CN117956747B - 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;机房包括冷热水机组、再生热水机组;冷热水机组的第一冷媒‑冷却水换热器与再生热水机组的第二冷媒‑冷却水换热器连接;第一冷媒‑冷却水换热器将冷热水机组的低品位热量传递至冷却水,冷却水传递至再生热水机组的第二冷媒‑冷却水换热器与再生热水机组的吸气进行换热,再生热水机组的吸气吸取热量后被高温压缩机进一步压缩成更高温度的排气,进而制备中温再生热水;空调末端机组的低温再生除湿转轮通过所述中温再生热水脱附再生,利用水源热回收技术,回收冷热水机组的高温排气的低品位热量,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。

Description

一种恒温恒湿空调系统
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,参见附图1;另一种是采用除湿转轮的吸附除湿措施,参见附图2。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。
综上所述,存在的技术问题如下:(1)高效机房的冷热水机组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通过该机组的冷媒-冷却水换热器将热量传递给冷却水,冷却水再经过冷却塔或地下水等水源形式散热,最终将热量排放到外部环境当中,造成能源的浪费。(2)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,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的除湿功能要求。(3)受到该除湿能力的限制,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无法实现进一步的除湿。(4)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:
机房及至少一个空调末端机组,所述机房向所述至少一个空调末端机组集中提供空调用水,所述机房向通过输配管网连通所述至少一个空调末端机组形成一个所述空调用水的回路;
所述机房包括冷热水机组、再生热水机组,所述冷热水机组包括第一冷媒-冷却水换热器,所述再生热水机组包括第二冷媒-冷却水换热器,所述冷热水机组的第一冷媒-冷却水换热器的冷却水通道与所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器的冷却水通道通过输配管网连接;
所述第一冷媒-冷却水换热器将所述冷热水机组的高温排气的低品位热量传递至冷却水,冷却水传递至所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器与再生热水机组的吸气进行换热,再生热水机组的吸气吸取热量后被高温压缩机进一步压缩成更高温度的排气,进而制备中温再生热水;
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,达到节能的效果。
进一步地,所述机房还包括地下水源、冷却水泵,所述冷却水泵、再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器的冷却水通道、所述地下水源、所述冷热水机组的第一冷媒-冷却水换热器的冷却水通道依次连通,组成冷却水回路,所述地下水源作为冷热水机组的冷却水;所述低温再生除湿转轮需要60~70℃的中温再生温度。
进一步地,所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器吸收的热量来自于冷热水机组的冷却水,可根据现场条件选择温度更高的水源并加以回收热量,如空压机产生的冷却水或生产过程产生的工艺回水。
进一步地,所述冷热水机组还包括低温压缩机、四通阀、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;
所述低温压缩机的出口连接所述四通换向阀的D口,所述四通换向阀的C口连接所述第一冷媒-冷却水换热器的冷媒通道的进口,所述第一冷媒-冷却水换热器的冷媒通道的出口连接所述单向阀的进口和第一节流阀的出口的一个分支,所述单向阀的另一端连接所述储液器的进液口,所述储液器的出液口连接所述第一节流阀的进口,所述第一节流阀的出口的另一个分支连接所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的一端,所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的一端也连接所述储液器的进液口,所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的另一端连接所述四通换向阀的E口,所述四通换向阀的S口连接所述第一气液分离器的进口,所述第一气液分离器的出口连接所述低温压缩机的进口,组成所述冷热水机组的冷媒回路。
进一步地,所述再生热水机组还包括高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀、第二气液分离器;
所述高温压缩机、冷媒-再生热水换热器的冷媒通道、第二节流阀、第二冷媒-冷却水换热器的冷媒通道、第二气液分离器依次连通,组成所述再生热水机组的冷媒回路;
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,所述高温压缩机的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器,将热量传递给再生热水,被冷凝成液态冷媒,所述液态冷媒再经第二节流阀被分成气液两相体后进入第二冷媒气-冷却水换热器后被蒸发,并从所述冷热水机组的冷却水中吸取热量,所述气液两相体被气化成过热气态冷媒,回到第二气液分离器和高温压缩机。
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和湿度调节的空间内。
进一步地,所述空调末端机组还包括二次回风装置,所述二次回风装置设置于低温再生除湿转轮的处理出风侧与降温换热器之间;所述空调末端机组还包括新风+一次回风装置,所述新风+一次回风装置设置于预冷换热器的进风侧。
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。
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、水源热回收技术、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)采用中央高效机房集中制备的高温冷冻水冷源作为转轮前的预冷除湿和转轮后的降温措施,同时还回收冷热水机组产生的低品位冷凝热并通过高温热泵技术转换成更高品位的能源,集中制备低温再生除湿转轮脱附再生的中温再生热水,替代原有的高能耗再生热源,极大降低了除湿转轮的运行能耗。
(3)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,提供中温再生热水(供水温度为60~70℃)作为低温再生除湿转轮的再生热源。
(4)利用水源热回收技术,回收冷热水机组高温排气的低品位热量,并利用高温热泵技术,通过再生热水机组转换成更高品位的热量,以此实现制备中温再生热水目的。
(5)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。
(6)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,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,提高机房制备冷冻水的能效,降低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、送风装置;29、再生排风装置;30、低温再生除湿转轮;111、低温压缩机;112、四通阀;113、第一冷媒-冷却水换热器;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、第二冷媒-冷却水换热器;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;17、地下水源;18、冷却水泵。
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。
冷热水机组11包括冷媒-空调用水换热器114、第一冷媒-冷却水换热器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的出口连接四通换向阀112的D口,四通换向阀112的C口连接第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道的进口,第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道的出口连接单向阀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、第一冷媒-冷却水换热器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与第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道形成冷凝回路。
机房还包括地下水源17、冷却水泵18。
冷却水泵18的出口连接第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道的进口,第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道的出口连接地下水源17的进口,地下水源17的出口连接第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道的进口,第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道的出口连接冷却水泵18的进口。冷却水泵18、第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道、地下水源17、第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道依次连通组成冷却水回路。
冷热水机组11的低温压缩机111产生的高温气态冷媒进入第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道,通过与地下水源17出来的冷却水换热,高温气态冷媒被冷凝成常温液态冷媒。
低温压缩机111产生的高温气态冷媒的全部热量通过第一冷媒-冷却水换热器113传递到冷却水,从第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道出来的冷却水被加热。被加热后的冷却水接着进入第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道,按照再生热水机组的产热量需求,将部分或全部的热量传递给再生热水机组的吸气,被降温后的冷却水从第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道出来后进入地下水源17进口,将余下的热量传递给地下水,进一步降温。
第二冷媒-冷却水换热器123包括冷却水通道和冷媒通道,第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道与冷热水机组11的冷却水回路串联并作为冷热水机组11的一级冷却水回路,第二冷媒-冷却水换热器123的冷媒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的冷媒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第二冷媒-冷却水换热器123的冷媒通道时,通过热量传递,吸收第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道内被冷热水机组加热后的冷却水的热量,蒸发成过热气态冷媒。
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的驱使下通过再生热水输配管网14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。
低温压缩机111产生的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口出来的高温气态冷媒进入第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道的进口,此时高温气态冷媒冷凝为常温液态冷媒,热量传递到第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道的冷却水。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,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。
被加热后的冷却水进入冷却水泵18的进口,从冷却水泵18出来的被加热的冷却水进入第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道,第二冷媒-冷却水换热器123的冷媒通道的气液两相体冷媒从加热后的冷却水获得热量后,蒸发成过热气态冷媒。冷却水从第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道的出口流出后被降温,降温后的冷却水进入地下水源17,继续降温。从地下水源17出来后重新进入第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道,进入到第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道的冷却水再次被加热。
高温压缩机121的出口连接冷媒-再生热水换热器122的冷媒通道的进口,冷媒-再生热水换热器122的冷媒通道的出口连接第二节流阀124的进口,第二节流阀124的出口连接第二冷媒-冷却水换热器123的冷媒通道的进口,第二冷媒-冷却水换热器123的冷媒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、第二节流阀124、第二冷媒-冷却水换热器123、第二气液分离器125依次连通组成冷媒回路。
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。
高温压缩机121的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器122,将热量传递给再生热水,被冷凝成液态冷媒,所述液态冷媒再经第二节流阀124被分成气液两相体后进入第二冷媒气-冷却水换热器123后蒸发,并从所述冷热水机组11的冷却水中吸取热量,换热后成过热气态冷媒,回到第二气液分离器125和高温压缩机121,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等中高温冷媒,还可以采用其他的中高温冷媒,本发明实施例对高温冷媒的具体种类不作过多的限制。
本发明实施例中,机房1包括地下水源17、冷却水泵18,第二冷媒-冷却水换热器123分别与所述地下水源17、冷却水泵18连接。
本发明实施例的一种优选实施例中,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与所述预冷换热器21和降温换热器23连接;所述再生换热器25通过所述再生热水水泵16、再生热水输配管网14与所述冷媒-再生热水换热器122连接;
本发明实施例中,所述冷热水机组11的第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道与所述再生热水机组12的第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道通过输配管网连接;
所述第一冷媒-冷却水换热器113将所述冷热水机组11的高温排气的低品位热量传递至冷却水,冷却水传递至所述再生热水机组12的第二冷媒-冷却水换热器123与再生热水机组12的吸气进行换热,再生热水机组12的吸气吸取热量后被高温压缩机121进一步压缩成更高温度的排气,进而制备中温再生热水;所述空调末端机组2的低温再生除湿转轮30通过所述中温再生热水脱附再生,达到节能的效果。
具体地,将冷热水机组11的第一冷媒-冷却水换热器113的水侧与再生热水机组12的第二冷媒-冷却水换热器123的水侧连接;冷热水机组11的排气热量先传递给冷却水,冷却水在再生热水水泵16的驱动下,流到再生热水机组12,与再生热水机组12的吸气进行换热,再生热水机组12的吸气吸取热量后,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。
本发明实施例中,利用水源热回收技术,回收冷热水机组11的高温排气的低品位热量,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。
本发明实施例中,再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器123吸收的热量来自于冷热水机组11的冷却水,可根据现场条件选择温度更高的水源并加以回收热量,如空替换为空压机的冷却水或生产过程的工艺回水,即该冷却水可以是符合现场条件的更高温度并能加以回收的水源,本发明实施例对此不作过多的限制。
实际应用中,所述空调末端机组2的数量为多个,所述机房1通过所述空调用水输配管网13、所述再生热水输配管网14连接多个空调末端机组2。
所述空调末端机组2包括二次回风装置,所述二次回风装置设置于低温再生除湿转轮30的处理出风侧及降温换热器23之间。
在一种优选实施例中,所述空调末端机组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的进风侧。
本发明实施例中,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通过该机组的第一冷媒-冷却水换热器113将热量传递给冷却水,冷却水再经过地下水源17散热,最终将热量排放到外部环境中,造成能源的浪费。该水源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。
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除湿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。
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,实现节能的效果。
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。
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;低温再生除湿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。
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。
冷热水机组11通过空调用水水泵15与空调用水输配管网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。
另外,再生热水机组12通过再生热水水泵16与再生热水输配管网14与各个空调末端机组2的再生换热器25相连接,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。
本发明中因为高温热泵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。
在上述技术方案的冬季工况,关闭再生热水机组12及其再生热水水泵16,冷热水机组11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30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送风脱附水蒸气,实现对送风加湿的目的。
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,冷媒进入第二冷媒-冷却水换热器的冷却水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,第一冷媒-冷却水换热器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的驱使下通过空调用水输配管网13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111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-空调用水换热器114的冷媒通道中,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出来后进入第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道,气液两相体从第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道吸取第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道冷却水的热量。由于再生热水机组12不运行,流入第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水没有被吸热,冷却水从第二冷媒-冷却水换热器123的冷却水通道出来后进入地下水源17,从地下水源17出来的是热水,热水再流入第一冷媒-冷却水换热器113的冷却水通道被吸取热量。气液两相体从第一冷媒-冷却水换热器113的冷媒通道出来后变成过热气态冷媒,过热气态冷媒进入四通换向阀112的C口,过热气态冷媒从四通换向阀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。
本发明实施例中,能够产生如下有益效果:
(1)通过低温再生转轮除湿技术、高温热泵技术、水源热回收技术、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)采用中央高效机房集中制备的高温冷冻水冷源作为转轮前的预冷除湿和转轮后的降温措施,同时还回收冷热水机组产生的低品位冷凝热并通过高温热泵技术转换成更高品位的能源,集中制备低温再生除湿转轮脱附再生的中温再生热水,替代原有的高能耗再生热源,极大降低了除湿转轮的运行能耗。
(3)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,提供中温再生热水(供水温度为60~70℃)作为低温再生除湿转轮的再生热源。
(4)利用水源热回收技术,回收冷热水机组高温排气的低品位热量,并利用高温热泵技术,通过再生热水机组转换成更高品位的热量,以此实现制备中温再生热水目的。
(5)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。
(6)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,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,提高机房制备冷冻水的能效,降低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 (8)

1.一种恒温恒湿空调系统,其特征在于,包括:
机房及至少一个空调末端机组,所述机房向所述至少一个空调末端机组提供空调用水,所述机房向通过管道连通所述至少一个空调末端机组形成一个所述空调用水的回路;
所述机房包括冷热水机组、再生热水机组,所述冷热水机组包括第一冷媒-冷却水换热器,所述再生热水机组包括第二冷媒-冷却水换热器,所述冷热水机组的第一冷媒-冷却水换热器的冷却水通道与所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器的冷却水通道通过输配管网连接;
所述第一冷媒-冷却水换热器将所述冷热水机组的高温排气的低品位热量传递至冷却水,冷却水传递至所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器与再生热水机组的吸气进行换热,再生热水机组的吸气吸取热量后被高温压缩机进一步压缩成更高温度的排气,进而制备中温再生热水;
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,达到节能的效果;
所述冷热水机组还包括低温压缩机、四通换向阀、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;
所述低温压缩机的出口连接所述四通换向阀的D口,所述四通换向阀的C口连接所述第一冷媒-冷却水换热器的冷媒通道的进口,所述第一冷媒-冷却水换热器的冷媒通道的出口连接所述单向阀的进口和第一节流阀的出口的一个分支,所述单向阀的另一端连接所述储液器的进液口,所述储液器的出液口连接所述第一节流阀的进口,所述第一节流阀的出口的另一个分支连接所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的一端,所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的一端也连接所述储液器的进液口,所述冷媒-空调用水换热器的冷媒通道的另一端连接所述四通换向阀的E口,所述四通换向阀的S口连接所述第一气液分离器的进口,所述第一气液分离器的出口连接所述低温压缩机的进口,组成所述冷热水机组的冷媒回路;
所述再生热水机组还包括高温压缩机、冷媒-再生热水换热器、第二节流阀、第二气液分离器;
所述高温压缩机、冷媒-再生热水换热器的冷媒通道、第二节流阀、第二冷媒-冷却水换热器的冷媒通道、第二气液分离器依次连通,组成所述再生热水机组的冷媒回路;
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。
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,所述机房还包括地下水源、冷却水泵,所述冷却水泵、再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器的冷却水通道、所述地下水源、所述冷热水机组的第一冷媒-冷却水换热器的冷却水通道依次连通,组成冷却水回路,所述地下水源作为冷热水机组的冷却水;所述低温再生除湿转轮需要60~70℃的中温再生温度。
3.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,所述再生热水机组的第二冷媒-冷却水换热器吸收的热量来自于冷热水机组的冷却水,可根据现场条件选择温度更高的水源并加以回收热量,如空压机产生的冷却水或生产过程产生的工艺回水。
4.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,所述高温压缩机的高温气态冷媒进入冷媒-再生热水换热器,将热量传递给再生热水,被冷凝成液态冷媒,所述液态冷媒再经第二节流阀被分成气液两相体后进入第二冷媒气-冷却水换热器后被蒸发,并从所述冷热水机组的冷却水中吸取热量,所述气液两相体被气化成过热气态冷媒,回到第二气液分离器和高温压缩机。
5.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,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。
6.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二次回风装置,所述二次回风装置设置于低温再生除湿转轮的处理出风侧与降温换热器之间;所述空调末端机组还包括新风+一次回风装置,所述新风+一次回风装置设置于预冷换热器的进风侧。
7.根据权利要求1-6任一项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。
8.根据权利要求7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。
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