CN109915950B

CN109915950B - 带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统

Info

Publication number: CN109915950B
Application number: CN201910012620.XA
Authority: CN
Inventors: 张天虎; 李小鹏; 饶砚迪; 袁德玲; 唐首峰
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: CN109915950A

Abstract

本发明涉及一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，包含送风系统与电解液循环系统，送风系统内包含电解槽，能通过电化学还原反应降低空调回风中的二氧化碳浓度，电解液循环系统中，冷凝水管与电解液回水管连接，电解槽的阴极安装在电解槽壁面上，阳极安装在电解槽中间，并使用涡轮结构，阳极通过连接杆与送风系统的风机相连。送风系统运行过程中，风机带动阳极转动，对电解液进行搅动，提高电化学反应速率。送风系统的前端盘管用于处理空气湿负荷，同时避免电解液进入过滤器，末端盘管用于处理空气冷负荷，降低空气温度，过滤器中填充固体活性炭，吸附二氧化碳。本发明不仅能降低室内CO₂浓度，同时能降低空调新风系统的能耗。

Description

带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统

技术领域

本发明涉及一种中央空调系统，具体的，涉及一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统。

背景技术

中央空调系统广泛应用于办公建筑、商场、车间等大型公共场所，其能耗在建筑能耗中占比很大。中央空调系统按负担室内负荷所用介质不同可分为：全空气系统、空气-水系统、全水系统和冷剂系统。

中央空调系统具有以下优点：(1)经济节能：主机由微电脑控制，每个区间中央空调主机末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用；(2)环保：主机采用水源热泵型机组，电制冷，没有燃烧过程，避免了排污；整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美，特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用；(3)节约空间:主机体积小巧，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和土建投资，室内末端暗藏在吊顶内，极易配合屋内装修；(4)个性化:中央空调系统以区间为单元，满足用户不同区间需求，室内末端安装采用暗藏方式，不影响室内的审美观，不占据室内空间，适应用户的个性化需求；(5)简化管理:与采用不同区间单独控制系统为用户所有，产权关系明确，可简化空调设施管理；(6)提升档次:中央空调主机可以避免破坏楼体的整体外观，使用户充分享受高档综合环境的同时，提升产品质量及量贩档次；(7)投资方便:可根据量贩发展情况，分期分批投资添置空调系统，同时量贩档次提升，因此资金周转快，有效地利用资金更进一步开发；(8)使用寿命长:中央空调一般使用寿命在15到25年，而普通空调超不过10年，如果保养好，中央空调的寿命还可以更长。因此，中央空调系统被广泛应用。

在办公室、酒店客房等小型公共空间，空气-水系统应用最为广泛。风机盘管+新风系统是最典型的空气-水系统。风机盘管+新风系统由风机盘管系统及新风系统组成，空调一部分能耗用于降低室内回风温湿度，另一部分用于降低室外新风温湿度。末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用。

现有风机盘管+新风系统的室内回风中含有较高浓度的二氧化碳(CO₂)，因此需补充室外新风，降低室内CO₂浓度，达到室内空气健康标准。按照我国国家标准GB/T18883-2002的规定，室内新风量不应小于人均30m³/h。由于室外新风的温度远高于空调送风温度，因此处理新风所需能耗较大，最高可占空调总能耗的40％。因此，降低回风中的CO₂浓度，进而减少新风需求，是降低中央空调系统能耗的有效手段。

现有风机盘管+新风系统运行过程中会产生温度较低的冷凝水，需安装专门的冷凝水管将其输送至建筑排水口，造成空调能耗及水资源的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，利用电化学反应，将回风中的CO₂在冷凝水中还原为甲酸、甲醇等工业原料，不仅能降低室内CO₂浓度，实现冷凝水回收利用，降低空调能耗，同时减少了CO₂向室外的排放。

本发明是这样实现的：

一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其包括送风系统和电解液循环系统，所述送风系统包括送风口、末端盘管、风机、过滤器、前端盘管、电解槽、回风口、冷冻水进水管、冷冻水出水管和冷凝水管，所述风机转动，带动空气由所述回风口进入所述送风系统，同时带动电解槽中的阳极转动，空气依次经过所述电解槽、前端盘管、过滤器、末端盘管后由送风口送入室内；所述前端盘管用于处理空气湿负荷，同时避免电解液进入所述过滤器，所述末端盘管用于处理空气冷负荷，降低空气温度，所述冷冻水进水管的第一端与制冷机房相连，所述冷冻水进水管的第二端分别与末端盘管的第一端和前端盘管的第一端相连，所述末端盘管的第二端和所述前端盘管的第二端分别与所述冷冻水出水管的第一端相连，所述冷冻水出水管的第二端与制冷机房相连，所述冷凝水管的第一端与所述前端盘管和末端盘管相连；所述电解液循环系统包括电解液进水管、电解液回水管、排液阀、储液罐、循环水泵和液位计，所述电解槽的上壁面的中部为半椭圆形，下壁面的靠近两侧壁的两端均为外弧形壁面，所述电解液进水管与电解液回水管位于所述电解槽的两侧，且电解液进水管的接口位于电解液回水管接口上侧，使电解槽内与回风直接接触的上层电解液高于下层电解液，所述电解液回水管的第一端分别与所述冷凝水管和所述电解槽相连，所述电解液回水管的第二端与所述储液罐相连，所述电解液进水管的第一端与所述储液罐相连，所述电解液进水管的第二端与所述电解槽相连，所述电解液进水管或电解液回水管上设有循环水泵，所述储液罐上设有排液阀；所述电解槽的阴极安装在所述电解槽壁面上，阳极安装在所述电解槽的中间，所述阳极为蜗轮结构，阳极通过连接杆与所述风机相连，送风系统运行过程中，所述风机带动阳极运动，对电解液进行搅动，所述液位计位于所述电解槽的内部，与电动控制系统相连，用于控制排液阀的开启和关闭。

优选地，所述过滤器内填充固体活性炭，用于吸附二氧化碳。

优选地，所述下壁面的外弧形壁面上设有溢流口和溢流管。

优选地，所述电解液循环系统还包括补液泵和补液罐，所述电解液进水管依次与所述补液泵和补液罐的出口相连。

优选地，所述电解槽内设有电解液离子浓度检测器，根据电解液离子浓度，电动控制系统控制补液泵的开启与关闭。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统在送风系统中增加电解槽以及电解液循环系统，在电解槽内利用电化学反应将空调回风的二氧化碳还原为甲酸、甲酯等化工原料，降低了中央空调的新风需求量及能耗，实现了碳资源的利用。

(2)本发明利用冷凝水管将送风系统中产生的冷凝水回收，并储存入电解液的储液罐中，利用空调系统产生的冷凝水补充电解液，实现了水资源的回收利用，而且设置循环水泵，实现电解液的循环利用，节约资源。

(3)电解槽内使用可转动的涡流阳极，并利用送风系统中的风机驱动阳极转动，搅拌电解液，提高了电化学反应效率。

(4)电解槽的上壁面的中部为半椭圆形，下壁面的靠近两侧壁的两端均为外弧形壁面，增加空气与电解液的接触面积，下壁面设置溢流口与溢流管，避免电解槽内液体溢出。电解液进液口位于上侧，出水口位于下侧，使上侧浓度高，提高化学反应速率。

附图说明

图1为本发明的空调系统的流程图；

图2为本发明的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统的结构示意图；

图3为本发明的电解槽的结构示意图；以及

图4为本发明的电极的示意图。

图中：1、送风系统 2、冷冻水进水管 3、冷冻水出水管 4、冷凝水管 5、电解液补液罐 6、电解液储液罐 7、循环水泵 8、补液泵 9、排液阀 10、送风口 11、末端盘管 12、风机13、过滤器 14、前端盘管 15、电解槽 16、冷凝水管 17、电解液进水管 18、电解液回水管19、回风口 20、溢流口 21、溢流管 22、上壁面 23、下壁面 24、液位计 25、离子浓度检测器26、阳极 27、阴极 28、连接杆

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图2所示，一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其包括送风系统1和电解液循环系统，送风系统1包括送风口10、末端盘管11、风机12、过滤器13、前端盘管14、电解槽15、回风口19、冷冻水进水管2、冷冻水出水管3和冷凝水管4，风机12转动，带动空气由回风口19进入送风系统1，同时带动电解槽15中的阳极转动，空气依次经过电解槽15、前端盘管14、过滤器13、末端盘管11后由送风口10送入室内；前端盘管14用于处理空气湿负荷，同时避免电解液进入过滤器13，末端盘管11用于处理空气冷负荷，降低空气温度，冷冻水出水管3的第一端与制冷机房相连，冷冻水出水管3的第二端分别与末端盘管11的第一端和前端盘管14的第一端相连，末端盘管11的第二端和前端盘管14的第二端分别与冷冻水出水管3的第一端相连，冷冻水出水管3的第二端与制冷机房相连，冷凝水管16的第一端与前端盘管14和末端盘管11相连。

如图3和4所示，电解液循环系统包括电解液进水管17、电解液回水管18、排液阀9、储液罐6、循环水泵7和液位计24，电解槽15的上壁面22的中部为半椭圆形，下壁面23的靠近两侧壁的两端均为外弧形壁面，增加空气与电解液的接触面积。电解液进水管17与电解液回水管18位于电解槽15的两侧，且电解液进水管17的接口位于电解液回水管18接口上侧，使电解槽15内与回风直接接触的上层电解液高于下层电解液，提高化学反应速率。电解液回水管18的第一端与冷凝水管4相连，冷凝水流入储液罐6内，利用冷凝水补充电解液水量，无需设置冷凝水排放装置，实现了中央空调系统的废水利用。电解液回水管18的第一端与电解槽15相连，电解液回水管18的第二端与储液罐6相连，电解槽15内的电解液回流到储液罐6内，电解液进水管17的第一端与储液罐6相连，电解液进水管17的第二端与电解槽15相连，储液罐6内的电解液经过电解液进水管17进入电解槽15进行电化学反应，电解液进水管17或电解液回水管18上设有循环水泵7，循环水泵7提供动力，将储液罐6内的电解液与电解槽15的电解液实现循环利用，储液罐6上设有排液阀9，根据电解槽内水位变化，排出多余的电解液。电解槽15的阴极27安装在电解槽15的壁面上，阳极26安装在电解槽15的中间，阳极26为蜗轮结构，阳极26通过连接杆28与风机12相连，送风系统1运行过程中，风机12带动阳极26运动，对电解槽15内的电解液进行搅动，提高电化学反应速率，通过电化学还原反应降低空调回风中的二氧化碳浓度，并产生甲酸、甲醇等工业原料。液位计24位于电解槽15的内部，与电动控制系统相连，用于控制排液阀9的开启和关闭，当液位计24检测的电解液液位高于预设液位时，电动控制系统控制排液阀9开启，将多余的电解液排出，当液位计24检测的电解液液位降到预设液位时，电动控制系统控制排液阀9关闭。

优选地，过滤器13内填充固体活性炭，用于吸附二氧化碳。

优选地，下壁面23的外弧形壁面上设有溢流口20和溢流管21，当电解槽15内的电解液液位高于溢流口20时，电解液通过溢流口20和溢流管21流出，避免电解槽内液体溢出电解槽15。

优选地，电解液循环系统还包括补液泵8和补液罐5，电解液进水管17依次与补液泵8和补液罐5的出口相连，当储液罐6和电解槽15内的电解液不够时，通过补液泵8将补液罐5内的电解质加入到储液罐6和电解槽15构成的电解液循环系统中，保证电解槽内的电化学反应正常进行。

优选地，电解槽15内设有电解液离子浓度检测器25，根据电解槽15内的电解液离子浓度，电动控制系统控制补液泵8的开启与关闭，根据电解槽内离子浓度变化补充电解质溶液。

如图1和2所示，制冷机房产生的冷冻水由冷冻水进水管2分别进入送风系统1的末端盘管11与前端盘管14中，再由冷冻水出水管3流回制冷机房。

风机12转动，带动空气由回风口19进入送风系统1，同时带动电解槽15中的阳极26转动。空气依次经过电解槽15、前端盘管14、过滤器13和末端盘管11后，由送风口10送入室内。

空气进入电解槽15时，受电解槽的上壁面22与下壁面23共同作用，与电解槽15内的电解液充分接触，电解槽中间安装阳极26，两侧连接阴极27，发生电化学反应，空气中的CO₂被还原为甲酸、甲醇等工业原料。空气经过前端盘管14时，与前端盘管14发生换热，空气温湿度降低，空气中的夹带的水及电解液冷凝，冷凝后的液体进入冷凝水管4，流入电解液回水管18，进而流入储液罐6中，用冷凝水补充电解液水量，无需设置冷凝水排放装置，实现了中央空调系统的废水利用。空气经过过滤器13时，残余的CO₂气体被过滤器13内的活性炭吸收。空气经过末端盘管11时，与末端盘管11发生换热，进一步降低温湿度，达到送风状态点，末端盘管11产生的冷凝水进入冷凝水管4，然后流入电解液回水管18，进而流入储液罐6中，用于补充电解液水量。空气最终由送风口10送入室内。

电解液由电解液进水管17进入电解槽15，在电解槽15内发生电化学反应还原CO₂，由电解液回水管18排出，进入电解液储液罐6，经循环水泵7驱动后回流至电解液进水管17。冷凝水管4与电解液回水管相连，送风系统产生的冷凝水经冷凝水管4和电解液回水管18流入储液罐6中，补充电解液所需的水分。当电解槽中液位计24检测到液面超过预设液位时，电动控制系统打开排液阀9，排出的液体流入收集箱，进行提纯。当电解槽15中液位计24检测到液面低于预设液位时，关闭排液阀9。当电解液离子浓度低于预设值时，电动控制系统控制打开补液泵8，补充电解质，高于预设值时，关闭补液泵8。当电解槽中水位超过溢流口20时，电解液经溢流口20进入溢流管21，最后进入电解液回水管18。

综上，本发明具有以下优点：

本发明的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统在送风系统中增加电解槽以及电解液循环系统，在电解槽内利用电化学反应将空调回风的二氧化碳还原为甲酸、甲酯等化工原料，降低了中央空调的新风需求量及能耗，实现了碳资源的利用。本发明利用冷凝水管将送风系统中产生的冷凝水回收，并储存入电解液的储液罐中，利用空调系统产生的冷凝水补充电解液，实现了水资源的回收利用，而且设置循环水泵，实现电解液的循环利用，节约资源。电解槽内使用可转动的涡流阳极，并领用送风系统中的风机驱动阳极转动，搅拌电解液，提高了电化学反应效率。电解槽的上壁面的中部为半椭圆形，下壁面的靠近两侧壁的两端均为外弧形壁面，增加空气与电解液的接触面积，下壁面设置溢流口与溢流管，避免电解槽内液体溢出。电解液进液口位于上侧，出水口位于下侧，使上侧浓度高，提高化学反应速率。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其特征在于：其包括送风系统和电解液循环系统，

所述送风系统包括送风口、末端盘管、风机、过滤器、前端盘管、电解槽、回风口、冷冻水进水管、冷冻水出水管和冷凝水管，所述风机转动，带动空气由所述回风口进入所述送风系统，同时带动电解槽中的阳极转动，空气依次经过所述电解槽、前端盘管、过滤器、末端盘管后由送风口送入室内；所述前端盘管用于处理空气湿负荷，同时避免电解液进入所述过滤器，所述末端盘管用于处理空气冷负荷，降低空气温度，所述冷冻水进水管的第一端与制冷机房相连，所述冷冻水进水管的第二端分别与末端盘管的第一端和前端盘管的第一端相连，所述末端盘管的第二端和所述前端盘管的第二端分别与所述冷冻水出水管的第一端相连，所述冷冻水出水管的第二端与制冷机房相连，所述冷凝水管的第一端与所述前端盘管和末端盘管相连；

所述电解液循环系统包括电解液进水管、电解液回水管、排液阀、储液罐、循环水泵和液位计，所述电解槽的上壁面的中部为半椭圆形，下壁面的靠近两侧壁的两端均为外弧形壁面，所述电解液进水管与电解液回水管位于所述电解槽的两侧，且电解液进水管的接口位于电解液回水管接口上侧，使电解槽内与回风直接接触的上层电解液的浓度高于下层电解液的浓度，所述电解液回水管的第一端分别与所述冷凝水管和所述电解槽相连，所述电解液回水管的第二端与所述储液罐相连，所述电解液进水管的第一端与所述储液罐相连，所述电解液进水管的第二端与所述电解槽相连，所述电解液进水管或电解液回水管上设有循环水泵，所述储液罐上设有排液阀；

所述电解槽的阴极安装在所述电解槽壁面上，阳极安装在所述电解槽的中间，所述阳极为蜗轮结构，阳极通过连接杆与所述风机相连，送风系统运行过程中，所述风机带动阳极运动，对电解液进行搅动，所述液位计位于所述电解槽的内部，与电动控制系统相连，用于控制排液阀的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其特征在于：所述过滤器内填充固体活性炭，用于吸附二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其特征在于：所述下壁面的外弧形壁面上设有溢流口和溢流管。

4.根据权利要求1所述的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其特征在于：所述电解液循环系统还包括补液泵和补液罐，所述电解液进水管依次与所述补液泵和补液罐的出口相连。

5.根据权利要求4所述的带有二氧化碳吸收利用装置的中央空调系统，其特征在于：所述电解槽内设有电解液离子浓度检测器，根据电解液离子浓度，电动控制系统控制补液泵的开启与关闭。