CN114992766A - 一种热泵型空气幕系统及其节能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气流作屏蔽设备技术领域，公开了一种热泵型空气幕系统及其节能方法，换热装置的冷剂出口连通压缩机，压缩机用于排出进行压缩后的CO2制冷剂；换热装置的进出口连通制冷剂管道，所述制冷剂管道上安装有节流装置，制冷剂管道连通空气幕装置；其中，制冷剂管道将压缩机、换热装置、节流装置和空气幕装置连接成闭式循环环路，所述制冷剂管道内充装有CO2制冷剂，以形成热泵循环，为空气幕装置提供热源。在冬季使用时，当风速传感器检测到的冷空气风速较大时，智能调节变频离心风机转速以及出风口处百叶的开启角度，通过室外冷空气风速与空气幕出风风速相互抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内，实现空气幕的理想效果。

Description

一种热泵型空气幕系统及其节能方法
技术领域
本发明属于空气流作屏蔽设备技术领域，尤其涉及一种热泵型空气幕系统及其节能方法。
背景技术
空气幕是一种通过贯流式或离心式风机产生高速气流形成一股幕状气流的暖风设备。空气幕安装在需要隔热建筑物门口，通过产生气流门帘阻隔室内外的空气，一方面可以防止室内外冷热空气交换，另一方面可以阻隔室外脏空气或灰尘进入室内。
传统空气幕中，加热器设置于出风口处，气流从回风口处经加速风道加速后通过加热器进行热交换，从而形成一股空气幕状气流，从而起到阻隔作用。由于进入室内的室外冷气流具有一定速度，且空气幕气流为固定方向且无法调节，在气流的相互作用下，空气幕下部会存在大量冷空气进入室内，增加室内热负荷，使空气幕失去阻隔冷空气的作用。同时传统空气幕多为定频风机，即开启后风机始终以相同的转速进行工作，在室外冷空气风速较低时，导致了不必要的建筑能耗的损失。
现有技术一提供了一种基于空气源热泵与电加热耦合的空气幕，授权公告号：CN211953175 U，包括有空气源热泵、风机和电加热部件，其中空气源热泵中的冷凝器与风机和电加热部件装配在一壳体内，风机设在壳体的一侧，冷凝器和电加热部件设在壳体的内腔中，冷凝器设在风机和电加热部件之间。
现有技术二提供了一种基于建筑围护结构的光伏幕墙及余热热泵利用系统，授权公告号：CN 205980441 U，包括设置在建筑的外层上的墙体支架，所述建筑的顶部设有空气源热泵，所述墙体支架与建筑外层之间具有空隙，所述墙体支架的内侧面铺设有光伏幕墙，所述光伏幕墙的下方设有多个均通向空隙的空气进口，从而在所述光伏幕墙与所述建筑外层之间形成一空气隔层；所述光伏幕墙的上端设有与所述空气隔层连通的管道，所述管道的另一端连接至所述空气源热泵，所述管道设有阀门、测温控制系统和引流风机，所述测温控制系统与所述阀门联接。
综上所述，传统热空气幕热源多为热泵与电加热方式相结合的方式或者利用余热，在无余热利用的严寒地区或室外气候特别寒冷时运行耗能巨大，主要体现在以下几个方面：
(1)由于传统空气幕风口开度、方向无法视室外实际气象参数调节，下部会存在大量冷空气进入室内，增加室内热负荷，使空气幕失去阻隔冷空气的作用。
(2)传统空气幕多为定频风机，即开启后风机始终以相同的转速进行工作，在室外冷空气风速较低时，导致了不必要的建筑能耗的损失。
(3)传统空气幕热源多为电加热和热水加热器，直接使用电加热器使热空气幕本身运行耗能巨大，使用热水加热器，由于空气幕间歇运行的特点，很容易由于运行维护不当引起冻害使热水换热器破裂，造成事故。
解决上述技术问题的难度为：现有技术难以通过有效的方式实现真正意义上空气幕的阻隔效果。在节能方面，难以寻找一种控制原则实现对变频风机的控制，在启停运行上难以找到一种控制方式确保热空气幕按需自动启停，在加热器利用上难以找到一种节能环保的热源。
解决上述技术问题的意义为：使空气幕真正意义上实现室内外空气的阻隔效果，减少室内热负荷，并通过巧妙的控制原则降低空气幕的使用能耗，利用直膨式CO2热泵为空气幕加热器提供热源，达到智慧便捷、节能减排的效果。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种热泵型空气幕系统及其节能方法。所述技术方案如下：
一种热泵型空气幕系统的节能方法包括：风速传感仪将采集到的室外风速、风向信号输入自动控制装置，根据测得风速大小调节风机频率输出合适的出口风速。根据测得的风向参数(与大门所在平面的水平夹角数值)经计算分析输出执行信号控制活动百叶出风角度与水平风向垂直。
利用风速传感器感应门口处风速识别开关门状态，门口处风速大于一定数值(设定值，可根据实际环境设定)时可判定为大门开启，此时空气幕风机开启。当门口处风速低于一定数值(设定值，可根据实际环境设定)时可判定为大门关闭，空气幕风机停止运行。
在本发明中，CO2空气源热泵机组作为空气幕的冷热源，降低热源能耗。空气幕出口风速、风向根据室外气象参数适时调节，降低空气幕内风机能耗。
在一个实施例中，所述热泵型空气幕系统的节能方法进一步包括：
通过温度传感器将开门信号输送给自动控制装置，自动控制装置输出信号启动热泵系统、变频离心风机启动；
室内气体经进风口进入空气幕装置，通过离心风机加速后经出风口流出，形成高速幕状气流，与室外冷空气进行阻隔。
在一个实施例中，当风速传感器检测到室外冷空气风速大于设定值(设定值，可根据实际环境设定)时，风速信号传至自动控制装置，自动控制装置反馈信号并调节百叶电机，通过直线导轨带动自垂百叶使出风角度增大并增大离心风机的转速，使流出壳体的高速气体与室外风速进行风速抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内。
在一个实施例中，当风速传感器检测到室外风速小于设定值(设定值，可根据实际环境设定)时，通过自动控制装置降低离心风机转速。
本发明另一目的在于提供一种热泵型空气幕系统设置有换热装置，所述换热装置的冷剂出口连通压缩机，所述压缩机用于排出进行压缩后的CO2气体；
所述换热装置的进出口连通制冷剂管道，所述制冷剂管道上安装有节流装置，所述制冷剂管道的上端连通空气幕装置；其中，制冷剂管道将压缩机、换热装置、节流装置和空气幕装置连接成闭式循环环路，所述制冷剂管道内充装有CO2制冷剂，以形成热泵循环，为空气幕装置提供热源。
在一个实施例中，所述换热装置内部安装有第一翅片换热器，所述第一翅片换热器的上端安装有换热风机。
在一个实施例中，所述空气幕装置设置有壳体，壳体的一侧嵌装进风口，相对于进风口的壳体另一侧嵌装有出风口；所述出风口上安装有可调节角度的活动百叶，所述活动百叶用于形成以空气源热泵为热源、可调节出风角度的热空气幕；
所述壳体的内部安装有自动控制装置和温度传感器，所述自动控制装置的信号采集端分别连接温度传感器以及安装在室内和室外的风速传感器。
在一个实施例中，所述壳体的内部密封安装有第二翅片换热器，所述第二翅片换热器的上端安装有变频离心风机。
在一个实施例中，所述变频离心风机包括叶轮，所述叶轮连接变频电机，所述变频电机带动叶轮转动；所述变频电机与自动控制装置相连接。
在一个实施例中，所述活动百叶上安装有百叶电机，所述百叶电机的控制端连接自动控制装置；所述百叶电机的输出轴通过直线导轨活动连接活动百叶，活动百叶之间通过固定轴安装在出风口上；活动百叶通过活动轴安装在直线导轨上，活动百叶根据自动控制装置分析后控制百叶出风角度。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明相比于现有技术具有以下优点，见表1。
表1
Figure BDA0003736522980000041
Figure BDA0003736522980000051
仿真模拟实验表明，本发明在空气幕出风口角度可随时外风向适时调整时，大门附近的温度有所提升，可大大降低建筑内冬季热负荷。
按照一座小型动车库，每天6个班次，每次开门两组热空气幕。每年至少约节省用电22393度。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的热泵型空气幕系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的空气幕出风角度固定时建筑大门处的温度场示意图；
图3是本发明实施例提供的空气幕出风角度固定时建筑大门处的空气速度场示意图；其中图3(a)为大门口处距地0.1m处水平面气流速度；图3(b)为大门口处竖直方向空气流速分布；
图4是本发明实施例提供的空气幕出风角度可变时建筑大门处的温度场示意图；
图5是本发明实施例提供的空气幕出风角度可变时建筑大门处的空气速度场示意图，其中图5(a)为大门口处距地0.1m处水平面气流速度；图5(b)为大门口处竖直方向空气流速分布；
图中：1、压缩机；2、换热装置；3、节流装置；4、换热风机；5、制冷剂管道；6、第一翅片换热器；7、空气幕装置；8、变频离心风机；9、进风口；10、温度传感器；11、自动控制装置；12、百叶电机；13、活动百叶；14、出风口；15、固定轴；16、活动轴；17、直线导轨；18、第二翅片换热器；19、风速传感器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明提供一种热泵型空气幕系统的节能方法包括：风速传感仪将采集到的室外风速、风向信号输入自动控制装置11，根据测得风速大小调节风机频率输出合适的出口风速。根据测得的风向参数(与大门所在平面的水平夹角数值)经计算分析输出执行信号控制活动百叶13百叶出风角度与水平风向垂直。
利用风速传感器19感应门口处风速识别开关门状态，门口处风速大于一定数值时可判定为大门开启，此时空气幕风机开启。当门口处风速低于一定数值时可判定为大门关闭，空气幕风机停止运行。
在一优选实施例中，所述热泵型空气幕系统的节能方法进一步包括：
通过温度传感器10将开门信号输送给自动控制装置11，自动控制装置11输出信号启动热泵系统、变频离心风机8启动；
室内气体经进风口9进入空气幕装置7，通过离心风机加速后经出风口14流出，形成高速幕状气流，与室外冷空气进行阻隔。
在一优选实施例中，当风速传感器19检测到室外冷空气风速大时，风速信号传至自动控制装置11，自动控制装置11反馈信号并调节百叶电机12，通过直线导轨17带动自垂百叶使出风角度增大并增大离心风机的转速，使流出壳体的高速气体与室外风速进行风速抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内。
在一优选实施例中，当风速传感器19检测到室外风速小时，通过自动控制装置11降低离心风机转速。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例
如图1所示，该热泵型空气幕系统包括：将CO2进行压缩后排出的压缩机1、换热装置2、空气幕装置7、节流装置3和制冷剂管道5；
制冷剂管道5将压缩机1、换热装置2、节流装置3和空气幕装置7连接成闭式循环环路，制冷剂管道5内充装CO2制冷剂，形成热泵循环，为空气幕提供热源；
空气幕装置7包括：进风口9、第二翅片换热器18、变频离心风机8、可调百叶的出风口14、自动控制装置11、温度传感器10、风速传感器19；变频离心风机8、自动控制装置11、第二翅片换热器18、可调节角度的活动百叶13整体密封安装于壳体内。壳体的顶部嵌装进风口9，壳体的一侧嵌装有出风口14、温度传感器10嵌装在壳体上，可调节角度的活动百叶13安装在所述出风口14上，形成以空气源热泵为热源、可调节出风角度的热空气幕。自动控制装置11的信号采集端还连接风速传感器19、温度传感器10，风速传感器19分别安装在室内和室外，温度传感器10嵌装在壳体上。
换热装置2包括成组连接的第一翅片换热器6、第二翅片换热器18、换热风机4，所述的变频离心风机8包括叶轮；变频电机，所述变频电机带动叶轮转动，自动控制装置11与所述变频电机连接。
所述可调节角度的活动百叶13设置有百叶电机12，所述百叶电机12的控制端连接自动控制装置11；所述百叶电机12的输出轴通过直线导轨17活动连接可调节角度的活动百叶13，可调节角度的活动百叶13之间通过固定轴15安装在出风口14上；可调节角度的活动百叶13通过活动轴16安装在直线导轨17上，活动百叶13根据室外安装的风速传感仪将采集到的室外风速、风向信号输入自动控制装置11，经计算分析输出执行信号控制百叶出风角度。
自动控制装置11的信号采集端连接风速传感器19、温度传感器10，所述风速传感器19安装在室内或室外；温度传感器10，所述温度传感器10嵌装在壳体上。根据开关门状态、室内外风速风向控制风机启停、转速。
工作原理如下：
当建筑大门打开时，通过温度传感器10(温度低于0℃时)将开门信号输送给自动控制装置11，自动控制装置11输出信号启动热泵系统、变频离心风机8启动。室内气体经进风口9进入空气幕装置7，通过离心风机加速后经出风口14流出，形成高速幕状气流，从而与室外冷空气形成阻隔效果。当风速传感器19检测到室外冷空气风速较大时，风速信号传至自动控制装置11，自动控制装置11反馈信号并调节百叶电机12，通过直线导轨17带动自垂百叶使出风角度增大并增大离心风机的转速，使流出壳体的高速气体与室外风速进行风速抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内，保证空气幕的工作效果。当风速传感器19检测到室外风速较小时，通过自动控制装置11降低离心风机转速，在满足阻隔室外冷空气的前提下降低风机能耗。
本发明提供的热泵型空气幕系统，冬季使用时，采用CO2空气源热泵为热源，避免直接使用电加热，大大降低了空气幕运行能耗，避免使用热水加热引起的冻害问题。当风速传感器19检测到的冷空气风速较大时，智能调节变频离心风机8转速以及出风口14处百叶的开启角度，通过室外冷空气风速与空气幕出风风速相互抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内，实现空气幕的理想效果，减少不必要的热负荷能耗。同时在室外冷空气风速较低时，智能调节离心风机至低速运转，减少风机运行能耗，达到节能减排的效果。本发明的智慧型空气幕装置7结构简单，智能便捷，节能高效，可适用于各种场合，实现空气幕的理想作用效果。
壳体内部安装有变频离心风机8和第二翅片换热器18，整体化密封安装于所述壳体内；出风口14嵌装在所述壳体上，可调节角度百叶活动安装在所述出风口14上。壳体外部设置风速传感器19。该热泵型空气幕系统在冬季使用时，以第二翅片换热器18作为空气幕热源，当大门打开时空气幕自动连锁启动，大门关闭空气幕连锁停止运行。当风速传感器19检测到的冷空气风速较大时，智能调节变频离心风机8转速以及出风口14处百叶的开启角度，通过室外冷空气风速与空气幕出风风速相互抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内，实现空气幕的理想效果，减少不必要的热负荷能耗。在室外冷空气风速较低时，智能调节离心风机至低速运转，减少风机运行能耗，达到节能减排的效果。
下面结合仿真实验对本发明积极效果作进一步描述。
仿真实验
1、大门空气幕不同工况的仿真气流模拟，如图2空气幕出风角度固定时建筑大门处的温度场所示；如图3空气幕出风角度固定时建筑大门处的空气速度场所示，其中图3(a)为大门口处距地0.1m处水平面气流速度；图3(b)为大门口处竖直方向空气流速分布；如图4空气幕出风角度可变时建筑大门处的温度场所示。
如图5空气幕出风角度可变时建筑大门处的空气速度场所示，其中图5(a)大门口处距地0.1m处水平面气流速度为；图5(b)为大门口处竖直方向空气流速分布。
由上述仿真模拟可知在空气幕出风口14角度可随时外风向适时调整时，大门附近的温度有所提升，可大大降低建筑内冬季热负荷。
2、能耗实例
根据不同厂家的侧吹空气幕样本，门高6.5m、吹风风速12m/s的情况下，单侧风幕风量平均为20000m3/h，风机耗电3kW，对于热空气幕来说，保证出风35℃的情况下，电热风幕耗电功率与热水风幕设计加热量约为80kW。以每班次列车开启大门15min计算。室外工作温度低于-15℃。
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按照一座小型动车库，每天6个班次，每次开门两组热空气幕。每年至少约节省用电22393度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种热泵型空气幕系统的节能方法，其特征在于，所述热泵型空气幕系统的节能方法包括：风速传感仪将采集到的室外风速、风向信号输入自动控制装置(11)，经计算分析输出执行信号控制活动百叶(13)百叶出风角度；并根据开关门状态、室内外风速风向控制风机启停、转速。
2.根据权利要求1所述热泵型空气幕系统的节能方法，其特征在于，所述根据开关门状态、室内外风速风向控制风机启停、转速包括：利用风速传感器(19)感应门口处风速识别开关门状态，门口处风速大于设定的数值时判定为大门开启，空气幕风机开启；门口处风速低于设定的数值时判定为大门关闭，空气幕风机停止运行。
3.根据权利要求1所述热泵型空气幕系统的节能方法，其特征在于，所述热泵型空气幕系统的节能方法进一步包括：通过温度传感器(10)将开门信号输送给自动控制装置(11)，自动控制装置(11)输出信号启动热泵系统、变频离心风机(8)启动；
室内气体经进风口(9)进入空气幕装置(7)，通过离心风机加速后经出风口(14)流出，形成高速幕状气流，与室外冷空气进行阻隔。
4.根据权利要求3所述热泵型空气幕系统的节能方法，其特征在于，当风速传感器(19)检测到室外冷空气风速大于设定值时，风速信号传至自动控制装置(11)，自动控制装置(11)反馈信号并调节百叶电机(12)，通过直线导轨(17)带动自垂百叶使出风角度增大并增大离心风机的转速，使流出壳体的高速气体与室外风速进行风速抵消，完全阻隔室外冷空气进入室内；
当风速传感器(19)检测到室外风速小设定值时，通过自动控制装置(11)降低离心风机转速。
5.一种实施权利要求1～4任意一项所述热泵型空气幕系统的节能方法的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述热泵型空气幕系统设置有换热装置(2)，所述换热装置(2)的冷剂出口连通压缩机(1)，所述压缩机(1)用于排出进行压缩后的CO2气体；
所述换热装置(2)的进出口连通制冷剂管道(5)，所述制冷剂管道(5)上安装有节流装置(3)，所述制冷剂管道(5)的上端连通空气幕装置(7)；其中，制冷剂管道(5)将压缩机(1)、换热装置(2)、节流装置(3)和空气幕装置(7)连接成闭式循环环路，所述制冷剂管道(5)内充装有CO2制冷剂，以形成热泵循环，为空气幕装置(7)提供热源；
所述换热装置(2)内部安装有第一翅片换热器(6)，所述第一翅片换热器(6)的上端安装有换热风机(4)。
6.根据权利要求5所述的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述空气幕装置(7)设置有壳体，壳体的一侧嵌装进风口(9)，相对于进风口(9)的壳体另一侧嵌装有出风口(14)；所述出风口(14)上安装有可调节角度的活动百叶(13)，所述活动百叶(13)用于形成以空气源热泵为热源、可调节出风角度的热空气幕。
7.根据权利要求6所述的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述活动百叶(13)上安装有百叶电机(12)，所述百叶电机(12)的控制端连接自动控制装置(11)；所述百叶电机(12)的输出轴通过直线导轨(17)活动连接活动百叶(13)，所述活动百叶(13)之间通过固定轴(15)安装在出风口(14)上；活动百叶(13)通过活动轴(16)安装在直线导轨(17)上，活动百叶(13)根据自动控制装置(11)分析后控制百叶出风角度。
8.根据权利要求5所述的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述壳体的内部安装有自动控制装置(11)和温度传感器(10)，所述自动控制装置(11)的信号采集端分别连接温度传感器(10)以及风速传感器(19)。
9.根据权利要求5所述的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述壳体的内部密封安装有第二翅片换热器(18)，所述第二翅片换热器(18)的上端安装有变频离心风机(8)。
10.根据权利要求9所述的热泵型空气幕系统，其特征在于，所述变频离心风机(8)包括叶轮，所述叶轮连接变频电机，所述变频电机带动叶轮转动；所述变频电机与自动控制装置(11)相连接。
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