CN114183848A - 蒸发冷式组合换热器、其控制方法、空调器及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发冷式组合换热器、其控制方法，空调器及存储介质。所述蒸发冷式组合换热器包括第一换热器、与所述第一换热器平行设置的第二换热器、集水盘、通过管路与所述集水盘连通的储水仓、设置在所述储水仓出口的水泵和多个冷凝水喷淋头，所述冷凝水喷淋头通过水泵将冷凝水喷淋到所述第一换热器的翅片上并在其上形成水膜,对空气进行蒸发换热。本发明通过对第一换热器和第二换热器的精准联动调控，解决了中温水风机盘管空调系统舒适性和能耗高的问题，为实现建筑节能国家碳达峰和碳中和目标发挥了积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种蒸发冷式组合换热器、其控制方法、空调器及存储介质。
背景技术
近些年来中温水系统随着冷冻水温提高主机提效显著被广泛研究应用，以常用11℃进水为例，如主机出水温度提高4℃,蒸发温度提高3.5℃，主机能效约提高12%，主机节能显著，因此，中温水风盘是今后节能减排空调开发的方向。然而，对于主机搭配的室内末端风盘而言，冷冻水进水温度每提高1℃，性能衰减约12%，除湿能力衰减30%，因此，中温工况下常规风盘无法满足房间热湿负荷需求。
制冷学报2019年6月VOL.40,NO.3发表了西安交通大学白梦梦等有关中温水空调系风机盘管的性能研究论文，该论文中显示，增加传热系数和除湿能力，可以优化中温水的性能。许多学者研究通过增大换热器换热面积实现中温工况下制冷运行，如4排变6排、低片距翅片换热器等，但这种改变不但风盘产品成本增加，对于整个建筑的循环水泵能耗、风盘耗电量均明显增大，不具备节能要求。
发明内容
本发明提出一种蒸发冷式组合换热器及其控制方法，以及使用该组合式换热器和控制方法的空调器，以解决现有中温工况下常规风机盘管无法满足房间热湿负荷需求的技术问题。
本发明提出一种蒸发冷式组合换热器，包括第一换热器和集水盘，还包括与所述第一换热器平行设置的第二换热器、通过管路与所述集水盘连通的储水仓、设置在所述储水仓出口的水泵和多个冷凝水喷淋头，所述冷凝水喷淋头通过水泵将冷凝水喷淋到所述第一蒸发器上，对空气进行蒸发换热。
本发明提出的蒸发冷式组合换热器还包括风机，所述冷凝水喷淋头间隔设置在所述风机的固定板上，并使水喷淋方向平行于所述风机出风方向。
优选地，所述第一换热器采用翅片式换热器，所述冷凝水喷淋头将冷凝水喷淋到所述第一蒸发器的翅片上并在其上形成水膜，对空气进行蒸发换热。
优选地，所述储水仓的进水入口设有过滤装置。
优选地，所述水泵采用变频水泵。
本发明还提出一种蒸发冷式组合换热器的控制方法，包括：
步骤1.回收冷凝水并通过冷凝水喷淋头将冷凝水喷淋到第一换热器的翅片上并在其上形成水膜；
步骤2.根据第一换热器的出风状态参数推算其增大的换热量和增大的除湿量，并依据有效除湿增量的占比F1/F联动控制第二换热器的进水温度。
在步骤2中，设置增湿空气相对湿度值的上限A%,喷淋后空气实测相对湿度B%的范围为50%＜B%≤A%，且除湿增量F1＞0。
优选地，所述控制方法依据有效除湿增量的占比F1/F分多档联动控制所述第二换热器的进水水温T。
在一实施例中，依据有效除湿增量的占比F1/F分超高、高、中、低四档联动控制所述第二换热器的进水水温T。
在超高档中，有效除湿增量的占比F1/F大于0且小于等于5%，控制第二换热器的进水温度T并调大水流量使出水温度为T+t4；
在高档中，有效除湿增量的占比F1/F大于5%且小于等于10%，控制第二换热器的进水温度为T+t1并调小水流量使出水温度为T+t5；
在中档中，有效除湿增量的占比F1/F为大于10%且小于等于15%，控制第二换热器的进水温度为T+t2并调小水流量使出水温度为T+t5；
在低档中，有效除湿增量的占比F1/F为大于15%且小于等于20%，控制第二换热器的进水温度为T+t3并调小水流量使出水温度为T+T5。
优选地，所述t1为1度，所述t2为2度，所述t3为3度，所述t4为4度，所述t5为5度。
本发明还提出一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述的蒸发冷式组合换热器的控制方法。
本发明还提出一种空调器，所述空调器使用上述蒸发冷式组合换热器和控制方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的蒸发冷式组合换热器将蒸发冷却式中温换热器与低温换热器相结合并配合精准的联动控制方法，实现了第一步增湿冷却处理达到增强潜热换热效果，提高了中温水工况下蒸发冷却式换热器的总换热效率及换热量。同时第二步实现减湿冷却处理，增补除湿功能，提高了系统的舒适性，故通过强化换热器的能力，解决了中温水风机盘管空调系统舒适性和能耗高的问题，为开发设计中温水系统末端产品提供了综合解决方案，为实现建筑节能国家碳达峰和碳中和目标发挥了积极作用。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1为本发明提出的蒸发冷式组合换热器的示意图；
图2为空气处理过程的温湿关系图；
图3为采用本发明蒸发冷式组合换热器的空调系统原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
蒸发式换热器与水冷式换热器相比，需要较少的冷却水量和较低喷淋水循环泵功耗，相对于空冷式换热器，蒸发式换热器所需要气流速度较低，适用于小风量的室内机风机盘管，同时蒸发式换热器具备传热效率高、耗水少、能耗低的特点。
如图1所示，本发明提出的蒸发冷式组合换热器包括第一换热器1、与第一换热器平行设置的第二换热器2和设置在第一换热器和第二换热器下方的集水盘3。第一换热器和第二换热器优选翅片式换热器。集水盘通过管路4与储水仓5连通，储水仓的进水入口设有过滤装置6。第一换热器的一侧设有风机7，在风机的固定板8上平行于风机出风方向间隔设置有多个冷凝水喷淋头9。储水仓5的底部设有变频水泵10，并通过喷淋水管11与冷凝水喷淋头9连通。通过控制变频水泵的频率可改变喷淋到第一换热器翅片上的循环水量，精准调试第一换热器1的有效增湿量，实现冷凝水随空气同步喷射向第一换热器并在其翅片表面上形成水膜，且换热过程水膜形态变化从而形成蒸发冷式换热器即为第一换热器1，同时在空气强制顺向流动下，通过第一换热器1外表面水膜的蒸发冷却达到增强管外传热传质能力，提高第一换热器1的潜热换热，提高中温水工况下蒸发冷式换热器的总换热效率及换热量。
图2显示空气处理过程的温度和湿度关系。第一换热器1的进水温度为中温水，如进水温度10℃，出水温度15℃，进风干球温度t1、相对湿度50%、环空气流量G、气平均比热容Cpa。
常规风机盘管在此条件下空气处理过程如图中t1-t2所示，总换热量Q=G*Cpa*（h1- h2），除湿量F=G*(d1-d2)。
本发明提出的蒸发冷式组合换热器在此条件下空气处理过程如图2中t1'-t2’-t3'所示。换热时第一步精准调试变频水泵10控制喷淋量使得空气达到t1'状态点，第一换热器1对空气进行制冷处理，通过第一换热器1与第二换热器2之间的温湿度感温包反馈中间出风干湿球温度，从而推算增大的换热量Q1= G*Cpa*（h1’-h2’）和增大的除湿增量F1=(d1'- d2’)-( d1'- d1)；第二步依据有效除湿增量的占比F1/F控制第二换热器2的进水温度，使得中间空气再一次进行冷却除湿处理，最终达到出风温度t3'。换热量Q2= G*Cpa*（h2’-h3’）。总换热量Q0=Q1+Q2= G*Cpa*（h1’-h2’）+ G*Cpa*（h2’--h3’）= G*Cpa*（h1’-h3’）,且Q0＞Q、t3'＜t1。
本发明提出的蒸发冷式组合换热器的控制方法包括：
步骤1.回收冷凝水并通过冷凝水喷淋头将冷凝水喷淋到第一换热器的翅片上并在其上形成水膜；
步骤2.根据第一换热器的出风状态参数推算其增大的换热量和增大的除湿量，并依据有效除湿增量的占比F1/F联动控制第二换热器的进水温度。
步骤2中，首先设置增湿空气相对湿度值上限A%,该实施例中A取55。喷淋后空气实测相对湿度B%大于50%且小于等于55%，50%＜B%≤55%，且除湿增量F1＞0，此时，蒸发冷却过程有效发生，第一换热器1中空气处理持续进行。
可依据有效除湿增量的占比F1/F分多档联动控制第二换热器2的进水温度T。在一实施例中依据有效除湿增量的占比F1/F分为4档（超高、高、中、低）联动控制第二换热器2的进水温度，具体如下：
在超高档中，占比F1/ F范围为0＜F1/F≤5%，控制第二换热器2的进水温度为T并调大水流量，使得出水温度为T+4，以满足第二换热器的增补除湿功能及满足整体换热量的需求。
在高档中，占比F1/ F范围为5%＜F1/F≤10%，控制第二换热器2的进水温度为T+1并调小水流量，使得出水温度为T+5，以满足第二台换热器的增补除湿功能及满足整体换热量的需求。
在中档中，占比F1/ F范围为10%＜F1/F≤15%，控制第二换热器2的进水温度为T+2并调小水流量，使得出水温度为T+5，以满足第二台换热器的增补除湿功能及满足整体换热量的需求。
在低档中，占比F1/ F范围为15%＜F1/F≤20%，控制第二换热器2的进水温度为T+3并调小水流量，使得出水温度为T+5，以满足第二台换热器的增补除湿功能及满足整体换热量的需求。
当50%＜B%≤A%且除湿增量F1＜0，喷淋增湿过大，空气与水膜间的传热传质不充分，水膜部分蒸发，调小变频水泵的频率降低喷淋速度且不改变循环空气流量G，直到F1＞0，持续当前频率喷淋使空气稳定经过蒸发冷却处理进入换热器2，重复上述联动控制中运行。
当喷淋后空气实测相对湿度B%大于上限值A%，B%＞A%且除湿增量F1＞0时，如果A值设定过小，增湿不明显，空气与水膜接触时间过长，传热传质过程少，水膜全部蒸发，维持变频水泵的频率喷淋速度不变且调大循环空气流量G，直到50%＜B%≤A%，持续当前循环空气流量使空气稳定经过蒸发冷却处理进入第二换热器2，重复上述联动在控制中运行。
当喷淋后空气实测相对湿度B%大于上限值A%，B%＞A%且除湿增量F1＜0时，增湿超大，水膜形成量过大且空气与水接触少，水膜余量过大，此时应调小变频水泵的频率降低喷淋速度且调大循环空气流量G，直到50%＜B%≤A%为止，持续当前循环空气流量使空气稳定经过蒸发冷却处理进入第二换热器2，重复上述联动在控制中运行。
图3是应用本发明提出的蒸发冷式组合换热器的空调系统原理图。该系统中，第一中央空调主机为中温系统，出水温度为11℃，通过分水器进入组合式换热器中的第一换热器，回水温度为16℃，通过集水器返回第一中央空调。第二中央空调主机为低温系统，出水温度为7℃，通过集水器进入组合式换热器中的第二换热器，回水温度为12℃，通过集水器返回第二中央空调。
本发明设计的蒸发冷式组合换热器通过冷凝水自动过滤储存、喷淋装置对中温换热器的蒸发式冷却，和充分利用低温冷却水提高换热器能力，以及通过对蒸发冷却式中温换热器与低温换热器组合的精准联动调控，实现第一步增湿冷却处理达到增强潜热换热，提高中温水工况下蒸发冷式换热器的总换热效率及换热量。同时第二步实现减湿冷却处理，增补除湿功能，提高了系统的舒适性，解决了中温水风机盘管空调系统舒适性和能耗高的问题，为实现建筑节能国家碳达峰和碳中和目标发挥了积极作用。
此外，本发明还消除了回收冷凝水降低凝露滴水的隐患且通过水膜粘连翅片蒸发或滴落实现部分清洗功能。
本发明提出的蒸发冷式组合换热器控制方法可存储在包含计算机可执行指令的存储介质中，当计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述的蒸发冷式组合换热器的控制方法。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种蒸发冷式组合换热器，包括第一换热器和集水盘，其特征在于，还包括与所述第一换热器平行设置的第二换热器、通过管路与所述集水盘连通的储水仓、设置在所述储水仓出口的水泵和多个冷凝水喷淋头，所述冷凝水喷淋头通过水泵将冷凝水喷淋到所述第二蒸发器上并在其上形成水膜，对空气进行蒸发换热。
2.如权利要求1所述的蒸发冷式组合换热器，其特征在于，还包括风机，所述冷凝水喷淋头间隔设置在所述风机的固定板上，并使水喷淋方向平行于所述风机出风方向。
3.如权利要求1所述的蒸发冷式组合换热器，其特征在于，所述第一换热器采用翅片式换热器，所述冷凝水喷淋头将冷凝水喷淋到所述第一蒸发器的翅片上并在其上形成水膜。
4.如权利要求1所述的蒸发冷式组合换热器，其特征在于，所述储水仓的进水入口设有过滤装置。
5.如权利要求1所述的蒸发冷式组合换热器，其特征在于，所述水泵采用变频水泵。
6.一种蒸发冷式组合换热器的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1.回收冷凝水并通过冷凝水喷淋头将冷凝水喷淋到第一换热器的翅片上并在其上形成水膜；
步骤2.根据第一换热器的出风状态参数推算其增大的换热量和增大的除湿量，并依据有效除湿增量的占比F1/F联动控制第二换热器的进水温度。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，步骤2中，设置增湿空气相对湿度值的上限A%,喷淋后空气实测相对湿度B%的范围为50%＜B%≤A%，且除湿增量F1＞0。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，依据有效除湿增量的占比F1/F分多档联动控制所述第二换热器的进水水温T。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，依据有效除湿增量的占比F1/F分超高、高、中、低四档联动控制所述第二换热器的进水水温T。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于：
在超高档中，有效除湿增量的占比F1/F大于0且小于等于5%，控制第二换热器的进水温度T并调大水流量使出水温度为T+t4；
在高档中，有效除湿增量的占比F1/F大于5%且小于等于10%，控制第二换热器的进水温度为T+t1并调小水流量使出水温度为T+t5；
在中档中，有效除湿增量的占比F1/F为大于10%且小于等于15%，控制第二换热器的进水温度为T+t2并调小水流量使出水温度为T+t5；
在低档中，有效除湿增量的占比F1/F为大于15%且小于等于20%，控制第二换热器的进水温度为T+t3并调小水流量使出水温度为T+T5。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述t1为1度，所述t2为2度，所述t3为3度，所述t4为4度，所述t5为5度。
12.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行权利要求6-11中任一项所述的蒸发冷式组合换热器的控制方法。
13.一种空调器，其特征在于，所述空调器使用权利要求1-5任一项所述的蒸发冷式组合换热器。
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