、分散除湿(即再生器和除湿器布置在不同位置)的工程实际,溶液再生气体不便于采用房间排风,而只能采用室外新风,因次本系统采用热管回收器回收高温再生后空气的热量来预热再生用的室外新风;同时本系统采用溶液全热回收器回收房间排风的冷量以预冷空调新风,从而进一步提高系统能效。
(4)浓溶液存储罐和稀溶液存储罐分别设置,便于进行相对独立的间歇除湿再生过程,并且能够充分发挥溶液的蓄能特性,起到对电力的“削峰填谷”作用。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,其特征在于:包括压缩机,压缩机通过制冷剂管路分别连接第一冷凝器、第二冷凝器、蒸发器,第一冷凝器和第二冷凝器通过制冷剂管路连接蒸发器,蒸发器通过冷冻水管路与干式风机盘管连接构成冷冻水循环,蒸发器通过冷冻水管路与换热器连接构成冷冻水循环;第一冷凝器通过溶液管路分别连接再生器、和浓溶液罐,再生器通过溶液管路连接稀溶液罐,稀溶液罐通过溶液管路连接除湿器,除湿器通过溶液管路连接换热器构成溶液循环,除湿器通过溶液管路连接浓溶液罐;除湿器通过风管连接溶液全热回收器;再生器通过风管连接热管回收器构成风路循环。
2.按照权利要求1所述热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,其特征在于:所述干式风机盘管、换热器、除湿器、溶液全热回收器为若干组,安装在室内。
3.按照权利要求1所述热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,其特征在于:所述蒸发器提供空调显热和冷却浓溶液所需的冷负荷,制冷子系统通过第一冷凝器提供稀溶液再生所需的热量,通过第二冷凝器向第二冷源释放其余部分的冷凝热,实时满足制冷系统的能量平衡;在溶液再生过程完成后可单独运行仅涉及第二冷凝器的常规冷凝温度的制冷循环,以提高制冷效率,新风在进入除湿器之前,先进入溶液全热回收器回收房间排风的冷量,然后进入除湿器被进一步冷却除湿,从而提高系统能效。
4.按照权利要求1所述热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,其特征在于:所述除湿器内的浓溶液首先进入换热器冷却降温后方进入除湿器,当除湿器内连续除湿循环进行到一定程度、浓溶液浓度降低到设定值后,通过调节阀打开,除湿器内的稀溶液在重力的作用下流入稀溶液罐中,当流入的稀溶液达到设定流量时,调节阀关闭,同时溶液泵启动,调节阀打开,一定量的浓溶液从浓溶液罐经溶液泵流入除湿器,再生器的稀溶液在溶液泵的驱动下流经第一冷凝器被加热后,喷淋在再生器的填料板上,而再生室外新风先进入热管回收器被高温高湿排风预热,然后进入再生器与喷淋在填料板上的高温稀溶液充分接触,带走稀溶液释放的水分,实现溶液的再生。
5.按照权利要求1所述热泵驱动的新型溶液除湿空调系统,其特征在于:所述再生器内的连续再生过程进行到一定程度、稀溶液的浓度提高到设定值后,调节阀打开,再生器中已再生好的浓溶液流入浓溶液罐储存,当设定流量的浓溶液流入浓溶液罐后,通过溶液泵和调节阀调节,稀溶液在重力的作用下从稀溶液罐流入再生器。
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