一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统及控温除湿方法与流程

本发明涉及一种恒温控湿空调系统，更具体地说，涉及一种应用于精密铸造行业的可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统及控温除湿方法。

背景技术：

冷却塔是中央空调系统及工艺冷却系统中常用的冷却设备，冷却塔降温的原理在于：水在蒸发过程中要吸收热量从而使没有蒸发的水温度降低，水温降低的程度取决于蒸发量，蒸发水量取决于空气的饱和程度，首先冷却水在冷却塔内与空气接触进行热湿交换，只要湿球温度低于冷却水温度就能起到冷却作用，随着过渡季及冬季的到来，室外气温逐渐下降，相对湿度降低，室外湿球温度也随着降低，从而冷却塔出水温度也随着降低。

精密铸造生产工艺中面层、背层和清浆干燥工艺段均要求为恒温恒湿环境，为保证工件的产品质量，必须严格控制各个工艺段的温湿度环境。而节能恒温控湿机组需要制冷机组常年提供冷冻水，螺杆式制冷机组制冷运行时需要通过冷却塔对机组冷凝器进行散热，螺杆式制冷机组依靠压差回油，为确保制冷机组的正常回油，通常对冷却水的供水温度下限值提出要求，根据螺杆式冷水机组厂家样本资料，冷却水最低供水温度不低于16度，一旦供水温度低于下限值机组就会保护停机，在低温环境下即使通过控制冷却塔风机不运行，冷却水供水温度依然会达到温度下限值，导致制冷系统无法正常运行，严重影响工艺生产。

现有的除湿系统多采用单一的表冷除湿系统进行除湿，由于热湿联合处理造成能源浪费、并且存在温湿度控制精度低，低温环境下除湿量小等问题，对相对湿度要求低于40%的环境无法实现。

控温除湿机组在工艺处理过程会排放高温高湿空气，而对于再生新风需要不断加热，消耗电能、蒸气等能源，因而亟需通过技术措施对余热资源进行再利用。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统及控温除湿方法，第一：解决了冷水机组在低温环境下不能正常运行导致冷冻水无法正常供应的问题，降低了设备故障率，改善了设备运行工况；第二：通过冷却塔利用自然冷源供冷，解决了工艺生产的供冷需求，减少了制冷机组的运行时间，从而得到显著的节能效果，降低了能源消耗；第三：利用冷却水储水箱可在生产负荷低的情况下进行蓄冷，最大限度的利用自然冷源；第四：提供了一种针对低湿度生产环境要求的温湿度独立控制空调设备和控制方法；第五：通过回收利用高温高湿废气的余热用于再生新风的预热，提高了进风温度，减少了能源的消耗，节省了运行成本。

本发明的一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统，其特殊之处在于包括用于给铸造车间28降温除湿的节能恒温控湿机组，节能恒温控湿机组包括从前至后依次相连通的回风段1、转轮除湿段4、后置换热段5、风机段6，转轮除湿段4的再生区进口32上安装有再生加热器9、转轮除湿段4的再生区出口33上安装有再生风机10，回风段1通过回风管27与铸造车间回风口相连通，风机段6通过送风管29与铸造车间送风口相连通，后置换热段5的出水口通过第一循环管路23与制冷机组14的蒸发器进口相连通，后置换热段5的进水口通过第二循环管路24与制冷机组14的蒸发器出水口相连通，第一循环管路23上安装有电动调节阀11，制冷机组14的冷凝器出水口通过第三循环管路25连通有冷却塔18进水口，制冷机组14的冷凝器进水口通过第四循环管路26连通有冷却塔18出水口，回风管27上安装有温湿度传感器12，第一循环管路23上安装有冷冻水循环泵13，第四循环管路26上安装有冷却水泵16，再生加热器9、再生风机10、电动调节阀11、温湿度传感器12、冷冻水循环泵13、冷却水泵16均受控于plc控制器；

所述回风段1上设有空气进口20及新风进口21，空气进口20与回风管27相连通，新风进口21与外部新风连通；

所述回风段1与转轮除湿段4之间自前向后依次设有过滤段2、前置换热段3，前置换热段3的出水口通过第一支管42与第一循环管路23相汇合，前置换热段3的进水口通过第二支管19与第二循环管路24相汇合；

所述制冷机组14并联有板式换热器15，第一循环管路23靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第一支路36、第二支路37，第一支路36的与制冷机组14的蒸发器入口相连通，第二支路37与板式换热器15的一次侧进口相连通，第二循环管路24靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第三支路38、第四支路39，第三支路38与制冷机组14的蒸发器出口相连通，第四支路39与板式换热器15的一次侧出口相连通；

所述第四循环管路26上安装有冷却储水箱17，第四循环管路26靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第五支路40、第六支路41，第五支路40与制冷机组14的冷凝器入口相连通，第六支路41与板式换热器15的二次侧进口相连通，板式换热器15的二次侧出口与第三循环管路25相连通；

所述第一支路36、第二支路37、第五支路40、第六支路41上安装有电动开关阀v1、电动开关阀v2、电动开关阀v3、电动开关阀v4，四个电动开关阀均受控于plc控制器；

所述再生加热器9连接有热回收器8，热回收器8上设有再生新风入口30、再生新风出口31、高温侧进口34、高温侧出口35，其中，再生风机10出口与高温侧进口34相通，高温侧出口35连接室外大气；

所述风机段6与铸造车间28之间还设有均流段7，均流段7上开设有空气出口22，空气出口22连通送风管29。

本发明的一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统的控温除湿方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1、铸造车间28内的空气通过回风管27输送至回风段1；

所述回风段1还连通有外部新风，从而改善车间空气品质，且能使车间保持微正压；

所述回风段1出口还连通有过滤段2，除去车间内的粉尘；

所述过滤段2出口还连通有前置换热段3，通过前置换热段3初步除湿；

2、从回风段1输出的空气输入至转轮除湿段4进行深入除湿，由于转轮除湿段4的再生区进口32上安装有再生加热器9、转轮除湿段4的再生区出口33上安装有再生风机10，可不断对转轮再生区吸湿剂进行再生，因此能持续使转轮除湿段4具有吸湿性能；

所述再生加热器9连接有热回收器8，热回收器8上设有再生新风入口30、高温侧进口34、高温侧出口35，其中，再生风机10出口与高温侧进口34相通，高温侧出口35连接室外大气，再生新风通过热回收器8预热后进入再生加热器9，从再生风机10出来的高温高湿空气通过高温侧进口34输入至热回收器8内，余热用于再生新风的预热，提高了进风温度；

3、除湿后的空气进入后置换热段5进行降温处理，后置换热段5连接有制冷机组14及板式换热器15，当室外湿球温度低于5℃时，plc控制器控制电动开关阀v1关闭、电动开关阀v2开启、电动开关阀v3关闭、电动开关阀v4开启，从而断开制冷机组14，采用板式换热器15+冷却塔18降温，当室外湿球温度高于5℃时，断开板式换热器15，采用制冷机组14降温；可根据空调负荷情况设定不同的湿球温度，plc控制系统根据设定的湿球温度进行制冷机供冷工况与冷却塔供冷工况的切换；通过plc控制器控制电动调节阀11的开度，从而实现温度调节；

4、降温降湿后的空气经过风机段6输送至铸造车间28；

所述风机段6与铸造车间28之间还设有均流段7,均流段7能减少气流扰动，使空气平稳输送至铸造车间28。

本发明的有益效果是：

1.根据室外湿球温度进行制冷机供冷工况与冷却塔供冷工况的切换，确保制冷机组供冷工况下冷却水供水温度不低于16度，解决了冷水机组在低温环境下不能正常运行导致冷冻水无法正常供应的问题，降低了设备故障率，改善了设备运行工况；

2.当因室外气温过低而不满足冷却水最低供水温度要求时，冷水机组无法运行，此时通过冷却塔冬季供冷，利用自然冷源供冷，解决了工艺生产的供冷需求，与制冷机组直接供冷相比，不需运行冷水机组，从而节省冷水机组电机的能耗，达到显著的节能效果，降低了能源消耗；

3.利用冷却水储水箱可在生产负荷低的情况下进行蓄冷，最大限度的利用自然冷源；

4.提供了一种针对低湿度生产环境要求的温湿度独立控制空调系统和恒温控湿方法；

5.通过回收利用高温高湿废气的余热用于再生新风的预热，提高了进风温度，减少了电能、蒸气等能源的消耗，节省了运行成本。

该系统经济高效，控制先进、安全可靠、易于推广应用。

附图说明

图1：本发明一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统实施例1的结构示意图；

图2：本发明一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统实施例2的结构示意图。

图中：1、回风段；2、过滤段；3、前置换热段；4、转轮除湿段；5、后置换热段；6、风机段；7、均流段；8、热回收器；9、再生加热器；10、再生风机；11、电动调节阀；12、温湿度传感器；13、冷冻水循环泵；14、制冷机组；15、板式换热器；16、冷却水泵；17、冷却储水箱；18、冷却塔；19、第二支管；20、空气进口；21、新风进口；22、空气出口；23、第一循环管路；24、第二循环管路；25、第三循环管路；26、第四循环管路；27、回风管；28、铸造车间；29、送风管；30、再生新风入口；31、再生新风出口；32、再生区进口；33、再生区出口；34、高温侧进口；35、高温侧出口；36、第一支路；37、第二支路；38、第三支路；39、第四支路；40、第五支路；41、第六支路；42、第一支管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统，包括用于给铸造车间28降温除湿的节能恒温控湿机组，节能恒温控湿机组包括从前至后依次相连通的回风段1、转轮除湿段4、后置换热段5、风机段6，转轮除湿段4的再生区进口32上安装有再生加热器9、转轮除湿段4的再生区出口33上安装有再生风机10，回风段1通过回风管27与铸造车间回风口相连通，风机段6通过送风管29与铸造车间送风口相连通，后置换热段5的出水口通过第一循环管路23与制冷机组14的蒸发器进口相连通，后置换热段5的进水口通过第二循环管路24与制冷机组14的蒸发器出水口相连通，第一循环管路23上安装有电动调节阀11，制冷机组14的冷凝器出水口通过第三循环管路25连通有冷却塔18进水口，制冷机组14的冷凝器进水口通过第四循环管路26连通有冷却塔18出水口，回风管27上安装有温湿度传感器12，第一循环管路23上安装有冷冻水循环泵13，第四循环管路26上安装有冷却水泵16，再生加热器9、再生风机10、电动调节阀11、温湿度传感器12、冷冻水循环泵13、冷却水泵16均受控于plc控制器。第一循环管路23上安装有电动调节阀11，回风管27上安装有温湿度传感器12节能恒温控湿机组通过plc控制器，根据铸造车间回风温度调节电动调节阀11的开度，根据铸造车间回风湿度控制转轮除湿段4的除湿量，从而实现温湿度独立控制，提高温湿度控制精度。

实施例2

参考附图2，本实施例与实施例1的区别在于：

回风段1上设有空气进口20及新风进口21，空气进口20与回风管27相连通，新风进口21与外部新风连通；为保证铸造车间的温湿度稳定，恒温控湿机组回风段可引入一部分室外新风，新风与回风混合后再进行处理，一方面保证车间为微正压状态，防止干燥间外空气的涌入，另一方面可改善车间的空气品质，使工人工作环境得到改善。

回风段1与转轮除湿段4之间自前向后依次设有过滤段2、前置换热段3，前置换热段3的出水口通过第一支管42与第一循环管路23相汇合，前置换热段3的进水口通过第二支管19与第二循环管路24相汇合；铸造车间工件干燥过程会产生一部分粉尘，为保证恒温控湿机组的正常运行，在机组内设置有过滤段2，对循环风进行净化处理，改善车间空气品质的同时也可避免粉尘进入转轮除湿段转轮，保障系统稳定运行。

为了能使冷水机组在冷却水温度低于16℃时仍能正常运行，制冷机组14并联有板式换热器15，第一循环管路23靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第一支路36、第二支路37，第一支路36的与制冷机组14的蒸发器入口相连通，第二支路37与板式换热器15的一次侧进口相连通，第二循环管路24靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第三支路38、第四支路39，第三支路38与制冷机组14的蒸发器出口相连通，第四支路39与板式换热器15的一次侧出口相连通；

第四循环管路26上安装有冷却储水箱17，第四循环管路26靠近制冷机组14的一端分成两条支路，分别为第五支路40、第六支路41，第五支路40与制冷机组14的冷凝器入口相连通，第六支路41与板式换热器15的二次侧进口相连通，板式换热器15的二次侧出口与第三循环管路25相连通；

所述第一支路36、第二支路37、第五支路40、第六支路41上安装有电动开关阀v1、电动开关阀v2、电动开关阀v3、电动开关阀v4，电动阀均受控于plc控制器；

所述再生加热器9连接有热回收器8，热回收器8上设有再生新风入口30、再生新风出口31、高温侧进口34、高温侧出口35，其中，再生风机10出口与高温侧进口34相通，高温侧出口35连接室外大气；转轮除湿段4主要是利用吸湿剂的亲水性来吸收空气中的水分，转轮吸湿剂材料通常为硅胶、分子筛、氯化锂以及上述材料的复合体，转轮为蜂窝状结构，转轮被密封条分割成两个扇形区域，圆心角为270度的处理区和圆心角为90度的再生区，处理的湿空气经转轮除湿段处理区后，由于在常温下转轮中吸湿剂的水蒸气分压力低于处理的湿空气的水蒸气分压力，处理空气中的水分被转轮中的吸湿剂吸附后湿度降低，湿空气得到干燥，吸湿剂吸湿到一定程度就会饱和，吸湿过程将终止，为了维持吸湿剂的吸湿性能，需要将吸湿剂再生，再生新风首先经热回收器8预热后，进入再生加热器9中加热到设定的再生温度，后进入转轮除湿段4再生区，在高温下，空气的水蒸气分压力低于转轮中吸湿剂的水蒸气分压力，因此原先吸附的水分被脱附，吸湿剂得到充分再生，转轮恢复吸湿能力，经过转轮再生区的再生新风变成含湿量大的湿空气，后通过再生风机10，进入热回收器8与再生新风进行换热后，排至室外，热回收器8可采用板式换热器、热管式换热器、壳管式换热器等形式，实现气气换热。

风机段6与铸造车间28之间还设有均流段7，均流段7上开设有空气出口22，空气出口22连通送风管29。

下表为不同运行工况下控制设备的运行逻辑：

不同工况下阀门状态

实施例3

本实施例的一种可利用冷却塔冬季供冷的节能恒温控湿空调系统的控温除湿方法，参考附图2，包括以下步骤：

1、铸造车间28内的空气通过回风管27输送至回风段1；

回风段1还连通有外部新风，从而改善车间空气品质，且能使车间保持微正压；

回风段1输出端还连通有过滤段2，除去车间内的粉尘；

过滤段2输出端还连通有前置换热段3，通过前置换热段3初步除湿；

2、从回风段1输出的空气输入至转轮除湿段4进行深入除湿，由于转轮除湿段4的再生区进口32上安装有再生加热器9、转轮除湿段4的再生区出口33上安装有再生风机10，可不断对转轮再生区吸湿剂进行再生，因此能持续使转轮除湿段4具有吸湿性能；

再生加热器9连接有热回收器8，热回收器8上设有再生新风入口30、高温侧进口34、高温侧出口35，其中，再生风机10出口与高温侧进口34相通，高温侧出口35连接室外大气，再生新风通过热回收器8预热后进入再生加热器9，从再生风机10出来的高温高湿空气通过高温侧进口34输入至热回收器8内，余热用于再生新风的预热，提高了进风温度；

3、除湿后的空气进入后置换热段5进行降温处理，后置换热段5连接有制冷机组14及板式换热器15，当室外湿球温度低于5℃时，plc控制器控制电动开关阀v1关闭、电动开关阀v2开启、电动开关阀v3关闭、电动开关阀v4开启，从而断开制冷机组14，采用板式换热器15与冷却塔18降温，当室外湿球温度高于5℃时，断开板式换热器15，采用制冷机组14降温；可根据空调负荷情况设定不同的湿球温度，plc控制系统根据设定的湿球温度进行制冷机供冷工况与冷却塔供冷工况的切换；通过plc控制器控制电动调节阀11的开度，从而实现制壳干燥间温度调节；

4、降温降湿后的空气经过风机段6输送至铸造车间28；

风机段6与铸造车间28之间还设有均流段7,均流段7能减少气流扰动，使空气平稳输送至铸造车间28。

实施例4

本实施例的青岛某精密铸造公司制壳干燥间温度要求22~24℃，湿度30%~40%；设计参数为温度23℃，湿度35%，含湿量6.9g/kg；新风量600m³/h,温度35℃，含湿量24.3g/kg；车间回风8400m³/h,新风与车间空气混合后温度23.6℃，含湿量8.1g/kg；混合后的空气经前置换热段处理后温度13℃，含湿量8.1g/kg；经转轮除湿段4处理区除湿后温度30℃，含湿量3.1g/kg；而后经后置换热段5处理后温度16℃，含湿量3.1g/kg；处理后的干燥空气经风机段6送到干燥间。

再生新风温度35℃，经热回收器8加热后温度58℃，而后经再生加热器9加热至120℃进入转轮除湿段4的转轮再生区对转轮吸湿剂进行再生，转轮再生区出口33空气温度70℃，通过再生风机10输送到热回收器8与再生新风换热，换热后的再生排风温度42℃。

当室外湿球温度低于5℃时，冷却塔18供冷温度可达到7～10度，车间要求温度23度，满足对车间降温的需求，与冷水机组直接供冷相比较，冷却塔+板式换热器供冷节省了运行期间冷水机组的电量，节省了运行成本。以一台制冷量372kw制冷机组为例，机组运行功率63kw，冷却水泵功率15kw，冷却塔风机功率7.5kw，冷冻水循环泵功率11kw；当采用冷水机组直接供冷时最大运行功率96.5kw，采用冷却塔供冷时最大运行功率33.5kw，与冷水机组直接供冷相比较，冷却塔+板式换热器供冷每小时可节省耗电量63kwh。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。