CN115638485A - 一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，包括吸收式制冷循环模块和空气处理模块，吸收式制冷循环模块包括高压发生器、第一低压发生器、第二低压发生器、高压吸收器、低压吸收器，高温蒸发器、低温蒸发器、冷凝器等；空气处理模块包括低温表冷器、第一高温表冷器、第二高温表冷器等。吸收式制冷循环可以对100‑120℃左右的热源进行深度利用，同时产生高温冷冻水和低温冷冻水用于空气调节。空气处理模块利用高温冷冻水实现回风的干式冷却和新风的预冷，利用低温冷冻水实现新风的深度除湿，避免了统一使用7℃低温冷冻水对空气进行热湿联合处理所带来的冷量品位的损失。
Description
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域，尤其涉及一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统。
背景技术
随着人类对建筑物室内环境的舒适性要求越来越高，空调系统在现代建筑中几乎成为必需品。人们不仅追求温度的需求，还追求湿度的需求。温湿度独立控制空调系统可以将温度和湿度独立处理，其温度采用高于传统空调系统的较高冷源末端进行调节，室内湿度则通过干燥的送风进行调节，避免了传统空调热湿耦合处理所带来的能耗偏高、温湿度控制失调、室内空气品质较低等一系列问题。
目前较为常用的温湿度独立控制空调系统多以蒸气压缩式系统提供冷源，最为直接的方法是使用两个单独的蒸气压缩循环或一个具有双蒸发器的蒸气压缩循环，其节能潜力可达到3-50％，但其会消耗高品位的电能，同时使用的一些制冷剂会破坏臭氧层，影响环境，需开发寻找新型环保替代制冷剂。另一种方法是以吸收式制冷系统为基础，利用溶液本身的性质和温度压力变化实现制冷，可以利用太阳能或工业余热等低品位的热能作为驱动热源，较为环保高效，但也存在一些问题。如单效循环无法充分利用较高温度的热源(100-120℃)，其COP基本在0.7-0.8左右，不能随热源温度的升高而继续升高，且在高温下存在结晶的风险；双效循环虽然可以充分利用高温热源，但当制取7℃低温冷冻水时，所需驱动热源温度较高(140-160℃)，无法利用100-120℃左右的热源等。本发明提出一种基于吸收式制冷的温湿度独立控制空调系统，使用100-120℃左右的热源作为驱动热源，并对其进行深度利用，同时产生的高温冷冻水和低温冷冻水用于空气调节，具有显著的节能效益。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的温湿度独立控制空调系统，使用100-120℃左右的热源作为驱动热源，并对其进行深度利用，同时产生的高温冷冻水和低温冷冻水用于空气调节，具有显著的节能效益。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：包括吸收式制冷循环模块和空气处理模块，所述吸收式制冷循环模块包括高压吸收器、低压吸收器、第一溶液泵、第二溶液泵、第一低压发生器、第二低压发生器、冷凝器、第一三通阀、第一节流阀、第二节流阀、高温蒸发器、低温蒸发器、第三节流阀、第四节流阀，所述高压吸收器、第一溶液泵、第一低压发生器、第一节流阀、高压吸收器依次循环相连形成第一溶液循环回路，所述低压吸收器、第二溶液泵、第二低压发生器、第二节流阀、低压吸收器依次循环相连形成第二溶液循环回路，所述第一低压发生器、第二低压发生器分别通过第一混合器连接到所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口经过所述第一三通阀后分为两路，一路依次连接第三节流阀、高温蒸发器和高压吸收器，另一路依次连接第四节流阀、低温蒸发器和低压吸收器；所述空气处理模块包括第一水泵、第二水泵、第一高温表冷器、低温表冷器，所述高温蒸发器、第一水泵、第一高温表冷器、高温蒸发器依次循环相连形成高温冷冻水回路，所述低温蒸发器、第二水泵、低温表冷器、低温蒸发器依次循环相连形成低温冷冻水回路。
进一步的，在所述第一溶液循环回路中设置有第一溶液-溶液热交换器，从所述第一溶液泵流出的溶液经过第一溶液-溶液热交换器后流入第一低压发生器，从所述第一低压发生器流出的溶液经过第一溶液-溶液热交换器后流入第一节流阀；在所述第二溶液循环回路中设置有第二溶液-溶液热交换器，从所述第二溶液泵流出的溶液经过第二溶液-溶液热交换器后流入第二低压发生器，从所述第二低压发生器流出的溶液经过第二溶液-溶液热交换器后流入第二节流阀。
进一步的，所述吸收式制冷循环模块还包括第二三通阀、第二混合器、第五节流阀、第六节流阀、第七节流阀、高压发生器、第三溶液-溶液热交换器，所述第一溶液-溶液热交换器的溶液出口经过所述第二三通阀后分为两路，一路依次连接第三溶液-溶液热交换器、高压发生器、第三溶液-溶液热交换器、第五节流阀、第二混合器、第一溶液-溶液热交换器，另一路依次连接第六节流阀、第一低压发生器、第二混合器、第一溶液-溶液热交换器，所述高压发生器的制冷剂出口依次连接第一低压发生器、第七节流阀和冷凝器。
进一步的，所述空气处理模块还包括第二高温表冷器，所述第二高温表冷器与所述第一高温表冷器并联。
进一步的，所述空气处理模块还包括辐射板，所述辐射板并联于所述第一高温表冷器。
进一步的，所述空气处理模块还包括风机盘管，所述风机盘管并联于所述第一高温表冷器。
进一步的，所述吸收式制冷循环模块中所使用的工质为LiBr水溶液、LiCl水溶液、CaCl2水溶液、CaBr2水溶液中的一种或几种。
进一步的，所述吸收式制冷循环模块中所使用的工质为EmimOAC等离子液体的水溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中的吸收式制冷循环能够对100-120℃左右的热源进行深度利用，同时产生高温冷冻水和低温冷冻水用于空气调节。其驱动热源温度远低于常规蒸发温度下的吸收式双效循环。在典型工况下其热力系数可超过1，相比单效循环热力系数(0.7左右)有显著提高。
(2)本发明中的空气处理单元利用高温冷冻水(15-20℃)实现新风的预冷，利用低温冷冻水(7℃左右)实现新风的深度除湿，避免了统一使用7℃低温冷冻水对空气进行热湿联合处理所带来的冷量品位的损失。在大多数应用场合，总负荷中超过50％的部分都可由高温冷冻水承担，这有利于提高吸收式制冷循环的热力系数以及对更低品位热源的利用。
(3)当驱动热源温度在较大范围内变化时，吸收式制冷循环可以方便地在单效和双效循环间切换，从而能更好地适应外界热源温度的变化，提高热源利用效率。此外，吸收式制冷循环具有两个独立的溶液回路，可通过在不同溶液回路中采用不同种类的工质进一步提升循环性能。
(4)本发明中的吸收式制冷循环实现对外界热源的梯级利用，同时空气处理过程对循环制取的高低温冷冻水也实现了梯级利用，具有显著的节能效益。
附图说明
图1是本发明实施例一的系统结构原理图；
图2是本发明实施例二的系统结构原理图；
图3是本发明实施例三的系统结构原理图；
图4是本发明实施例四的吸收式制冷循环模块结构原理图。
其中：1-高压吸收器、2-第一溶液泵、3-第一溶液-溶液热交换器、4-第二三通阀、5-第三溶液-溶液热交换器、6-高压发生器、7-第五节流阀、8-第二混合器、9-第一节流阀、10-第六节流阀、11-第一低压发生器、12-第七节流阀、13-冷凝器、14-第一三通阀、15-第三节流阀、16-高温蒸发器、17-第四节流阀、18-低温蒸发器、19-第一混合器、20-第二低压发生器、21-第二溶液-溶液热交换器、22-第二溶液泵、23-第二节流阀、24-低压吸收器、25-第一水泵、26-第二水泵、27-第一高温表冷器、28-第二高温表冷器、29-低温表冷器，30-辐射板，31-风机盘管。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一：
如图1所示，一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统的实施例一，包括吸收式制冷循环模块和空气处理模块，吸收式制冷循环模块可视为由吸收式双效子循环和单效子循环耦合而成，两者共用一个冷凝器13。其中，双效子循环包含高温蒸发器16、高压吸收器1、第一溶液-溶液热交换器3、第二溶液-溶液热交换器5、高压发生器6、第一低压发生器11和冷凝器13；单效子循环包含低温蒸发器18、低压吸收器24、第三溶液-溶液热交换器21、第二低压发生器20和冷凝器13。为获得较高的COP，该实施例中双效循环溶液回路采用并联流程。为实现对外界热源的深度利用，外界热源串联依次通过高压发生器6和第一低压发生器11和第二低压发生器20。该循环通过高压吸收器1、低压吸收器24和冷凝器13向外界环境排热，热量由冷却水带走。
其中的第一溶液循环回路具体为：高压吸收器1出口的稀溶液经第一溶液泵2升压流过第一低温溶液热交换器3和第二三通阀4后分为两路，一路经第二溶液-溶液热交换器5进入高压发生器6，另一路经第六节流阀10降压后送往第一低压发生器11。进入高压发生器6的稀溶液被外界驱动热源加热后变为浓溶液，同时产生具有较高压力的冷剂蒸气。该冷剂蒸气被通入第一低压发生器11作为热源加热浓缩其中的溶液，并产生冷凝压力下的冷剂蒸气。高压发生器6流出的浓溶液经第二溶液-溶液热交换器5降温和第五节流阀7降压后，与从第一低压发生器11流出的浓溶液在第二混合器8混合形成浓溶液，经第一低温溶液热交换器3降温和第一节流阀9降压后进入高压吸收器1，吸收来自高温蒸发器16的冷剂蒸气后变为稀溶液，从而完成双效子循环的溶液回路。
其中的第二溶液循环回路为：低压吸收器24出口的稀溶液经第二溶液泵22升压后流过第三溶液-溶液热交换器21，之后再流入第二低压发生器20，进入第二低压发生器20的稀溶液被外界驱动热源加热后变为浓溶液，经第三溶液-溶液热交换器21降温和第二节流阀23降压后进入低压吸收器24，吸收来自低温蒸发器18的冷剂蒸气后变为稀溶液，完成单效子循环。
其中的制冷剂回路为：高压发生器6中产生的冷剂蒸气在第一低压发生器11中加热溶液后凝结成为冷剂水，经第七节流阀12降压后进入冷凝器13，与来自第一低压发生器11和第二低压发生器20的冷剂蒸气经第一混合器19混合后的冷剂蒸气一起被冷却凝结为冷剂水。冷剂水流经第一三通阀14后分为两路，一部分冷剂水经第三节流阀15节流至高蒸发压力后进入高温蒸发器16，吸收来自高温冷冻水的热量后产生冷剂蒸气，被高压吸收器1吸收。另一部分冷剂水经第四节流阀17节流至低蒸发压力后进入低温蒸发器18，吸收来自低温冷冻水的热量后产生冷剂蒸气，被低压吸收器24吸收。
空气处理模块：空气处理过程包括新风在第一高温表冷器27中的预冷预除湿过程(A1→A2)，新风在低温表冷器29中的深度除湿过程(A2→A3)，回风在第二高温表冷器28中的干式冷却过程(A4→A5)，以及处理后回风和新风的混合过程(A3→A6←A5)。
具体的，新风经第一高温表冷器27预冷预除湿后，在低温表冷器29中继续进行深度除湿。回风经第二高温表冷器28干式冷却后，与被处理的新风混合成为送风，送入房间完成空气调节。低温表冷器29需要的低温冷冻水由吸收式循环的低温蒸发器18提供，2个高温表冷器需要的高温冷冻水由高温蒸发器16提供。
在实施例一中，该空调系统利用新风承担室内湿负荷和室内部分显热负荷，利用回风承担室内剩余显热负荷，可以实现温湿度独立控制。其中，高温表冷器承担新风显热负荷、室内部分显热负荷和新风部分湿负荷，具体而言，第一高温表冷器27承担新风显热负荷、新风部分湿负荷和室内部分显热负荷，第二高温表冷器28承担室内部分显热负荷；低温表冷器29承担室内湿负荷、房间剩余显热负荷和新风剩余湿负荷。
实施例二：
如附图2所示，其中的吸收式制冷循环模块与实施例一相同，所不同的是空气处理模块部分，本实施例的空气处理模块具体为：新风经高温表冷器27预冷预除湿(A1→A2)后，在低温表冷器29中继续进行深度除湿(A2→A3)，然后再送入房间完成空气调节。其中，一部分高温冷冻水进入室内辐射板30用于承担室内显热负荷，高温表冷器27承担新风显热负荷和新风部分湿负荷，低温表冷器29承担室内湿负荷和新风剩余湿负荷。
实施例三：
如附图3所示，其中的吸收式制冷循环模块与实施例一相同，所不同的是空气处理模块部分，本实施例空气处理模块具体为：新风经高温表冷器27预冷预除湿(A1→A2)后，在低温表冷器29中继续进行深度除湿(A2→A3)，然后再送入房间完成空气调节。其中，一部分高温冷冻水进入干式风机盘管31用于承担室内显热负荷，高温表冷器27承担新风显热负荷和新风部分湿负荷，低温表冷器29承担室内湿负荷和新风剩余湿负荷。
实施例四：
本实施例用于外界驱动热源温度变化范围较大时，实施例一、二、三均为外界热源温度为100-120℃时使用，当外界热源温度较低(80-100℃)时，高压发生器6停止工作。
第一溶液循环回路具体为：高压吸收器1出口的稀溶液经第一溶液泵2升压流过第一溶液-溶液热交换器3后再流入第一低压发生器11，进入第一低压发生器11的稀溶液被外界驱动热源加热后变为浓溶液，经第一溶液-溶液热交换器3降温和第一节流阀9降压后进入高压吸收器1，吸收来自高温蒸发器16的冷剂蒸气后变为稀溶液，完成用于制取高蒸发温度冷冻水的吸收式溶液循环。
第二溶液循环回路具体为：低压吸收器24出口的稀溶液经第二溶液泵22升压后流过第三溶液-溶液热交换器21，之后再流入第二低压发生器20，进入第二低压发生器20的稀溶液被外界驱动热源加热后变为浓溶液，经第三溶液热交换器21降温和第二节流阀23降压后进入低压吸收器24，吸收来自低温蒸发器18的冷剂蒸气后变为稀溶液，完成用于制取低蒸发温度冷冻水的吸收式溶液循环。为实现对外界热源的深度利用，外界热源串联依次通过第二低压发生器20和第一低压发生器11。
制冷剂回路具体为：第一低压发生器11和第二低压发生器20的冷剂蒸气经第一混合器19混合后进入冷凝器13，冷凝器13出来的冷剂水流经第一三通阀14后分为两路，一部分冷剂水经第三节流阀15节流至高蒸发压力后进入高温蒸发器16，吸收来自高温冷冻水的热量后产生冷剂蒸气，被高压吸收器1吸收。另一部分冷剂水经第四节流阀17节流至低蒸发压力后进入低温蒸发器18，吸收来自低温冷冻水的热量后产生冷剂蒸气，被低压吸收器24吸收。
空气处理模块则采用实施例一、二、三中的任一种。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：包括吸收式制冷循环模块和空气处理模块，所述吸收式制冷循环模块包括高压吸收器(1)、低压吸收器(24)、第一溶液泵(2)、第二溶液泵(22)、第一低压发生器(11)、第二低压发生器(20)、冷凝器(13)、第一三通阀(14)、第一节流阀(9)、第二节流阀(23)、高温蒸发器(16)、低温蒸发器(18)、第三节流阀(15)、第四节流阀(17)，所述高压吸收器(1)、第一溶液泵(2)、第一低压发生器(11)、第一节流阀(9)、高压吸收器(1)依次循环相连形成第一溶液循环回路，所述低压吸收器(24)、第二溶液泵(22)、第二低压发生器(20)、第二节流阀(23)、低压吸收器(24)依次循环相连形成第二溶液循环回路，所述第一低压发生器(11)、第二低压发生器(20)分别通过第一混合器(19)连接到所述冷凝器(13)的入口，所述冷凝器(13)的出口经过所述第一三通阀(14)后分为两路，一路依次连接第三节流阀(15)、高温蒸发器(16)和高压吸收器(1)，另一路依次连接第四节流阀(17)、低温蒸发器(18)和低压吸收器(24)；所述空气处理模块包括第一水泵(25)、第二水泵(26)、第一高温表冷器(27)、低温表冷器(29)，所述高温蒸发器(16)、第一水泵(25)、第一高温表冷器(27)、高温蒸发器(16)依次循环相连形成高温冷冻水回路，所述低温蒸发器(18)、第二水泵(26)、低温表冷器(29)、低温蒸发器(18)依次循环相连形成低温冷冻水回路。
2.根据权利要求1所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：在所述第一溶液循环回路中设置有第一溶液-溶液热交换器(3)，从所述第一溶液泵(2)流出的溶液经过第一溶液-溶液热交换器(3)后流入第一低压发生器(11)，从所述第一低压发生器(11)流出的溶液经过第一溶液-溶液热交换器(3)后流入第一节流阀(9)；在所述第二溶液循环回路中设置有第二溶液-溶液热交换器(21)，从所述第二溶液泵(22)流出的溶液经过第二溶液-溶液热交换器(21)后流入第二低压发生器(20)，从所述第二低压发生器(20)流出的溶液经过第二溶液-溶液热交换器(21)后流入第二节流阀(23)。
3.根据权利要求2所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述吸收式制冷循环模块还包括第二三通阀(4)、第二混合器(8)、第五节流阀(7)、第六节流阀(10)、第七节流阀(12)、高压发生器(6)、第三溶液-溶液热交换器(5)，所述第一溶液-溶液热交换器(3)的溶液出口经过所述第二三通阀(4)后分为两路，一路依次连接第三溶液-溶液热交换器(5)、高压发生器(6)、第三溶液-溶液热交换器(5)、第五节流阀(7)、第二混合器(8)、第一溶液-溶液热交换器(3)，另一路依次连接第六节流阀(10)、第一低压发生器(11)、第二混合器(8)、第一溶液-溶液热交换器(3)，所述高压发生器(6)的制冷剂出口依次连接第一低压发生器(11)、第七节流阀(12)和冷凝器(13)。
4.根据权利要求3所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述空气处理模块还包括第二高温表冷器(28)，所述第二高温表冷器(28)与所述第一高温表冷器(27)并联。
5.根据权利要求3所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述空气处理模块还包括辐射板(30)，所述辐射板(30)并联于所述第一高温表冷器(27)。
6.根据权利要求3所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述空气处理模块还包括风机盘管(31)，所述风机盘管(31)并联于所述第一高温表冷器(27)。
7.根据权利要求3所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述吸收式制冷循环模块中所使用的工质为LiBr水溶液、LiCl水溶液、CaCl2水溶液、CaBr2水溶液中的一种或几种。
8.根据权利要求3所述一种基于双蒸发温度吸收式冷水机组的空调系统，其特征在于：所述吸收式制冷循环模块中所使用的工质为EmimOAC等离子液体的水溶液。
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