空调节能系统及参数设置方法与流程

本发明涉及一种空气调节系统，尤其是一种具有显著节能效果的空调节能系统及参数设置方法。

背景技术：

目前，在恒温恒湿空调节能领域，无论是在风冷还是水冷恒温恒湿空调系统中，其末端部分即室内热湿处理机组通常采用的节能方式为二次回风系统。对于恒温恒湿空调系统，二次回风系统虽然在一定程度上能降低系统总制冷量、再热量和运行成本，但节能降耗的任务仍然艰巨。

低温热管技术，受检测、焓湿计算困难、调节精度不高等因素影响，在恒温恒湿空调领域的应用和推广十分缓慢。其中u型除湿热管装置在调节精度不高的全新风和一次回风恒温恒湿空调上有所应用。由于在恒温恒湿系统中，u型除湿热管的热交换过程属于显热交换，升温和降温对等。对于全新风恒温恒湿空调系统，通过u型除湿热管前后的温差较大，因而节能效果十分明显，但市场需求并不多，如实验动物房、p2~p4实验室等，因此宏观节能总量有限；对于一次回风的恒温恒湿空调系统，市场需求较多，如药厂、医院、实验室、电子行业的洁净空调，档案室、计量室、精密制造行业的恒温恒湿空调等，因u型除湿热管的进风（新、回风混合状态）温度较低，导致通过u型除湿热管的前后的空气温差减小，节能效果不太明显，受投资成本高和回报率低的影响，推广又相对困难。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能提高调节精度、降低投资成本和拓展基于u型除湿热管技术应用空间的空调节能系统及参数设置方法。

本发明采用的技术方案如下：一种空调节能系统，包括新风进风部、一次回风混合部、除湿部、二次回风混合部、风机、中效过滤部、辅助再热加湿部和出风部；在所述新风进风部设置有新风进风口，并且所述新风进风部的出风通道与所述一次回风混合部的进风通道连通，在所述一次回风混合部还设置有一次回风进风口，在所述新风进风部与所述一次回风混合部之间还设置有初效过滤部；所述一次回风混合部的出风通道与所述除湿部的进风通道连通，所述除湿部由表冷器与u型除湿热管装置组成，u型除湿热管装置安装于绝热空调箱内，所述u型除湿热管装置设置有多组u型子热管，各组子热管的安装位置沿竖直方向自上而下并排排列，并且在部分子热管上还装有电磁阀，所述电磁阀能控制子热管通断；所述除湿部的出风通道与所述二次回风混合部的进风通道连通，所述二次回风混合部设置有二次回风进风口；所述二次回风混合部的出风通道与所述风机的进风口连通；所述风机的出风口与所述中效过滤部的进风通道连通；所述中效过滤部的出风通道与所述辅助再热加湿部的进风通道连通；所述辅助再热加湿部的出风通道与所述出风部的进风通道连通，在所述出风部还设置有送风口。

优选的，所述u型除湿热管装置中安装电磁阀的子热管数量占子热管总数量的比例为20%-40%。

优选的，在所述系统中还设置有系统控制器，所述系统控制器能控制电磁阀的开关工作。

优选的，在辅助再热加湿部设置有热补偿装置。

优选的，在一次回风混合部还设置有第一风量调节阀，在二次回风混合部还设置有第二风量调节阀。

优选的，所述热补偿装置为空气能热泵机组或电加热装置。

优选的，所述第一风量调节阀和第二风量调节阀为恒风量调节阀或电动调节风阀。

空调节能系统的参数设置方法，所述系统参数设置方法包括如下步骤：

s1、校核将要调节的对象的相关气象环境参数，确定所述调节对象是否适合采用所述空调节能系统；

s2、若步骤s1中所述的调节对象适合采用所述空调节能系统，则根据与所述空调节能系统相对应的焓湿图计算模型计算出所述空调节能系统的焓湿图参数；

s3、按照所述空调节能系统的系统需求布置节能空调机组硬件；

s4、将步骤s2获得的焓湿图参数用于对节能空调机组硬件组成的空调节能系统进行参数配置。

优选的，步骤s2中所述焓湿图计算模型中的焓湿图参数的计算方法包括如下步骤：

s21、在焓湿图计算模型中，设q点为二次回风实际混合状态点，设r点为二次回风虚拟混合状态点，设n’点为空调送风状态点，设n点为空调室内空气状态点，设m点为再热状态点，设l点为机器露点，设p点为预冷状态点，设o点为一次回风空调器混合状态点，设w点为空调室外空气状态点；

s22、首先根据现场环境数据及现场空气调节需求在焓湿图计算模型中标记w点、n点、r点和n’点的位置，然后在焓湿图中作过r点等湿线与过n’点等温线相交，两条线相交的交点即为q点；

s23、连接n点和q点，得到三角形nqr，在焓湿图计算模型中标记l点的位置，按照三角形等比原则，在图中使nq的延长线与过l点的等湿线相交，两条线相交的交点即为m点；

s24、在焓湿图计算模型中通过w点和n点的连线确定o点，根据几何表达式op=ml，在图中过o点等湿线中能确定p点。

本发明所述的空调节能系统及参数设置方法，充分发挥了u型除湿热管不耗能和对温差敏感的优势，设计了一种更适合u型除湿热管的空调节能系统。本发明有效拓展了u型除湿热管的使用范围，在发挥其节能优势的同时避免了u型除湿热管在常规使用中的缺点和不足。同时本发明将二次回风系统与u型除湿热管两种节能技术有机结合，不仅大大提高了系统的节能效果，还提供了基于二次回风系统与u型除湿热管结合后的焓湿计算模型，为该节能技术的普遍应用提供了有力的设计依据。

附图说明

图1为本发明空调节能系统实施例中布置组合式空调机组的结构示意图；

图2为本发明空调节能系统实施例中u型除湿热管装置与表冷器的组合安装图；

图3为本发明空调节能系统参数设置方法实施例在夏季工况中的焓湿图计算模型示意图；

图中1新风进风部，2新风进风口，3一次回风混合部，4一次回风进风口，5初效过滤部，6除湿部，61u型除湿热管装置，62表冷器，63子热管，64电磁阀，65蒸发换热部，66冷凝换热部，7二次回风混合部，8二次回风进风口，9风机，10中效过滤部，11辅助再热加湿部，12出风部，13送风口。

具体实施方式

实施例：

下面结合具体实施例对本发明所述的空调节能系统及参数设置方法作进一步详细说明。

由图1所示，一种空调节能系统，包括新风进风部1、一次回风混合部3、除湿部6、二次回风混合部7、风机9、中效过滤部10、辅助再热加湿部11和出风部12。在所述新风进风部1设置有新风进风口2，并且所述新风进风部1的出风通道与所述一次回风混合部3的进风通道连通，在所述一次回风混合部3还设置有一次回风进风口4，在所述新风进风部1与所述一次回风混合部3之间还设置有初效过滤部5；所述一次回风混合部3的出风通道与所述除湿部6的进风通道连通，所述除湿部6由表冷器62与u型除湿热管装置61组成，u型除湿热管装置61安装于绝热空调箱内，所述u型除湿热管装置61设置有多组u型子热管63，各组子热管63的安装位置沿竖直方向自上而下并排排列，并且在部分子热管63上还装有电磁阀64，所述电磁阀64能控制子热管63通断；根据系统的实际调节幅度，设定u型除湿热管装置61中安装电磁阀64的子热管63数量占子热管63总数量的比例为20%-40%。所述除湿部6的出风通道与所述二次回风混合部7的进风通道连通，所述二次回风混合部7设置有二次回风进风口8；所述二次回风混合部7的出风通道与所述风机9的进风口连通；所述风机9的出风口与所述中效过滤部10的进风通道连通；所述中效过滤部10的出风通道与所述辅助再热加湿部11的进风通道连通；所述辅助再热加湿部11的出风通道与所述出风部12的进风通道连通，在所述出风部12还设置有送风口13。

由图2所示，本实施例中，所述u型除湿热管装置61包括多组子热管63，每组子热管63中的冷媒依靠温差驱动在热管中循环转移能量，形成独立的小型除湿热管系统，同时所有的子热管63组合在一起形成了u型除湿热管装置61的蒸发换热部65和冷凝换热部66。图中箭头为气流方向，蒸发换热部65位于u型除湿热管装置61的进风侧，冷凝换热部66位于u型除湿热管装置61的出风侧，蒸发换热部65和冷凝换热部66之间为表冷器62，能通过热管的热循环原理对空气进行无耗能的预冷和再热，降低了空调设备的能耗。为了有效控制u型除湿热管装置61的热转换精度，在部分子热管63侧面的管段上安装有电磁阀64，使得安装电磁阀64的子热管63能够通过控制电磁阀64的通断来控制子热管63通断和工作与否。由此可见，采用安装电磁阀64的方式能对u型除湿热管的工作模式实现更好的有级调节和对热交换过程的精密控制，而为了控制设备的制造成本和简化安装生产的程序，本实施例只在一部分子热管63上安装使用电磁阀64，同时为了提高工作效率和进一步控制系统调节精度，在所述空调节能系统中还设置有系统控制器，所述系统控制器能在系统运行过程中根据使用者设定的运行参数和传感器传回的检测数据实时控制电磁阀64的开关工作，完成对子热管63通断和工作状态实现自动控制。

在系统硬件的设计安装过程中，我们将u型除湿热管装置61在调节工作中所需承载热负荷总量的120%作为选用u型除湿热管装置61的保险系数；根据所述保险系数，在u型除湿热管装置61中选择占子热管63总数量40%的子热管63加装电磁阀64以控制系统调节精度，同时保证u型除湿热管装置61中各组子热管63的安装位置均沿竖直方向自上而下并排排列。

实际安装电磁阀64的子热管63的数量还应该参考系统中子热管63硬件的制造工艺和检测精度，子热管63的制造工艺和检测精度越高，保险系数和调节幅度可以减小，反之越大，安装电磁阀64的子热管63数量占子热管63总数量的最低比例为20%，数量太少达不到有效的调节效果，而数量太多则成本增加。在系统的实际运行中，系统控制器应根据设置的运行参数优先保证u型除湿热管装置61的再热量接近但不高于实际所需再热量这一条件，并依据此条件来控制处于工作状态的子热管63数量，而温度的微调可通过额外的热源进行补偿和调节。

所述空调节能系统在夏季工况运行时，u型除湿热管装置61靠温差驱动，在二次回风系统节能的基础上，进一步降低了系统的制冷量和再热量；而过度季节工况温差较小时，u型除湿热管装置61节能效果变差，该工况下系统的冷量需求并不大，但系统的再热维持需要额外补偿热量，并且补偿的热量应等于实际所需的再热量扣除系统在小温差情况下u型除湿热管装置61的热回收量，直至温差为0摄氏度。当u型除湿热管装置61作用降低时，最大补偿热量应等于系统所需最大再热量，此时可以在系统的辅助再热加湿部11设置热补偿装置，所述热补偿装置可以采用空气能热泵机组、电加热装置、蒸汽或热水等，若能使用空气能热泵机组回收废热，则所述系统的节能效果将近乎完美。为了更好的控制节能效果，在所述一次回风混合部3还设置有第一风量调节阀，在二次回风混合部7还设置有第二风量调节阀；第一风量调节阀和第二风量调节阀可以采用恒风量调节阀或电动调节风阀，使用者可根据系统的成本控制要求确定使用的调节阀类型。

在本实施例中，整个空调节能系统的回风量分配按照1:2的比例进行分配，即第一次回风占总回风量的1/3，第二次回风占总回风量的2/3；这样在总送风量相同的情况下，整个系统通过u型除湿热管装置61的风量将比采用一次回风系统时的过风量大幅减少，这使设备投资成本大幅下降。系统运行时，进入新风进风部1的新风与第一次回风混合时，新风风量比较大，使得第一次回风混合后混合状态点的温度较高，通过u型除湿热管装置61前后的温差较大，u型除湿热管装置61对第一次混合后的空调风预冷作用更加明显，表冷器62的制冷量更小，冷负荷装机容量也更小，实现节能效果。

由于本发明所述的空调节能系统中的u型除湿热管装置61再热量和预冷量的计算相对复杂，所以整个系统在运行参数设置的计算过程中采用反向计算法，即首先根据第二次回风状态点和焓湿计算模型图得到u型热管的再热量，然后再计算第一次回风和新风混合后的u型除湿热的管预冷量；最后因为u型除湿热管装置61安装于绝热空调箱内，根据能量守恒原则，第一次回风混合后的u型除湿热管装置61预冷量就等于其回收的再热量。

这里，以夏季工况为例，通过焓湿图计算模型对本发明所述空调节能系统的参数设置方法进行详细说明。在本焓湿图计算模型中未考虑风机9温升，并且本焓湿图计算模型是以高温高湿度地区的气象参数和普遍的温湿度及精度要求为前提而设计，低温低湿地区、有特殊温湿度及精度要求的地区需根据具体条件慎重使用。

所述空调节能系统的参数设置方法包括如下步骤：

s1、校核将要调节的对象的相关气象环境参数，确定所述调节对象是否适合采用所述空调节能系统；

s2、若步骤s1中所述的调节对象适合采用所述空调节能系统，则根据与所述空调节能系统相对应的焓湿图计算模型计算出所述空调节能系统的焓湿图参数；

s3、按照所述空调节能系统的系统需求布置节能空调机组硬件；

s4、将步骤s2获得的焓湿图参数用于对节能空调机组硬件组成的空调节能系统进行参数配置。

由图3所示，其中步骤s2中所述焓湿图计算模型中设置参数的计算方法包括如下步骤：

s21、在焓湿图计算模型中，设q点为二次回风实际混合状态点，设r点为二次回风虚拟混合状态点，设n’点为空调送风状态点，设n点为空调室内空气状态点，设m点为再热状态点，设l点为机器露点，设p点为预冷状态点，设o点为一次回风空调器混合状态点，设w点为空调室外空气状态点；其中w点和l点可根据现场环境参数获得，n点可根据用户需求进行设定，r点根据二次回风量占总回风量的比例进行设定，n’点根据空调的送风温差确定；

s22、首先根据现场环境数据及现场空气调节需求在焓湿图计算模型中标记w点、n点、r点和n’点的位置，然后在焓湿图中作过r点等湿线与过n’点等温线相交，两条线相交的交点即为q点；

s23、连接n点和q点，得到三角形nqr，在焓湿图计算模型中标记l点的位置，按照三角形等比原则，在图中使nq的延长线与过l点的等湿线相交，两条线相交的交点即为m点；

s24、在焓湿图计算模型中通过w点和n点的连线确定o点，根据几何表达式op=ml，在图中过o点等湿线中能确定p点。

综上所述，在所述焓湿图计算模型中绘制状态点位的顺序为r点→q点→m点→o点→p点。同时，在图中op段为u型除湿热管装置61的预冷区间,lm段为u型除湿热管装置61的再热区间，pl段为制冷区间。而实际计算中，应注意在过度季节中随着u型除湿热管装置61前后的温差逐渐减小，u型除湿热管装置61的预冷和再热量也将同步减小，此时能满足夏季工况冷量的冷源也能够维持过度季节的冷量，而再热量的恒定需要通过额外的热补偿装置进行补偿。而调节对象的气象环境参数否适合采用本发明所述空调节能系统可根据焓湿图计算模型中的系统运行状态图形来判断，若点n在等温线方向无限趋近于点l，即图形中的三角形mln中的nl边与ml边无限趋近于重合的时候，则不建议使用者采用本发明所述的空调节能系统对调节对象的温度和湿度进行调节。

本发明所述的空调节能系统及参数设置方法，充分发挥了u型除湿热管不耗能和对温差敏感的优势，设计了一种更适合u型除湿热管或低温热管的空调节能系统。本发明有效拓展了u型除湿热管的使用范围，在发挥其节能优势的同时避免了u型除湿热管在常规使用中可控性差和精度差的缺点和不足。同时本发明将二次回风系统与u型除湿热管两种节能技术有机结合，不仅大大提高了系统的节能效果，还提供了基于二次回风系统与u型除湿热管结合后的焓湿计算模型，为该节能技术的普遍应用提供了有力的设计依据。

本发明的上诉实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。