一种温、湿度独立控制空调系统的制作方法

本发明涉及一种温、湿度独立控制空调系统。

背景技术：

目前实现夏季室内热湿环境控制的空调方式主要可以分为两大类：分散独立地安装于需要空调场所的“房间空调器”和集中设置冷源、以水或空气作为媒介输配冷量的“中央空调”系统。无论哪一种方式，都是通过向室内送入经降温除湿的空气，实现室内温、湿度的控制。这种温度湿度统一控制的空调系统，不可避免的存在以下问题。

1）、大多数的空调系统通过使空气通过冷表面对其进行降温减湿，这种冷凝除湿的方式为满足除湿的要求，需要7～12℃的冷源，利用此冷源同时处理占总负荷70%的显热，而后者只需17～20℃的冷源。采用同一低温的冷源处理显热和潜热，导致制冷机的COP（性能系数）低，造成能量品位的浪费。且采用冷凝除湿后的空气温度往往低于要求的送风温度，还需再热将空气处理到适宜的送风温度，浪费大量热量和冷量。

2)、冷凝除湿的方式，导致系统中的冷表面成为潮湿表面甚至产生积水。空调停止运行后，这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的温床，严重影响室内空气品质，空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起的健康问题的重要原因。

3)、加大室外新风量是排除室内VOC（挥发性有机混合物），降低室内CO2浓度，提高室内空气质量最有效的措施。而大量引入室外空气就需要消耗大量冷量（在冬季为热量）实现对室外空气的降温除湿（或加热加湿）处理。当建筑物围护结构性能较好，室内发热量不大时，处理室外空气需要的冷量可达总冷量的一半或一半以上。要进一步加大室外新风量，就往往意味着加大空调能耗。对于大多数传统的空调方式，很难找到有效解决这一矛盾的措施。

4)、实际的建筑物，显热随气候、室内设备状况等的不同发生变化，产湿量随着室内人数变化而变化，实际室内显热、潜热负荷比在很大范围内变化。而传统空调通过冷凝除湿处理后的空气，其吸收的潜热、显热比只能在一定范围内变化，很难适应实际室内的热湿比；对于这种情况，一般牺牲对湿度的控制，而仅满足室内温度的要求，或者造成室内相对湿度过高不舒适，需要降低室温而引起能耗不必要的增加，或造成室内相对湿度过低而使室外新风处理能耗增加。

5)、传统的全空气空调系统，送风温度不能过低，从而需要较大的循环通风量。这就往往造成室内很大的空气流动，使居住者产生不适的吹风感。为减少这种吹风感，就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内气流组织，这往往要在室内布置风道，从而降低室内净高或加大楼层间距。很大的通风量还很容易引起空气噪声，并且难以有效消除。在冬季，为了避免吹风感，即使安装了空调系统，也往往不使用热风，而通过另外的暖气系统通过采暖散热器供热。这样就导致室内重复安装两套环境控制系统，分别供冬夏使用，占用空间，造成资源的浪费，维修和管理的不便。

6)、随着能源问题的日益严重，以低品位热能作为夏季空调动力成为迫切需要。目前北方地区大量的热电联产集中供热系统在夏季由于无热负荷而无法运行，使得电力负荷出现高峰的夏季热电联产发电设施反而停机，或者按纯发电模式低效运行。如果可以用热电联产的余热驱动空调，既省下空调电耗，又可使热电联产电厂正常运行，增加发电能力。这样即可减缓夏季供电压力，又提高能源利用率，是热电联产系统继续发展的关键。

综上所述，空调的广泛需求、人居环境健康的需要以及能源系统平衡的要求对目前空调方式提出了挑战。新的空调应该具备的特点为：

1)、加大室外新风量，但又不增加处理能耗；

2)、取消潮湿冷表面，采用新的除湿途径；

3)、少用电能，以低品位热能为动力。

从如上要求出发，目前普遍认为温、湿度独立控制系统是一个有效的解决途径。

采用两套独立的系统分别控制和调节室内湿度和温度，从而避免了常规系统中温、湿度联合处理所带来的能源浪费和空气品质的降低；由新风来调节室内湿度，显热末端调节室内温度，可满足房间热湿比不断变化的要求，避免了室内湿度过高过低的现象。

技术实现要素：

本发明提供一种温、湿度独立控制空调系统，包括：溶液全热回收单元1、溶液除湿单元E、F和溶液再生单元B、C，内部的除湿溶液均形成溶液上下循环，与气体接触；表冷器2；回风风道，顺序穿过全热回收单元1的上部和溶液再生单元B、C后连通室外；新风风道，顺序穿过全热回收单元1的下部D、溶液除湿单元E、F和表冷器2后连通室内；第一换热器6、7，连接每个溶液除湿单元E、F，使溶液除湿单元E、F中的吸湿溶液流经第一换热器6、7形成溶液上下循环；第二换热器4、5，连接每个溶液再生单元B、C，使溶液再生单元B、C中的吸湿溶液流经第二换热器4、5形成所述溶液上下循环；其中，第一换热器6、7和第二换热器4、5分别通过压缩机3和膨胀阀11连接并形成冷媒循环；溶液除湿单元E、F的底部与溶液再生单元B、C的底部连通，形成溶液再生循环。

作为优选，溶液除湿单元E、F和溶液再生单元B、C均设置多个，回风风道顺序通过多个溶液再生单元B、C，新风风道顺序通过多个溶液除湿单元E、F，每一个溶液除湿单元E、F均与一个溶液再生单元B、C相应连通。

作为优选，第一换热器6、7和第二换热器4、5设置多个。

作为优选，溶液全热回收单元11、溶液除湿单元和溶液再生单元B、C安装有溶液循环水泵10形成溶液上下循环。

作为优选，溶液除湿单元E、F的底部与溶液再生单元B、C的底部连通的管路中安装换热板换8、9。

作为优选，新风风道在通过表冷器2之前设有与回风混合的管路。

作为优选，溶液再生单元B、C设有补水阀12、13连通外界的水管和溶液再生单元B、C内的溶液腔。

作为优选，第一换热器6、7和第二换热器4、5共同通过一个压缩机3和一个膨胀阀11连接并形成循环。

作为优选，第一换热器6、7和第二换热器4、5分别具有多个，压缩机3和膨胀阀11分别具有相应的多个，每个第一换热器6、7和每个第二换热器4、5分别通过相应的一个压缩机3和一个膨胀阀11连 接并形成各自独立的循环。

通过上述技术方案，本发明的主要优点是，通过设置气液全热交换单元进行溶液调湿，提高除湿效率，不需将空气降温至露点除湿，避免了除湿后空气温度过低带来的问题。

附图说明

图1示出了本发明的第一实施例的溶液调湿系统的连接关系示意图；

图2示出了本发明的第二实施例的溶液调湿系统的连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1中示出了本发明的一个实施例的溶液调湿系统。该系统充分利用了溶液高效吸湿的特性，结合多级溶液调湿再生单元、溶液式全热回收装置、高温冷水盘管，实现对空气的降温除湿过程。

具体空气处理流程如下：

夏季，回风和新风首先经过溶液式全热回收装置进行全热回收。全热回收后的新风进入系统下层调湿单元中，与被蒸发器降温的浓溶液接触实现除湿，然后与另一股回风混合，经过表冷器被高温冷水降温后送到室内。调湿单元中溶液吸收水分变稀后，则送入上层再生单元，被冷凝器加热后，与经过热回收后的回风接触，将水分排出实现浓缩再生。将结构相同的调湿及再生单元串联，即可行形成多级溶液调湿及再生的处理过程。

系统冬季运行的原理与夏季类似，不同之处在于通过四通阀切换使制冷剂流向与夏季工况相反运行，使得夏季的冷凝器切换为蒸发器，而夏季的蒸发器切换为冷凝器；表冷器中通入热水转换为加热器。新风先经过全热回收，再被溶液加热加湿，然后与回风混合，经过盘管加热后送入室内。

该系统针对全空气系统设计，能够满足大型商场、超市、会议室、礼堂、体育馆、医院等场所的空气处理要求。

以两级溶液调湿和再生的溶液调湿系统为例，其夏季运行的原理图如图1所示。

其主要部件包括气液接触单元（包括全热交换单元1，溶液再生单元B、C和溶液除湿单元 E、F、表冷器2、压缩机3、左冷凝器4、右冷凝器5、左蒸发器6、右蒸发器7、左换热板换8、右 换热板换9、每个全热交换单元配有溶液循环水泵10、膨胀阀11、左补水阀12和右补水阀 13。回风和新风分别经过气液直接接触全热交换单元A、B进行全热回收，溶液经过水泵的由下至上输送先后与新风和回风直接接触。经过热回收后的回风先后与上层溶液再生单元B、C中温度较高的稀溶液换热并吸收溶液水分后，后排到室外；预处理后的新风则进入下层溶液除湿单元E、F中，与温度较低的浓溶液换热并除湿后，与另一股回风混合，经过表冷器2降温后送到室内。

其中，调湿单元E与再生单元C、F与B分别对应为一组。从单元C流出的温度较高的浓溶液与从单元E流出的温度较低的稀溶液之间设置左换热板换8回收热量，单元B与F之间循环的溶液使用右换热板换9回收热量。单元F出口的稀溶液与单元B底部溶液槽内的溶液混和后，与右冷凝器5中从压缩机3流出的高温制冷工质换热，溶液被加热后由溶液循环水泵10送至单元顶部喷淋再生，放出水分后浓度升高，再生后的浓溶液流回调湿单元F，与F底部溶液槽的溶液混和后，再与右蒸发器7中从膨胀阀11流出的低温制冷工质换热，溶液被冷却后由溶液循环泵10送至单元顶部喷淋除湿，吸收空气中的水分后溶液浓 度变稀，再送到再生单元B中浓缩，如此循环。单元C、E之间的工作原理与单元B、F相同。 左补水阀12用于控制单元C中的溶液浓度，右补水阀13用于控制单元B中的溶液浓度。系统新风处理段一方面利用热泵的蒸发器对除湿浓溶液进行冷却，以增强溶液除湿能力并吸 收除湿过程中释放的潜热；另一方面利用热泵的冷凝器对再生稀溶液进行加热，再与全热回收后的回风进行全热交换，溶液即被浓缩再生。参见图1，图中以实线箭头标出溶液的循环路径，用虚线箭头标出制冷工质的循环路径。本发明通过调节制冷系统各个蒸发器的冷量，可以调节各级除湿溶液的温度，同时通过适当的补水控制各级除湿溶液的浓度，实现对新风的逐步除湿和降温，以降低过程的不可逆损失，提高系统处理新风的能效比；同时，系统表冷器只处理显热负荷，可采用高温水，可降低制取冷冻水的能耗。

系统冬季运行的原理与夏季类似，不同之处在于通过四通阀切换使制冷剂流向与夏季工况相反运行，使得夏季作为冷凝器的4、5作为蒸发器冷却单元C、B中的溶液对回风除湿冷却，而夏季作为蒸发器的6、7作为冷凝器加热E、F中的溶液对新风进行加热加湿；表冷器2中通入热水转换为加热器；经过加热加湿后的温暖湿润的新风与另一股回风混合后，经过表冷器2加热后送入室内。

在过渡季节，系统不开启制冷系统，仅运行A和D全热回收单元，通过溶液在上下级之间与空气的全热交换，实现全热回收工况运行，即可实现向室内供给新风。

系统中压缩机的驱动方式有两种:1)多台压缩机分别驱动对应的冷凝器和蒸发器，2)一台压缩机驱动所有的冷凝器和蒸发器。具体方式根据空气除湿、冷却量和制冷系统的容量等因素确定。图1中示出了第一个实施例，图中以压缩机3驱动全部对应的冷凝器和蒸发器。图2中示出了第二个实施例，与第一实施例相比，以压缩机3驱动对应的左冷凝器4和右蒸发器7，压缩机31驱动对应的右冷凝器5和左蒸发器6，同时，膨胀阀也分别设置膨胀阀11和膨胀阀112以分别连接对应的冷凝器和蒸发器。

根据本发明的溶液调湿系统，具有如下有益效果：

1.系统利用溶液除湿产生干燥新风，新风与回风混合后利用冷水实现降温。冷水可利用天然冷源获得，也可采用电制冷机制取，如采用电制冷，由于冷水的温度高于现有技术，提高了系统的蒸发温度因而可显著提高制冷效率；

2.系统冷却盘管采用较高温的冷水，无凝水生成，可减少细菌滋生；

3.将溶液多级调湿处理系统和热泵系统结合起来，分别利用不同蒸发温度的热泵 蒸发器的冷量逐级冷却溶液除湿过程，采用不同冷凝温度的热泵排热量实现溶液的浓缩再生，以解决空气与溶液流量比难以同时满足传热传质与接近可逆过程的问题，减少空气处 理过程的不可逆损失，大幅度提高处理效率；

4.系统内设置溶液式全热回收装置，用以回收排风能量；

5.发明设计出热泵驱动的溶液全空气系统，系统效率高于传统采用冷凝除湿的全空气系统，具有显著的节能优势。