CN115143546A - 利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，采用空调与轮转相结合，空调负责除显热、转轮负责除湿，实现温湿度的独立控制从而提升冷机COP,且利用冷凝器废热对转轮再生，节省能耗。相比常用除湿方式节能效果显著和维护方便。利用空调蒸发器对被处理风预降温处理，可提升转轮吸附能力；引进新风并独立处理，可避免组分稀释与多组分竞争吸附；设置热回收区，一方面避免转轮再生蓄热削弱吸附能力，方面循环使用再生热，避免直流式再生带来的巨大能耗。相比家用空调器能效比3.0‑3.2，本发明采用蒸发温度15℃、冷凝温度60℃，即可满足热湿需求，能效比可达3.9，单从除湿角度，节能约30～40％。

Description

利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法。
背景技术
传统除湿和净化应对技术存在能耗高、寿命短等问题。传统除湿技术有三种：冷凝除湿、溶液除湿及固体转轮除湿，为了解决南方夏季高湿问题，市面上家用空调器中往往采用冷凝除湿技术，其结构简单、成本较低；但冷凝除湿过程需将空气温度降至露点温度以下，使空气中的水蒸气凝结析出在蒸发器表面，再将冷凝水排走，从而实现除湿过程，这样需采用露点送风或末端再热送风的形式，为了除湿，蒸发温度需要降至较低导致冷机能效比COP下降，冷机能耗大。如果采用露点送风，变工况下对室内温湿度两个参数不能同时控住；如果采用末端再热，会造成大部分的冷热抵消，导致能耗进一步提升。由于是由蒸发温度调湿，不可能除到较低湿度，在湿负荷较大时冷凝除湿能力有限。
溶液除湿，系统结构较为复杂，包括叉流除湿器、再生装置及风格、溶液循环等多个回路，系统体积较大，初投资贵，维护起来也非常不方便，不适用于住宅使用。另外，受结晶线限制溶液除湿也不能降到很低湿度。此外，溶液除湿还有腐蚀、带液等问题，在住宅中进行再生处理也是难题，且再生能耗大。
固体转轮除湿：通常采用硅胶作为吸附材料。转轮被划分为两个区，面积较大的为吸附区，面积较小的为再生脱附区。常温高湿的空气通入转轮吸附区后，空气中水蒸气会被转轮中的吸附材料吸附；高温的再生空气通入转轮再生脱附区后会带走转轮吸附材料之前吸附的水蒸气。整个转轮由电机带动，从而实现吸附-脱附-吸附的除湿循环。转轮除湿系统结构比冷凝除湿复杂，但比溶液除湿要简单。固体吸湿材料的应用可以实现低湿度环境的营造。不过，传统的转轮除湿同样面临再生能耗大的问题。
空气品质控制技术：可分为通风和净化两大手段。通风：可分为自然通风和机械通风两种方式，但原理都是通过引入室外新风来去除室内污染物。通过新风的引入，可以有效降低室内CO2浓度及VOCs(挥发性有机化合物)浓度，但近年来大气污染日益严重，室外同样存在其他气态污染物，直接引入室内仍会对人员健康造成危害。
净化：对于室内气态污染(譬如甲醛)的问题，市面上在售的空气净化器采用的原理都是利用活性炭等材料进行吸附。随着吸附量的增加，净化器吸附能力显著下降。往往1～2月之后活性炭吸附材料就会饱和，需要对净化器内的过滤芯进行更换，寿命较短。另外，使用长时间的活性炭吸附材料本身可以产生二次脱附，形成二次污染。而用户更换活性炭滤网时往往直接将旧的滤芯丢弃，造成活性炭滤网生产上的能源浪费及不必要的污染排放。
总的来说，面对我国南方夏季环境景，传统技术给出的方案存在能耗高、寿命短等一系列局限性，因此，固体吸附式转轮除湿技术以其显著的节能和环保优势而成为诸多除湿方法中的首选技术。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，空调负责除显热、转轮负责除湿，实现温湿度的独立控制从而提升冷机COP，且利用冷凝器废热对转轮再生、节省能耗。
本发明采用的技术方案是：一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制方法，其特征在于：所述双层复合转轮包括吸附区、再生区和热回收区，所述控制方法包括以下步骤：
1)、室内新风通过新风管道通入新风道，室内回风通过回风管道通入回风道，后经过过滤器去除室内新风和室内回风中的大颗粒物；
2)、经过步骤1)处理后的室内新风，经过前蒸发器显热预冷后经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内新风中含有的气态污染物；经过步骤1)后的室内回风，一部分室内回风经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内回风中含有的气态污染物；
3)、经过步骤2)处理后的室内新风和室内回风，经过后蒸发器(5)进行送风温度的显热调节，送入室内；
4)、经过步骤1)处理后的另一部分室内回风，通到双层复合转轮的热回收区，对双层复合转轮前一时刻的再生区域进行降温；
5)、经过步骤4)处理后的室内回风经过冷凝器，利用冷凝器废热对室内回风进行加热，之后室内回风经过双层复合转轮的再生区，在再生区内，室内回风将双层复合转轮内吸附的水分、气态污染物进行脱附，对双层复合转轮进行再生，经再生区后室内回风与吸附的水分、气态污染物一起排出室外。
作为优选，所述室内新风中含有的气态污染物为NOx和O3。
作为优选，所述室内回风中含有的气态污染物为VOCs。
作为优选，所述双层复合转轮包括用于对水分进行吸附的硅胶除湿转轮和用于对有害气体进行吸附的活性炭吸附转轮。
进一步的，所述活性炭吸附转轮内设有用于吸附NOx和O3的改性活性炭材料，及用于吸附VOCs的活性炭材料。
本发明取得的有益效果是：采用空调与轮转相结合，空调负责除显热、转轮负责除湿，实现温湿度的独立控制从而提升冷机COP,且利用冷凝器废热对转轮再生，节省能耗。相比常用除湿方式节能效果显著和维护方便。对比现有空调除湿技术常采用冷凝除湿，需将温度降至空气露点温度以下，能耗较大，本系统利用硅胶除湿转轮来除湿，达到节能目的，同时利用空调冷凝器废热对转轮进行再生，可以很大程度延长转轮使用寿命，减少了转轮等吸附材料，从而避免了吸附材料重复生产的能耗。此外，发现该系统装置将转轮与家用空调系统结合互补，实现温湿分控，而且避免冷热抵消以及提高冷机COP，实现节能。利用空调蒸发器对被处理风预降温处理，可提升转轮吸附能力；引进新风并独立处理，可避免组分稀释与多组分竞争吸附；设置热回收区，一方面避免转轮再生蓄热削弱吸附能力，方面循环使用再生热，避免直流式再生带来的巨大能耗。本发明相比常用除湿方式节能效果显著和维护方便，目前家用空调器能效比3.0～3.2，而本发明采用蒸发温度15℃、冷凝温度60℃，即可满足热湿需求，能效比可达3.9，单从除湿角度，节能约30～40％。本发明具有以下优点：
1、节能:转轮与传统空调结合，空调负责除显热，转轮负责除湿，温湿分控，避免冷热抵消，提高冷机COP；部分室内回风经过冷凝器，利用冷凝器废热对室内回风进行加热，利用冷凝器废热对转轮再生区进行升温再生，节省了转轮再生所需的热量；
2、减排：双层复合转轮延长吸附材料使用寿命，减少材料生产能耗与污染排放,相比空气净化器，本发明的双层复合转轮不易吸附饱和，不用2～3个月更换一次滤网，转轮的动态再生特性使吸附材料寿命更长；
3、健康：活性炭吸附转轮去除室内甲醛及新风中的O3和病毒等污染物；引进新风，降低室内CO2浓度；相比市场上除湿机和家用空调器，增加了甲醛等VOC等气体污染物的去除作用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为双层复合转轮的结构示意图；
其中：1、过滤器；2、前蒸发器；3、硅胶除湿转轮；4、活性炭吸附转轮；5、后蒸发器；6、冷凝器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制方法，采用传统空调与轮转相结合，空调负责除显热、转轮负责除湿，实现温湿度的独立控制从而提升冷机COP。空调系统包括过滤器1、前蒸发器2、后蒸发器5和冷凝器6，双层复合转轮包括吸附区、再生区和热回收区。前蒸发器2用作室内新风预降温使用，置于双层复合转轮之前，而室内回风与室内新风首先通过过滤器1，之后室内回风直接进入双层复合转轮，室内新风通过前蒸发器2；后蒸发器5安装在双层复合转轮之后，用于调节送风温度，之后送风入室内；
本发明的联合控制方法，具体包括以下步骤：
1)、室内新风通过新风管道通入新风道，室内回风通过回风管道通入回风道，后经过过滤器1去除室内新风和室内回风中的大颗粒物；较高湿度的室内新风和较高VOC浓度的室内回风分别通入新风道和回风道，经过过滤器1，去除掉大颗粒物，避免对系统内部件产生堵塞；室内新风是指从室外进入系统的新鲜空气，室内新风通过新风管道从室外输送到系统内，室内新风能降低室内CO2浓度，确保室内空气新鲜、干净；室内回风是指经过系统反复循环的空气；
2)、经过步骤1)处理后的室内新风，经过前蒸发器显热预冷后经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内新风中含有的气态污染物；经过步骤1)后的室内回风，一部分室内回风经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内回风中含有的气态污染物；
3)、经过步骤2)处理后的室内新风和室内回风，经过后蒸发器(5)进行送风温度的显热调节，送入室内；
4)、经过步骤1)处理后的另一部分室内回风，通到双层复合转轮的热回收区，对双层复合转轮前一时刻的再生区域进行降温；
5)、经过步骤4)处理后的室内回风经过冷凝器，利用冷凝器废热对室内回风进行加热，之后室内回风经过双层复合转轮的再生区，在再生区内，室内回风将双层复合转轮内吸附的水分、气态污染物进行脱附，对双层复合转轮进行再生，经再生区后室内回风与吸附的水分、气态污染物一起排出室外。
本实施例中，室内新风中含有的气态污染物为NOx和O3。
本实施例中，室内回风中含有的气态污染物为VOCs。
本实施例中，双层复合转轮包括用于对水分进行吸附的硅胶除湿转轮3和用于对有害气体进行吸附的活性炭吸附转轮4。
本实施例中，活性炭吸附转轮内设有用于吸附NOx和O3的改性活性炭材料，及用于吸附VOCs的活性炭材料。
如下表，通过对南方典型城市广州8月的气象数据用焓湿图进行了估算。可以看出，传统转轮除湿加冷机在制冷方面能耗相对来说非常低，但采用电加热的再生能耗较高。本项目利用冷凝器废热进行再生，大大降低能耗，总的算下来，本装置轮除湿比冷凝除湿露点送风形式节能25.7％，比冷凝除湿再热形式节能约67.8％，比转轮加冷机系统节能约39.3％。
Figure BDA0003691416420000071
夏季室外设计参数：干球33.5℃湿球27.7℃；室内设计参数：干球26℃相对湿度60％；
房间信息：A＝15m2，2人(新风量60m3/h，热湿比10000；
送风温差：转轮6℃，冷凝(再热)6℃，冷凝（露点)9.2℃；
系统COP：家用空调器(冷凝)取3，转轮取4
本发明将除湿转轮与制冷空调结合，同时引入新风，并利用活性炭吸附转轮对处理空气进行净化。实现了转轮除湿、制冷空调、新风机与空气净化器的功能集成，不同部件设计紧凑、相互促进、取长补短。除湿转轮与制冷空调联合促进，实现互补。利用转轮进行除湿，使得蒸发温度得以提升，提高冷机COP；同时利用空调冷凝器废热对除湿转轮进行再生，实现功能互补室内外气态污染物的持续净化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制方法，其特征在于：所述双层复合转轮包括吸附区、再生区和热回收区，所述控制方法包括以下步骤：
1)、室内新风通过新风管道通入新风道，室内回风通过回风管道通入回风道，后经过过滤器(1)去除室内新风和室内回风中的大颗粒物；
2)、经过步骤1)处理后的室内新风，经过前蒸发器(2)显热预冷后经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内新风中含有的气态污染物；经过步骤1)后的室内回风，一部分室内回风经过双层复合转轮的吸附区域对水分进行吸附，并经双层复合转轮的吸附区域除去室内回风中含有的气态污染物；
3)、经过步骤2)处理后的室内新风和室内回风，经过后蒸发器(5)进行送风温度的显热调节，送入室内；
4)、经过步骤1)处理后的另一部分室内回风，通到双层复合转轮的热回收区，对双层复合转轮前一时刻的再生区域进行降温；
5)、经过步骤4)处理后的室内回风经过冷凝器(6)，利用冷凝器废热对室内回风进行加热，之后室内回风经过双层复合转轮的再生区，在再生区内，室内回风将双层复合转轮内吸附的水分、气态污染物进行脱附，对双层复合转轮进行再生，经再生区后室内回风与吸附的水分、气态污染物一起排出室外。
2.根据权利要求1所述的利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，其特征在于：所述室内新风中含有的气态污染物为NOx和O3。
3.根据权利要求1所述的利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，其特征在于：所述室内回风中含有的气态污染物为VOCs。
4.根据权利要求1所述的利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，其特征在于：所述双层复合转轮包括用于对水分进行吸附的硅胶除湿转轮和用于对有害气体进行吸附的活性炭吸附转轮。
5.根据权利要求4所述的利用双层复合转轮空调系统实现污染物联合控制的方法，其特征在于：所述活性炭吸附转轮内设有用于吸附NOx和O3的改性活性炭材料，及用于吸附VOCs的活性炭材料。
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