CN113983565A - 一种空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空调系统，属于空调技术领域。包括新风处理机、干盘管、冷机(热泵型)、三通阀一、三通阀二、换热器、干盘管自循环管路、温度检测系统和温湿度调节系统；冷机(热泵型)依次通过新风处理机、三通阀一与干盘管连接，干盘管通过三通阀二与冷机(热泵型)连接；三通阀二与三通阀一之间设有干盘管自循环管路；干盘管自循环管路上设有换热器，冷机(热泵型)与换热器连接；温度检测系统与温湿度调节系统连接，温湿度调节系统与冷机(热泵型)、新风处理机、三通阀一和三通阀二连接。本发明将除湿和降温的耗能通过一套冷热媒水管路系统进行合理分配，在保证温湿度独立控制的前提下，减少了空调系统设备的初投资、占用空间和运行耗能。

Description

一种空调系统
技术领域
本发明涉及一种空调系统，属于空调技术领域。
背景技术
传统的温湿度独立控制空调，对温度和湿度采取分离式独立控制，除湿主要 通过转轮除湿、溶液除湿等方式实现，冷水机组负责制备温度较高的冷媒水，而 转轮除湿、溶液除湿等专用除湿设备需要对除湿剂进行加热再生，投资高、设备 管路复杂、占用机房空间大、运行耗能多，如采用冷却除湿，又要增加一套压缩 机用于制冷，额外增加了空调系统的成本、能耗、占用空间。为了解决以上问题， 有必要改进目前的温湿度独立控制空调系统的设计。
发明内容
本发明的目的是为解决如何改进目前温湿度独立控制系统的除湿和降温的 耗能方式，将除湿和降温的耗能通过同一套冷机(热泵型)和冷媒水管路系统进 行合理分配，在保证温湿度独立控制的前提下，节省和降低空调系统的初投资、 占用空间、运行耗能的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种空调系 统，包括新风处理机、干盘管、冷机(热泵型)、三通阀一、三通阀二、换热器、 干盘管自循环管路、温度检测系统和温湿度调节系统；新风处理机设有冷热媒入 口管一和冷热媒出口管一，干盘管设有冷热媒入口管二和冷热媒出口管二；冷机 (热泵型)通过冷热媒入口管一与新风处理机连接，冷热媒出口管一依次通过三 通阀一、冷热媒入口管二与干盘管连接，冷热媒出口管二通过三通阀二与冷机(热 泵型)连接；三通阀二与三通阀一之间设有干盘管自循环管路；干盘管自循环管 路上设有换热器，冷机(热泵型)与换热器连接；所述空调系统中设有温度检测 系统和温湿度调节系统，温度检测系统与温湿度调节系统连接，温湿度调节系统 与冷机(热泵型)、新风处理机、三通阀一和三通阀二连接。
优选地，所述冷机中设有蒸发器；新风处理机中设有除湿盘管；蒸发器通过 冷热媒入口管一与除湿盘管连接；除湿盘管和冷热媒出口管一连接。
优选地，所述换热器包括换热器一和换热器二；蒸发器与换热器一连接。
优选地，所述冷机中设有冷凝器，新风处理机中设有再热盘管，冷凝器与再 热盘管连接。
优选地，所述冷凝器与换热器二连接。
优选地，所述冷机设于室外，所述新风处理机和干盘管设于室内；所述冷机 设为一台，所述新风处理机设为一台或多台，所述干盘管设为多个。
优选地，所述新风处理机中设有预热盘管；所述冷机为热泵型，制热时通过 四通换向阀进行制冷剂侧的切换转为热泵模式，热泵冷凝器(制冷时为蒸发器) 通过冷热媒入口管一与预热盘管连接；预热盘管和冷热媒出口管一连接；所述预 热盘管与除湿盘管设为同一个盘管。
优选地，所述新风处理机中设有加湿模块，加湿模块与温湿度调节系统连接。
优选地，所述温度检测系统包括多个温度传感器；冷热媒入口管一中设有测 得t1的温度传感器一，冷热媒出口管一中设有测得t1’的温度传感器二，冷热 媒入口管二中设有测得t2的温度传感器三，三通阀一与换热器之间的干盘管自 循环管路中设有测得t2’的温度传感器四。
优选地，制冷时，所述冷机制取除湿用的低温冷水温度t1设为0℃<t1<新 风露点温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气露点温度，t1’设为除湿盘 管出水温度，t2’设为干盘管出水温度，t1’<t2<t2’；制热时，热泵制取预热 用的高温热水温度t1设为t1>新风温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气 温度，t1’设为预热盘管出水温度，t2’<t2<t1’。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明采用一套冷机(热泵型)机组，对冷热媒水管路进行梯度温差设计， 利用除湿后的升温冷媒水作为干盘管冷媒水进水对室内降温，对干盘管的冷媒水 管路进行自循环设计，利用干盘管出水调节干盘管进水温度，同时降低了系统循 环制冷所需能耗。制冷工况时，使低温冷媒水依次流经新风处理机组和干盘管， 先利用低温冷媒水对空气进行除湿，再利用处理空气后升温过的高温冷媒水对室 内干盘管进行降温，利用梯度温差设计，实现一次制冷同时完成空气温度和湿度 的独立处理。此外，在干盘管侧设计冷媒水自循环管路，在调节干盘管冷媒水进 水温度的同时，减少了整个空调系统循环冷媒水所需的制冷量，降低了系统能耗。 制热工况时，使高温热媒水依次流经新风处理机组和干盘管，先利用高温热媒水 对空气预热，此过程可以避免新风直接进入室内时，其温度低于室内空气的露点 温度导致室内产生凝水，再利用处理空气后降温的热媒水对室内干盘管进行升 温，干盘管侧的热媒水自循环管路，在调节干盘管热媒水进水温度的同时，减少 了整个系统循环热媒水所需的制热量，降低了系统能耗。
本发明改变了目前温湿度独立控制空调系统的除湿和降温的耗能方式，将除 湿和降温的耗能通过一套冷热媒水管路系统进行合理分配，在保证温湿度独立控 制的前提下，减少了空调系统设备的初投资、占用空间、运行耗能，可以为中国 实现碳达峰与碳中和的目标做出贡献。
附图说明
图1为本发明实施例系统原理图；
附图标记：1.新风处理机；2.干盘管；3.冷机(热泵型)；4.三通阀一；5. 三通阀二；6.冷热媒入口管一；7.冷热媒出口管一；8.冷热媒入口管二；9.冷热 媒出口管二；10.干盘管自循环管路；11.换热器一；12.换热器二；13.除湿盘管 /预热盘管；14.再热盘管。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1所示，本发明所采取的技术方案是提供一种空调系统，包括新风处理机1、干盘管2、冷机（热泵型）3、三通阀一4、三通阀二5、换热器、干盘管自循环管路10、温度检测系统和温湿度调节系统；新风处理机1设有冷热媒入口管一6和冷热媒出口管一7，干盘管2设有冷热媒入口管二8和冷热媒出口管二9；冷机（热泵型）3通过冷热媒入口管一6与新风处理机1连接，冷热媒出口管一7依次通过三通阀一4、冷热媒入口管二8与干盘管2连接，冷热媒出口管二9通过三通阀二5与冷机（热泵型）3连接；三通阀二5与三通阀一4之间设有干盘管自循环管路10；干盘管自循环管路10上设有换热器，冷机（热泵型）3与换热器连接；空调系统中设有温度检测系统和温湿度调节系统，温度检测系统与温湿度调节系统连接，温湿度调节系统与冷机（热泵型）3、新风处理机1、三通阀一4和三通阀二5连接。冷机3中设有蒸发器；新风处理机1中设有除湿盘管13；蒸发器通过冷热媒入口管一6与除湿盘管13连接；除湿盘管13和冷热媒出口管一7连接。换热器包括换热器一11和换热器二12；蒸发器与换热器一11连接。冷机3中设有冷凝器，新风处理机1中设有再热盘管14，冷凝器与再热盘管14连接。冷凝器与换热器二12连接。冷机（热泵型）3设于室外，新风处理机1和干盘管2设于室内；冷机（热泵型）3设为一台，新风处理机1设为一台或多台，干盘管2设为多个。新风处理机1中设有预热盘管；热泵模式时冷凝器（制冷时为蒸发器）通过冷热媒入口管一6与预热盘管连接；预热盘管和冷热媒出口管一7连接；预热盘管与除湿盘管13设为同一个盘管。新风处理机1中设有加湿模块，加湿模块与温湿度调节系统连接。温度检测系统包括多个温度传感器；冷热媒入口管一6中设有测得t1的温度传感器一，冷热媒出口管一7中设有测得t1’的温度传感器二，冷热媒入口管二8中设有测得t2的温度传感器三，三通阀一4与换热器之间的干盘管自循环管路10中设有测得t2’的温度传感器四。制冷时，冷机制取除湿用的低温冷水温度t1设为0℃<t1<新风露点温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气露点温度，t1’设为除湿盘管出水温度，t2’设为干盘管出水温度，t1’<t2<t2’；制热时，热泵制取预热用的高温热水温度t1设为t1>新风温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气温度，t1’设为预热盘管出水温度，t2’<t2<t1’。
本发明采用一套冷机(热泵型)机组，用冷热媒水管路串联新风处理机1和 干盘管2，对冷热媒水管路采用梯度温差设计，对干盘管2的冷热媒水管路采用 自循环设计。在夏季，制取低温冷水用来对新风进行除湿，将除湿后初次升温的 冷水引入到干盘管2中，与空气发生热交换后为室内降温，在此过程中，通过干 盘管2冷媒水管路的自循环设计，一方面对总管冷媒水进行温度调节，使其达到 干盘管2的适宜进水温度，另一方面，通过自循环充分利用干盘管2冷媒水回水 的能量，使整个系统的循环冷媒水所需制冷量降低，节能效果显著。在冬季，制 取高温热水用来对新风进行预热，将预热后初次降温的热媒水引入到干盘管2 中，与空气发生热交换后为室内升温，在此过程中，通过干盘管2热媒水管路的 自循环设计，一方面对总管热媒水进行温度调节，使其达到干盘管2的适宜进水 温度，另一方面，通过自循环充分利用干盘管2热媒水回水的能量，使整个系统 的循环热媒水所需制热量降低，节能效果显著。
冷机3的蒸发器分两路，一路连接到新风处理机1的除湿盘管13中，为空 气除湿。一路连接到干盘管2的自循环管路中，为系统的初状态提供冷能，使初 状态的干盘管2循环水快速降温到设计温度，以便和除湿后的冷媒水混合后达到 干盘管2的设计进水温度。
冷机3的冷凝器分三路，一路连接到新风处理机1的再热盘管14中，为冷 却除湿后的空气进行升温，使其不承担室内冷负荷，这样可使系统温湿度完全独 立；一路连接到干盘管2的自循环管路中，为系统的初状态提供热能，使初状态 的干盘管2循环水快速升温到设计温度，以便和预热后的热媒水混合后达到干盘 管2的设计进水温度；一路为空气冷却设计，多余热量与空气进行热交换排出室 外。
冷热媒水系统采用定流量设计，通过冷热媒水温度变化来调节系统负荷的改 变。
冷机(热泵型)3的压缩机采用变频设计，以调节系统所需制冷量或制热量 变化。
设备采用风冷热泵机组，制冷与制热均可独立完成，不需要外界冷却水系统 和锅炉等外界热源。
冷机制取除湿用的低温冷水温度t1℃低于新风露点温度，干盘管进水温度 t2℃高于室内空气露点温度。
本系统可设计成一拖多形式，由一台冷机机组为多个房间的干盘管2制取冷 水，同时新风处理机1集中处理多个房间所需的空气，送风段接风管送到各房间。 如果各房间湿度要求不一致，可采用多台新风处理机1处理各自房间的空气湿 度。
本发明的工作原理是，采用一套冷机(热泵型)机组，对冷热媒水管路进行 梯度温差设计，利用除湿后的升温冷媒水作为干盘管冷媒水进水对室内降温，对 干盘管的冷媒水管路进行自循环设计，利用干盘管出水调节干盘管进水温度，同 时降低了冷机(热泵型)系统循环制冷所需能耗。制冷工况时，使低温冷媒水依 次流经新风处理机组1和干盘管2，先利用低温冷媒水对空气进行除湿，再利用 处理空气后升温过的高温冷媒水对室内干盘管2进行降温，利用梯度温差设计， 实现一次制冷同时完成空气温度和湿度的独立处理。此外，在干盘管侧设计冷媒 水自循环管路，在调节干盘管冷媒水进水温度的同时，极大的减少了整个空调系 统循环冷媒水所需的制冷量，降低了系统能耗。制热工况时，使高温热媒水依次 流经新风处理机组1和干盘管2，先利用高温冷媒水对空气预热，此过程可以避 免新风直接进入室内时，其温度低于室内空气的露点温度导致室内产生凝水现 象，再利用处理空气后降温的热媒水对室内干盘管2进行升温，干盘管侧的热媒 水自循环管路，在调节干盘管热媒水进水温度的同时，极大的减少了整个空调系 统循环热媒水所需的制热量，降低了系统能耗。
下面结合附图描述本发明的实施例。
制冷时，初始状态，冷机侧制取用于系统除湿的t1℃冷媒水，t1℃冷媒水 进入新风处理机组1的除湿盘管13，对空气进行冷却除湿，达到设定的室内湿 度，除湿盘管13出水升温到t1’℃。干盘管自循环管路10的初始水温为环境 温度，被冷机3蒸发器侧的支路冷水降温到干盘管回水设计温度t2’℃，与 t1’℃的除湿盘管冷媒水出水混合至t2℃，作为干盘管的进水，t2℃为该工况 下干盘管的设计进水温度。干盘管与空气发生热交换，为室内降温，干盘管冷媒 水出水温度升温至t2’℃，干盘管冷媒水出水分为两路，一路进行自循环，一 路返回冷机侧。在此过程中，由冷机冷凝器侧提供冷却除湿后的冷空气再热所需 的热量。以上过程完成室内的初始状态首次制冷。
在干盘管2首次对室内进行温度处理后，系统进入第二次制冷循环，新风除 湿后除湿盘管出水升温到t1’℃后与干盘管循环回水t2’℃混合到t2℃，作为 干盘管的冷媒水进水，对室内空气进行降温处理后干盘管出水升温到t2’℃， 其中一部分作为自循环回水与t1’℃冷媒水混合，另一部分返回到冷机蒸发器 侧被冷却降温，进行下一次循环，第二次制冷循环过程不需要冷机蒸发器侧的支 路冷水参与干盘管自回水的降温处理。
第三次及之后同第二次一样，视为稳态工况的系统制冷。
对于偏离设计工况的变化，吸入新风量变化引起的除湿量变化由冷机制取低 温冷水的温度变化来承担；室内冷负荷增大时，由蒸发器侧支路冷水为干盘管自 循环管路冷水降温，室内冷负荷减小时，由冷凝器侧支路热水为干盘管自循环管 路冷水加热。
冷机冷凝器优先满足再热盘管和自循环管路换热器的供热，多余热量由空气 换热器排出室外。
制热时，初始状态，热泵侧制取用于新风预热的t1℃的热媒水，t1℃热媒 水进入新风处理机组的预热盘管(与除湿盘管共用)，对空气进行预热处理，达 到设定的预热温度。预热盘管出水降温到t1’℃，干盘管自循环的初始水温为 环境温度，被热泵冷凝器侧的支路热水升温到干盘管回水设计温度t2’℃，与 t1’℃的预热盘管热媒水出水混合至t2℃，作为干盘管的进水，t2℃为干盘管 的设计进水温度。干盘管与空气发生热交换为室内升温后，干盘管热媒水出水温 度降温至t2’℃，t2’℃出水分为两路，一路进行自循环，一路返回热泵侧。 在此过程中，新风处理机的再热盘管无进水，不参与新风处理。以上过程完成室内的初始状态首次制热。
在干盘管首次对室内进行温度处理后，系统进入第二次制热循环，预热后的 盘管出水降温到t1’℃后与干盘管循环回水t2’℃混合到t2℃，作为干盘管的 热媒水进水，对室内空气进行升温处理后干盘管出水降温到t2’℃，其中一部 分作为自循环回水与t1’℃热媒水混合，另一部分返回到热泵冷凝器侧被再次 加热升温，进行下一次循环，第二次制冷循环过程不需要热泵冷凝器侧的支路热 水参与干盘管自回水的升温处理。
第三次及之后同第二次一样，视为稳态工况的系统制热。
冬季新风需要的加湿量，由新风处理机中的加湿器承担。
对于偏离设计工况的变化，吸入新风量变化引起的预热量变化由热泵制取高 温热水的温度变化来承担；吸入新风量变化引起的加湿量变化由新风处理机中的 加湿器承担；室内热负荷减小时，由蒸发器侧支路冷水为干盘管自循环管路热水 降温，室内热负荷增大时，由冷凝器侧支路热水为干盘管自循环管路热水加热。
系统蒸发器侧优先满足自循环管路换热器的供热，多余冷量由空气换热器排 出室外。
本发明技术方案的关键点是在温湿度独立控制的空调系统中，对除湿设备和 降温设备采用冷媒水串联设计，并对冷媒水管路采用梯度温差设计，对干盘管冷 媒水管路采用自循环设计，在不使用复杂除湿系统的前提下，实现了温湿度完全 独立控制，并且系统通过管路设计可以显著节能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的 限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下， 还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡 熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上 所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等 效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的 更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种空调系统，其特征在于：包括新风处理机、干盘管、冷机、三通阀一、三通阀二、换热器、干盘管自循环管路、温度检测系统和温湿度调节系统；新风处理机设有冷热媒入口管一和冷热媒出口管一，干盘管设有冷热媒入口管二和冷热媒出口管二；冷机通过冷热媒入口管一与新风处理机连接，冷热媒出口管一依次通过三通阀一、冷热媒入口管二与干盘管连接，冷热媒出口管二通过三通阀二与冷机连接；三通阀二与三通阀一之间设有干盘管自循环管路；干盘管自循环管路上设有换热器，冷机与换热器连接；所述空调系统中设有温度检测系统和温湿度调节系统，温度检测系统与温湿度调节系统连接，温湿度调节系统与冷机、新风处理机、三通阀一和三通阀二连接。
2.如权利要求1所述的一种空调系统，其特征在于：所述冷机中设有蒸发器；新风处理机中设有除湿盘管；蒸发器通过冷热媒入口管一与除湿盘管连接；除湿盘管和冷热媒出口管一连接。
3.如权利要求2所述的一种空调系统，其特征在于：所述换热器包括换热器一和换热器二；蒸发器与换热器一连接。
4.如权利要求3所述的一种空调系统，其特征在于：所述冷机中设有冷凝器，新风处理机中设有再热盘管，冷凝器与再热盘管连接。
5.如权利要求4所述的一种空调系统，其特征在于：所述冷凝器与换热器二连接。
6.如权利要求5所述的一种空调系统，其特征在于：所述冷机设于室外，所述新风处理机和干盘管设于室内；所述冷机设为一台，所述新风处理机设为一台或多台，所述干盘管设为多个。
7.如权利要求6所述的一种空调系统，其特征在于：所述新风处理机中设有预热盘管；所述冷机为热泵型，制热时通过四通换向阀进行制冷剂侧的切换转为热泵模式，热泵冷凝器即制冷时的蒸发器通过冷热媒入口管一与预热盘管连接；预热盘管和冷热媒出口管一连接；所述预热盘管与除湿盘管设为同一个盘管。
8.如权利要求7所述的一种空调系统，其特征在于：所述新风处理机中设有加湿模块，加湿模块与温湿度调节系统连接。
9.如权利要求1所述的一种空调系统，其特征在于：所述温度检测系统包括多个温度传感器；冷热媒入口管一中设有测得t1的温度传感器一，冷热媒出口管一中设有测得t1’的温度传感器二，冷热媒入口管二中设有测得t2的温度传感器三，三通阀一与换热器之间的干盘管自循环管路中设有测得t2’的温度传感器四。
10.如权利要求7所述的一种空调系统，其特征在于：制冷时，热泵型所述冷机制取除湿用的低温冷水温度t1设为0℃<t1<新风露点温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气露点温度，t1’设为除湿盘管出水温度，t2’设为干盘管出水温度，t1’<t2<t2’；制热时，热泵制取预热用的高温热水温度t1设为t1>新风温度，干盘管进水温度t2设为t2>室内空气温度，t1’设为预热盘管出水温度，t2’<t2<t1’。
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