CN110510096A - 一种用于实验室的空调通风系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实验室的空调通风系统，其包括空调箱和制冷机组，制冷机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀，空调箱内设置冷却器和加热器；其中，在制冷时，冷水经蒸发器冷却后输送至冷却器，将经过冷却的空气处理至送冷风状态点；在制热时，淡水经冷凝器加热后输送至加热器，将经过加热的空气处理至送热风状态点，处理后的空气由空调箱风机段送至实验室。本发明实现了室内温度、湿度独立调节，精确控制室内参数，改善送风空气品质；本发明节能效果突出，机组效率增加；本发明送回风方式采用孔板送风侧送上回，噪音小，温度场和速度场均匀，温度梯度小，送风直接送到工作区，保证了实验人员工作区的空气品质和舒适度要求。

Description

一种用于实验室的空调通风系统

技术领域

本发明涉及通风系统技术领域，尤其涉及一种用于实验室的空调通风系统，特别适用于船舶的温控实验室。

背景技术

近年来新造的海洋科学考察船对于科考实验室越来越重视，其中的温控实验室对室温有±0.5℃的精度要求，对相对湿度有±5％的精度要求。常规空调系统对空气采用热湿耦合处理，对空气降温的同时做除湿处理，同时除湿后往往还需要再加热补偿，造成能量的浪费。同时常规系统在全年相当多运行时间里存在实际送风点不在ε线上的情况，从而导致其温度或湿度中的某个参数可能失控。为了达到对室内温湿度的精确控制，保证科学家在准确可靠的环境下完成实验，同时提高空调机组效率，减少多余能量消耗，有必要改进目前常规空调的设计。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种用于实验室的空调通风系统，特别适用于船舶温控实验室，实验室温度调节精度±0.5℃，湿度调节调节精度±5％，使科学家的实验环境得到可靠保障。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种用于实验室的空调通风系统，其包括空调箱和制冷机组，所述制冷机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀，所述空调箱内设置冷却器和加热器；其中，在制冷时，冷水经蒸发器冷却后输送至冷却器，将经过冷却的空气处理至送冷风状态点；在制热时，淡水经冷凝器加热后输送至加热器，将经过加热的空气处理至送热风状态点，所述送冷风状态点或送热风状态点的空气由位于空调箱内的风机段送至实验室。

为了进一步优化上述空调通风系统，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，所述冷却器的进口和出口分别连接冷水送水管路和第一冷水回水管路，所述冷水通过冷水泵经冷水送水管路从蒸发器输送至冷却器；所述第一冷水回水管路连接至换热器，所述换热器出口的冷水回水通过第二冷水回水管路连接至蒸发器；所述第一冷水回水管路上旁通设置冷水回水余能处理回路，所述第一冷水回水管路与冷水送水管路、第二冷水回水管路之间分别设置冷水旁通管路。

进一步地，所述加热器的进口和出口分别连接热水送水管路和第一热水回水管路，所述热水通过热水泵经热水送水管路从冷凝器输送至加热器；所述第一热水回水管路连接至换热器，所述换热器出口的热水回水通过第二热水回水管路连接至冷凝器；所述第一热水回水管路上旁通设置热水回水余能处理回路，所述第一热水回水管路与热水送水管路、第二热水回水管路之间分别设置热水旁通管路。

进一步地，所述空调箱依次包括混合段、过滤段、除湿段、加湿段、换热段、风机段，所述换热段内设置冷却器和加热器，所述除湿段设置除湿器、电加热器和预热管路，所述混合段包含一路独立的再生用新风。

进一步地，所述预热管路的进口和出口分别通过支路管路连接至热水送水管路和第一热水回水管路。

进一步地，所述蒸发器和冷凝器之间设置通过压缩机、电子膨胀阀循环的制冷剂管路。

进一步地，所述冷水回水余能处理回路与热水回水余能处理回路将少量剩余能量通过空气换热器被外界空气带走。

进一步地，所述空气换热器设置变频风扇。

进一步地，所述实验室内设置温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器分别电连接至PLC电控箱，所述PLC电控箱根据室温调节冷水送水管路至第一冷水回水管路的冷水旁通量或热水送水管路至第一热水回水管路的热水旁通量，以及热交换器两端冷热回水旁通量，以及第一冷水回水段上与冷水回水余能处理回路的冷水旁通量，以及第一热水回水段上与热水回水余能处理回路的热水旁通量，以及除湿段预热水回路与热水送水管路和第一热水回水管路的热水旁通量。所述PLC电控箱根据室内相对湿度控制空调箱的除湿段和加湿段。

进一步地，所述除湿段为转轮除湿段，新风中一部分作为再生用新风用于转轮的再生，并以再生风排风的形式排出；再生用新风预热由预热管路提供，不足的热量由电加热器补充。

进一步地，新风与实验室排出的回风在混合段混合后，经过过滤段过滤，后经过除湿段和加湿段进行湿度处理，再经过冷却器或加热器处理至送风温度后送入实验室，实验室将一部分室内风量作为回风重新送至空调箱，另一部分室内风量作为排风排至大气。

进一步地，空调箱出口的空调风经管道送至室内靠墙布置的带孔板送风箱后送至室内，部分室内风量经布置在天花板上的带孔板回风箱返回至空调箱混合段，另一部分室内风量由排风末端排掉。

进一步地，所述带孔板回风箱通过回风管路连接至空调箱混合段，所述带孔板回风箱和回风管路的外壁均设置绝缘材料，并在所述回风管路上设置消音器。

进一步地，所述实验室内部设置冷库板隔热。

进一步地，所述压缩机为变频压缩机。

进一步地，所有的旁通及支路均采用三通阀的形式实现。具体为：所述第一冷水回水管路靠近冷却器端设置冷水末端三通阀，所述冷水送水管路通过管路连接至该冷水末端三通阀；所述第一热水回水管路靠近加热器端设置热水末端三通阀，所述热水送水管路通过管路连接至该热水末端三通阀；所述冷水末端三通阀下游的第一冷水回水管路设置第一冷水回水三通阀和第二冷水回水三通阀，第一冷水回水三通阀和第二冷水回水三通阀分别通过管路连接至空气换热器；所述热水末端三通阀下游的第一热水回水管路设置第一热水回水三通阀和第二热水回水三通阀，第一热水回水三通阀和第二热水回水三通阀分别通过管路连接至空气换热器；所述第二冷水回水管路上设置冷水回水三通阀，所述冷水回水三通阀通过管路与第二冷水回水三通阀下游的第一冷水回水管路连通；所述第二热水回水管路上设置热水回水三通阀，所述热水回水三通阀通过管路与第二热水回水三通阀下游的第一热水回水管路连通；所述热水泵上游的热水送水管路上设置第一预热热水三通阀，所述第一预热热水三通阀通过管路连通至预热管路的入口；所述第二热水回水三通阀下游的第一热水回水管设置第二预热热水三通阀，所述第二预热热水三通阀通过管路连通至预热管路的出口。

进一步地，所述热水泵为定频泵，在热水泵的下游管路上设置热水缓冲罐，热水送水管路和第一热水回水管路之间的旁通管路由热水末端三通阀实现，温度传感器通过PLC电控箱控制三通阀的热水旁通量。或者可选地，所述热水泵为变频泵，热水送水管路和第一热水回水管路之间的旁通管路由热水旁通调节阀实现，温度传感器通过PLC电控箱调节变频泵的转速并协同控制旁通调节阀的热水旁通量。

进一步地，所述冷水泵为定频泵，在冷水泵的下游管路上设置冷水缓冲罐，冷水送水管路和第一冷水回水管路之间的旁通管路由冷水末端三通阀实现，温度传感器通过PLC电控箱控制三通阀的冷水旁通量。或者可选地，所述冷水泵为变频泵，冷水送水管路和第一冷水回水管路之间的旁通管路由冷水旁通调节阀实现，温度传感器通过PLC电控箱调节变频泵的转速并协同控制旁通调节阀的冷水旁通量。

进一步地，所述加热器为加热盘管，所述冷却器为冷却盘管或风机盘管。更进一步地，所述加热器为AHU热空气盘管，所述冷却器为AHU冷空气盘管。其中，当冷却器为风机盘管时，所述风机盘管为布置在实验室中的风机盘管，其含有2个独立盘管，分别连接冷水管道和热水管道，既可以冷却也可以加热，冷却时为干式冷却。

进一步地，实验室内送回的回风也可采用下送上回或上送下回等其他方式。

进一步地，所述实验室为任何需要温度湿度控制的场所，优选为船用实验室。

本发明上述的用于实验室的空调通风系统的工作原理如下：

空气流经2个独立的换热设备后送至实验室，一个为冷却器，一个为加热器，冷却器利用冷水载冷，冷水的冷量来自于制冷机组蒸发器吸热，加热器利用热水载热，热水的热量来自于制冷机组冷凝器放热。上述系统采用温度传感器与旁通管路对冷却器侧和加热器侧进行流量旁通控制，来维持实验室室温恒定。冷水回水管路的冷量与热水回水管路的热量通过换热器直接进行热交换，来相互升降温以便循环使用，热交换后冷水或热水如果有冗余的能量，通过空气换热器被外界空气带走。

处理至送风状态的空调风送至温控实验室后，排掉一部分，其余以回风形式进行循环，回风与补充新风混合后经过过滤和湿处理，再通过冷却/加热器处理至送风状态，实现新风的补充和空调风的循环。

本发明采用上述技术方案，具有如下技术效果：

本发明设置一套压缩冷凝机组单独用于实验室的空调通风，该机组包含变频压缩机、蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀及管路附件；同时，本发明空调箱中设置2个独立的换热设备，一个连接冷水管道用于冷却空气，一个连接热水管道用于加热空气；且温度传感器与湿度传感器均放置于实验室中，可通过PLC电控箱精确控制实验室内的温度和湿度，温度传感器灵敏度、精度和分辨率满足±0.5℃的要求，湿度传感器满足±5％的要求。

本发明所述的空调通风系统有多处节能设计：1)冷凝热当作热源使用，节省锅炉热水系统；2)冷水回水管路与热水回水管路通过换热器直接进行热交换，如有少量剩余能量则进入空气换热器被外界空气带走，节省两套管路水换热系统；3)冷凝热用于转轮除湿器再生风预热，节约除湿器电加热能耗；4)采用变频压缩机、电子膨胀阀，空气换热器为变频风扇，可以无级调节系统实时所需能量，减少空载能耗浪费。

本发明实现了室内温度、湿度独立调节，互不干扰，精确控制室内参数；系统无冷凝水的潮湿表面，减少细菌滋生，改善送风空气品质，确保人员健康。

本发明节能效果突出，机组效率增加。系统热源利用冷凝器放热，无需单独提供热源；将蒸发器侧回水与冷凝器侧回水直接进行热交换，节省了各自与外界媒介发生换热造成的管路和输送媒介耗能；将冷凝器热量用于除湿器再生风预热，节省再生用电能耗；采用变频压缩机、电子膨胀阀，变频风扇，无级调节系统实时所需能量，节省空载耗能。

本发明送回风方式采用孔板送风侧送上回，噪音小，温度场和速度场均匀，温度梯度小，送风直接送到工作区，保证了实验人员工作区的空气品质和舒适度要求。

附图说明

图1是本发明一实施例中的用于船用实验室的空调系统原理图。

图2使本发明一实施例中的船用实验室风管布置图。

其中，附图标记为：

1.制冷机组；2.压缩机；3.蒸发器；4.冷凝器；5.电子膨胀阀；6.空调箱；7.混合段；8.过滤器；9.除湿段；91.电加热器；92.预热管路；10.加湿段；11.加热器；111.热水送水管路；112.第一热水回水管路；113.第二热水回水管路；12.冷却器；121.冷水送水管路；122.第一冷水回水管路；123.第二冷水回水管路；13.实验室；14.温度传感器；15.湿度传感器；16.冷水泵；17.热水泵；18.冷水缓冲罐；19.热水缓冲罐；20.冷水末端三通阀；21.热水末端三通阀；22.换热器；23.空气换热器；24.冷水回水三通阀；25.热水回水三通阀；26.第一冷水回水三通阀；27.第二冷水回水三通阀；28.第一热水回水三通阀；29.第二热水回水三通阀；30.第一预热热水三通阀；31.第二预热热水三通阀；32.变频风扇；33.风机段；34.PLC电控箱；35.带孔板回风箱；36.带孔板送风箱；37.绝缘材料；38.排风末端；39.消音器；40.冷库板。

具体实施方式

本发明涉及一种用于实验室的空调通风系统，其包括空调箱和制冷机组，所述制冷机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀，所述空调箱内设置冷却器和加热器；其中，在制冷时，冷水经蒸发器冷却后输送至冷却器，将经过冷却的空气处理至送冷风状态点；在制热时，淡水经冷凝器加热后输送至加热器，将经过加热的空气处理至送热风状态点，所述送冷风状态点或送热风状态点的空气由位于空调箱内的风机段送至实验室。实验室为任何需要温度湿度控制的场所，下述实施例中以船用实验室进行说明。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种较佳结构形式的用于船舶实验室的空调通风系统。

如图1～图2所示，在制冷模式时，热水末端三通阀21进行100％旁通，即加热器11中并不通入热水，热水直接经由第一热水回水管路112送至换热器22，冷水经蒸发器3冷却后由冷水泵16经冷水缓冲罐18和冷水送水管路121送至冷却器12，将经过冷却器12的空气处理至送冷风状态点，处理过的空气由风机段33送到实验室13。当室温偏离指定温度时，放置于实验室中的温度传感器14会发出信号到PLC电控箱34，使冷水末端三通阀20发生旁通动作，根据实验室冷负荷需求的变化来旁通掉部分冷水。第一冷水回水管路122上的冷水回水进入换热器22与100％旁通的热水回水进行热交换，冷水回水吸收热量后经由第二冷水回水管路123进入蒸发器3的进水口，热水回水放出热量经由第二热水回水管路113进入冷凝器4的进水口。

第一冷水回水管路122设置2个三通阀以组成冷水回水余能处理回路，第一热水回水管路112设置2个三通阀以组成热水回水余能处理回路，如果冷水回水或热水回水有少量剩余能量则进入空气换热器23被外界空气带走，具体为部分冷水回水通过第一冷水回水三通阀26进入空气换热器23，该循环的部分冷水回水经由第二冷水回水三通阀27返回至第一冷水回水管路122；部分热水回水通过第一热水回水三通阀28进入空气换热器23，该循环的部分热水回水经由第二热水回水三通阀29返回至第一热水回水管路112。

在第二冷水回水管路123和第二热水回水管路113上分别设置冷水回水旁通阀24和热水回水旁通阀25，其可分别将部分冷水回水和部分热水回水直接分别各自由第一冷水回水管路122和第一热水回水管路112旁通至第二冷水回水管路123和第二热水回水管路113，上述冷/热水回水三通阀的设置同时具有维持压缩机2最小工作负荷的作用，防止压缩机频繁启停。

在制热模式时，冷水末端三通阀20进行100％旁通，即冷却器12中并不通入冷水，冷水直接经由第一冷水回水管路122送至换热器22，淡水经冷凝器4加热后由热水泵17经热水缓冲罐19和热水送水管路111送至加热器11，将经过加热器11的空气处理至送冷风状态点，处理过的空气由风机段33送到实验室13。当室温偏离指定温度时，放置于实验室中的温度传感器会发出信号到PLC电控箱，使热水末端三通阀21发生旁通动作，根据实验室热负荷需求的变化来旁通掉部分热水。热水回路通过第一热水回水三通阀28、第二热水回水三通阀29调节后进入换热器22与100％旁通的冷水进行热交换，放出热量后进入冷凝器4的进水口。回水管路的三通阀同时具有维持恒定的回水温度的作用，供冷凝器使用。

新风与实验室回风在混合段7混合后先经过过滤段8过滤，再经过除湿段9和加湿段11进行湿度处理，再经过冷却器12/加热器11处理至送风温度后送入实验室，实验室排掉一部分风，这部分排风量由新风补充。当实验室湿度增加或减少时，放置于实验室的湿度传感器15会将信号传输给PLC电控箱，PLC电控箱再发出指令，通过除湿段9或加湿段10对混合风进行减湿或加湿。

在除湿时，新风中一部分被用作转轮再生用新风，再生用新风预热由冷凝器4热水送水管路111通过第一预热热水三通阀30送入预热管路92的热水提供，不足的热量由电加热器91补充。再生后的热水由第一热水回水管路112上的第二预热热水三通阀31返回回水管。

经空气处理单元处理后的空调风经管道送至室内靠墙布置的两个带孔板送风箱36后送至室内，排风末端38排掉部分室内风量，其余室内风量经布置在天花板上的带孔板回风箱35返回至空调箱6混合段7。

在本实施例中，所述加热器11为AHU热空气盘管，所述冷却器12为AHU冷空气盘管，所述热水泵17和冷水泵16均为定频泵，所述压缩机2为变频压缩机，所述空气换热器32设置变频风扇32；所述带孔板回风箱35通过回风管路连接至空调箱6混合段7，所述带孔板回风箱35和回风管路的外壁设置绝缘材料37，并在所述回风管路上设置消音器39，所述实验室内部设置冷库板40隔热。

由上述实施例可知，本发明实现了室内温度、湿度独立调节，精确控制室内参数，并改善送风空气品质，确保人员健康；本发明节能效果突出，机组效率增加；本发明送回风方式采用孔板送风侧送上回，噪音小，温度场和速度场均匀，温度梯度小，送风直接送到工作区，保证了实验人员工作区的空气品质和舒适度要求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，包括空调箱和制冷机组，所述制冷机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机和电子膨胀阀，所述空调箱内设置冷却器和加热器；其中，在制冷时，冷水经蒸发器冷却后输送至冷却器，将经过冷却的空气处理至送冷风状态点；在制热时，淡水经冷凝器加热后输送至加热器，将经过加热的空气处理至送热风状态点，所述送冷风状态点或送热风状态点的空气由位于空调箱内的风机段送至实验室。

2.根据权利要求1所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，所述冷却器的进口和出口分别连接冷水送水管路和第一冷水回水管路，所述冷水通过冷水泵经冷水送水管路从蒸发器输送至冷却器；所述第一冷水回水管路连接至换热器，所述换热器出口的冷水回水通过第二冷水回水管路连接至蒸发器；所述第一冷水回水管路上旁通设置冷水回水余能处理回路，所述第一冷水回水管路与冷水送水管路、第二冷水回水管路之间分别设置冷水旁通管路。

3.根据权利要求1所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，所述加热器的进口和出口分别连接热水送水管路和第一热水回水管路，所述热水通过热水泵经热水送水管路从冷凝器输送至加热器；所述第一热水回水管路连接至换热器，所述换热器出口的热水回水通过第二热水回水管路连接至冷凝器；所述第一热水回水管路上旁通设置热水回水余能处理回路，所述第一热水回水管路与热水送水管路、第二热水回水管路之间分别设置热水旁通管路。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，温控实验室内设置温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器分别电连接至PLC电控箱，所述PLC电控箱根据室温调节冷水送水管路至第一冷水回水管路的冷水旁通量或热水送水管路至第一热水回水管路的热水旁通量，以及热交换器两端冷热回水旁通量，以及第一冷水回水段上与冷水回水余能处理回路的冷水旁通量，以及第一热水回水段上与热水回水余能处理回路的热水旁通量，以及除湿段预热水回路与热水送水管路和第一热水回水管路的热水旁通量；所述PLC电控箱根据室内相对湿度控制空调箱的除湿段和加湿段。

5.根据权利要求4所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，所述冷水泵为定频泵，在冷水泵的下游管路上设置冷水缓冲罐，冷水送水管路和第一冷水回水管路之间的旁通管路由冷水末端三通阀实现，温度传感器通过PLC电控箱控制三通阀的冷水旁通量。

6.根据权利要求4所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，所述热水泵为定频泵，在热水泵的下游管路上设置热水缓冲罐，热水送水管路和第一热水回水管路之间的旁通管路由热水末端三通阀实现，温度传感器通过PLC电控箱控制三通阀的热水旁通量。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，所述空调箱依次包括混合段、过滤段、除湿段、加湿段、换热段、风机段，所述换热段内设置冷却器和加热器，所述除湿段设置除湿器、电加热器和预热管路，所述混合段包含一路独立的再生用新风。

8.根据权利要求7所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，预热管路的进口和出口分别通过支路管路连接至热水送水管路和第一热水回水管路。

9.根据权利要求7所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，新风与实验室排出的回风在混合段混合后，经过过滤段过滤，后经过除湿段和加湿段进行湿度处理，再经过冷却器或加热器处理至送风温度后送入实验室，实验室将一部分室内风量作为回风重新送至空调箱，另一部分室内风量作为排风排至大气。

10.根据权利要求7所述的一种用于实验室的空调通风系统，其特征在于，空调箱出口的空调风经管道送至室内靠墙布置的带孔板送风箱后送至室内，部分室内风量经布置在天花板上的带孔板回风箱返回至空调箱混合段，另一部分室内风量由排风末端排掉。