CN110243034A - 一种基于能源塔的节能型全新风空调装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于能源塔的节能型全新风空调装置，涉及制冷空调系统设计和制造的技术领域,尤其涉及一种基于能源塔的节能型全新风空调装置。本发明空调箱的出风口与工艺控制区域的进风口连接，工艺控制区域的出风口与排风机的进风口连接，排风机的出风口与冷却/能源塔的进风口连接，冷却/能源塔的排水口与塔水泵的进水口连接，塔水泵的出水口通过阀门与热泵机组连接，热泵机组通过阀门分别与冷却/能源塔、用户水泵、空调箱连接，空调箱与用户水泵连接。本发明能够实现控制区域夏季高效供冷，冬季高效供暖，系统能效得到极大的提高。

Description

一种基于能源塔的节能型全新风空调装置
技术领域
本发明涉及制冷空调系统设计和制造的技术领域,尤其涉及一种基于能源塔的节能型全新风空调装置。
背景技术
随着科技的发展，对于许多工艺建筑和设备以及生产环节均需要在恒定的温度、湿度和洁净度工作环境下工作，因而全新风空调系统在众多工作环境得到了应用，如汽车生产喷涂车间、娱乐场所、医院手术室等特殊场合。
然而全新风系统的能耗十分巨大。如夏季室外环境干湿球为35℃/29.4℃，需要将其降低到设定干湿球温度17℃/16℃以实现控制区域环境干湿球温度26℃/20℃，同时控制区域多余的风量则需要排走到大气环境中。通常情况下，采用冷水机组提供7℃~12℃的冷冻水降温除湿达到给定温湿度，到达控制区的新风与室内混合，多余的风量通过排风机排出到室外。冬季如室外干湿球温度为7℃/6℃，则需要将其升高到设定干湿球温度32℃/20℃以实现控制区域环境干湿球温度20℃/14℃，同时控制区域多余的风量则需要排走到大气环境中。通常情况下，实现该温湿度控制的方式为锅炉提供热水和蒸汽以满足温湿度要求。整个过程消耗大量一次能源和电能，且需要投资冷水机组和锅炉两套设备，资源利用率也比较低。
热泵技术尤其能源塔热泵技术作为一种新型热泵系统，其夏季能够实现高效供冷，冬季能够实现高效供热，且不受地理环境限制，初投资较低，是一种较为理想的空调系统。但其受到气候特点影响，热源塔热泵在冬季换热过程中不可避免存在溶液从空气中吸收水分的现象，同时溶液的添加大大增加了系统成本，因此如何解决能源塔溶液浓度控制问题成为制约该系统发展的最关键问题之一。
传统全新风系统由于工艺等特性问题，往往能量利用率低，因而造成系统运行能耗居高不下。因此，以全新风空调系统为基础，结合热泵技术尤其能源塔热泵技术高效供冷供热特点，同时综合考虑蓄能与加热加湿耦合运行设计，实现全新风系统高效节能运行则至关重要。
发明内容
本发明目的是提供一种实现控制区域夏季高效供冷，冬季高效供暖，高系统能效的节能型全新风空调装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于能源塔的节能型全新风空调装置，包括热泵机组、用户水泵、塔水泵、空调箱、工艺控制区域、排风机、冷却/能源塔，空调箱的出风口与工艺控制区域的进风口连接，工艺控制区域的出风口与排风机的进风口连接，排风机的出风口与冷却/能源塔的进风口连接，冷却/能源塔的排水口与塔水泵的进水口连接，塔水泵的出水口通过阀门与热泵机组连接，热泵机组通过阀门分别与冷却/能源塔、用户水泵、空调箱连接，空调箱与用户水泵连接。
比较好的是，本发明的空调箱包括依次串接的风机、初级过滤段、中级过滤段、高级过滤段、温湿度控制段、加湿段、混合段，混合段与工艺控制区域连接。
比较好的是，本发明的热泵机组为无油式离心热泵机组，该热泵机组包括相互连接的蒸发器、冷凝器、压缩机。
比较好的是，本发明的冷却/能源塔内设置恒温蓄能设备，且该冷却/能源塔通过第一单向阀、第一手阀与自来水补水管连接。
比较好的是，本发明的塔水泵通过第一调节阀门A-2与热泵机组连接，热泵机组通过第二调节阀门A-3与空调箱连接，热泵机组通过第三调节阀门A-4与冷却/能源塔连接，热泵机组通过第四调节阀门A-1与用户水泵连接；温湿度控制段为降温除湿段。
比较好的是，本发明的塔水泵通过第五调节阀门B-2与热泵机组连接，热泵机组通过第六调节阀门B-3与空调箱连接，热泵机组通过第七调节阀门B-4与冷却/能源塔连接，热泵机组通过第八调节阀门B-1与用户水泵连接；温湿度控制段为升温加湿段。
比较好的是，本发明的升温加湿段为设置在内部的换热管盘，换热管盘的上部设置喷嘴，喷嘴通过循环水泵、第二单向阀、第二手阀与纯水补水管连接。
本发明适用于全新风空气调节实现建筑环境温湿度控制的场合。在夏季工况下，该系统将工艺控制区域的排风送入冷却塔入口但与冷却塔直接预留一定空间，冷却塔通过自身风机的开启可以吸入一部分排风进入冷却塔，从而降低冷却塔出口水温，通过降低系统冷凝温度提高机组能效；同样在冬季热源塔通过自身风机的开启可以吸入一部分排风进入，从而提高自身进出口水温，通过提高自身蒸发温度提高系统能效，同时冷却塔底部的恒温蓄能设备可以调整和维持能源塔冬季最低出水温度，保证系统在稳定工况下运行，且不出现冻管现象；此外在空气处理系统的升温段配备有喷淋加湿段，即在升温过程中同时进行加湿，此时热水换热过程的水温则可大大降低，从而降低冬季供热出口水温，大大提升系统能效；在此工况下，主机可以配置高效无油离心式热泵机组实现系统在运行工况下稳定高效。
本发明提出的一种节能性全新风空调系统及方法，整体上可以实现控制区域夏季高效供冷，冬季高效供暖，具有很好的节能效果。
本发明提出的一种节能性全新风空调系统及方法，其将室内排风系统与冷却塔/能源塔的进风系统进行统一设计，夏季降低了系统冷凝温度，冬季提升系统的蒸发温度，大大提高系统能效。
本发明提出的一种节能性全新风空调系统及方法，其在冷却塔中设置恒温蓄能装置，从而实现冷却塔/能源塔在冬季和夏季塔出口水温很定，确保系统的稳定性且提高了能效。
本发明提出的一种节能性全新风空调系统及方法，其冬季采用升温加湿段同时对新风进行升温加湿，可以大大降低热水进口水温。
本发明提出的一种节能性全新风空调系统及方法，根据其运行工况设置高效无油离心式制冷热泵系统，主机的能效大大增强。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明在夏季状态下的工作状态示意图。
图3是本发明在冬季状态下的工作状态示意图。
图4是本发明冬季状态下升温加湿段的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，一种基于能源塔的节能型全新风空调装置，包括热泵机组7、用户水泵6、塔水泵5、空调箱1、工艺控制区域2、排风机3、冷却/能源塔4，空调箱1的出风口与工艺控制区域2的进风口连接，工艺控制区域2的出风口与排风机3的进风口连接，排风机3的出风口与冷却/能源塔4的进风口连接，冷却/能源塔4的排水口与塔水泵5的进水口连接，塔水泵5的出水口通过阀门与热泵机组7连接，热泵机组7通过阀门分别与冷却/能源塔4、用户水泵6、空调箱1连接，空调箱1与用户水泵连接。
如图1所示，本发明的空调箱1包括依次串接的风机11、初级过滤段12、中级过滤段13、高级过滤段14、温湿度控制段15、加湿段16、混合段17，混合段17与工艺控制区域2连接。
如图1所示，本发明的热泵机组7包括相互连接的蒸发器、冷凝器、压缩机。热泵机组7为无油式离心热泵机组。
如图1所示，本发明的冷却/能源塔4内设置恒温蓄能设备41，该冷却/能源塔4通过第一单向阀81、第一手阀82与自来水补水管83连接。
如图2所示，本发明的塔水泵5通过第一调节阀门A-2与热泵机组7连接，热泵机组7通过第二调节阀门A-3与空调箱1连接，热泵机组7通过第三调节阀门A-4与冷却/能源塔4连接，热泵机组7通过第四调节阀门A-1与用户水泵6连接；温湿度控制段15为降温除湿段。
如图3所示，本发明的塔水泵5通过第五调节阀门B-2与热泵机组7连接，热泵机组7通过第六调节阀门B-3与空调箱1连接，热泵机组7通过第七调节阀门B-4与冷却/能源塔4连接，热泵机组7通过第八调节阀门B-1与用户水泵6连接；温湿度控制段15为升温加湿段。
升温加湿段为设置在内部的换热管盘151，换热管盘151的上部设置喷嘴152，喷嘴152通过循环水泵153、第二单向阀154、第二手阀155与纯水补水管156连接。
夏季模式
夏季高温高湿的空气（干湿球温度35℃/29.4℃）通过风机进入空调箱，依次通过初级过滤段、中级过滤段、高级过滤段来满足洁净度要求，然后通过降温段和加湿段来满足温度和湿度要求，最后通过混合段将空气混合均匀送入工艺控制区域，此时送风干湿球温度为17℃/16℃。该空气与室内空气混合达到设定工艺参数（干湿球温度26℃/20℃），达到室内降温除湿的目的。干湿球温度26℃/20℃的排风则通过排风机排出到冷却塔吸风口处，通过调整排风机频率和冷却塔风机的频率来控制排风量和冷却塔吸入排风的百分比；由于排风温度比室外空气参数低且温度稳定，此时冷却塔的进出口水温则由常规设计的32℃/37℃变为了29℃/24℃，通过冷却塔底部设置有配备相变材料的恒温蓄能设备，利用相变材料的相变特性实现出口水温基本很定在24℃左右，从而保证机组较为恒定的进口冷却水温度；由于在整个换热过程中存在水分蒸发的情况，因此自来水通过手阀和单向阀实现实时对冷却塔进行补水；从冷却塔出来的24℃的冷却水通过塔水泵、第一调节阀门A-2进入热泵机组的冷凝器出口，冷却水吸收冷凝器的热量后升高到29℃，然后通过第三调节阀门A-4进入冷却塔入口；12℃的冷冻水从降温段流出，然后通过用户水泵以及第四调节阀门A-1进入热泵机组蒸发器，热泵机组对其进行降温到7℃，然后通过第二调节阀门A-3流入降温段对空气进行降温除湿；由于此时工况热泵机组蒸发器进出口温度为常规的7℃~12℃，而冷凝器进出口温度从常规的32℃~37℃变为了24℃~29℃。冷凝器出口温度比常规下降了8℃，按照常规冷凝温度下降1℃，系统能效提升3%，则此时系统能效24%；
冬季模式
冬季低温的空气（干湿球温度7℃/6℃）通过风机进入空调箱，依次通过初级过滤段、中级过滤段、高级过滤段来满足洁净度要求，然后通过升温加湿段和加湿段来满足温度和湿度要求，升温加湿段为耦合过程，即在升温过程同时加湿，其主要原理如下：循环水泵将该段内的循环水通过喷嘴喷洒到散热盘管表面，40℃的高温热水进入盘管与循环水和进口的新风（干湿球温度7℃/6℃）进行热质交换，空气的温湿度增加，干湿球温度增加（干湿球温度35℃/20℃），此时高温热水温度降低到36℃，升温加湿后的空气通过湿膜加湿段调整干湿球温度达到设定要求。升温加湿段同时考虑升温和加湿，则将原有常规设计的最高热水温度从45℃下降到了40℃，此时则高效热泵机组的冷凝温度将降低5℃，按照按照常规冷凝温度下降1℃，系统能效提升3%，则此时系统能效15%。
通过升温加湿段和加湿段的新风最后通过混合段将空气混合均匀送入工艺控制区域，此时送风干湿球温度为32℃/20℃。该空气与室内空气混合达到设定工艺参数（干湿球温度20℃/14℃），达到室内升温加湿的目的。干湿球温度20℃/14℃的排风则通过排风机排出到能源塔吸风口处，通过调整排风机频率和冷却塔风机的频率来控制排风量和冷却塔吸入排风的百分比；由于排风温度比室外空气参数低且温度稳定，此时能源塔的进出口水温则由常规设计的-5℃/0℃变为了3℃/8℃，通过冷却塔底部设置有配备相变材料的恒温蓄能设备，通过相变材料的相变特性实现出口水温基本恒定在8℃左右，从而保证机组较为恒定的进口冷却水温度；从能源塔出来的8℃的冷却水通过塔水泵、第五调节阀门B-2进入热泵机组的蒸发器出口，冷水释放热量后降低到3℃，然后通过第七调节阀门B-4进入冷却塔入口；36℃的热水从升温加湿段流出，然后通过用户水泵以及第八调节阀门B-1进入热泵机组冷凝器，热泵机组对其进行升温到40℃，然后通过第六调节阀门B-3流入升温加湿段对空气进行升温加湿；由于此时工况热泵机组蒸发器进出口温度从常规的-5℃/0℃升高到了3℃/8℃，而冷凝器进出口温度从常规的40℃/45℃变为了36℃/40℃。冷凝器出口温度比常规下降了5℃，按照常规冷凝温度下降1℃，系统能效提升3%，则此时系统能效15%，蒸发温度比常规提高了8℃，按照常规蒸发温度升高1℃，系统能效提升3%，则此时系统能效24%；因此此时系统整体能效提升39%。同时该系统冬季工况进出口水温为3℃/8℃，高于0℃，因此在该系统中无需像常规能源塔系统中添加防冻液（防止溶液结冰），大大降低由于添加溶液而增加的投资，且无需考虑常规能源塔出现的补充溶质和溶液浓度控制的问题；
本发明同时通过以上系统运行可以发现，在夏季制冷工况下，蒸发器进出口温度为7℃~12℃，冷凝器进出口温度24℃~29℃；在冬季制热工况下，蒸发器进出口温度为3℃~8℃，冷凝器进出口温度为36℃~40℃；在此冬夏工况参数下，高效无油离心压缩式热泵系统可应用于该系统中，额定工况系统能效要远远大于目前常规含油螺杆压缩式热泵机组，且其在部分负荷下，该系统更能展现优异的性能。

Claims (7)

1.一种基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于包括热泵机组（7）、用户水泵（6）、塔水泵（5）、空调箱（1）、工艺控制区域（2）、排风机（3）、冷却/能源塔（4），空调箱（1）的出风口与工艺控制区域（2）的进风口连接，工艺控制区域（2）的出风口与排风机（3）的进风口连接，排风机（3）的出风口与冷却/能源塔（4）的进风口连接，冷却/能源塔（4）的排水口与塔水泵（5）的进水口连接，塔水泵（5）的出水口通过阀门与热泵机组（7）连接，热泵机组（7）通过阀门分别与冷却/能源塔（4）、用户水泵（6）、空调箱（1）连接，空调箱（1）与用户水泵连接。
2.根据权利要求1所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述空调箱（1）包括依次串接的风机（11）、初级过滤段（12）、中级过滤段（13）、高级过滤段（14）、温湿度控制段（15）、加湿段（16）、混合段（17），混合段（17）与工艺控制区域（2）连接。
3.根据权利要求1所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述热泵机组（7）为无油式离心热泵机组,上述热泵机组（7）包括相互连接的蒸发器、冷凝器、压缩机。
4.根据权利要求1所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述冷却/能源塔（4）内设置恒温蓄能设备（41）,且上述冷却/能源塔（4）通过第一单向阀（81）、第一手阀（82）与自来水补水管（83）连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述塔水泵（5）通过第一调节阀门（A-2）与热泵机组（7）连接，热泵机组（7）通过第二调节阀门（A-3）与空调箱（1）连接，热泵机组（7）通过第三调节阀门（A-4）与冷却/能源塔（4）连接，热泵机组（7）通过第四调节阀门（A-1）与用户水泵（6）连接；温湿度控制段（15）为降温段。
6.根据权利要求1或2所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述塔水泵（5）通过第五调节阀门（B-2）与热泵机组（7）连接，热泵机组（7）通过第六调节阀门（B-3）与空调箱（1）连接，热泵机组（7）通过第七调节阀门（B-4）与冷却/能源塔（4）连接，热泵机组（7）通过第八调节阀门（B-1）与用户水泵（6）连接；温湿度控制段（15）为升温加湿段。
7.根据权利要求1或2所述的基于能源塔的节能型全新风空调装置，其特征在于上述升温加湿段为设置在内部的换热管盘（151），换热管盘（151）的上部设置喷嘴（152），喷嘴（152）通过循环水泵（153）、第二单向阀（154）、第二手阀（155）与纯水补水管（156）连接。
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