专利名称：一种含有热管换热器的独立新风系统及其工作方法
技术领域：
本发明属于智能化建筑中的新风系统的节能技术，以及智能化建筑中的通风与空调工程技术，是一种基于新型热回收技术的独立新风系统，即一种含有热管换热器的独立新风系统。背景技术：
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对现有背景技术的现状进行相关介绍，以下是反映这些背景技术的相关文献。主要篇名如下:
1.张忠斌，等(南京师范大学).一种热管能量回收型全新风空气处理机组:中国，201407759[P], 2010-02-17
2.李仁良，等.具有保温功能的室内节能新风温控装置:中国，201740164U[P], 2011-02-09
3.黄翔，等(西安工程大学).地铁站用热管热回收式蒸发冷却通风降温机组:中国，202613627U[P].2012-12-19
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6.陈华，等(北京恩湾科技有限公司).一种全热回收的新风空调系统:中国，101545659[P], 2009-09-30
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8.郝小礼，等(湖南科技大学).多级热回收复合除湿新风空气处理机:中国，202119021U[P], 2012-01-18
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通过对相关文献分析可知，相关研究存在的主要问题:
1.上述系统中的热交换主要是室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换；
2.上述所涉及的系统大部分采用全热交换器来实现热交换；
3.上述所涉及的系统主要用于除湿系统中；
4.上述所涉及的系统主要是利用热回收设备进行热量回收，而没有涉及到其他方面的应用。
由此而形成的系统热回收效率较低，热回收设备及其维护保养费用较高，还要引入额外能量和辅助设备，占用空间也较大，并且会产生交叉污染。容易降低室内空气品质，节能潜力也有一定的局限性。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种含有热管换热器的独立新风系统及其工作方法，它能够克服现有技术存在的问题，该系统是在智能化建筑的新风系统中，将热管换热器(新型热回收技术)与直接式蒸发器盘管结合使用的系统，该系统处理的对象是室外新风。含有热管换热器的独立新风系统中热管换热器的预冷过程可以提高新风系统的制冷能力，再热过程可以不使用再热能源来处理过冷的新风。在新风被预冷的情况下，独立新风系统中直接式蒸发器盘管的除湿能力可以增强。
本发明的技术方案:一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于它包括预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元；所述预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元依次安装于新风系统的入口和出口之间；所述送风单元安装于新风系统的出口处。
所述新风系统的入口处安装过滤单元。
所述新风系统的入口处和出口处均安装有风阀执行器及风压差开关；所述预冷单元及再热单元的进风侧和出风侧均安装有温湿度传感器；所述送风单元连接变频器；所述新风系统连接控制器；所述控制 器的模拟量输入端连接温湿度传感器；所述控制器的数字量输入端连接风压差开关；所述控制器的模拟量输出端连接变频器和冷却除湿单元的电子式膨胀阀；所述控制器的数字量输出端连接风阀执行器。
所述预冷单元为热管换热器的蒸发器侧，再热单元为热管换热器的冷凝器侧；所述独立新风系统的热管换热器在预冷单元和再热单元中实现了热量回收。
所述冷却除湿单元由直接式蒸发器、电子式膨胀阀、冷凝器及压缩机组成；所述直接式蒸发器的输出端连接压缩机的输入端，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端连接电子式膨胀阀的输入端，电子式膨胀阀的输出端连接直接式蒸发器的输入端。
所述过滤单元采用过滤器。
所述送风单元采用风机。
一种含有热管换热器的独立新风系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤:
( I)室外新风经预冷单元进行预处理；
(2)经过预处理的室外新风由冷却除湿单元再处理；
(3)新风经风管折向然后经过再热单元进行再热；
(4)送风单元将处理后的空气送入室内，并通过控制器将室内温湿度控制在260C ±0.50C，50%±1%。
所述步骤(I)中新风经热管换热器的蒸发器侧进行预冷处理；所述步骤(2)中冷却除湿单元的处理过程:制冷剂在直接式蒸发器中吸收外界即室外新风的热量，蒸发成气体后进入压缩机；气体被压缩机压缩，温度升高；从压缩机排出的气体进入冷凝器，被冷却介质冷却，成为液体；离开冷凝器的制冷剂液体流经电子式膨胀阀时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入直接式蒸发器，吸收直接式蒸发器周围物体即室外新风的热量，完成了对室外新风的再冷过程；所述步骤(3)中新风经风管折向然后经过热管换热器的冷凝器侧进行再热。
所述步骤(4)中·控制器将室内温湿度控制在26°C，50%的方法为:当室内回风处的温湿度高于26°C，50%时，通过控制器调节电子式膨胀阀的开度，进而使直接式蒸发器的制冷能力提高，最终使室内温湿度控制在26°C，50% ;当室内回风处的温湿度低于26°C，50%时，同样通过控制器调节电子式膨胀阀的开度，进而使直接式蒸发器的制冷能力降低，最终使室内温湿度控制在26°C，50% ;控制器实时调节电子式膨胀阀的开度进而将室内温湿度控制在 260C ±0.50C，50%±1%。
本发明工作原理:基于新型热回收技术的独立新风系统，其热回收过程是通过热管换热器来实现的。该独立新风系统主要由风机、热管换热器、直接式蒸发器、冷凝器、压缩机、电子式膨胀阀等组成。室外新风由风机驱动，经过热管换热器的蒸发器侧进行预冷但不进行除湿，此部分取代了传统的新风机组的预冷盘管系统并保证此过程在干工况下运行；新风随后经过直接式蒸发器进行再冷；新风再经过热管换热器的冷凝器侧进行再热，此部分取代了传统的再热盘管系统并保证此过程在干工况下运行；最终将新风送入室内。此系统采用热管换热器可不消耗额外能源就可以实现预冷和再热的过程，从而将新风系统简化并集成了热回收过程。此外直接式蒸发器与冷凝器、压缩机、电子式膨胀阀连接，可以通过实时改变电子式膨胀阀的流量来控制新风系统的送风温度和送风湿度，最终使室内的热量达到平衡。
本发明的优越性:1.该独立新风系统采用的热回收设备是热管换热器，其换热效率高无额外能耗，最大程度回收排放的热量，优化新风系统结构；并且预冷和再热过程不消耗额外热量；同时新风的预冷和再热过程均处于干工况运行，提高室内空气品质；最终可使空调系统节能6%_9%，达到节能减排的目标；2.本系统可应用于民用建筑，办公建筑，电影院，生物试验室等民用和工业智能化建筑中；同时可以用于相关教学软件和教学系统的开发；3.该系统的热回收设备及其维护保养费用较低，不需要任何额外能量和辅助设备，并且不会产生交叉污染。
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图1是本发明所涉一种含有热管换热器的独立新风系统在焓湿图中的处理过程，并且在焓湿图上对本发明独立新风系统与传统新风系统进行比较。
图2是本发明所涉一种含有热管换热器的独立新风系统的原理图。
图3-1、图3-2、图3-3是本发明所涉一种含有热管换热器的独立新风系统的三视图。
图4是本发明所涉一种含有热管换热器的独立新风系统的立体图。
图5是本发明所涉一种含有热管换热器的独立新风系统的电气控制图。
具体实施方式
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实施例:一种含有热管换热器的独立新风系统(见图2至图4)，其特征在于它包括预冷单元2、冷却除湿单元3、再热单元4及送风单元5 ;所述预冷单元2、冷却除湿单元3、再热单元4及送风单元5依次安装于新风系统的入口和出口之间；所述送风单元5安装于新风系统的出口处。
所述新风系统的入口处安装过滤单元I。(见图2至图4)
所述新风系统的入口处和出口处均安装有风阀执行器M及风压差开关ΛΡ ;所述预冷单元2及再热单元4的进风侧和出风侧均安装有温湿度传感器TH ;所述送风单元5连接变频器V ;所述新风系统连接控制器13 ;所述控制器13的模拟量输入端Al连接温湿度传感器TH ;所述控制器13的数字量输入端DI连接风压差开关Λ P ;所述控制器13的模拟量输出端AO连接变频器V和冷却除湿单元3的电子式膨胀阀9 ;所述控制器13的数字量输出端DO连接风阀执行器Μ。(见图5)
所述预冷单元2为热管换热器6的蒸发器侧7，再热单元4为热管换热器6的冷凝器侧12 ;所述独立新风系统的热管换热器6在预冷单元2和再热单元4中实现了热量回收。(见图2至图4)`
所述冷却除湿单元3由直接式蒸发器8、电子式膨胀阀9、冷凝器10及压缩机11组成；所述直接式蒸发器8的输出端连接压缩机11的输入端，压缩机11的输出端连接冷凝器10的输入端，冷凝器10的输出端连接电子式膨胀阀9的输入端，电子式膨胀阀9的输出端连接直接式蒸发器8的输入端。
所述过滤单元I采用过滤器。
所述送风单元5采用风机。
—种含有热管换热器的独立新风系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤:
(I)室外新风OA经预冷单元2进行预处理；
(2)经过预处理的室外新风OA由冷却除湿单元3再处理；
(3)新风经风管折向然后经过再热单元4进行再热；
(4)送风单元5将处理后的空气FA送入室内，并通过控制器13将室内温湿度控制在 26°C ±0.5°C，50%±1%。
所述步骤(I)中新风经热管换热器6的蒸发器侧7进行预冷处理；所述步骤(2)中冷却除湿单元3的处理过程:制冷剂在直接式蒸发器8中吸收外界即室外新风的热量，蒸发成气体后进入压缩机11 ;气体被压缩机11压缩，温度升高；从压缩机11排出的气体进入冷凝器10，被冷却介质冷却，成为液体；离开冷凝器10的制冷剂液体流经电子式膨胀阀9时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入直接式蒸发器8，吸收直接式蒸发器8周围物体即室外新风的热量，完成了对室外新风的再冷过程；所述步骤(3)中新风经风管折向然后经过热管换热器6的冷凝器侧12进行再热。
所述步骤(4)中控制器13将室内温湿度控制在26°C，50%的方法为:当室内回风处的温湿度高于26°C，50%时，通过控制器13调节电子式膨胀阀9的开度，进而使直接式蒸发器8的制冷能力提 高，最终使室内温湿度控制在26°C，50%;当室内回风处的温湿度低于260C，50%时，同样通过控制器13调节电子式膨胀阀9的开度，进而使直接式蒸发器8的制冷能力降低，最终使室内温湿度控制在26°C，50% ;控制器13实时调节电子式膨胀阀9的开度进而将室内温湿度控制在26°C ±0.5°C，50%±1%。
本发明与现有技术的技术效果对比(见图1):
为了比较和计算本发明提出的独立新风系统和传统的新风系统的能耗优势，做了如下假设:
a.在这两个系统中，他们所处的状态点相同，从a点到R点。比如说:新风入口处的状态点(a点)，还有就是状态点c和室内的设计点(状态点R)。
b.传统的新风系统是通过制冷和除湿方式将新风从状态a处理到状态C，但是如果添加了热管换热器6，由于其对系统有预冷的作用，因此可以增强系统的除湿能力。
c.在整个新风系统中，所有流动都是绝热过程。
d.热管换热器6的蒸发器侧7和冷凝器侧12的能量传递是相等，但是方向相反。即:当空气的流量不变的情况下，(ha_hb) = (hd_h。)。
e.理论上来说，传统系统向室内送新风之前应该含有加热设备对新风进行再热处理。
新风系统的节能计算:
不含热管换热器6的系统，新风系统的冷负荷和热负荷如下
Qdxn, o_ f ^fa (ha_hc)⑴
Hdx；0= P VFACpa (td-tc)(2)
其中:
P =空气密度，kg/m3
Cpa=空气的比热，kj/kg.K
Vfa=新风的流量，m3/s
ha=室外空气的焓值，kj/kg
h。=新风被冷却后的焓值，kj/kg
t。=新风被冷却后的温度，V
td=新风再热后的温度，V
含有热管换热器6的系统，当新风流过热管换热器6的蒸发器侧7，新风将被预冷，从ta降到tb，但是这个过程是恒湿的，hb是新风经过热管换热器6的蒸发器侧7冷却后的b点的焓值，直接式蒸发器8的冷负荷可以表示为，Qdx:
Qdx=P Vfa (hb-hc) ⑶
新风经过直接式蒸发器8，将被热管换热器6的冷凝器侧12再热，达到状态点d，此点的温度为td。a到d点的空气状态由下列公式决定:
td=tc+ nHP(ta-tc) ⑷
tb=ta- (td-tc)(5)
wa=wb (6)
wc=wd (7)
其中
ta=室外温度，V
tb=离开热管换热器6的蒸发器侧7的温度，V
η HP=热管效率
Ws=各个空气状态点的湿度，kg/kg (s=a, b, c, d)
因此，状态点a和c确定后，空气状态点b和d可以通过公式(4)到(7)计算出。
整个新风系统的冷负荷如下:
Qdx=P Vfa (hb-hc) ⑶
再热负荷:
Hdx=O (9)
由此，新风系统冷负荷的减少量可以通过公式(I)和公式(8)算出:
Λ QDX=QDX，0-QDX=P VFA(ha-hc)-p VFA(hb-hc) = P VFA(ha-hb) (10)
新风系统再热负荷的减少量同样可以通过公式(2)和公式(9)算出:
Δ HDX-HDX； q-Hdx-Hdx； Q- P VFACpa (td~tc)(11)
因此，与传统系统相比，本课题提出的新风系统的节能量如下:
权利要求
1.一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于它包括预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元；所述预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元依次安装于新风系统的入口和出口之间；所述送风单元安装于新风系统的出口处。
2.根据权利要求I所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述新风系统的入口处安装过滤单元。
3.根据权利要求I所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述新风系统的入口处和出口处均安装有风阀执行器及风压差开关；所述预冷单元及再热单元的进风侧和出风侧均安装有温湿度传感器；所述送风单元连接变频器；所述新风系统连接控制器；所述控制器的模拟量输入端连接温湿度传感器；所述控制器的数字量输入端连接风压差开关；所述控制器的模拟量输出端连接变频器和冷却除湿单元的电子式膨胀阀；所述控制器的数字量输出端连接风阀执行器。
4.根据权利要求I所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述预冷单元为热管换热器的蒸发器侧，再热单元为热管换热器的冷凝器侧。
5.根据权利要求I所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述冷却除湿单元由直接式蒸发器、电子式膨胀阀、冷凝器及压缩机组成；所述直接式蒸发器的输出端连接压缩机的输入端，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端连接电子式膨胀阀的输入端，电子式膨胀阀的输出端连接直接式蒸发器的输入端。
6.根据权利要求2所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述过滤单元采用过滤器。
7.根据权利要求I所述一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于所述送风单兀米用风机。
8.—种权利要求I所述含有热管换热器的独立新风系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤 (1)室外新风经预冷单元进行预处理； (2)经过预处理的室外新风由冷却除湿单元再处理； (3)新风经风管折向然后经过再热单元进行再热； (4)送风单元将处理后的空气送入室内，并通过控制器将室内温湿度控制在26 0C ±0. 5°C，50%±1%。
9.根据权利要求8所述一种含有热管换热器的独立新风系统的工作方法，其特征在于所述步骤(I)中新风经热管换热器的蒸发器侧进行预冷处理；所述步骤(2)中冷却除湿单元的处理过程制冷剂在直接式蒸发器中吸收外界即室外新风的热量，蒸发成气体后进入压缩机；气体被压缩机压缩，温度升高；从压缩机排出的气体进入冷凝器，被冷却介质冷却，成为液体；离开冷凝器的制冷剂液体流经电子式膨胀阀时，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入直接式蒸发器，吸收直接式蒸发器周围物体即室外新风的热量，完成了对室外新风的再冷过程；所述步骤(3)中新风经风管折向然后经过热管换热器的冷凝器侧进行再热。
10.根据权利要求8所述一种含有热管换热器的独立新风系统的工作方法，其特征在于所述步骤(4)中控制器将室内温湿度控制在26°C，50%的方法为当室内回风处的温湿度高于26°C，50%时，通过控制器调节电子式膨胀阀的开度，进而使直接式蒸发器的制冷能力提高，最终使室内温湿度控制在26°C，50% ;当室内回风处的温湿度低于26°C，50%时，同样通过控制器调节电子式膨胀阀的开度，进而使直接式蒸发器的制冷能力降低，最终使室内温湿度控制在26°C，50% ; 控制器实时调节电子式膨胀阀的开度进而将室内温湿度控制在260C ±0. 50C，50%±1%。
全文摘要
一种含有热管换热器的独立新风系统，其特征在于它包括预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元；所述预冷单元、冷却除湿单元、再热单元及送风单元依次安装于新风系统的入口和出口之间；所述送风单元安装于新风系统的出口处。新风经热管换热器的蒸发器侧进行预冷；经过预处理的新风由冷却除湿单元再冷；新风经风管折向然后经过热管换热器的冷凝器侧进行再热；送风单元将处理后的空气送入室内，并通过控制器将室内温湿度控制在26℃±0.5℃,50%±1%。该独立新风系统的热管换热器在预冷单元和再热单元中实现了热量回收，其换热效率高无额外能耗，最大程度回收排放的热量；提高室内空气品质；最终可使空调系统节能6%-9%。
文档编号F24F11/02GK103256666SQ20131017855
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者张链 申请人:天津中德职业技术学院, 张链, 冯时