CN112032883A

CN112032883A - 冷凝废热驱动的新风空调系统及其运行方法

Info

Publication number: CN112032883A
Application number: CN202010817286.8A
Authority: CN
Inventors: 代彦军; 柴少伟; 刘宏伟; 赵耀
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明公开了一种冷凝废热驱动的新风空调系统及其运行方法，涉及新风空调系统技术领域，包括第一除湿换热器、第二除湿换热器、冷凝器、第一四通风阀、第二四通风阀、全热回收器、回风阀、第一风机、第二风机、第三风机、制冷剂循环模块和冷却水循环模块。本发明采用固体吸附材料去除新风中的湿负荷，并利用全热回收器对新风进行预调节，提高了除湿的效率，减少了热量损失，在一定程度上降低了能耗。

Description

冷凝废热驱动的新风空调系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及新风空调系统技术领域，尤其涉及一种冷凝废热驱动的新风空调系统及其运行方法。

背景技术

由于发展中国家的人口和经济的快速增长，全球的一次能源需求预计从2012年到2040年增加48％。为进一步满足室内环境的舒适性要求，建筑能耗需求也将在未来增加34％。我国广大南方地区夏季处于高温高湿的状态，对除湿空调系统需求多，空调总耗能高。过高的空气温度和含湿量不仅不利于人们的身体健康，同时助长了真菌、病毒、尘螨等有害生物的滋生和化学污染物的扩散。为了保证建筑空调系统的空气品质，新风系统成为必不可少的部分。在工业领域内，譬如烟草、纺织、电子、冶金、军工等行业，对空气含湿量也有着相应的要求。因此，必须将空气的温湿度降低到舒适区内，以实现舒适的生活条件和必要的生产条件。现有空调在降温除湿过程中所产生的能耗约占建筑总能耗的50％，而在一定程度上，新风量的比例与室内空气品质成正比，与新风空调的能耗也成正比。若能在保证除湿效率的同时，适当提高送风温度，则可降低空调能耗，提高空调性能，提高送风舒适性。

目前，传统热泵新风空调系统通过冷凝除湿的方式进行空气除湿。在该系统中，温度和湿度之间存在强耦合关系。新风在冷却盘管中被降温除湿形成干燥冷空气，系统对干燥冷空气进行加热，使得送风空气满足热舒适条件。由于冷却盘管必须同时处理潜热负荷和显热负荷，过程效率低，造成热量的损失。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种冷凝废热驱动的新风空调系统及其运行方法，解决现有热泵空调系统中冷却盘管必须同时处理潜热负荷和显热负荷问题，并提高过程效率，减少热量损失。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能提高过程效率、减少热量损失的新风空调系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种冷凝废热驱动的新风空调系统，包括第一除湿换热器、第二除湿换热器、冷凝器、第一四通风阀、第二四通风阀、全热回收器、回风阀、第一风机、第二风机、第三风机、制冷剂循环模块和冷却水循环模块；

所述第三风机的出口分为两个支路，第一个支路连接所述回风阀，第二个支路连接所述全热回收器的第一端口；所述全热回收器的第二端口与所述回风阀的下游汇合后，连接所述第一四通风阀的第一端口；所述第一四通风阀的第二端口连接所述第一除湿换热器的第一进口，所述第一除湿换热器的第一出口连接所述第二四通风阀的第二端口；所述第一四通风阀的第三端口连接所述第二除湿换热器的第一进口，所述第二除湿换热器的第一出口连接所述第二四通风阀的第三端口；所述第二四通风阀的第四端口连接所述第二风机的进口；

所述冷凝器的第一出口连接所述第一四通风阀的第四端口；

所述第二四通风阀的第一端口连接所述第一风机的进口；

所述制冷剂循环模块与所述冷凝器的第二进口和第二出口连接；

所述冷却水循环模块与所述第一除湿换热器、所述第二除湿换热器的第二进口和第二出口连接。

进一步地，所述制冷剂循环模块包括制冷剂循环管路、压缩机、膨胀阀和蒸发器。

进一步地，所述冷却水循环模块包括冷却水循环管路、第一三通阀、第二三通阀和水泵，所述冷却水循环模块通过所述冷却水循环管路与所述蒸发器的第一进口和第一出口连接。

进一步地，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面涂覆有固体吸附材料。

优选地，所述固体吸附材料采用金属表面干燥剂涂层技术附着在所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面。

进一步地，所述回风阀开启0～100％的开度。

本发明提供了冷凝废热驱动的新风空调系统的运行方法，所述运行方法包括第一种工作模式和第二种工作模式，通过调整所述第一三通阀和所述第二三通阀、所述第一四通风阀和所述第二四通风阀进行工作模式的切换。

进一步地，所述第一种工作模式包括以下过程：

a、所述制冷剂循环管路的循环介质流经所述压缩机、所述冷凝器、所述膨胀阀和所述蒸发器，再流回所述压缩机，形成一个流动循环回路；

b、所述冷却水循环管路连通所述蒸发器、所述水泵、所述第一三通阀、所述第二除湿加热器和所述第二三通阀；所述冷却水循环管路的循环介质流经所述蒸发器、所述水泵、所述第一三通阀、所述第二除湿换热器和所述第二三通阀，再流回所述蒸发器，形成一个封闭回路；

c、新风在所述第二风机的作用下，依次流经所述全热回收器、所述第一四通风阀、所述第二除湿换热器、所述第二四通风阀和所述第二风机，最后被送入室内；

d、热空气在所述第一风机的作用下，依次流经所述冷凝器、所述第一四通风阀、所述第一除湿换热器、所述第二四通风阀和所述第一风机，最后被排入大气；

e、室内空气在所述第三风机的作用下，流经所述回风阀或所述全热回收器。

进一步地，所述第二种工作模式包括以下过程：

b、所述冷却水循环管路连通所述蒸发器、所述水泵、所述第一三通阀、所述第一除湿加热器和所述第二三通阀；所述冷却水循环管路的循环介质流经所述蒸发器、所述水泵、所述第一三通阀、所述第一除湿换热器和所述第二三通阀，再流回所述蒸发器，形成一个封闭回路；

c、新风在所述第二风机的作用下，依次流经所述全热回收器、所述第一四通风阀、所述第一除湿换热器、所述第二四通风阀和所述第二风机，最后被送入室内；

d、热空气在所述第一风机的作用下，依次流经所述冷凝器、所述第一四通风阀、所述第二除湿换热器、所述第二四通风阀和所述第一风机，最后被排入大气；

进一步地，在所述第一种工作模式和所述第二种工作模式下，调节所述第一四通风阀和所述第二四通风阀，实现向室内供暖增湿。

本发明至少具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的冷凝废热驱动的新风空调系统，新风无需降低至很低的温度，与传统的热泵新风空调系统相比，可以提高蒸发温度，进而提高系统的能效，减少能耗。

2、本发明提供的冷凝废热驱动的新风空调系统，除湿换热器通过固体干燥剂吸附进行除湿，换热器表面无冷凝水，可有效抑制细菌滋生。

3、本发明提供的冷凝废热驱动的新风空调系统，冷却水可以克服干燥剂吸附过程中产生的不利的吸附热，从而保持较高的除湿效率，实现高效除湿。

4、本发明提供的冷凝废热驱动的新风空调系统，固体吸附材料附着在除湿换热器表面，采用金属表面干燥剂涂层技术，与传统吸附除湿系统相比，制作工艺简单、投资费用低、易于安装。

5、本发明提供的冷凝废热驱动的新风空调系统，利用回风阀调节新风比，同时利用全热回收器对新风进行预调节，一定程度上降低了系统能耗。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的第一种工作模式的流程示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的第二种工作模式的流程示意图。

其中，1-第一除湿换热器，2-第二除湿换热器，3-蒸发器，4-压缩机，5-冷凝器，6-膨胀阀，7-水泵，8-第一三通阀，9-第二三通阀，10-第一四通风阀，11-第二四通风阀，12-全热回收器，13-回风阀，14-第一风机，15-第二风机，16-第三风机，17-制冷剂循环管路，18-冷却水循环管路。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示的本发明的一个较佳实施例的冷凝废热驱动的新风空调系统，包括第一除湿换热器1、第二除湿换热器2、冷凝器5、第一四通风阀10、第二四通风阀11、全热回收器12、回风阀13、第一风机14、第二风机15、第三风机16、制冷剂循环模块和冷却水循环模块。

制冷剂循环模块包括制冷剂循环管路17、蒸发器3、压缩机4和膨胀阀6；冷却水循环模块包括冷却水循环管路18、水泵7、第一三通阀8和第二三通阀9。

第三风机16的出口分为两个支路，第一个支路连接回风阀13，第二个支路连接全热回收器12的第一端口；全热回收器12的第二端口与回风阀13的下游汇合后，连接第一四通风阀10的第一端口；第一四通风阀10的第二端口连接第一除湿换热器1的第一进口，第一除湿换热器1的第一出口连接第二四通风阀11的第二端口；第一四通风阀10的第三端口连接第二除湿换热器2的第一进口，第二除湿换热器2的第一出口连接第二四通风阀11的第三端口；第二四通风阀11的第四端口连接第二风机15的进口。

冷凝器5的第一出口连接第一四通风阀10的第四端口；第二四通风阀11的第一端口连接第一风机14的进口。

制冷剂循环管路17与冷凝器5的第二进口和第二出口连接，制冷剂循环管路17上依次连接有蒸发器3、压缩机4、冷凝器5和膨胀阀6。

冷却水循环管路18与第一除湿换热器1、第二除湿换热器2的第二进口和第二出口连接，冷却水循环管路18还与蒸发器3的第一进口和第一出口连接，冷却水循环管路18上还连接有水泵7、第一三通阀8和第二三通阀9。

第一除湿换热器1和第二除湿换热器2的表面涂覆有固体吸附材料，优选地，采用金属表面干燥剂涂层技术附着在第一除湿换热器1和第二除湿换热器2的表面。

通过调节第一三通阀8和第二三通阀9，可改变冷却水循环管路18内的冷却水流向；通过调节第一四通风阀10和第二四通风阀11，可改变新风流向和热空气流向。

热空气通过冷凝器5进入第一四通风阀10，与第一除湿换热器1或第二除湿换热器2进行热交换后，再经过第二四通风阀11，由第一风机14排入大气。

新风通过全热换热器12进入第一四通风阀10，与第二除湿换热器2或第一除湿换热器1进行热湿交换后，再经过第二四通风阀11，由第二风机15送入室内。

第三风机16将室内空气排出室外，回风阀13可以选择开启0～100％的开度，实现系统的全新风运行或者一定比例新风运行；空气经过全热回收器12，与新风进行热湿交换。

如图1所示的本发明的一个较佳实施例的第一种工作模式中，通过调节第一三通阀8和第二三通阀9，冷却水循环管路18连通蒸发器3、水泵7、第一三通阀8、第二除湿换热器2和第二三通阀9。通过调节第一四通风阀10和第二四通风阀11，新风在第二风机15的作用下，依次通过全热回收器12、第一四通阀10、第二除湿换热器2、第二四通风阀11和第二风机15，进入室内；热空气在第一风机14的作用下，依次通过冷凝器5、第一四通风阀10、第一除湿换热器1、第二四通风阀11和第一风机14，被排入大气。

本发明的冷凝废热驱动的新风空调系统在第一种工作模式下的工作过程如下：

制冷剂循环管路17中的循环介质流经压缩机4、冷凝器5、膨胀阀6和蒸发器3，再流回压缩机4，形成一个流动循环回路。循环介质经过压缩机4压缩后温度升高，然后经过冷凝器5，向冷凝器5放热，温度降低；接着经过膨胀阀6，循环介质的温度继续下降；再经过蒸发器3，循环介质从冷却水循环管路18的冷却水中吸热且温度升高；最后循环介质回到压缩机4，形成一个封闭回路。

冷却水循环管路18中的循环介质经过蒸发器3向制冷剂循环管路17中的制冷剂放热，温度降低；接着经过水泵7和第一三通阀8，然后经过第二除湿换热器2，使第二除湿换热器2表面的固体吸附材料降温；最后循环介质经过第二三通阀9，回到蒸发器3，形成一个封闭回路。

新风在第二风机15的作用下，依次流过全热回收器12、第一四通风阀10、第二除湿换热器2、第二四通风阀11和第二风机15。新风流经第二除湿换热器2的表面固体吸附材料时，第二除湿换热器2表面的固体吸附材料从新风中吸热，从而降低新风温度；同时，第二除湿换热器2上的固体吸附材料从新风中吸湿，从而降低新风湿度；然后，新风通过第二四通风阀11和第二风机15后被送入室内。

热空气在第一风机14的作用下，依次经过冷凝器5表面、第一四通风阀10、第一除湿换热器1、第二四通风阀11和第一风机14。热空气从冷凝器5中的循环介质吸热，温度升高，接着通过第一四通风阀10后，与第一除湿换热器1的表面接触，第一除湿换热器1的表面固体吸附材料被加热解析，然后热空气通过第二四通风阀11和第一风机14被排入大气。

室内空气在第三风机16的作用下，经过回风阀13或全热回收器12；经过回风阀13的室内空气与新风混合后，与新风一起进行循环；经过全热回收器12的室内空气与新风进行热湿交换，然后被排入大气。

如图2所示的本发明的一个较佳实施例的第二种工作模式中，通过调节第一三通阀8和第二三通阀9，冷却水循环管路18连通蒸发器3、水泵7、第一三通阀8、第一除湿换热器1和第二三通阀9。通过调节第一四通风阀10和第二四通风阀11，新风在第二风机15的作用下，依次通过全热回收器12、第一四通阀10、第一除湿换热器1、第二四通风阀11和第二风机15，进入室内；热空气在第一风机14的作用下，依次通过冷凝器5、第一四通风阀10、第二除湿换热器2、第二四通风阀11和第一风机14，被排入大气。

本发明的冷凝废热驱动的新风空调系统在第二种工作模式下的工作过程如下：

冷却水循环管路18中的循环介质经过蒸发器3向制冷剂循环管路17中的制冷剂放热，温度降低；接着经过水泵7和第一三通阀8，然后经过第一除湿换热器1，使第一除湿换热器1表面的固体吸附材料降温；最后循环介质经过第二三通阀9，回到蒸发器3，形成一个封闭回路。

新风在第二风机15的作用下，依次流过全热回收器12、第一四通风阀10、第一除湿换热器1、第二四通风阀11和第二风机15。新风流经第一除湿换热器1的表面固体吸附材料时，第一除湿换热器1表面的固体吸附材料从新风中吸热，从而降低新风温度；同时，第一除湿换热器1上的固体吸附材料从新风中吸湿，从而降低新风湿度；然后，新风通过第二四通风阀11和第二风机15后被送入室内。

热空气在第一风机14的作用下，依次经过冷凝器5表面、第一四通风阀10、第二除湿换热器2、第二四通风阀11和第一风机14。热空气从冷凝器5中的循环介质吸热，温度升高，接着通过第一四通风阀10后，与第二除湿换热器2的表面接触，第二除湿换热器2的表面固体吸附材料被加热解析，然后热空气通过第二四通风阀11和第一风机14被排入大气。

本发明的冷凝废热驱动的新风空调系统的第一种工作模式和第二种工作模式相互切换，可以实现连续热湿处理。冬季条件下，通过调节第一四通风阀10和第二四通风阀11，将再生热湿风引入室内，处理风排出室外，实现向室内供暖增湿的目的。

本发明通过固体吸附材料吸附除湿，与传统的热泵新风空调系统相比，提高了热泵系统的蒸发温度，进而提高了系统的能效，提高了效率，减少了能耗；除湿换热器固体干燥剂吸附处理后的空气可以有效抑制空气中有害微生物、化学物质的扩散和传播。本发明的固体吸附材料附着在除湿换热器表面，与传统吸附除湿系统相比，制作工艺简单、投资费用低、易于安装。本发明利用回风阀调节新风比，同时利用全热回收器对新风进行预调节，一定程度上降低了系统能耗。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，包括第一除湿换热器、第二除湿换热器、冷凝器、第一四通风阀、第二四通风阀、全热回收器、回风阀、第一风机、第二风机、第三风机、制冷剂循环模块和冷却水循环模块；

所述冷凝器的第一出口连接所述第一四通风阀的第四端口；

所述第二四通风阀的第一端口连接所述第一风机的进口；

2.如权利要求1所述的冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，所述制冷剂循环模块包括制冷剂循环管路、压缩机、膨胀阀和蒸发器。

3.如权利要求1所述的冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，所述冷却水循环模块包括冷却水循环管路、第一三通阀、第二三通阀和水泵，所述冷却水循环模块通过所述冷却水循环管路与所述蒸发器的第一进口和第一出口连接。

4.如权利要求1所述的冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面涂覆有固体吸附材料。

5.如权利要求1所述的冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，所述固体吸附材料采用金属表面干燥剂涂层技术附着在所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的表面。

6.如权利要求1所述的冷凝废热驱动的新风空调系统，其特征在于，所述回风阀开启0～100％的开度。

7.一种根据权利要求1～6任一权项所述的冷凝废热驱动的新风空调系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括第一种工作模式和第二种工作模式，通过调整所述第一三通阀和所述第二三通阀、所述第一四通风阀和所述第二四通风阀进行工作模式的切换。

8.如权利要求7所述的冷凝废热驱动的新风空调系统的运行方法，其特征在于，所述第一种工作模式包括以下过程：

9.如权利要求7所述的冷凝废热驱动的新风空调系统的运行方法，其特征在于，所述第二种工作模式包括以下过程：

10.如权利要求7所述的冷凝废热驱动的新风空调系统的运行方法，其特征在于，在所述第一种工作模式和所述第二种工作模式下，调节所述第一四通风阀和所述第二四通风阀，实现向室内供暖增湿。