CN1353804A - 用于室内空气调节的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节及保持所需的室内气候的方法,在给定的热量、湿度及二氧化碳浓度的充量下,此处的气候是指关于温度、湿度和二氧化碳浓度。适当量的外部空气被冷却至一饱和温度,并由此使空气干燥。饱和温度由湿空气的饱和曲线与延伸通过所需室内空气的状态中空气状态的点和可用的外部空气的状态下的点的一直线在h,x－图(Mollier图表)中的交叉点得到,也就是由热量排出量除以湿度排出量的商的升高提供。

Description

用于室内空气调节的方法
本发明涉及一种室内空气调节的方法。
人们希望房间中的环境舒适，也就是说希望环境状况中温度的、物理的和卫生的参数能够在一定界限中，使环境状况没有或仅有统计学上很小的缺陷，能使人感到非常满意。这种希望的、舒适的室内环境主要通过空气调节和通风系统获得。
调节室内气候中的温度和湿度的装备有如通常所知的空气调节系统。另一个影响室内气候的因素是与人为的CO2的排出相关的污染物稀释，以及其它的污染物如气味、外来空气中的物质等等。另外，必须排除由于呼吸或汗等导致产生的水或水蒸汽。通常还会由于室内人或机器热量源的热交换而产生室内热量的排出。
这些热量、湿气或污染物负荷或负担的排除通过在室内经过调节的补充空气来补偿，从而维持所寻求的室内空气状况。如果特别希望排除污染物就需要补充清洁的空气，清洁的空气通常从所谓的外部环境的空气中取得，而它的数量取决于作为外部空气浓度的函数升高的内部空气浓度。
迄今为止，这种外部空气的补充可以通过使用空气处理系统(即下文中所称的空气调节系统)来获得，通过外部空气的补充和内部空气的排除，同时还通过冷却和加热外部和/或室内的空气，保证了确定的干净的室内空气状况。
DE3640369A1中揭示了一种室内空气调节的方法，它由热负荷、湿度负荷和二氧化碳负荷的实际值以及温度、湿度和二氧化碳浓度的希望值决定，在这种方法中，外部空气被冷却至一个饱合温度并由此使其干燥。
另外，从Recknagel，Sprenger Schramek的，“Taschenhuch für Heizungund Klimatechnik”(加热和空调技术手册)，Oldenburg，1999，pp 310-312，326，327中得知可根据碳浓度调节室内环境。
本发明的目的是提供一种室内空气调节的方法，它可限制装置的成本和能量的成本，它的卫生质量(特别是二氧化碳的浓度)与现有的空气调节系统相比有了改善。
根据本发明，此问题可由权利要求1的特征解决，同时在从属 给出了对本发明有利的发展。
本发明基于这样一种认识，即如果专门冷却补充的外部空气，就温度和大气湿度而言，可获得在它的状态中精确限定的补给空气所需的舒适的值。在h，x曲线图中热负荷以Δh给出，单位为kJ/kg，而湿度负荷以Δx给出，单位为水的克数/干空气的公斤数，所述值在h，x曲线图中以距离表示。补充空气状态必须相对于可吸收热负荷Δh与湿度负荷Δx的温度和大气湿度选定。因此，补充空气和室内空气的混合点(混合空气)必须从室内空气开始下降Δh和Δx。
关于大气湿度，补充空气的状态以这样一种方式固定，即它处于水蒸汽的饱合状态。因此，如果在室内空气状态点和混合空气的曲线图中发生相互联系，就可获得一混合线，它与饱合线的交点与潮湿空气状态(补充空气状态)相对应。由于h，x曲线仅给出高浓度的量，补充空气的量(作为每时间单位流量质量或体积，以kg或m3为单位)必须被单独计算。补充空气的量比与涉及二氧化碳含量的标准卫生规则相应的更高。因此，室内空气不仅处于所需的温度和大气湿度值，并且具有较低的二氧化碳含量而更加卫生。
迄今为止，这种方法还未用于现有技术中，而在实际的传统的空气调节系统中，再循环的空气与混合空气(也就是再循环的空气与所需的外部空气)通过冷却到一定的程度被干燥，即补充的空气可吸收湿气负荷。然而，达到如此低的空气温度后就必须再加热空气。这样的再加热需要额外的装置成本，这又导致了不必要的能源的成本。
迄今为止，根据本发明专门冷却外部空气以达到一低温遭受到反对，即它需要特别昂贵的、特殊的冷却方法，增加装置和能量的成本可达到这样的程度，即再加热导致的装置和能源的成本可能显得更加有利。
然而，根据本发明，通过使用了加压的冰/液体混合物，可能会在h，x曲线图中得到空气的随机的状态点，同时具有热交换器较小表面的附加优点。
另一个优点是外部空气流通过一阀后分成两股空气流。可选择的是，可设置促进所述空气流动的风扇。仅有一部分气流在热交换器中被冷却至这样一个程度，即它可以在混合腔中与第一部分气流混合，而通过热交换器的温度与两部分气流间的部分气流的比率可以这样一种方式选定，即在混合腔内获得一处所谓的薄雾或雾的区域。
混合物形成一薄雾，它用一种装置在排出管线中分离出水。另一排出管线已经存在于冷却装置中。
例如可以通过细芯或纤维毡的毛细管力或使用所谓的除雾器(定期的或不定期的)运行干燥雾的装置，装置由金属、塑料或针织纤维以及已知的所谓“除雾蜡”做成。因此，仅有一小部分体积气流必须经过热交换器，因此，与整个空气流要通过交换器的情况相比，热交换器的面积可做成较小。
不再需要如上述的情况中对分离水后的部分气流之一进行加热。
另一种所需冷却可以对节能(energy-favorable)方式完成，如果当空气冷却器使用的冷气供给是可用泵抽吸的、液体半融的冰的冷却介质制成的时，这些介质在任何情况中可被产生低于水凝固点的温度，从而产生的显著的空气冷却，这样可以直接的方式补充更大的未冷却的空气流用于除去湿气。这种半融的冰可以贮存，由此减少了所需的安装容量。
室内补充空气的引入不应发生在未混合的形态下，这是由于冷且干燥的空气会引起在室内的人不舒适的感觉。特别建议，处理后的空气需通过一调节阀进入喷嘴并且以混合空气的形态引入室内。
可相对于喷嘴的延伸方向移位的圆锥形的套管允许引导室内空气。沿套管外部的另外的空气射流与引导的空气混合形成一空气射流，它的体积和温度是可以控制的，但基本与室内温度相一致。
喷嘴的上游设有一阀，它的套管位移的调节和固定可以确定引入的体积，同样也确定了引入的室内空气的性质和数量，这样就可在一居住区域内获得所希望的室内空气状况。
较佳地，引入喷嘴固定在房间的天花板上，而在房间的入口门上可装一所谓的空气吹淋器，这样当进入室内处于一个非常热的状态的人，可以更快地习惯较凉的室内环境，这是由于在离门一定距离处有更多的与室内空气混合的情况发生。同时这种空气吹淋器可以防止所知的门的效应，即热空气的穿透。可选择的是，阀和圆锥的位移可以被远程控制。
为了保持必要的干燥度，在此之前就必须使所有的补充空气冷却至露点以下，使水蒸汽凝结，然后重新加热空气。然而，这就需要更多的能源。
在h.x曲线图中(Mollier曲线图，)混合线应在所需的室内空气状态点(以空气压力、室内空气温度和湿度为特征)和外部空气冷却至百分比湿度的空气状态点之间延伸。可获得一斜度，此斜度以q/Δx来表述，式中q为热负荷，单位是kJ/kg，而Δx为湿度负荷，单位是克H2O/干燥空气的kg。
从下列的较佳实施例的描述和附图中还可总结出其它特征和优点，附图为：
图1为根据本发明的空气调节系统的结构示意图。
图2为图1的空气调节系统的h，x曲线图。
图3示出了一种传统的空气调节系统。
图4为根据图3的传统的空气调节系统的h，x曲线图。
图5示出了本发明的第二种实施例。
图6为具有如图5结构的空气调节系统的冷却的h，x曲线图。
图7是空气冷却方法的图解表示。
图8是用于此种经过调节的空气的排出喷嘴的图解表示。
例如温度为27℃，相对湿度为73％的一外部空气流7(周围空气)吸入房间中。在计算的最后可给出流动的体积。根据本发明，可以使用液体冰混合物和压缩机的空气冷却器将所述空气却至露点以下，而后形成所要排出的物质(图1)。
外部空气流和所要去除的冷凝水的量选择在能使房间维持在一个希望的、舒适的空气温度和空气湿度范围中，例如温度为23℃，相对湿度为40％，冷却并干燥的空气可以精确地吸收热负荷Δh和湿度负荷Δx。部分的室内空气被排出，排出的空气与补充到室内的外部空气程度相等。
补充入的外部空气在热交换器中冷却，即冷却至饱和温度，由此使空气干燥，在h，x曲线图中湿空气的饱和曲线与通过状态点的直线的延伸段的交点给出了所希望的室内空气，必须通过在室内空气状态点的所述直线的Δh(热负荷)被减小，而从中得到的状态点减小Δx(湿度负荷)。
被冷却的干燥的外部空气可以直接补充与或再循环的空气(空气流4)混合而以补充空气的形式间接地补充到室内，进入室内的补充(空气量)应使其不至于由于过度的空气速度和/或过度低的空气工而形成不需要的抽风(气压差)。
当以补充空气的形式直接向室内补充冷却的干燥的空气的情况下，冷却的干燥的空气5优先与再循环的室内空气的部分空气流混合，所述的混合空气作为补充空气进入室内，再循环的空气体积流可以是任意的。
当直接补充的冷却的干燥的空气时，必须在所述室内与室内空气混合而作为补充空气，然而，当间接补充的冷却的、干燥的空气在室外的一混合腔中发生混合，在混合腔中部分空气流4和5混合给出处理后的补充空气。在两种情况下，在h，x曲线图中补充空气状态的确定方法是相同的(图2)。混合线的位置和斜度从三角形10、12和14中确定。从点12开始，此点表示室内空气被维持，点10确定热负荷h，在那里点12被减少的量为Δh。点14由湿度负荷Δx确定，在那里点10被减少的量为Δx，这样给出了点14。
从已知的点12和14就可以绘制出混合线，它在点16处与潮湿度的饱和曲线相交。在当补充空气3或6直接补充入室内的情况下，或当5进入混合腔中而间接进入并接着作为补充空气补充入室内的情况下，此点16是用于冷却干燥的空气必要的状态点。因此，为了维持所需的室内空气状况，点16示出了外部空气必须被冷却到的低的饱和温度为多少。
图3描绘了传统的方法。出于卫生的原因(例如每人10个300m3/h)而规定外部空气流7与再循环的空气4混合成5，并被充分的干燥和冷却。公认的是，具有低水蒸汽含量的空气适合于维持室内的空气湿度，但需冷却的温度太低而必须再被重新加热，否则不可能保持所需的室温，也就是说室内将变得愈来愈凉。
图4示出了h，x曲线图中气流的状态改变的一种模式，状态20的外部空气与状态30的再循环空气(温度和大气湿度与室内空气一致)混合而达到混合点32。混合后的空气必须达到与点24和/或26相应的水蒸汽的含量。根据本发明的结构中补充空气流的所需状态根据Δh(点28)和Δx(点26)的修正来确定。所述点26现可以通过使空气冷却(-＞22)和水蒸汽冷凝(-＞24)从状态32到状态24而获得。现在，相对于状态24过冷的空气必须被重新加热至状态26。
图5中示出了本发明的一种变型。区别在于外部空气流部分成两部分气流，一部分7保持未处理的状态，而另一部分被冷却到可在混合腔9中的混合的所述部分气流上产生一薄雾区域的程度。
图6示出了如何在混合状态34(图5中的部分外部空气流)及36(图5中部分冷却的外部空气流8)的两空气流上使一混合点达到几何学上所谓的低于饱和线的混合线上。在混合过程中，可以获得液体形态(即薄雾状)额外的水蒸汽，它可以从5中被除去，并导致了从混合点产生的端点38，关于温度和大气湿度(饱和状态)，所述点38与图2的空气状态16是一致的。这种方法的优点是，只需要甚至于更小的空气体积流被冷却。
根据图1及图2或图5及图6的本发明具有的优点是，在例举的图的基础上并与传统的方法相比，它仅需冷却大约三分之一的空气体积，可以补充大于外部空气供给率大约2.5倍，这样可以相当地改善卫生状况，而同时冷却能力减少了20％，无需加热能力，而大约需要减少20％的电流。
在图7中，编号110示出了被冷却的空间，在这个空间中空气的排出或吸入依靠装置140进行。在装置114以及仅有的一小部分气流118的帮助下可以从环境112中获得补充的空气，在不充分冷却的情况下，一小部分气流以在装置124中产生薄雾形状并在热交换器122上产生通道的这种方式确定大小，它先以半融的冰冷却，然后通过依靠线142补充和排出。
代替例如用于冷却到露点的14.9kw的容量以及7.1kw的加热容量，在室内温度为23℃而相对湿度40％(位于此处的另一个加热源为5kw而湿度源为1kg/h)的情况中，与例如27℃的外部温度与73％相对湿度(phi AL)的外部湿度，仅需要不具加热容量的12.2kw的容量。
为了帮助在用于各情况中的空气流116和118的独立的部分的线中空气流，可设置风扇120。通过装置124中薄雾的形成，湿度清移由除雾器126发生，使用了排出线128直接从过程中排出水。
最后，在干燥器124和冷却空间110间，设置用于混合图8中所示的室内空气的混合装置，使用了喷嘴130，它的端部是圆锥形的，而在所述端部上设有导套134的内壁144，导套134平行移动并可沿喷嘴位移一距离A以提供室内空气流134和136的不同的混合。喷嘴的上游设有一用于控制补充空气量的启动阀。
部分气流118在热交换器112中被冷却至它可以在薄雾形成状态124中与第一部分气流116混合的程度，以及以编号116和118指示出的通过热交换器122的温度以及部分气流间的部分气流比率以这样一种方式选定，即所谓的薄雾区域在装置124中达到。
依靠绝热的除雾装置可使所获得的薄雾干燥，例如通过吸液芯或纤维毡的形式的毛细管力或使用所谓的除雾器。在这种方式中可以仅需使一小部分体积气流(也就是118)通过热交换器112，因此，相比整个的空气流都必须通过热交换器表面区域，后者可以较小的热交换器表面区域产生。
尽管如此，还是可比从整个空气流中提取出更多的水份。通过将冷气补充至使用可用泵抽吸的、液体半融的冰块的空气冷却器，冷却可同时发生，它在低于水的凝固点之下的温度产生并且引起非常显著的空气的冷却，这样可以直接补充更多的未冷却空气流，直接用于除去湿气。
特别的优点在于，在通过阀114之后，外部空气流112被划分成两股空气流，线路分别是116和118。根据需要也可以设置风扇120以促进这些空气流。
为了向室内引入补充空气，特别建议使处理后的空气通过一调整阀进入一喷嘴130，而后作为补充空气射流132引入室内。
相对于喷嘴130位移为A的圆锥形的套管146a、146b允许引导室内空气引入，并被将其吸到点134处的外部。另一沿套管外部的空气射流136，以与空气射流134相同的方式，与引导的空气混合，从而形成具有控制的体积和温度的空气射流，但其实质上已与室内温度相应。
喷嘴的上游是阀138，作为阀调整以及固定套管134位移的结果，它可确定引入的体积，同样也可确定引起的室内空气的性质和数量，这样在一居住的区域110(图7中的)中就得到了所需的室内空气状况。
较佳的是，引入喷嘴可固定在房间的天花板上，在房间的进口大门可具有一空气吹淋器，这样当进入室内110处于一个非常热的状态的人，可以更快地习惯较凉的室内气候，这是由于在离门一定距离处发生更多的与室内空气混合。同时所知的门的效应，也就是热空气的穿透，可以由这种空气吹淋器防止。可选择的是，阀138和圆锥119的位移可以被远程控制。

Claims (4)

1.一种用于室内空气调节的方法，在这种方法中，使热负荷、湿度负荷及二氧化碳负荷的实际值确定和调整至温度、湿度及二氧化碳浓度的期望值，通过以两股分离的部分气流补充到需进行空气调节的室内的形式进行外部空气的补充，所述的部分气流之一仅被冷却至一饱和温度，随后与另一部分气流混合，并伴随着绝热地去除薄雾中冷凝水滴的而形成薄雾，然而补充至室内以进行空气调节。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷凝水的去除通过基于毛细管作用的除雾器发生。
3.如上述权利要求中的一条的方法，其特征在于，部分气流(18)的冷却通过半融的冰冷却热交换器(22)发生。
4.如上述权利要求中的一条的方法，其特征在于，外部空气被引入与室内空气混合。
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