CN201535552U - 一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置 - Google Patents
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Abstract
一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，由地源热泵蓄冰主机、独立除湿新风机组、蓄能槽、独立除湿地源空调智能控制系统及板换水泵阀门等设备管件集成为一体，结合干式空调末端和地源井等设施一起，实现空调过程的除湿和降温独立处理，采用地源井水承担室内显热负荷和新风预冷，利用蓄冰主机在低谷电制取的低温冷量对新风深度除湿，大幅降低热泵容量，同时充分利用地下土壤冷量直接承担大部分空调负荷，并且有效降低热工系统不可逆损失，可节省电耗及运行费达50～70％。该装置由专用智能控制系统进行整机运行控制，便于规模生产、安装、调试、运行、维护，成本低，对用户的适应性广，在空调方式方法和产品应用方面取得突破性进展。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，属于独立除湿空调、地源热泵和冰蓄冷技术领域。
背景技术
空调系统能耗在建筑能耗中占有很大比例，有效降低空调系统能耗的技术和应用是目前行业发展的最为重大的课题。就空调方式及其系统方案而言，将空气处理过程中的降湿和降温过程的耦合关系分开，首先采用合适的技术措施解决独立除湿问题，然后采用廉价高温冷源解决降温问题，从而实现空调系统整体能耗及其运行费用的有效节省，是当前空调领域处于发展前沿的技术路线，在技术和应用方面近年来取得了突破性进展。目前具有代表性的技术成果是清华大学江亿院士领衔开发的溶液调湿空调系统技术，利用溴化锂等溶液极强的吸湿效应对空气进行深度除湿，利用高温热泵高效制取高温冷冻水，利用60～80℃左右的低品位热源对除湿溶液进行再生，热工过程通过采用分级换热、热回收等有效地降低了整体热工不可逆损失，获得了良好的能源综合利用效益，并已经获得了许多成功应用。但是就目前而言，如何更有效地解决廉价的低温再生热源问题、提高特殊材料部件的可靠性并降低成本、开发成熟高效的高温冷冻水机组以成分利用该技术的整体节能优势、扩展细分市场用户的适应性等方面，还需经历一个较长的技术及应用成熟期。目前溶液调湿空调方式应用最多的热泵式再生方式由于受限于冷凝侧高温热泵COP较低的特点，虽然是一种实用的解决方式，但并非体现该技术路线能源综合利用效益优势的最佳利用方式。
同时，空调舒适性研究方面已出现很多新成果，例如夏季空调室内设计温湿度可根据人体热感觉在一定范围内选择，这为调整设计参数节省能耗提供了理论基础。如我国舒适性空调设计以前通常按设计干球温度24～28℃、相对湿度按45～65％选取，但是基于节能降耗的需要，建设部规定公共建筑夏季空调温度不得低于26℃。从人体热感觉来看，干球26～28℃、相对湿度60％的环境空气与干球28～30℃、相对湿度30～40％基本相当，为此，如果能够实现室内温度很好的除湿效果，则把室内干球温度提高到28～30℃，人体的感觉仍是舒适的，而由此带来了降低维护结构显热负荷等的效益，可有效降低空调冷负荷10～15％。同理，如冬季采用辐射末端采暖，并将室内温度降低2℃，则可有效降低采暖热负荷10～15％。
冰蓄冷空调技术已获得广泛应用，但是目前在冰蓄冷工程中占据主要份额的冰球式和内融冰蓄冷技术具有单位时间取冷速率有限、末期取冷效能劣化等困难，与空调用户条件与要求的广泛性和空调领域技术新发展而言的适应性越发不足，而外融冰蓄冷所具有的优良特性克服了前者的缺点，特别适合与低温送风技术相结合，实现系统的整体节能要求。
另一方面，目前地水源热泵空调系统的应用已很广泛，技术、产品和市场均已走向成熟，但受地质和水资源条件限制，特别是在按规范实施的前提下，与其它空调/采暖方式相比时在节能性、经济性方面并没有体现出宣传中的优势，这将影响到该细分行业的发展速度和实效。
如果既能利用独立除湿空调技术的能源综合利用优势以避免成功空调方式的能耗高、费用高，又能避免过多地受限于用户的具体资源条件和某些关键设备的开发成熟周期问题，并结合地水源热泵、冰蓄冷低温供冷的良好的低温冷热源条件，是一种可能的和实用的技术路线，对迅速推广落实并实现节能减排效益，将具有重要价值。
发明内容
本实用新型的目的和任务是，研制一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，采用既有的空调舒适性理论优化全年室内空调参数、外融冰蓄冷低温冷冻除湿、低温送风、廉价地源冷水承担显热负荷，实现独立除湿、高温冷冻水降温的空调方式，有效利用自然界的能量、降低热工冷热源的容量及其运行成本，并将所需设备部件集成为一体化产品，以在保证空调效果的前提下有效落实技术方案与节能效果，实现便于设计选型、运行安全可靠、维修简便、降低运行成本的效果。
本实用新型的具体描述是：
一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，由地源热泵蓄冰主机、独立除湿新风机组、蓄能槽、独立除湿地源空调智能控制系统及板换水泵阀门集成为一体，空气处理过程的除湿和降温互相独立，其中地源井水首先送入干式空调末端承担室内显热冷负荷，并送入新风机组预冷换热器承担新风预冷负荷，再通入蓄冰主机冷凝器并返回地源井，蓄冰主机夜间低谷电期间向蓄能槽内的冰盘管送入低温冷冻水制冰，并将冷量存储在蓄能槽内，白天空调供冷期间则由蓄能槽提供2～4℃的冷冻水送入新风机组独立除湿换热器进行深度除湿，经处理后的新风以低温送风方式进入空调区域承担全部湿负荷与部分显冷负荷。其具体技术方案为：独立除湿新风机组(9)包括由预冷换热器(10)和独立除湿换热器(8)组成的多级换热组件，其中预冷换热器(10)的水侧进口与干式空调末端的空调供水(D)的进口相连后与地源井供水(E)的出口相连，预冷换热器(10)的水侧出口与干式空调末端的空调回水(C)的出口相连后与蓄冰主机(2)的冷凝器(1)的水侧进口相连，冷凝器(1)的水侧出口与地源井回水(F)的进口相连，蓄冰主机(2)的蒸发器(4)的水侧出口与蓄能槽(6)的冰盘管(7)的冷冻水侧进口和/或板换(5)的一次水侧进口相连，蓄冰主机(2)的蒸发器(4)的水侧进口与蓄能槽(6)的冰盘管(7)的冷冻水侧出口和/或板换(5)的一次水侧出口相连，蓄冰槽(6)的冷水侧上部水口与独立除湿换热器(8)的水侧出口相连，同时与板换(5)的二次水侧出口相连或不相连，蓄冰槽(6)的冷水侧下部水口与独立除湿换热器(8)的水侧进口相连，同时与板换(5)的二次水侧进口相连或不相连，独立除湿新风机组(9)的预冷换热器(10)的空气进口与新风(A)进口相连，空气出口与独立除湿换热器(8)的空气进口相连，独立除湿换热器(8)的空气出口与空调送风(B)的室内送风口相连。
独立除湿新风机组为多级空气降温除湿结构，与蓄冰主机、蓄能槽、控制系统及板换水泵阀门设置于同一个箱体内，或分体设置于各新风机房。
蓄冰主机为蓄冰型地源热泵机组，其控制系统集成了蓄能运行、独立除湿空调设备系统设备部件的控制元件并形成一个独立除湿地源空调智能控制系统模块。
蓄冰槽为外融冰盘管式或外融冰/水复合式蓄冰槽结构，采用该新型冰蓄冷技术既可方便地取得低温冷冻水，又可进一步降低系统能源费用，并可对电网进行移峰填谷。
地源井采用直接取水的出水温度10～16℃的地下水源井或间接式换热的出水温度20～25℃的土壤源换热器井群，当采用后者时其井口数比常规土壤源热泵系统的井群多60％以上。
板换的一次侧进出水口既可连接蓄冰主机的蒸发器的防冻液进出水口，也可连接蓄能槽的冷水侧上、下部水口。
夏季供冷期间，室内设计参数按干球温度28～30℃、相对湿度30～40％设计设备负荷及容量。
冬季采暖时，室内设计参数按干球温度16℃设计设备负荷及容量。当室外空气温度低于地源井出水温度时，室外新风首先在预冷换热器中由地源井水进行预热并防止盘管冻结，然后进入下一级换热器加热到所需温度送出，地源蓄冰主机制取的采暖水同时向新风机组和室内空调末端供热，由于其出水温度一般不超过40℃，可以取得很高的能效比，节省大量电力，从而大幅改善了地源热泵实际运行费用。
本实用新型采用新型地源空调方式，针对我国长江流域及其以北地区的广大商业和居民用户提供高效实用的空调方式与方案，所采用的主要设备部件均属目前较为成熟和大量应用的技术产品，或者只需要作较小地调整即可使用，便于迅速推广。蓄冰主机只需采用蓄冰型地源热泵机型，由于充分利用地下土壤冷量直接承担大部分空调负荷，蓄冰主机容量降低60～80％以上，热工系统设计中充分考虑有效降低系统不可逆损失的需要，节省电耗及运行费达60～70％以上，在空调方式方法方面取得突破性进展。同时重点解决了设备的高效性、安全性、可靠性、实用性、可维护性、初投资及运行费用等方面的全面平衡设计和落实，实现了重大技术与应用进展，成为当前利用独立除湿、高温冷冻水降温这一空调技术路线的具有经济性和实用性的领先技术和产品方案。
附图说明
图1是本实用新型的系统示意图，图2是本实用新型的一个应用实例系统示意图。
图1、2中各部件编号与名称如下：
冷凝器1、蓄冰主机2、压缩机3、蒸发器4、板换5、外融式蓄冰槽6、冰盘管7、独立除湿换热器8、独立除湿新风机组9、预冷换热器10、地源井11、干式空调末端12、独立除湿风口13、独立除湿地源水空调一体化装置14、新风A、空调送风B、空调回水C、空调供水D、地源井供水E、地源井回水F
具体实施方式
图1是本实用新型的系统示意图，图2是本实用新型的一个应用实例系统示意图。
一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，由地源热泵蓄冰主机、独立除湿新风机组、蓄能槽、独立除湿地源空调智能控制系统及板换水泵阀门集成为一体，空气处理过程的除湿和降温互相独立，其中地源井水首先送入干式空调末端承担室内显热冷负荷，并送入新风机组预冷换热器承担新风预冷负荷，再通入蓄冰主机冷凝器并返回地源井，蓄冰主机夜间低谷电期间向蓄能槽内的冰盘管送入低温冷冻水制冰，并将冷量存储在蓄能槽内，白天空调供冷期间则由蓄能槽提供2℃的冷冻水送入新风机组独立除湿换热器进行深度除湿，经处理后的新风以低温送风方式进入空调区域。
独立除湿新风机组为多级空气降温除湿结构，设置于各新风机房。
蓄冰主机为蓄冰型地源热泵机组，其控制系统集成了蓄能运行、独立除湿空调设备的控制元件并形成一个独立除湿地源空调智能控制系统模块。
蓄冰槽为外融冰盘管式蓄冰槽结构。
地源井采用出水温度22℃的土壤源换热器井群。
板换的一次侧进出水口连接蓄冰主机的蒸发器的防冻液进出水口。
干式空调末端采用埋藏于地板内的辐射盘管进行冬季采暖、夏季显热供冷。
夏季供冷期间，室内设计参数按干球温度29℃、相对湿度35％设计设备负荷及容量。
冬季采暖时，室内设计参数按干球温度16℃设计设备负荷及容量。当室外空气温度低于地源并出水温度时，室外新风首先在预冷换热器中由地源井水进行预热并防止盘管冻结，然后进入下一级换热器加热到所需温度送出，地源蓄冰主机制取的采暖水同时向新风机组和室内空调末端供热。
Claims (6)
1.一种外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，由地源热泵蓄冰主机、独立除湿新风机组、蓄能槽、独立除湿地源空调智能控制系统及板换水泵阀门集成为一体，其特征在于所述的独立除湿新风机组(9)包括由预冷换热器(10)和独立除湿换热器(8)组成的多级换热组件，其中预冷换热器(10)的水侧进口与干式空调末端的空调供水(D)的进口相连后与地源井供水(E)的出口相连，预冷换热器(10)的水侧出口与干式空调末端的空调回水(C)的出口相连后与蓄冰主机(2)的冷凝器(1)的水侧进口相连，冷凝器(1)的水侧出口与地源井回水(F)的进口相连，蓄冰主机(2)的蒸发器(4)的水侧出口与蓄能槽(6)的冰盘管(7)的冷冻水侧进口和/或板换(5)的一次水侧进口相连，蓄冰主机(2)的蒸发器(4)的水侧进口与蓄能槽(6)的冰盘管(7)的冷冻水侧出口和/或板换(5)的一次水侧出口相连，蓄冰槽(6)的冷水侧上部水口与独立除湿换热器(8)的水侧出口相连，同时与板换(5)的二次水侧出口相连或不相连，蓄冰槽(6)的冷水侧下部水口与独立除湿换热器(8)的水侧进口相连，同时与板换(5)的二次水侧进口相连或不相连，独立除湿新风机组(9)的预冷换热器(10)的空气进口与新风(A)进口相连，空气出口与独立除湿换热器(8)的空气进口相连，独立除湿换热器(8)的空气出口与空调送风(B)的室内送风口相连。
2.如权利要求1所述的外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，其特征在于所述的独立除湿新风机组(9)为多级空气降温除湿结构，与蓄冰主机(2)、蓄能槽(6)、控制系统及板换水泵阀门设置于同一个箱体内，或分体设置于各新风机房。
3.如权利要求1所述的外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，其特征在于所述的蓄冰主机(2)为蓄冰型地源热泵机组，其控制系统集成了蓄能运行、独立除湿空调设备的控制元件并形成一个独立除湿地源空调智能控制系统模块。
4.如权利要求1所述的外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，其特征在于所述的蓄冰槽(6)为外融冰盘管式或外融冰/水复合式蓄冰槽结构。
5.如权利要求1所述的外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，其特征在于所述的地源井(11)采用直接取水的出水温度10～16℃的地下水源井或间接式换热的出水温度20～25℃的土壤源换热器井群，当采用后者时其井口数比常规土壤源热泵系统的井群多60％以上。
6.如权利要求1所述的外融冰蓄冷独立除湿地源水空调一体化装置，其特征在于所述的板换(5)的一次侧进出水口连接蓄冰主机(2)的蒸发器的防冻液进出水口，或连接蓄能槽(6)的冷水侧上、下部水口。
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