CN118224726A - 用于建筑物空气调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于建筑物空气调节的方法，其中调温介质在包括至少一个热交换器(19a、19b)和热泵(6)的循环过程(1)中循环，其中调温介质由具有预定浓度的吸湿性液体形成，并且其中在热交换器(19a、19b)中，调温介质和热交换器(19a、19b)的环境之间既进行热量交换又进行水蒸气的交换，其中该循环过程(1)包括调温回路(2)，热交换器(19a、19b)布置在其中，以及与调温回路(2)连接的再生回路(3)，并且具有蒸发器(7)和冷凝器(8)的热泵(6)既用于调节调温回路(2)中调温介质的温度，也用于设置再生回路(6)中调温介质的浓度。

Description

用于建筑物空气调节的方法

技术领域

本发明涉及一种用于建筑物空气调节的方法，在该方法中，调温介质在包括至少一个热交换器和热泵的循环过程中循环，其中调温介质由具有预定浓度的吸湿性液体形成，并且其中在热交换器中，调温介质与热交换器的周围环境之间既进行热量交换又进行水蒸气的交换。

背景技术

已知多种用于建筑物空气调节的方法和系统，在这些方法和系统中，调温介质、通常是水，在循环过程中循环。调温介质由热源或冷源供应热能，并在热交换器中将热能传递给待调节的室内空气。特别是，例如从DE 198 16 185C1还已知一些方法，在这些方法中，房间空气在调温的同时还能除湿。为此，使用吸湿性液体，例如基于盐溶液的液体，作为调温介质，这种液体具有很强的吸附性，可以通过热交换器的相应对水蒸气透过性的壁从室内空气中吸收湿气。

自然而然，随着时间的推移，吸湿液体的浓度会因吸收室内空气中的水分而降低，从而被稀释。为了持续保持循环过程及其全部功能，有必要重新浓缩吸湿液体，例如通过蒸发。为此，目前为止必须在循环过程中提供额外的热源，用于从稀释的吸湿性液体中蒸发水成分。这种附加组件结构复杂，且成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于建筑物空气调节的方法，这种方法可以以简单有效的方式和方法连续运行，并克服了现有技术的缺点。

为了解决上述问题，根据本发明提出了一种具有权利要求1所述特征的方法。

本发明的有利设计方案和进一步扩展是从属权利要求的主题。

根据权利要求1，本发明涉及一种用于建筑物空气调节的方法，其中调温介质在包括至少一个热交换器和热泵的循环过程中循环，其中调温介质由具有预定浓度的吸湿性液体形成，并且其中在热交换器中，调温介质和热交换器的周围环境之间既进行热量交换又进行水蒸气的交换。根据本发明的方法的特征在于，该循环过程包括调温回路，热交换器布置在其中，以及与调温回路连接的再生回路，并且具有蒸发器和冷凝器的热泵既用于调节调温回路中调温介质的温度，也用于设置再生回路中调温介质的浓度

换句话说，本发明规定，集成在循环过程中的热泵可在两方面使用，即既可用于冷却在调温回路中循环的调温介质，也可用于加热再生回路中稀释的调温介质，以从稀释的调温介质中蒸发水成分。调温回路和与之相连的再生回路是连续循环过程中的子回路。

这样，就不需要在循环过程内提供额外的热源，来用于加热和蒸发或汽化稀释的调温介质中的水成分。并且，热泵的废热可以有效地利用起来，而且可以以结构简单的方式用于该目的。

根据本发明的一项建议，热泵的蒸发器可作为调温回路的冷源。制冷剂以已知的方式在热泵中循环。在热泵的蒸发器中，制冷剂通过外部提供的能量，例如再生能量源，发生汽化，蒸发器的环境在此过程中冷却下来。引导经过蒸发器的调温介质通过热交换被冷却，因此可用于建筑物的冷却和除湿。因此，根据本发明，在调温回路中布置有至少一个热交换器，通过该热交换器可以将冷量从调温回路释放到环境中，并可以从室内空气中吸收水分。

根据本发明设定，热泵的冷凝器可用于加热经稀释的调温介质，方法是在再生回路中将稀释的调温介质引导经过热泵的冷凝器，并通过热交换利用冷凝器的废热加热经稀释的调温介质，从而使水从吸湿性液体中蒸发。

在热泵的冷凝器中，热泵中循环的制冷剂通过冷凝从气相再次转化回液相。先前吸收的能量再次释放，从而使冷凝器的周围环境升温。在本发明的再生回路中，经过冷凝器的经稀释的调温介质被冷凝器的废热加热，水成分因此从吸湿性液体中蒸发出来。这使得吸湿性液体的浓度再次上升，从而可以供在调温回路中继续使用。

原则上，热泵可以从再生能源中获得能量供应。

本发明的一项建议设定，在循环过程中集成潜热存储器，其适用于以潜热和/或潜冷的形式储存由热泵提供的热能，并在以后将其释放到调温回路中。

在此，潜热存储器优选包括封装的相变材料。相变材料是指在可逆相变(如从固态到液态)过程中吸收能量，并在稍后时间点通过完成逆相变(从液态到固态)释放所吸收能量的材料。例如，CaCl₂·6H₂O可用作相变材料，当有相应的能量输入时，它可从固相变为液相，反之亦然。已经证明有利的是，将相变材料以小单元和低层厚进行封装，因为这样可以以尽可能高的效率对其进行利用。例如，EP 3 249 335B1中就说明了采用这种封装相变材料的潜热存储器。

可以设定，相变材料具有约10-20℃的低相变温度。这样，它就适合储存呈冷量的形式的热能，并在以后释放这种冷量。以这种方式，原则上也就可以独立于热泵的供应之外利用夜间低温，从而储存与这些温度相关的冷量，并在白天再次释放，以冷却房间。原则上，相变材料也可以具有约为20-30℃的较高的相变温度。如果使用封装的相变材料，也可以在潜热储存器中储存相变温度不同的相变材料，例如将含有相变温度约为10-20℃的相变材料的胶囊和含有相变温度约为20-30℃的相变材料的胶囊混合在一起。这样，就可以灵活应对不同的气候条件和相关的冷却或加热要求。

根据本发明的另一项建议，调温回路具有至少一个通风装置，在该通风装置中布置有具有可透过水蒸气的壁的、由调温介质流经的热交换器，并且需要调温和/或加湿或除湿的空气通过该通风装置。当无法或不希望通过开窗和/或开门进行室内通风时，通常会使用通风装置。本发明设定，在通风装置中布置有由调温介质流动通过的热交换器，例如采用毛细管毡的形式，其中热交换器的壁被设计为可透过水蒸气的，这样，在调温介质和待调节的空气之间除了热交换外，湿气也可以从空气中吸收到调温介质中。这意味着热量和物质的交换都可以在通风装置中进行。形成调温介质的吸湿性液体会通过从待调节空气中吸收水分而稀释。为了保持连续的循环过程，吸湿性液体随后会按照上述方式在与调温回路相连的再生回路中再次浓缩。

热交换器的毛细管可由具有可透过水蒸气、但不透过液体的壁的中空纤维制成。例如，这种中空纤维由聚醚砜、聚砜或聚丙烯腈组成，或由经烧结或挤出的聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯组成。

通风装置可以采用不同的设计方式。例如，可以在一个长方体壳体内平行悬挂布置多个由中空纤维材料制成的毛细管毡，这样流经壳体的空气就会与中空纤维多次接触，从而进行良好的热交换和物质交换。

替代性地，通风装置也可以设计成具有圆形横截面的管状壳体。为此，可以在外部的管状壳体内再布置一个具有穿孔的壁的圆柱形管，围绕其在外周环绕放置至少一个由中空纤维材料制成的毛细管毡。引导通过内管的待调节空气流穿过管壁上的孔，并与中空纤维接触，从而实现热量和物质的交换。这样处理过的空气流通过毛细管毡和外管壁之间的中间空间排出通风装置。

根据另一种替代性方案，通风装置在管状外壳体内可包括具有打孔的壁的锥形内管，围绕其在外周环绕放置至少一个毛细管毡。需要调节的空气流通过锥形管的宽开口引导进入通风装置，并通过管的收窄的形状驱动穿过管壁上的打孔，使得其与中空纤维接触，并能够进行热交换和物质交换。

本发明的另一项建议设定，调温回路具有至少一个气候调节装置，其包括设计成嵌入式毛细管毡的热交换器，调温介质流通经过该毛细管毡，其中毛细管的壁被设计成液密的但可透过水蒸气的，使得在调温介质和热交换器的环境之间进行热量交换和水蒸气交换。

例如，这种气候调节元件可以设计成用于安装在墙壁和/或天花板上的刚性面板，也可以设计成帘幕形式的柔性幅材。

根据本发明方法的另一个实施变体方案，在再生回路中设置储罐，作为再生的调温介质的中间存储器，再生的调温介质可从该储罐回流到调温回路中。例如，这种储罐可以连接到潜热存储器的上游，使得可以根据需要从储罐中为其提供再生的调温介质。

根据本发明可以设定，对在循环过程中循环的调温介质的压力进行调节。为此，可将一个或多个用于调温介质的输送泵和/或节流阀集成到循环过程中。

根据本发明，优选设定基于氯化锂、溴化锂或氯化钙的盐溶液作为吸湿性液体。

附图说明

下面将结合实施例并参照附图解释本发明的具体设计方案和细节。图中示出了：

图1：根据本发明的方法所基于的循环过程的原理流程图；

图2：可用于本发明方法的通风装置的一个实施变体的示意性透视图；

图3：图2中通风装置的内部结构示意图；

图4：图2中通风装置的示意性剖视图；

图5：图2中通风装置的另一个剖视图；

图6：图2中通风装置的另一个剖视图；

图7：可用于本发明方法的通风装置的一种替代性实施变体的示意性透视图；

图8：图7中通风装置的内部结构示意图；

图9：图7中通风装置的示意性剖视图；

图10：图7中通风装置的另一个剖视图；

图11：图7中通风装置的另一个剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法所基于的循环过程，整体标为1。根据本发明的方法用于在此未详细示出的建筑物的空气调节。在循环过程1中，具有预定浓度的调温介质通过以线或虚线示出的管线循环。调温介质由以氯化钙为基础的吸湿液体构成，并且能够吸收或释放热能，并能从周围的室内空气中吸收水分或向其释放水分。

循环过程1包括调温回路2和与之相连的再生回路3。调温回路2中布置有两个气候调节元件4a、4b和两个通风装置5a、5b，稍后将详细说明其工作方式。

调温回路2中调温介质的调温通过热泵6进行，热泵6包括蒸发器7和冷凝器8。在热泵6内，制冷剂以已知的方式在循环过程100中循环，该制冷剂在蒸发器7中通过吸收热能而蒸发，而在冷凝器8中通过释放热能而再次液化。

热泵6集成到循环过程1中，使热泵6的蒸发器7作为调温回路2的冷源。调温介质在循环过程1的管线区段10中经过热泵的蒸发器7，并通过热交换器9从蒸发器7的环境中吸收呈冷的形式的热能，从而冷却调温介质。以这种方式冷却的调温介质通过管线区段11供应至潜热存储器12，在这里，热能通过另一个热交换器13转移到封装的相变材料14中。相变材料14的相变温度较低，约为12°-17°，并能以潜热或潜冷的形式储存热能，并在以后再次释放。当吸收热能时，相变材料14会发生从固态到液态的相变，而当先前吸收的热能释放时，则会发生从液态到固态的相变。

冷却后的调温介质通过管线区段15供应到气候调节元件4a、4b。因此，管线区段15也被称为先行工作阶段(Vorlauf)。气候调节元件4a、4b分别包括设计为嵌入式毛细管毡并且此处未详细显示的热交换器，调温介质流经该热交换器，其中各个毛细管的管壁设计为液密但可透过水蒸气的，因此调温介质和热交换器的环境之间可以交换热量和水蒸气。具体来说，热交换器的环境被冷却，室内空气中的水汽被调温介质吸收。调温介质的浓度因吸收水汽而降低，调温介质也因吸收热交换器环境中的热能而升温。气候调节元件4a、4b被设计成硬质面板，并且安装在在此未详细示出的需要空气调节的房间的墙壁或天花板上。

调温介质还通过作为管线区段15的延续的管线区段18输送到两个通风装置5a和5b。在通风装置5a和5b中分别布置有呈一个或多个毛细管毡形式的热交换器19a和19b，调温介质从该毛细管毡中流过。毛细管毡的毛细管由具有可透过水蒸气，但不透水的壁的中空纤维制成。引导需要调温和/或除湿的空气通过通风装置5a、5b。为此，通风装置5a和5b分别具有进气开口20a、20b和出气开口21a、21b。由于毛细管的以可透过水蒸气形式形成的壁，当需要调节的空气流经热交换器19a和19b时，不仅调温介质和空气之间会发生热交换，而且空气中的水分也会被吸收到调温介质中。这意味着在通风装置5a和5b中既进行了热交换或冷交换，也进行了物质交换。这样，待调节的空气被冷却和除湿，而构成调温介质的吸湿液体则相应地被加热和稀释。

如图2至图6分开展示的通风装置5a和5b分别具有有着圆形横截面的管状壳体22a和22b。在管状壳体22a和22b内，该通风装置分别包括一个锥形内管23a和23b，其具有打孔的壁，被设计成毛细管毡的热交换器19a和19b在外周环绕放置在该管的周围。每个毛细管毡以已知的方式由两个收集管24a、b和在其间延伸的、由中空纤维制成的毛细管组成，循环的调温介质流经该毛细管。待调节的空气流通过锥形管23a和23b的宽进气开口20a和20b引导进入通风装置5a、5b，并通过锥形管23a、23b逐渐变细的形状驱动穿过管壁上的穿孔，从而与毛细管毡的中空纤维接触，进行热交换和物质交换。图4尤其显示了空气流通过通风装置5a和5b的路径。以这种方式制备的空气流通过出气开口21a、21b流出通风装置5a、5b。通风装置5a和5b分别具有用于调节空气流量的空气挡板25a、25b。当空气挡板25a、25b关闭时，空气被迫通过管23a、23b的管壁上的穿孔，而当空气挡板25a、25b打开时，空气可直接流经管23a、23b。通过部分打开或关闭空气挡板25a、25b，可以非常精细地在这两个极端情况之间调节空气流量。

到目前为止已经介绍了两个通风装置5a和5b的一种功能，即对从室外送入的新鲜空气进行冷却和除湿。不过，原则上也可以反向使用一个或两个通风装置5a、5b，以将使用过的废气用于再生，并通过设计成可透过水蒸气的热交换器19a、19b回收废气中的水分和热量，从而将其送回循环过程1。

图7至图11示出了一种替代性的通风装置5c，它与通风装置5a、b的不同之处仅在于内管23c并非以锥形收窄，而是具有恒定的横截面，并与外管22c平行延伸。

气候调节元件4a、4b和通风装置5a、5b的回流由管线区段16a、16b、26a、26b构成，调温介质借助于输送泵17、27通过这些管线区段进一步输送。通过三通阀28，原则上可以分别仅将两个通风装置5a、5b中的一个集成到循环过程1中。被稀释和加热的吸湿液体通过管线区段41送回潜热存储器12，在那里调温介质被冷却，然后以较低的温度但较低的浓度通过管线区段15重新进入调温回路2。

如前所述，由于通风装置5a和5b中的热交换器19a和19b以及气候调节装置4a和4b从周围环境中吸收水分，吸湿性液体的浓度会逐渐降低。因此，为了维持连续的循环过程1，需要最迟在达到预定的较低浓度阈值时，在与调温回路2相连的再生回路3中重新浓缩吸湿性液体，下文将对此进行详细说明。

如图1所示，被稀释和加热的吸湿性液体通过集成有过滤器30的管线区段29进入热交换器31，在热交换器31中，吸湿液体通过吸收环境中的热量在第一步中被略微进一步加热。然后，调温介质被送入热泵6的冷凝器8，通过热交换器32从冷凝器8的废热中吸收热量，并被显著加热，例如加热到70℃，然后被送入发生器33。在发生器33中，一部分水从稀释的调温介质中蒸发并排入大气。在此过程中，吸湿液体得到再生，浓度再次提高。

浓度较高但仍然很热的吸湿液体通过管线区段34供应至另一个热交换器35，在这里其向环境释放热量。如上所述，释放出的热量用于在热交换器31中加热通过管线区段29进入再生回路3的吸湿性液体。

然后，仍然温热的经浓缩的吸湿性液体通过管线区段36引导进入冷却塔37，并在此冷却到所需的温度。冷却后的浓缩的吸湿液体通过管线区段38送入作为中间存储器的储罐39，再生的调温介质最终可根据需要从该储罐通过管线区段40送回调温回路2。

总之，本发明的特征在于，集成在循环过程1中的热泵6既可用于在调温回路2中调节调温介质的温度，也可用于在再生回路3中设置调温介质的浓度，方法是在这里描述的实施例中，冷凝器的废热被用作加热和随后浓缩调温介质的热源，而蒸发器则用作调温回路的冷源。

Claims (14)

1.用于建筑物空气调节的方法，其中调温介质在包括至少一个热交换器(19a、19b)和热泵(6)的循环过程(1)中循环，其中调温介质由具有预定浓度的吸湿性液体形成，并且其中在热交换器(19a、19b)中，调温介质和热交换器(19a、19b)的环境之间既进行热量交换又进行水蒸气的交换，其特征在于，所述循环过程(1)包括调温回路(2)，热交换器(19a、19b)布置在其中，以及与所述调温回路(2)连接的再生回路(3)，并且具有蒸发器(7)和冷凝器(8)的热泵(6)既用于调节调温回路(2)中调温介质的温度，也用于设置再生回路(6)中调温介质的浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热泵(6)的蒸发器(7)用作调温回路(2)的冷源。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，再生回路(3)中的调温介质引导经过热泵(6)的冷凝器(8)，并且所述冷凝器(8)的废热通过热交换用于加热调温介质，使水分从吸湿性液体中蒸发，从而使得吸湿性液体的浓度增加。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在循环过程(1)中集成有潜热存储器(12)，所述潜热存储器适用于以潜热和/或潜冷的形式储存由热泵(6)提供的热能，并在以后将其释放到调温回路(2)中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述潜热存储器(12)包括封装的相变材料(14)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，相变材料(14)具有低的相变温度，约为10-20℃。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，调温回路(2)具有至少一个通风装置(5a、5b)，在所述通风装置中布置有具有可透过水蒸气的壁的、由调温介质流经的热交换器(19a、19b)，并且待调温和/或待加湿或除湿的空气引导通过所述通风装置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通风装置(5a、5b)具有含圆形横截面的管状壳体(22a、22b)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述管状壳体(22a、22b)内布置有带有打孔的壁的圆柱形或圆锥形管(23a、23b、23c)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述圆柱形或锥形管(23a、23b、23c)在一端上具有用于调节空气流量的空气挡板(25a、25b、25c)。

11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，调温回路(2)具有至少一个气候调节装置(4a、4b)，其包括设计成嵌入式毛细管毡的热交换器(19a、19b)，调温介质流经所述热交换器，其中毛细管的壁被设计成液密的但可透过水蒸气的，从而在调温介质和热交换器的环境之间交换热量和水蒸气。

12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，在再生回路(2)中设有储罐(39)，作为再生的调温介质的中间储存器，再生的调温介质能够从所述储罐重新引入调温回路(2)。

13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，调节在循环过程(1)中循环的调温介质的压力。

14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，设定基于氯化锂、溴化锂或氯化钙的盐溶液作为吸湿性液体。