专利名称：一种空调系统末端空气处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于空调系统技术领域，具体涉及ー种空调系统末端双冷源空气处理装置。
背景技术：
中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。制冷系统为空气调节系统提供所需冷量用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供热量用以抵消室内环境热负荷。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分。中央空调系统根据冷源蒸发温度的不同可分为两类单冷源空调系统和双冷源空 调系统；根据末端空气处理方式的不同可分为两类温湿分控的空调系统和非温湿分控的空调系统。目前，主要通过电制冷降温除湿的空调系统有两种单冷源非温湿分控的空调系统和双冷源温湿分控的空调系统。单冷源非温湿分控的空调系统的冷源均为低温冷源(冷源的出水温度为5 9°C)，单冷源非温湿分控的空调系统空气处理过程有两种空气-水和全空气处理过程，其处理原理分别如图I和图2所示。如图I所示，空气-水的处理过程为室外新风W利用低温冷源处理到室内等焓点Wl点，室内回风N利用低温冷源处理到M点，室外新风W和室内回风N混合到送风状态点S (或者分別)然后送入室内。如图2所示，全空气的处理过程为室外新风W和室内回风N先混合到M点，然后利用低温冷源处理到送风状态点S，最后送入室内。单冷源非温湿分控的空调系统即为传统的空调系统，其最大的优点是简单易行，适用范围广泛，但是该系统最大的缺点在于能耗较大。所谓“双冷源”，指一个空调系统中有两种不同的蒸发温度的冷源。在双冷源空调系统中，出水温度相对较低的冷源称之为“低温冷源”，一般5 9°C，其COP (CoefficientOf Performance,能效比)值一般只有3. 8 5. 6，出水温度相对较高的冷源称之为“高温冷源”，一般为15 21°C，其COP值可高达8 9以上。双冷源温湿分控的空调系统空气处理过程如图3所示室外新风W先利用高温冷源(冷源的出水温度为15 21°C)处理到LI点，然后利用低温冷源将室外新风处理到L2点，为了防止室外新风送入房间时温度过低会导致风ロ结露，通过低温冷源处理后的新风需要再热最后采用电再热将室外新风W处理到L3点；同时室内回风利用高温冷源处理到室内的等含湿量点M点，将室外新风和室内回风混合到送风状态点S点，最后送入室内。与单冷源非温湿分控的空调系统相比，双冷源空调系统的冷源能效比可以得到显著提高，具有明显的节能效益。但是其最大的缺点在于通过低温冷源处理后的空气需要再热，这对空调系统的节能是极为不利的；另外，双冷源温湿分控的空调系统并不是对于所有空调处理过程都是节能的，因而其应用受到很大的限制。公告号为CN100419348C的专利文献公开了ー种空气处理方法及其装置，它是将被处理的空气依次与至少两种以上不同温度的冷源或热源进行热交换，其能量水平逐步改变，实现制冷或制热。制冷时，被处理空气依次与由高温到低温的冷源进行热交換；制热时，被处理空气则依次与由低温到高温的热源进行热交換。采用上述方案提高了蒸发温度，降低了能耗，大大提高了热泵系统的COP，并且除湿能力较强。但是，该技术方案用于空调系统时只能用于分散空调系统，是ー种直接蒸发冷却式的空调系统，适用于分体空调系统和屋顶空调系统，不适用于以载冷剂为输送介质的大型中央空调系统。且上述空调系统是ー种直流式的空调系统(全新风的空调系统)，尽管该空调系统尽可能采取措施来回收大量排风所引起的冷(热)量的损失，但是其空调系统的能耗也大大高于混合式的空调系统。
实用新型内容本实用新型提供了ー种空调系统末端空气处理方法，该方法采用双冷源对空气进行冷却，通过合理分配高温冷源和低温冷源承担空调负荷的比例，降低了对空气进行冷却时的能耗，提高了能效，将该方法用于中央空调系统时，空调制冷效果好、运行成本低。解决上述技术问题的第一种技术方案为ー种空调系统末端空气处理方法，包括室内回风经过过滤、高温冷源冷却得到初级冷却的室内回风，室外新风经过过滤、高温冷源冷却得到初级冷却的室外新风，将初级冷却后的室内回风和室外新风混合得到混合空气，混合空气经低温冷源冷却除湿后由风机送入入室内。上述技术方案中，所述的高温冷源可选择出液温度为15-21°C的载冷剂，高温冷源的出回液温差为5-10°C;所述的低温冷源一般为出液温度为5-9°C的载冷剂，低温冷源的出回液温差为5-10°C。出回液温差<4°C时，势必造成空调系统的输送能耗的增加；出回液温差彡10°C，势必减小了高温冷源和低温冷源处理空气的范围。所述的载冷剂为换热领域常用的载冷剂，例如水、こニ醇或氨水等。所述的冷源的出液温度一般是指从压缩机机组出来的冷源的温度，也是冷源进入相应换热器的温度；所述的冷源的回液温度一般是指冷源冷却后回到压缩机的温度，也是冷却后流出相应换热器的冷源的温度。目前，较为常用的载冷剂为水。所述的经初级冷却的室内回风和室外新风的温度相同，记为Tl，Max(t+3. 5，Tm)
<Tl < Τπ+3，其中，T1为高温冷源的出液温度，Tn为高温冷源的回液温度，Tm为低温冷源的回液温度，MaxO^. 5，T111)是指取1^+3. 5和Tm之中的最大值。若Tl く Max (1^+3. 5，Tm)，换热器的换热面积将趋近于无限大，设备的投资大大增加，而且即使换热器的换热面积增加很多，也未必能达到满意的效果；若Tl >Τπ+3，高温冷源不能被充分利用，空调系统的能耗将大大増大。为降低风机的送风量，降低风机能耗，送入室内的混合空气的温度为室内空气的露点温度；如果送入室内的混合空气的温度过低，小于室内空气的露点温度时，为防止送入房间时温度过低会导致风ロ结露，需要额外设置加热装置对送入室内的混合空气进行加热，这将会増加能耗和设备投资；如果送入室内的混合空气的温度高于室内空气的露点温度，则为达到室内设计温度，则需要増加送风量，这将会大大增加风机的运行能耗，増加空调的运行成本。为保证空调室内气压相对于室外微正压，一般在过滤之前会将室内回风中一部分排出到室外，这部分排风中含有较多的冷量，若不采用冷回收措施会造成能量浪费。为降低总能耗，提高能量利用率，可选择将这部分室内排风通过热回收器回收利用其中的冷量。作为ー种优选的技术方案，室外新风在过滤之前先经热回收器进行预冷处理。本实用新型还提供了实现上述第一种方案中所述方法的装置，包括空气进ロ与室内回风管道相连用于除去室内回风中杂质的第一过滤器；空气进ロ与室外新风管道相连用于除去室外新风中杂质的第二过滤器；空气进ロ与第一过滤器的空气出ロ相连用于对室内回风进行初级冷却的第一换热器；空气进ロ与第二过滤器的空气出ロ相连用于对室外回风进行初级冷却的第二换 热器；空气进ロ分别与第一换热器和第二换热器的空气出口相连用于将室内回风和室外新风混合的第一混合器；空气进ロ与第一混合器的空气出ロ相连用于对混合空气进行ニ级冷却的第三换热器；空气进ロ与第三换热器的空气出ロ相连用于将冷却空气送入室内的风机；其中，所述的第一换热器和第二换热器的冷源的出液温度高于第三换热器的冷源的出液温度，以便于实现双级冷却。可根据需要在第三换热器与风机之间添加挡水器，实际设计过程中，若第三换热器表面风速< 2. 5m/s时,可不设挡水器；反之，则需要增加挡水器。所述的第一换热器、第二换热器和第三换热器优选为水-空气换热器，此时冷源的载冷剂为冷冻水，所述冷冻水可选用由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组、蒸汽/热水型溴化锂吸收式冷水机组或者直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组提供。为提高效能，回收室内排风中携帯的能量，作为另ー种优选的技术方案，在第二过滤器前设置第一热回收器，第一热回收器的空气进ロ与室外新风管道连接，空气出口与第ニ过滤器的空气进ロ连接；同时在所述的第一过滤器前设置第一分流器，第一分流器带有ー个空气进口和两个空气出ロ，第一分流器的空气进ロ与室内回风管道相连，其中ー个出ロ与第一过滤器的空气进ロ相连，另ー出口与第一热回收器的排风进ロ连接。所述的第一热回收器为风-风热回收器。解决本实用新型技术问题的第二种技术方案为ー种空调系统末端空气处理方法，包括室内回风和室外新风首先混合形成混合空气，混合空气过滤后经过高温冷源冷却得到初级冷却的混合空气，初级冷却的混合空气经低温冷源冷却除湿后由风机送入室内。上述第二中技术方案中，所述的高温冷源可选择出液温度为15_21°C的载冷剂，高温冷源的出回液温差为5-10°C;所述的低温冷源一般为出液温度为5-9°C的载冷剂，低温冷源的出回液温差为5-10°C。同样的，所述的载冷剂为换热领域常用的载冷剂，例如水、こニ醇或氨水等。目前，较为常用的载冷剂为水。同样，作为对第二种技术方案的优选，所述的初级冷却的混合空气的温度记为T2，Max(TI+3. 5, Till) < T2 < TII+3，其中，TI为高温冷源的出液温度，TH为高温冷源的回液温度，TIII为低温冷源的回液温度。同样的为降低风机的送风量，降低风机能耗，送入室内的温度为室内空气的露点温度，以实现露点送风。同样的考虑，作为ー种优选的技术方案，室外新风在混合之前先经室内排风预冷处理。以实现室内排风所携帯的能量的回收利用。本实用新型还提供了实现上述第二种方案中所述方法的装置，包括空气进ロ分别与室内回风管道和室外新风管道相连用于将室内回风和室外新风混合的第二混合器；空气进ロ与第二混合器的空气出口相连用于除去混合后空气中杂质的第三过滤器；空气进ロ与第三过滤器的空气出ロ相连用于对混合后空气进行初级冷却的第四换热器； 空气进ロ与第四换热器的空气出口相连用于对混合后空气进行ニ级冷却的第五换热器；空气进ロ与第五换热器的空气出ロ相连用于将冷却空气送入室内的风机；其中，所述的第四换热器的冷源的出液温度高于第五换热器的冷源的出液温度。同样的，作为对上述装置的优选，所述的第四换热器和第五换热器优选为水-空气换热器，此时冷源的载冷剂为冷冻水，所述冷冻水可选用由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组、蒸汽/热水型溴化锂吸收式冷水机组或者直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组提供。同样为提高效能，回收室内排风中携帯的能量，作为另ー种优选的技术方案，第二混合器前设置第二热回收器，第二热回收器的空气进ロ与室外新风管道连接，空气出口与第二混合器空气进ロ连接；同时在所述的第二混合器前设置第二分流器，第二分流器带有ー个空气进口和两个空气出ロ，第二分流器的空气进ロ与室内回风管道相连，其中ー个出ロ与第二混合器空气进ロ相连，另ー出口与第二热回收器的排风进ロ连接。本实用新型的有益效果体现在(I)双冷源非温湿分控空调系统采用分段的空气处理方式，在不同阶段采用不同品味的空调冷源处理空调送风，使得系统中冷源能效比明显大于单冷源非温湿分控的空调系统的冷源能效比，具有明显的节能效益。(2)双冷源非温湿分控空调系统的空气处理过程解决了双冷源温湿分控空调系统再热的问题。(3)本实用新型的双冷源空调系统有效的降低冷空调系统的总投资，采用将相同容量的低温机组换成相同容量的高温机组，大大降低了空调系统的总投资。(4)本实用新型的双冷源非温湿分控的空调系统并非绝对的将空调系统的总湿负荷和总热负荷分开处理，而是先利用高温冷源处理空调一部分显热负荷和潜热负荷，再利用低温冷源处理其余部分的显热负荷和潜热负荷，使得双冷源非温湿分控的空调系统比双冷源温湿分控的空调系统更有适用性。
图I为现有单冷源非温湿分控的空调系统的空气-水的空气处理过程示意图；图2为现有单冷源非温湿分控的空调系统的全空气空气处理过程示意图；[0051]图3为现有双冷源温湿分控的空调系统的空气处理过程示意图；图4为本实用新型的空调系统末端双冷源空气处理方法的原理示意图；图5为本实用新型的空调系统末端双冷源空气另ー种处理方法的原理示意图；图6为本实用新型的一种实现空调系统末端双冷源空气处理方法的装置示意图；图7为图6所示装置实际机组配置示意图；图8为本实用新型的另ー种实现空调系统末端双冷源空气处理方法的装置示意 图；图9为图8所示装置实际机组配置示意图；图10为本实用新型的第三种实现空调系统末端双冷源空气处理方法的装置示意图；图11为图10所示装置实际机组配置示意图；图12为本实用新型的第四种实现空调系统末端双冷源空气处理方法的装置示意图；图13为图12所示装置实际机组配置示意图。
具体实施方式
现以夏季办公楼内中央空调系统为例，对本实用新型的空调系统末端双冷源空气处理方法以及实现该方法的装置进行进一步说明一 处理方法实施例I :由图4所示，ー种空调系统末端空气处理方法，包括室内回风N经过过滤和高温冷源冷却得到初级冷却的室内回风L2，室外新风W经过过滤和高温冷源冷却得到初级冷却的室外新风LI，将初级冷却后的室内回风L2和室外新风LI混合得到混合空气L，混合空气L经低温冷源冷却、去除水分后得到露点送风状态点空气S，最后由风机排入室内。上述过程中涉及的參数如下室外參数夏季空调室外干球温度为35. 7 V，夏季空调室外湿球温度为28. 5 °C。室内设计參数为夏季室内设计温度为26°C，相対湿度为55% ；过程控制參数高温冷源为出水温度为15°C的冷冻水，由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，冷冻水的回水温度为20°C ;初级冷却的室内回风L2和初级冷却的室外新风的温度为23°C;低温冷源为出水温度为7°C的冷冻水，由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，冷冻水的回水温度为12°C;露点送风状态点空气S的温度为16. 5°C；空调房间的总送风量为最小送风量，即送风状态点为露点送风状态点时的送风量，新风比为 O. 3。有现有方法计算可知，利用上述方法处理后得到的空气，空调的能效比为6. 2，比相同条件下传统空调能效比提闻15%。实施例2:由图5所示，ー种空调系统末端空气处理方法，包括室内回风N和室外新风W首先混合形成混合空气M，混合空气M过滤后经过高温冷源冷却得到初级冷却的混合空气LI，初级冷却的混合空气LI经低温冷源冷却、去除水分后得到露点送风状态点空气S，最后由风机排入室内。上述过程中涉及的參数如下室外參数夏季空调室外干球温度为35. 7 V，夏季空调室外湿球温度为28. 5 °C。室内设计參数为夏季室内设计温度为26°C，相対湿度为55% ；过程控制參数高温冷源为出水温度为15°C的冷冻水，由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，冷冻水的回水温度为20°C;初级冷却的混合空气LI的温度为23°C ；低温冷源为出水温度为7°C的冷冻水，由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，冷冻水的回水温度为12°C ;露点送风状态点空气S的温度为16. 50C ;空调房间的总送风量为最小送风量，即送风状态点为露点送风状态点时的送风量，新风比为O. 3。有现有方法计算可知，利用上述方法处理后得到的空气，空调的能效比为5. 9，比相同条件下传统空调能效比提闻14%。 ニ、装置实施例3 如图6所示，一种实现实施例I中的空调系统末端空气处理方法的装置，包括空气进ロ Ia与室内回风管道相连用于除去室内回风中杂质的第一过滤器；空气进ロ 3a与室外新风管道相连用于除去室外新风中杂质的第二过滤器；空气进ロ 2a与第一过滤器的空气出ロ Ib相连用于对室内回风进行初级冷却的第一表冷器；空气进ロ 4a与第二过滤器的空气出口 3b相连用于对室外回风进行初级冷却的第二表冷器；空气进ロ 5al、5a2分别与第一表冷器的空气出ロ 2b和第二表冷器的空气出ロ 4b相连用于将室内回风和室外新风混合的第一混合器；空气进ロ 6a与第一混合器的空气出ロ 5b相连用于对混合空气进行ニ级冷却的第三表冷器；空气进ロ 7a与第三表冷器的空气出ロ 6b相连用于除去冷却空气中水分的第一挡水器；空气进ロ 8a与第一挡水器的空气出ロ 7b相连用于将冷却空气送入室内的风机；其中，第一表冷器、第二表冷器和第三表冷器为空气-水冷表冷器，进入第一表冷器和第二表冷器的冷冻水的温度(即冷冻水的出水温度)高于进入第三表冷器的冷冻水的温度。三个表冷器的冷源均由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，图中相关结构省略，其中第一表冷器中，冷冻水由第一表冷器的冷冻水进ロ 2c进入，从冷冻水出口 2d排出；第二表冷器中，冷冻水由第二表冷器的冷冻水进ロ 4c进入，从冷冻水出口 4d排出。实际空调系统中，实际机组构成如图7所示，空气处理过程可分为两个阶段，第一阶段室内回风先被送入回风段，然后经过粗效过滤段过滤后送入高温表冷段，室内回风第一次经过高温表冷段降温处理；同时室外新风先被送入新风段，然后经过粗效过滤段过滤后送入高温表冷段，室外新风第一次经过高温表冷段降温处理；第ニ阶段经过降温处理的回风和新风同时进入混合段混合后被送入低温表冷段，经过低温表冷段降温处理后，被送入挡水段(若低温表冷器表面风速< 2. 5m/s，可不设挡水段)，最后由风机段送入室内。实施例4 如图8所示，与实施例3不同之处在于第二过滤器前设置第一热回收器，第一热回收器的空气进ロ 4a与室外新风管道连接，空气出口 4b与第二过滤器的空气进ロ 3a相连；同时在第一过滤器前设置第一分流器，第一分流器带有ー个空气进ロ 9a和两个空气出ロ 9b、9c，第一分流器的空气进ロ 9a与室内回风管道相连，其中空气出口 9c与第一过滤器的空气进ロ Ia相连，另一空气出口 9b与第一热回收器的排风进ロ 4c连接，然后从排风出ロ 4d排空，其他结构同实施例3。实际空调系统中，实际机组构成如图9所示，空气处理过程可分为两个阶段，第一阶段室内回风先被送入回风段，然后由分流段将一部分回风送至热回收段，经过热回收后排至室外，另一部分回风经过粗效过滤段过滤后进入高温表冷段，室内回风第一次经过高温表冷段降温处理；同时室外新风先经过热回收段预冷，然后经过粗效过滤段过滤，最后通过高温表冷段降温处理；第ニ阶段经过降温处理的回风和新风同时进入混合段混合后被送入低温表冷段，经过低温表冷段降温处理后，然后经过挡水段(若表冷器表面风速
<2. 5m/s，可不设挡水段)，最后由风机段送入室内。实施例5 如图10所示，一种实现实施例2的空调系统末端空气处理方法的装置，包括空气 进ロ 10a、IOb分别与室内回风管道和室外新风管道相连用于将室内回风和室外新风混合的第二混合器；空气进ロ Ila与第二混合器的空气出口 IOc相连用于除去混合后空气中杂质的第三过滤器；空气进ロ 12a与第三过滤器的空气出口 Ilb相连用于对混合后空气进行初级冷却的第四表冷器；空气进ロ 13a与第四表冷器的空气出口 12b相连用于对混合后空气进行ニ级冷却的第五表冷器；空气进ロ 14a与第五表冷器的空气出ロ 13b相连用于除去冷却空气中水分的第二挡水器；空气进ロ 15a与第二挡水器的空气出口 14b相连用于将冷却空气送入室内的风机；其中，第四表冷器和第五表冷器均为空气-水冷表冷器，进入第四表冷器的冷冻水的温度(即高温冷源的出水温度)高于进入第五表冷器的冷冻水的温度。第五表冷器和第四表冷器的冷源由电机驱动压缩机的蒸气压缩循环冷水机组提供，在第四表冷器中，高温冷源的冷冻水从冷冻水进ロ 12c进入，从冷冻水出口 12d排出；在第五表冷器中，低温冷源冷冻水从冷冻水进ロ 13c进入，从冷冻水出ロ 13d排出。实际空调系统中，实际机组构成如图11所示，空气处理过程可分为两个阶段，第ー阶段室内回风和室外新风先被送入混合段混合，然后经过粗效过滤段过滤后进入高温表冷段，室内回风和室外新风第一次经过高温表冷段降温处理，室内回风和室外新风经过中间段后被送入低温表冷段降温处理，然后再经过挡水段(若低温表冷器表面风速
<2. 5m/s，可不设挡水段)，最后由风机段送入室内。实施例6 如图12所示，与实施例5不同之处在于第二混合器前设置第二热回收器，第二热回收器的空气进ロ 17a与室外新风管道连接，空气出口 17b与第二混合器的空气进ロ IOb连接；同时在第二混合器前设置第二分流器，第二分流器带有ー个空气进ロ 16a和两个空气出口 16b、16c，第二分流器的空气进ロ 16a与室内回风管道相连，其中一个空气出口 16c与第二混合器的空气进ロ IOa相连，另一空气出口 16b与第二热回收器的排气进ロ 17c连接，热回收后的排风经排风出口 17d排空。其他结构同实施例5。实际空调系统中，实际机组构成如图13所示，空气处理过程可分为两个阶段，第ー阶段室内回风先被送入回风机段，然后由分流段将一部分回风送至热回收段，经过热回收后排至室外，另外一部分回风被送入混合段与经过热回收段预冷后的室外新风混合，混合后进入粗效过滤段，然后经过过滤后进入高温表冷段，室内回风和室外新风第一次经过高温表冷段降温处理，室内回风和室外新风经过 中间段后被送入低温表冷段，经过低温表冷段降温处理后，然后经过挡水段(若表冷器表面风速< 2. 5m/s，可不设挡水段)，最后由风机段送入室内。
权利要求1.一种空调系统末端空气处理装置，包括 空气进口与室内回风管道相连的第一过滤器； 空气进口与室外新风管道相连的第二过滤器； 空气进口与第一过滤器的空气出口相连的第一换热器； 空气进口与第二过滤器的空气出口相连的第二换热器； 空气进口分别与第一换热器和第二换热器的空气出口相连的第一混合器； 空气进口与第一混合器的空气出口相连的第三换热器； 空气进口与第三换热器的空气出口相连的风机； 其中，所述第一换热器和第二换热器的冷源的出液温度高于第三换热器的冷源的出液温度。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的第二过滤器前设有第一热回收器，第一热回收器的空气进口与室外新风管道连接，空气出口与第二过滤器的空气进口相连；同时在所述的第一过滤器前设置第一分流器，所述第一分流器带有一个空气进口和两个空气出口，第一分流器的空气进口与室内回风管道相连，其中一个空气出口与第一过滤器的空气进口相连，另一空气出口与第一热回收器的排风进口连接。
专利摘要本实用新型公开了一种空调系统末端空气处理方法，包括室内回风经过过滤和高温冷源冷却得到初级冷却的室内回风，室外新风经过过滤、高温冷源冷却得到初级冷却的室外新风，将初级冷却后的室内回风和室外新风混合得到混合空气，混合空气经低温冷源冷却除湿后由风机送入入室内。或者，室内回风和室外新风先进行混合，然后再依次经过高低温冷源冷却最后送入室内。本实用新型还公开了实现上述过程的装置。本实用新型的空调系统末端空气处理方法通过合理分配高温冷源和低温冷源承担空调负荷的比例，降低了对空气进行冷却时的能耗，提高了能效，将该方法用于中央空调系统时，空调制冷效果好、运行成本低。
文档编号F24F3/16GK202613610SQ20122012905
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者田向宁, 丁德, 杨毅 申请人:浙江大学建筑设计研究院, 丁德, 田向宁, 杨毅