CN117858445B - 一种恒温恒湿空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种恒温恒湿空调系统，包括：机房及空调末端机组；所述机房包括冷热水机组、再生热水机组、冷媒气‑气换热器；所述冷媒气‑气换热器设置于所述冷热水机组、所述再生热水机组之间；所述冷媒气‑气换热器将所述冷热水机组的部分低品位热量通过热传递至所述再生热水机组，利用高温热泵方式使所述再生热水机组产生中温再生热水；所述空调末端机组包括低温再生除湿转轮，所述低温再生除湿转轮通过所述中温再生热水脱附再生；利用冷媒气‑气热回收技术，回收冷热水机组排气的部分低品位热量，并利用高温热泵技术，通过再生热水机组转换成更高品位的热量，以此实现制备中温再生热水目的，实现更好的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体为一种恒温恒湿空调系统。
背景技术
在恒温恒湿空调系统中除湿措施主要有两种方法，一种是采用低温冷冻水或直膨式制冷技术的降温冷却除湿措施，另一种是采用除湿转轮的吸附除湿措施。参见附图1，除湿转轮与温度调节措施相结合构成完整的恒温恒湿空调系统，较为先进节能的空气处理方案以双冷源温湿分控恒温恒湿空调系统为代表。工作原理是将空气的湿度调节措施与温度调节措施分开为两个相对独立的空气处理过程。
空气湿度调节措施采用中央机房集中制备的高温冷冻水冷源作为预冷除湿措施，同时采用每台空调末端机组独立配置的直膨冷源作为再冷除湿措施，对该空调末端机组的除湿风量进行冷却除湿处理，以满足该空调末端机组的除湿功能需要。其除湿风量的确定是由该空调末端机组承担的除湿负荷除以上述双冷源组合除湿措施所能实现的除湿湿差得到的，组合除湿措施所能实现的除湿湿差越大，则所需除湿风量越小；反之，则所需除湿风量越大。
空气温度处理过程采用中央机房制备的高温冷冻水冷源或热水热源，对该空调末端机组的全部风量或除湿风量之外的部分风量进行降温或升温处理，以满足室内的温度调节功能需要。此时，作为一种节能技术，为除湿措施配置的直膨冷源产生的冷凝废热可以进行回收作为温度调节的热源使用。
由于冷却除湿过程会伴随降温过程，如果在实现除湿功能的同时伴随发生的降温过程产生过度降温反而需要在除湿处理之后对空气再进行升温处理称为除湿再热过程，属于高能耗过程，应当尽量予以避免。双冷源温湿分控恒温恒湿空调系统由于只对空调末端机组的除湿风量进行冷却除湿，在实现除湿功能的同时，其伴随发生的降温程度较小，发生上述除湿再热过程的几率会相应减小。
相对照的，参见附图2，另一种恒温恒湿空气处理方案是采用除湿转轮替代上述双冷源温湿分控恒温恒湿空调系统中的直膨冷源除湿措施，构成冷冻水预冷除湿+除湿转轮二级除湿的组合除湿措施，成为转轮除湿温湿分控恒温恒湿空调系统。该方案是可以突破冷却除湿时换热器表面温度低于水蒸气冰点会导致换热器表面结冰的限制，实现更低的湿度要求。但是，该方案的存在的技术问题是普通的除湿转轮再生需要蒸汽或电加热等高温热源加热再生空气到120-130℃，处理过程运行能耗较高。
即，现有的双冷源温湿分控恒温恒湿空调系统因为冷却除湿时换热器表面温度低于水蒸气冰点会导致换热器表面结冰的限制，存在通常无法稳定实现露点温度低于10℃或者含湿量小于7.0g/kg干空气的除湿功能要求的技术问题；同时，受到除湿能力的限制，除湿风量无法进一步减小，以避免因冷却除湿过程导致过度降温而发生高能耗除湿再热过程的努力也受到了限制。现有的转轮除湿温湿分控恒温恒湿空调系统因为需要昂贵的蒸汽或电加热进行转轮再生，运行能耗更高。
发明内容
为了解决背景技术中所提出的问题，本申请提供一种恒温恒湿空调系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种恒温恒湿空调系统，包括：
机房，所述机房包括冷热水机组、再生热水机组、冷媒气-气换热器；所述冷媒气-气换热器设置于所述冷热水机组与所述再生热水机组之间；所述冷媒气-气换热器将所述冷热水机组的部分低品位热量通过热传递至所述再生热水机组，利用高温热泵方式使所述再生热水机组产生中温再生热水；
及至少一个空调末端机组，所述空调末端机组包括低温再生除湿转轮，所述低温再生除湿转轮通过所述中温再生热水脱附再生，实现节能的效果。
进一步地，所述再生热水机组包括高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀、第二气液分离器，所述冷媒气-气换热器、第二气液分离器、高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀依次连接；
所述空调末端机组还包括再生换热器，所述再生换热器设置在所述低温再生除湿转轮的再生进风侧，所述冷媒-再生热水换热器将热量传递给再生热水，再生热水在再生热水水泵的驱使下输送到所述再生换热器，再生进风通过所述再生换热器时被加热，以此实现将再生热水机组的热量传递到再生进风，加热后的所述再生进风通过所述低温再生除湿转轮的再生侧时使得所述低温再生除湿转轮脱附再生，实现节能的效果。
进一步地，所述空调末端机组还包括预冷换热器、降温换热器，所述预冷换热器设置在所述低温再生除湿转轮的处理进风侧的前面，所述降温换热器设置在所述低温再生除湿转轮的处理出风侧的后面，所述预冷换热器与所述降温换热器并联连接到所述冷热水机组，从所述冷热水机组出来的冷冻水分别进入所述预冷换热器和所述降温换热器，新风和一次回风混合组成的除湿空气，所述除湿空气是处理空气的一部分，所述除湿空气通过所述预冷换热器进行第一次降温和第一次除湿；经过第一次降温和第一次除湿的所述除湿空气从所述低温再生除湿转轮的处理进风侧通过所述低温再生除湿转轮并且从所述低温再生除湿转轮的处理出风侧出来进行第二次除湿；经过第二次除湿后的所述除湿空气和二次回风混合后组成全部的所述处理空气，全部的所述处理空气通过所述降温换热器进行第二次降温；经过第二次降温的全部的所述处理空气被送到需要温度调节的空间内。
进一步地，所述高温压缩机产生的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器，所述高温气态冷媒被冷凝成液态冷媒，所述高温气态冷媒冷凝产生的热量通过所述冷媒-再生热水换热器传递至再生热水；所述液态冷媒经所述第二节流阀被节流成气液两相体后进入所述冷媒气-气换热器中被蒸发变成过热气态冷媒，所述气液两相体从冷热水机组的高温气态冷媒中吸收热量被蒸发成过热气态冷媒，所述过热气态冷媒回到所述第二气液分离器，从所述第二气液分离器出来的冷媒进入所述高温压缩机。
进一步地，所述冷热水机组包括低温压缩机、四通换向阀、冷媒-空气换热器、冷媒-空调用水换热器、第一节流阀、储液器、第一气液分离器、单向阀，所述冷媒-空气换热器的一端通过单向阀与储液器连接、所述冷媒-空气换热器的一端还通过第一节流阀与冷媒-空调用水换热器连接，所述冷媒-空调用水换热器通过所述四通换向阀与所述冷媒-空气换热器连接，所述四通换向阀还通过所述第一气液分离器、低温压缩机与所述冷媒气-气换热器连接；所述冷媒-空调用水换热器还连接所述预冷换热器和所述降温换热器；所述低温压缩机产生的高温气态冷媒依次经过所述冷媒气-气换热器、所述冷媒-空气换热器、四通换向阀、单向阀、储液器、第一节流阀、冷媒-空气换热器、四通换向阀、第一气液分离器，从所述第一气液分离器出来的冷媒然后再回到所述低温压缩机。
进一步地，所述冷媒气-气换热器与所述冷热水机组为一体式结构，通过管道与再生热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器与所述再生热水机组为一体式结构，通过管道与所述冷热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器为独立结构，分别通过管道与所述再生热水机组、所述冷热水机组连接。
进一步地，在冬季工况中，关闭再生热水机组及再生热水水泵，冷热水机组用于提供热水，预冷换热器和降温换热器均切换为加热换热器；低温再生除湿转轮的脱附与吸附工作区逆转，通过再生通道从相对低温的室内排风或室外新风中吸附水蒸气并在主通道向相对高温的送风脱附水蒸气，实现对送风加湿的效果。
进一步地，所述空调末端机组还包括加湿装置，所述加湿装置设置在所述降温换热器和送风装置之间；冬季工况下对处理空气进行二次加湿。
进一步地，所述空调末端机组包括二次回风装置、新风+一次回风装置，所述二次回风装置设置于所述低温再生除湿转轮及所述降温换热器之间；所述新风+一次回风装置设置于所述预冷换热器的处理进风侧；所述低温再生除湿转轮的再生温度为60～70℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过低温再生转轮除湿技术、高温热泵技术、冷媒气-气热回收技术、冷冻水高效制备技术、温湿分控技术等节能技术有机组合使用，可综合实现冷源制备高效节能、再生热源制备高效节能、除湿过程高效节能、调温处理过程高效节能，构建出一种超低能耗的恒温恒湿空调系统。
2、集中供应高温冷源用于除湿转轮前的预冷措施和除湿转轮后的降温措施，集中提供中温再生热水(供水温度为60～70℃之间)作为低温再生除湿转轮的再生热源。
3、利用冷媒气-气热回收技术，回收冷热水机组排气的部分低品位热量，并利用高温热泵技术，通过再生热水机组转换成更高品位的热量，以此实现制备中温再生热水目的
4、在空调系统除湿负荷较大但显热负荷不大的过渡季节时，转轮除湿技术与温湿分控技术相结合能够极大程度上解决过度冷却及再热问题，避免或消除冷热耦合所造成的能源浪费，实现更好的节能效果
5、低温转轮除湿与冷却除湿共同承担湿负荷，冷却除湿是降温除湿过程，转轮除湿为升温除湿过程。两者的分配比例可依据室内的降温或升温需求，室内降温需求大，增加冷却除湿输出，室内降温需求小或有升温需求，增加转轮除湿输出。在实现除湿功能的同时，降低空调系统温度调节所需要的能耗。因为高温热泵技术和低温再生转轮除湿技术相结合，高效机房不再受冷却除湿的出风露点限制，可提高冷冻水供水温度，提高高效机房制备冷冻水的能效，降低高效机房制备冷冻水的能耗。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是现有技术的一种空调系统的示意图；
图2是现有技术的另一种空调系统的示意图；
图3是本发明实施例中的一种恒温恒湿空调系统的示意图；
图4是本发明实施例中的制冷时一种恒温恒湿空调系统的运行示意图；
图5是本发明实施例中的制热时一种恒温恒湿空调系统的运行示意图。
图中：
1、机房；2、空调末端机组；11、冷热水机组；12、再生热水机组；13、空调用水输配管网；14、再生热水输配管网；21、预冷换热器；22、预冷二通调节阀；23、降温换热器；24、降温二通调节阀；25、再生换热器；26、再生二通调节阀；27、加湿装置；28、送风机；29、再生排风机；30、低温再生除湿转轮；111、低温压缩机；112、四通换向阀；113、冷媒-空气换热器；114、冷媒-空调用水换热器；115、第一节流阀；116、储液器；117、第一气液分离器；118、单向阀；121、高温压缩机；122、冷媒-再生热水换热器；123、冷媒气-气换热器；124、第二节流阀；125、第二气液分离器；15、空调用水水泵；16、再生热水水泵。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。
下面结合附图图3-图5来详细描述本公开的具体实施方式。
一种恒温恒湿空调系统包括：机房1及至少一个空调末端机组2。
机房1集中提供空调用水，夏季制备高温冷冻水。此时，机房提供的冷冻水为高温冷冻水，相对于常规空调冷冻水而言是高温冷冻水。常规的冷冻水一般是7℃，高温冷冻水至少是12℃。
机房1包括冷热水机组11、再生热水机组12、冷媒气-气换热器123。
冷热水机组11包括冷媒-空调用水换热器114、冷媒-空气换热器113、第一节流阀115、四通换向阀112、低温压缩机111、单向阀118、储液器116、第一气液分离器117。低温压缩机111的出口连接冷媒气-气换热器123的冷凝通道的进口，冷媒气-气换热器123的冷凝通道的出口连接四通换向阀112的D口。四通换向阀112的C口连接冷媒-空气换热器113的进口，冷媒-空气换热器113的出口连接单向阀118的进口和第一节流阀115的出口的一个分支。单向阀118的出口连接储液器116的进液口，储液器116的出液口连接第一节流阀115的进口，第一节流阀115的出口的另一个分支连接冷媒-空调用水换热器114的冷凝通道的一端。冷媒-空调用水换热器114的蒸发通道的一端也连接储液器116的进液口，冷媒-空调用水换热器114的另一端连接四通换向阀112的E口。四通换向阀112的S口连接第一气液分离器117的进口，第一气液分离器117的出口连接低温压缩机111的进口。冷媒-空调用水换热器114、冷媒-空气换热器113、第一节流阀115、四通换向阀112、低温压缩机111、单向阀118、储液器116、第一气液分离器117与冷媒气-气换热器123的冷凝通道形成闭环回路。
冷热水机组的低温压缩机111产生的高温气态冷媒进入冷媒气-气换热器123的冷凝通道，同时再生热水机组12被节流后的气液两相体冷媒进入冷媒气-气换热器123的蒸发通道。两股温度不同的冷媒通过冷媒气-气换热器123进行热量传递，使得冷热水机组11的高温气态冷媒得到冷却，冷却成次高温气态冷媒，同时再生热水机组12的气液两相体从冷热水机组11的高温气态冷媒中吸收热量，蒸发成过热气态冷媒。次高温气态冷媒进入四通换向阀112的D口。从四通换向阀112的C口出来的次高温气态冷媒进入冷媒-空气换热器113继续与空气进行换热，冷凝成常温液态冷媒，常温液态冷媒通过单向阀118在进入储液器116。从储液器116出来的常温液态冷媒进入第一节流阀115，常温液态冷媒被第一节流阀115节流成气液两相体冷媒。气液两相体冷媒流入冷媒-空调用水换热器114的冷媒通道(此时该通道按功能定义为蒸发通道)，蒸发成过热气态冷媒，过热气态冷媒从冷媒-空调用水换热器114的冷媒通道流出后进入四通换向阀112的E口。从四通换向阀112的S口流出的过热气态冷媒进入第一气液分离器117，从第一气液分离器117流出的冷媒进入低温压缩机111。
冷媒-空调用水换热器114包括冷媒通道和空调用水通道，通过冷媒-空调用水换热器114，冷媒通道的冷热水机组11被节流后的气液两相体冷媒与空调用水通道的冷冻水进行热量传递，使得冷热水机组11的气液两相体吸收热量，并蒸发成过热气态冷媒。同时冷冻水释放热量，温度得已下降，并且在空调用水水泵15的驱使下通过管网输送到空调末端机组2的预冷换热器21和降温换热器23，与处理空气换热后重新吸收热量。
再生热水机组12包括高温压缩机121、冷媒-再生热水换热器122、第二节流阀124、第二气液分离器125。高温压缩机121的出口与冷媒-再生热水换热器122的冷凝通道的进口连接，冷媒-再生热水换热器122的冷凝通道的出口连接第二节流阀124的进口。第二节流阀124的出口连接冷媒气-气换热器123的蒸发通道的进口，冷媒气-气换热器123的蒸发通道的出口连接第二气液分离器125的进口，第二气液分离器125的出口连接高温压缩机121的进口。高温压缩机121、冷媒-再生热水换热器122的冷凝通道、第二节流阀124、冷媒气-气换热器123的蒸发通道与第二气液分离器125依次连接，形成闭环回路。
高温压缩机121产生的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器122的冷凝通道，通过与冷媒-再生热水换热器的再生热水通道的再生热水换热，被冷凝成常温液态冷媒。常温液态冷媒经第二节流阀124被节流成气液两相体后进入冷媒气-气换热器123的蒸发通道中被蒸发变成过热气态冷媒，过热气态冷媒进入第二气液分离器125，从第二气液分离器125出来的冷媒进入高温压缩机121。
冷媒-再生热水换热器122包括冷媒通道和再生热水通道，通过冷媒-再生热水换热器122，冷媒通道的再生热水机组12的高温气态冷媒与再生热水通道的再生热水进行热量传递，使得再生热水机组12的高温气态冷媒释放热量，冷凝成常温液态冷媒。同时再生热水吸收热量，温度得已上升，并且在再生热水水泵16的驱使下通过管网输送到空调末端机组2的再生热水换热器25，与再生空气换热后重新释放热量。
冷媒气-气换热器123与冷热水机组11为一体式结构，通过管道与再生热水机组12连接。或者冷媒气-气换热器123与再生热水机组12为一体式结构，通过管道与冷热水机组11连接。或者冷媒气-气换热器123为独立结构，分别通过管道与再生热水机组12、冷热水机组12连接。为了方便理解，本实施例采用的是冷媒气-气换热器123为独立结构。
冷媒气-气换热器123包括冷凝通道和蒸发通道，冷媒气-气换热器123的冷凝通道与冷热水机组11的冷媒回路串联并作为冷热水机组11的一级冷凝回路，冷媒气-气换热器123的蒸发通道与再生热水机组12的冷媒回路串联并作为再生热水机组12的蒸发回路。在从冷媒-再生热水换热器122的冷凝通道出来的常温液态冷媒经过节流后成气液两相体冷媒后进入到冷媒气-气换热器123的蒸发通道时，通过热量传递，吸收冷媒气-气换热器123的冷凝通道内冷热水机组12的高温气态冷媒的热量，蒸发成过热气态冷媒。同时冷媒气-气换热器123的冷凝通道从流入其中的从低温压缩机111出来的高温气态冷媒通过热量传递，将其热量释放到冷媒气-气换热器123的蒸发通道的冷热水机组12的气液两相体冷媒，最终被降温为次高温气态冷媒。
冷媒气-气换热器123设置于冷热水机组11与再生热水机组12之间，冷媒气-气换热器123将冷热水机组11的部分低品位热量通过热传递至再生热水机组12，利用高温热泵方式使再生热水机组12产生中温再生热水。空调末端机组2包括低温再生除湿转轮30，低温再生除湿转轮30通过中温再生热水脱附再生，实现节能的效果。
上述的冷热水机组11仅仅是本发明实施例的一种示例，还可以采用其他种类的冷热水机组11，即本发明实施例对机房1的冷热水机组11设计形式不作限制。举例而言，可以采用风冷/水冷/自然冷源等散热形式或采用螺杆/离心/磁悬浮等压缩机形式，本发明实施例对此不作过多的限制。
空调末端机组2的种类可以包括全新风空调末端机组形式和/或新风预处理的循环空调末端机组和/或自取新风的循环空调末端机组，本发明实施例对此不作过多的限制。
空调末端机组2至少一个，可以为两个、可以为三个等，本申请的附图只展示了两个空调末端机组2。
其中的一种实施情况，空调末端机组2还包括预冷换热器21、降温换热器23、再生换热器25、低温再生除湿转轮30。
预冷换热器21位于低温再生除湿转轮30的处理进风侧，降温换热器23位于低温再生除湿转轮30的处理出风侧。预冷换热器21与降温换热器23并联连接到冷媒-空调用水换热器114的空调用水通道，预冷换热器21与冷媒-空调用水换热器114的空调用水通道形成流通回路，降温换热器23与冷媒-空调用水换热器114的空调用水通道形成流通回路。
当处理空气吹过预冷换热器21与降温换热器23时处理空气的热量传递到预冷换热器21与降温换热器23时，空调用冷冻水从预冷换热器21与冷媒-空调用水换热器114带走热量传递到冷媒-空调用水换热器114的空调用水通道。
新风和/或一次回风组成的除湿空气，除湿空气和二次回风组成的调温空气，除湿空气和调温空气组成处理空气。
新风和/或一次回风组成的除湿空气经过预冷换热器21处理后形成第一次降温和第一次除湿的处理空气。经过第一次降温和第一次除湿的处理空气再进入低温再生除湿转轮30的处理进风侧，处理空气从低温再生除湿转轮30的处理出风侧出来的风是第二次除湿的处理空气。经过第二次除湿的处理空气和二次回风混合后再进入降温换热器23，从降温换热器23出来的风是第二次降温的处理空气，第二次降温的处理空气被送出到需要的空间内。
再生换热器25设置在低温再生除湿转轮30的再生侧。再生换热器25与冷媒-再生热水换热器122的再生热水通道连接形成再生热水回路，冷媒-再生热水换热器122的再生热水通道中流通着再生热水。热量从冷媒-再生热水换热器122的再生热水通道传递到再生热水，再生热水将热量传递到再生换热器25。再生进风吹过再生换热器25，热量传递到再生进风。再生进风吹过低温再生除湿转轮30的再生侧时，热量传递到低温再生除湿转轮30的再生侧，低温再生除湿转轮30进行脱附处理。
低温再生除湿转轮30的表面设置有多个层状吸湿层，处理风侧的除湿空气经过预冷换热器21冷却除湿后，再经过低温再生除湿转轮30的层状吸湿层进行转轮除湿，冷却除湿及转轮除湿对除湿负荷处理的分配比例根据预设的温度进行调节。
同时为了保证有足够高的再生热水温度，保证脱附再生效果，再生热水机组12采用R134A、R515B等高温冷媒，还可以采用其他的高温冷媒，本发明实施例对高温冷媒的具体种类不作过多的限制。
在空调末端机组2处于制冷模式时，预冷换热器21和降温换热器23起到表冷器的作用。冷媒-空调用水换热器114相当于冷热水机组11的蒸发器，冷媒-空气换热器113相当于冷热水机组11的冷凝器。冷凝气-气换热器123相当于冷热水机组11的一级冷凝器，同时冷媒气-气换热器123还相当于再生热水机组12的蒸发器。冷媒-再生热水换热器122相当于再生热水机组12的冷凝器。
本发明实施例的技术方案中，低温再生除湿转轮30只需要60～70℃的中温再生温度，就能够为高温热泵装置30的利用创造有利的条件，以电能驱动高温热泵技术产生热量，能源利用系数可达3.5以上，实现节能减排的目的。
冷媒气-气换热器123利用冷热水机组11的部分低品位热量通过热传递至再生热水机组12，利用高温热泵方式使再生热水机组12产生中温再生热水。低温再生除湿转轮30通过中温再生热水脱附再生，实现节能的效果。
实际应用中，机房1包括空调用水水泵15及再生热水水泵16。冷媒-空调用水换热器114通过空调用水水泵15及空调用水输配管网13与预冷换热器21、降温换热器23连接。再生换热器25通过再生热水水泵16及再生热水输配管网14与冷媒-再生热水换热器122连接。
需要说明的是，预冷换热器21设有预冷二通调节阀22调节其能力输出，降温换热器23设有降温二通调节阀24调节其能力输出，再生换热器25设有再生二通调节阀26调节其能力输出。
即冷热水机组11通过空调用水水泵15及空调用水输配管网13与各个空调末端机组2的预冷换热器21和降温换热器23相连接，并通过空调用水水泵15驱动空调用水循环，将空调用水输送到和各个空调末端机组2。
空调末端机组2还包括送风装置28和再生排风装置29。送风装置28具体设置为送风机28，再生排风装置29具体设置为再生排风机29。
经过降温换热器23进行第二次降温处理的处理空气，被送风机28送入到温度和湿度需要调节的空间内。
从低温再生除湿转轮30的再生侧出来的再生进风，被再生排风机29排放到温度和湿度需要调节的空间外。
本发明实施例中，机房1集中提供空调用水，夏季制备高温冷冻水，冬季制备热水。针对机房1中冷热水机组11的设计形式，该设计形式可以包括散热形式、压缩机形式等，本发明实施例对设计形式的类型不作过多的限制。举例而言，该散热形式可以包括风冷或水冷，而压缩机形式可以包括螺杆或离心或磁悬浮，本发明实施例对此不作过多的限制。
本发明中因为高温压缩机技术和低温再生转轮除湿技术的结合应用，机房1不再受冷却除湿的出风露点限制，可提高冷冻水供水温度，提高机房1制备冷冻水的能效，降低机房1制备冷冻水的能耗。冷冻水供水温度每提高1℃，冷热水机组11能效可提高4％。本发明的冷冻水供水温度可由原来的7℃提高到10℃以上，冷热水机组11能效至少可提高12％。同时更高的冷冻水供水温度给自然冷源创造更好的利用条件，进一步提高机房1能效。
进一步地，再生换热器25通过再生热水水泵16及再生热水输配管网14与冷媒-再生热水换热器122连接，并通过再生热水水泵16驱动再生热水循环，将再生热水输送到各个空调末端机组2。该冷媒气-气热回收技术回收废热，仅需要消耗高温压缩机121和再生热水水泵16的功率就能制备中温再生热水，用于低温再生除湿转轮30脱附再生，两者消耗的功率之和远远少于电加热再生方式所消耗的功率，实现超低能耗的再生方式。
在一种优选的实施例中，空调末端机组2的数量可以是多个，机房1通过空调用水输配管网13、再生热水输配管网14连接多个空调末端机组2。
具体应用到本发明实施例，空调末端机组2包括二次回风装置，二次回风装置设置于低温再生除湿转轮30及降温换热器23之间。
进一步地应用到本发明实施例中，空调末端机组2包括新风+一次回风装置，新风+一次回风装置设置于预冷换热器21的处理进风侧。
实际应用中，机房1的冷热水机组11排气所携带的大量热量为低品位废热，通常不被回收利用而被该机组的冷媒-空气换热器113或其它散热换热器排放到大气当中，造成能源的浪费；本发明实施例中，冷媒气-气换热器123设置于冷热水机组11、所述再生热水机组12之间，冷媒气-气换热器123将所述冷热水机组11的部分低品位热量通过热传递至再生热水机组12，利用高温热泵方式使所述再生热水机组12产生中温再生热水，该空调末端机组2包括低温再生除湿转轮30，低温再生除湿转轮30通过中温再生热水脱附再生，实现节能的效果。
即本发明中利用冷媒气-气热回收技术，回收部分冷热水机组11排气的低品位热量，并利用高温热泵技术，通过再生热水机组12转换成更高品位的热量，以此实现制备中温再生热水目的，实现再生热源制备的高效节能。
在一种具体实施示例中，在机房1设有冷热水机组11和再生热水机组12。其中冷媒气-气换热器123一侧气态回路(冷凝通道)串联于冷热水机组11的低温压缩机111与四通换向阀112之间的高温排气回路，并作为该冷热水机组11的一级冷凝通道。另一侧气态回路(蒸发通道)置于再生热水机组12的高温压缩机121与第二节流阀124之间的低温吸气回路，并作为该再生热水机组12的蒸发通道。
通过该冷媒气-气换热器123，将冷热水机组11和再生热水机组12有机结合，实现冷热水机组11的排气与再生热水机组12的吸气的热量传递。再生热水机组12吸气从冷热水机组11排气中吸收热量后，被高温压缩机121进一步压缩成更高温度的排气进入冷媒-再生热水换热器122，与再生热水热交换，以此制备中温再生热水，以供低温再生除湿转轮30的脱附再生。
常规的除湿转轮为保证再生脱附效果，往往需要电加热或蒸汽加热提供120～130℃的高温再生温度，能耗相当高。而本发明实施例的低温再生除湿转轮30只需要60～70℃的中温再生温度，为高温热泵技术的利用创造极其有利的条件，以电能驱动热泵产生热量。由于保证低温再生除湿转轮30正常工作所需要的再生热量取自于机房1的冷热水机组11的冷凝废热，意味着仅需要消耗驱动转轮旋转的电机功耗及再生热水机组12的功耗即可实现转轮除湿功能。同时转轮除湿相比于冷却除湿有着更强的除湿能力，在室内的除湿负荷一定的情况下，转轮除湿可发挥更大的除湿能力，降低冷却除湿所需要的功耗，实现节能。
本发明实施例的空调末端机组2通过温湿分控的方式使温度和湿度能够各自独立调节，以冷却除湿与转轮除湿相结合作为组合除湿的技术手段。具体实施为处理风侧的除湿空气(一次回风与新风之和)经预冷换热器21进行预降温除湿后，再经过低温再生除湿转轮30作进一步除湿。该过程预冷换热器21以及低温再生除湿转轮30共同承担室内的除湿负荷。经过低温再生除湿转轮30的除湿风量接着与二次回风混合后经过降温换热器23，降温处理后被送风机28送到室内。该过程降温换热器23承担室内的显热负荷，并按照室内的显热负荷大小调节降温换热器23的能力输出。
本发明的转轮除湿技术可以实现更强的处理湿度和更大的除湿湿差，配合转轮前的冷却除湿预处理，除湿转轮后的处理风含湿量可低至2～3g/kg干空气，轻松突破冷却除湿的出风含湿量7g/kg干空气的限制，获得更强的除湿能力和更宽广的应用范围。基于温湿分控技术的应用，负责除湿的换热器只承担室内的除湿负荷，在除湿负荷一定的情况下，除湿后的除湿空气含湿量越低，除湿风量则越小；因此在相同的除湿负荷以及满足最小新风量要求的前提下，采用转轮除湿技术的除湿风量比单纯采用冷却除湿的除湿风量更低。因此在室内的除湿负荷较大但显热负荷不大的过渡季节时，转轮除湿技术与温湿分控技术相结合能够极大程度上解决过度冷却及再热问题，避免或消除冷热耦合所造成的能源浪费，实现更好的节能效果。
进一步地应用到本发明实施例中，处理风侧的除湿空气经过预冷换热器21冷却除湿，该空气处理伴随降温。然后再经过除湿转轮作更进一步的除湿，该空气处理伴随升温；低温再生转轮除湿与冷却除湿相结合、两级除湿措施的相结合，一方面转轮除湿与冷却除湿共同承担室内的除湿负荷，另一方面，由于两种除湿方式所引起除湿后的空气温度是相反的，因此对这两种除湿技术的合理配置和运行调节，可以在实现除湿功能的同时实现一定的温度调节功能，降低室内的温度调节所需要的能耗，实现更好的综合节能效果。
具体地，在实现除湿功能的同时，转轮除湿和冷却除湿对除湿负荷处理的分配比例可依据室内的温度调节需求。当室内的降温需求大时，则增加冷却除湿处理能力，降低除湿空气因转轮除湿而引起的温度上升。当室内的降温需求小，甚至有升温需求时，则增加转轮除湿处理能力，降低除湿空气因冷却除湿而引起的温度下降。
上述技术方案的冬季工况，机房1集中提供空调用水，冬季制备热水，关闭再生热水机组12及其再生热水水泵16，由于再生热水机组12和再生热水水泵16关闭，冷媒进入冷媒气-气换热器123的冷凝通道仅仅起到简单的流通通道作用，没有换热作用。空调末端机组2需要加热时，预冷换热器21和降温换热器23均切换为加热换热器，冷媒-空调用水换热器114相当于冷热水机组11的冷凝器，冷媒-空气换热器113相当于冷热水机组11的蒸发器，工作情况如下。
冷媒-空调用水换热器114包括冷媒通道(此时该通道按功能定义为冷凝通道)和空调用水通道，通过冷媒-空调用水换热器114，冷媒通道的冷热水机组11被低温压缩机111产生的高温气态冷媒与空调用水通道的热水进行热量传递，使得冷热水机组11的高温气态冷媒释放热量，并冷凝成常温液态冷媒。同时热水吸收热量，温度得已上升，并且在空调用水水泵15的驱使下通过管网输送到空调末端机组2的预冷换热器21和降温换热器23，与处理空气换热后重新释放热量。
需要制热时，低温压缩机115制造出高温气态冷媒，高温气态冷媒的温度为80-90℃。高温气态冷媒进入冷媒气-气换热器123的冷凝通道中，由于再生热水机组12不运行，高温气态冷媒在冷媒气-气换热器123的冷凝通道中没有降温。高温气态冷媒从冷媒气-气换热器123的冷凝通道出来后进入四通换向阀112的D口，高温气态冷媒从四通换向阀112的E口出来进入冷媒-空调用水换热器114的冷媒通道。此时冷媒-空调用水换热器114起到冷凝器的作用，将高温气态冷媒冷凝成常温液态冷媒，常温液态冷媒从冷媒-空调用水换热器111出来后进入储液器116。常温液态冷媒从储液器116的出来后进入第一节流阀115，第一节流阀115将常温液态冷媒节流成气液两相体。气液两相体从第一节流阀115出来后进入冷媒-空气换热器113，冷媒从冷媒-空气换热器113出来后进入四通换向阀112的C口，冷媒从四通换向阀112的S口出来进入第一气液分离器117，从第一气液分离器117出来的冷媒进入低温压缩机111。
空调用水水泵15的出口流出热水，热水进入冷媒-空调用水换热器114的空调用水通道中被加热，加热后的热水通过空调用水输配管网13进入到各台空调末端机组2的预冷换热器21和降温换热器23，此时预冷换热器21和降温换热器23均切换为加热换热器，新风和/或一次回风组成的处理空气经过预冷换热器21处理后再进入低温再生除湿转轮29，从低温再生除湿转轮29出来的风和二次回风混合后再进入降温换热器23，从降温换热器23出来的风被送风机28送出到温度和湿度需要调节的空间内。由于预冷换热器21和降温换热器23均切换为加热换热器，所以被送风机28送出到需要的空间内的空气为暖风。
空调末端机组2还包括加湿装置27，加湿装置27设置在降温换热器23和送风机27之间。从低温再生除湿转轮29出来的风和二次回风混合后再进入降温换热器23，从降温换热器23出来的风经过加湿装置26加湿后被送风装置27送出到温度和湿度需要调节的空间内。
在本发明实施例的冬季工况下，可以关闭高温热泵装置30，机房1提供热水，预冷换热器21和降温换热器23均切换为加热换热器。低温再生除湿转轮29的脱附与吸附工作区逆转，可通过再生通道从相对低温的室内排风或室外新风中吸附水蒸气并在主通道向相对高温的处理空气脱附水蒸气，实现对处理空气加湿的目的。
本发明实施例中，通过低温再生转轮除湿技术、高温热泵技术、冷媒气-气热回收技术、冷冻水高效制备技术、温湿分控技术等节能技术有机组合使用，可综合实现冷源制备高效节能、再生热源制备高效节能、除湿过程高效节能、调温处理过程高效节能，构建出一种超低能耗的恒温恒湿空调系统。集中供应高温冷源用于除湿转轮前的预冷措施和除湿转轮后的降温措施，集中提供中温再生热水(供水温度为60～70℃之间)作为低温再生除湿转轮的再生热源。利用冷媒气-气热回收技术，回收冷热水机组排气的部分低品位热量，并利用高温热泵技术，通过再生热水机组转换成更高品位的热量，以此实现制备中温再生热水目的。在空调系统除湿负荷较大但显热负荷不大的过渡季节时，转轮除湿技术与温湿分控技术相结合能够极大程度上解决过度冷却及再热问题，避免或消除冷热耦合所造成的能源浪费，实现更好的节能效果。低温转轮除湿与冷却除湿共同承担湿负荷，冷却除湿是降温除湿过程，转轮除湿为升温除湿过程。两者的分配比例可依据室内的降温或升温需求，室内降温需求大，增加冷却除湿输出，室内降温需求小或有升温需求，增加转轮除湿输出。在实现除湿功能的同时，降低空调系统温度调节所需要的能耗。因为高温热泵技术和低温再生转轮除湿技术相结合，高效机房不再受冷却除湿的出风露点限制，可提高冷冻水供水温度，提高高效机房制备冷冻水的能效，降低高效机房制备冷冻水的能耗。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (9)
1.一种恒温恒湿空调系统，包括：
机房，所述机房包括冷热水机组、再生热水机组、冷媒气-气换热器；所述冷媒气-气换热器设置于所述冷热水机组与所述再生热水机组之间；所述冷媒气-气换热器将所述冷热水机组的部分低品位热量通过热传递至所述再生热水机组，利用高温热泵方式使所述再生热水机组产生中温再生热水；
及至少一个空调末端机组，所述空调末端机组包括低温再生除湿转轮，所述低温再生除湿转轮通过所述中温再生热水脱附再生，实现节能的效果；
所述再生热水机组包括高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀、第二气液分离器，所述冷媒气-气换热器、第二气液分离器、高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀依次连接；
所述空调末端机组还包括再生换热器，所述再生换热器设置在所述低温再生除湿转轮的再生进风侧，所述冷媒-再生热水换热器将热量传递给再生热水，再生热水在再生热水水泵的驱使下输送到所述再生换热器，再生进风通过所述再生换热器时被加热，以此实现将再生热水机组的热量传递到再生进风，加热后的所述再生进风通过所述低温再生除湿转轮的再生侧时使得所述低温再生除湿转轮脱附再生，实现节能的效果；
所述空调末端机组还包括预冷换热器、降温换热器，所述预冷换热器设置在所述低温再生除湿转轮的处理进风侧的前面，所述降温换热器设置在所述低温再生除湿转轮的处理出风侧的后面，所述预冷换热器与所述降温换热器并联连接到所述冷热水机组，从所述冷热水机组出来的冷冻水分别进入所述预冷换热器和所述降温换热器，新风和一次回风混合组成的除湿空气，所述除湿空气是处理空气的一部分，所述除湿空气通过所述预冷换热器进行第一次降温和第一次除湿；经过第一次降温和第一次除湿的所述除湿空气从所述低温再生除湿转轮的处理进风侧通过所述低温再生除湿转轮并且从所述低温再生除湿转轮的处理出风侧出来进行第二次除湿；经过第二次除湿后的所述除湿空气和二次回风混合后组成全部的所述处理空气，全部的所述处理空气通过所述降温换热器进行第二次降温；经过第二次降温的全部的所述处理空气被送到需要温度和湿度调节的空间内；
所述冷热水机组包括低温压缩机、四通换向阀、冷媒-空气换热器、冷媒-空调用水换热器、第一节流阀、储液器、第一气液分离器、单向阀，所述冷媒-空气换热器的一端通过单向阀与储液器连接、所述冷媒-空气换热器的一端还通过第一节流阀与冷媒-空调用水换热器连接，所述冷媒-空调用水换热器通过所述四通换向阀与所述冷媒-空气换热器连接，所述四通换向阀还通过所述第一气液分离器、低温压缩机与所述冷媒气-气换热器连接；所述冷媒-空调用水换热器还连接所述预冷换热器和所述降温换热器；所述低温压缩机产生的高温气态冷媒依次经过所述冷媒气-气换热器、所述冷媒-空气换热器、四通换向阀、单向阀、储液器、第一节流阀、冷媒-空气换热器、四通换向阀、第一气液分离器，从所述第一气液分离器出来的冷媒然后再回到所述低温压缩机。
2.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述高温压缩机产生的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器，所述高温气态冷媒被冷凝成液态冷媒，所述高温气态冷媒冷凝产生的热量通过所述冷媒-再生热水换热器传递至再生热水；所述液态冷媒经所述第二节流阀被节流成气液两相体后进入所述冷媒气-气换热器中被蒸发变成过热气态冷媒，所述气液两相体从冷热水机组的高温气态冷媒中吸收热量被蒸发成过热气态冷媒，所述过热气态冷媒回到所述第二气液分离器，从所述第二气液分离器出来的冷媒进入所述高温压缩机。
3.根据权利要求1所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述冷媒气-气换热器与所述冷热水机组为一体式结构，通过管道与再生热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器与所述再生热水机组为一体式结构，通过管道与所述冷热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器为独立结构，分别通过管道与所述再生热水机组、所述冷热水机组连接。
4.根据权利要求2所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述冷媒气-气换热器与所述冷热水机组为一体式结构，通过管道与再生热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器与所述再生热水机组为一体式结构，通过管道与所述冷热水机组连接；
或者所述冷媒气-气换热器为独立结构，分别通过管道与所述再生热水机组、所述冷热水机组连接。
5.根据权利要求3所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，在冬季工况中，关闭再生热水机组及再生热水水泵，冷热水机组用于提供热水，预冷换热器和降温换热器均切换为加热换热器；低温再生除湿转轮的脱附与吸附工作区逆转，通过再生通道从相对低温的室内排风或室外新风中吸附水蒸气并在主通道向相对高温的送风脱附水蒸气，实现对送风加湿的效果。
6.根据权利要求4所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，在冬季工况中，关闭再生热水机组及再生热水水泵，冷热水机组用于提供热水，预冷换热器和降温换热器均切换为加热换热器；低温再生除湿转轮的脱附与吸附工作区逆转，通过再生通道从相对低温的室内排风或室外新风中吸附水蒸气并在主通道向相对高温的送风脱附水蒸气，实现对送风加湿的效果。
7.根据权利要求5所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述空调末端机组还包括加湿装置，所述加湿装置设置在所述降温换热器和送风装置之间；冬季工况下对处理空气进行二次加湿。
8.根据权利要求6所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述空调末端机组还包括加湿装置，所述加湿装置设置在所述降温换热器送风装置之间；冬季工况下对处理空气进行二次加湿。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种恒温恒湿空调系统，其特征在于，所述空调末端机组包括二次回风装置、新风+一次回风装置，所述二次回风装置设置于低温再生除湿转轮及降温换热器之间；所述新风+一次回风装置设置于预冷换热器的进风侧；所述低温再生除湿转轮的再生温度为60～70℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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