CN108603674A - 多构件的空气调节***配置、控制和操作 - Google Patents

多构件的空气调节***配置、控制和操作 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多构件的空气调节***配置、控制和操作。该结构包括环境传感器、控制芯片、以及多个独特的冷却构件，其中，所述多个冷却构件根据最有效率的操作模式而被启动或关闭。所述最有效率的操作模式取决于由所述环境传感器所感测到的多个环境参数来决定，以便达成有功效并且有效率的温度下降效果。

Description

多构件的空气调节***配置、控制和操作
技术领域
本发明涉及一种用于空气调节装置的方法，并且更明确地说，涉及一种混合式空气调节装置，该混合式空气调节装置包含多种冷却构件，且因此，能够基于环境的温湿特性(psychrometrics)来选择最节能单元冷却模式而降低能量成本。
背景技术
空气调节为建设环境之中的基本构件。明确地说，传统上使用机械式蒸气压缩***来降低周围的温度与湿度以达成舒适空气供应的目的。传统空气调节***的主要问题在于其与高能量消耗相关联的高操作成本。所以，以解决此问题为目标的各式各样替代空气调节***已经被开发出来，例如，以蒸发为基础的冷却、以地热为基础的冷却、以及以太阳能为基础的冷却。
蒸发式冷却***相当重要，因为它们不仅省钱，而且有无数的变型，使其可以达成超越湿球(wet-bulb)以外的低温的目的。再者，创新的解决方式已经降低维护需求并且提高卫生水平；维护需求以及卫生水平两者为长期存在的问题。蒸发式冷却能够被归类成两种主要族群：直接蒸发式冷却以及间接蒸发式冷却。
在寻找能够适合所有气候的更节能***中已经发现，组合多种冷却技术可以实现这些需求。然而，该组合式***却需要熟知了解各个核心构件，方能达成最佳整合以及操作控制的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合式空气调节装置及其操作方法，其中，该混合式空气调节装置具有各种冷却构件。这些不同的冷却构件提供独特的功能并且足以应付不同的环境条件。本发明中的每一个冷却构件能够独立地被启动或关闭，以便选择对应于环境的目前温湿特性的最节能单元。这是一种显著增强冷却效力与效率的有效方式。
本发明的另一目的时提供一种混合式空气调节装置及其操作方法，其中，所述多个冷却构件不仅可以包含直接蒸发式冷却***和间接蒸发式冷却***，还包含机械蒸气式压缩***或是以地热为基础的***，因此，不论周围的湿度如何，本发明都能够在所有气候情况下有效地降低空气温度。
为达成如上面所述的目的，本发明公开一种混合式空气调节装置，其包括：环境传感器，其被配置成用以感测多个环境参数；控制芯片，其被电连接至该环境传感器；以及多个冷却构件，它们被电连接至所述控制芯片并且为独特的冷却构件，其中，所述多个冷却构件会取决于由所述环境传感器所感测到的多个环境参数而被启动或关闭，以便达成有功效并且有效率的温度下降效果。
用于该混合式空气调节装置的操作方法包括下面步骤：基于周围空气样本感测环境的多个环境参数；基于所述多个环境参数来决定是否启动多个冷却构件，周围空气会通过被启动的冷却构件被调节成经过调节的空气，并且经过调节的空气可以旁绕或不旁绕被关闭的冷却构件；以及将经过调节的空气传递至所希望的空间之中。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的***的结构的示意图；
图2示出了根据本发明实施例的由多个协同冷却构件所组成的结构的示意图；
图3示出了根据本发明实施例的操作方法的选择的流程图；
图4A示出了根据本发明另一实施例的由多个协同冷却构件所组成的结构的示意图；
图4B、图4C、以及图4D示出了根据本发明另一实施例的在不同操作模式之中用于直接蒸发式冷却单元和热交换器两者的水流的示意图；
图5示出可根据本发明实施例的操作方法的选择的流程图；
图6A示出了根据本发明另一实施例的由多个协同冷却构件所组成的结构的示意图；
图6B示出了根据本发明另一实施例的水流的示意图；
图7示出了根据本发明实施例的操作方法的选择的流程图；
图8示出了根据本发明另一实施例的由多个协同冷却构件所组成的结构的示意图；
图9示出了根据本发明实施例的操作方法的选择的流程图；
图10示出了根据本发明另一实施例的由多个协同冷却构件所组成的结构的示意图；
图11示出了根据本发明实施例的操作方法的选择的流程图；以及
图12示出了根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
为进一步了解与认识本发明的结构与特征以及效用，下面将提供本发明的详细说明以及实施例和附图。
请参考图1，图中显示根据本发明实施例的示意图。根据本发明的混合式空气调节装置的结构包括环境传感器10、控制芯片11、以及多个冷却构件12。环境传感器10被配置成用以感测周围空气样本的多个环境参数，例如，温度以及湿度。环境传感器10能够被分离成多个传感器或者被整合成单一构件。控制芯片11被电连接至环境传感器10并且从环境传感器10接收所述多个环境参数。多个冷却构件12被电连接至控制芯片11，并且这些冷却构件12彼此不相同。控制芯片11能够根据接收自环境传感器10的所述多个环境参数而独立地启动或关闭所述多个冷却构件12。
本发明能够被用来供应经过调节的空气给自主式建筑物空间，例如，办公室以及数据中心；因为本发明的高效率的关系，其也可以供应给室外空间。所以，其会以专用的方式或是以形成混合物的方式来汲取经由所述多个冷却构件12被引导的回流空气及/或新鲜空气。进气口筛选、混合物、以及导引会取决于室外与室内环境之中的周围条件以及所运用的核心冷却技术。因此，该整合装置会运用环境传感器10来感测温度和湿度，用以决定最节能的操作模式。每一种操作模式都会通过各式各样机械式构件(例如，减震器以及送风机)的致动来启动或是关闭适当的冷却构件12。环境传感器10的摆放会取决于该装置设置而改变，例如，摆放在该装置的进气口处，或者，摆放在每一个冷却构件12的进气口处。
根据本发明的实施例，参考图2与图3，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元(Direct Evaporative Cooling unit，DEC)21以及间接蒸发式冷却单元(IndirectEvaporative Cooling unit，IEC)22所构成。直接蒸发式冷却单元21以及间接蒸发式冷却单元22较佳的被放置在容器3之中，以便引导周围空气通过要被调节的任何单元，下面的实施例同样如此。在容器3上有多个开口31，用于进气或是供应气体。再者，在容器3中还放置多个风扇4，它们被配置成用以从环境中汲取周围空气、用以排出温暖的空气、或是用以供应经过调节的空气至所希望的空间。
在环境传感器10感测温度与湿度的定量数值后，控制芯片会辨识最节能且最有效力的空气调节途径。参考图3，在一个实施例中，每一种操作模式能够被分类如下：
[模式1]：针对处于舒适水平或是极高湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，在下面的情况中模式1会被选择：当周围的进气温度处于舒适水平(举例来说，温度在28℃以下并且湿度在80％以下)而不需要进行任何调节时；或是湿度处于极高水平(举例来说，超过90％)而使得调节受到限制时(也就是，直接蒸发式冷却技术和间接蒸发式冷却技术的冷却效力已经在极端湿度下受到限制)。此操作模式会关闭并且旁绕直接蒸发式冷却单元21以及间接蒸发式冷却单元22，以使得其具有最低的能量成本。
[模式2]：针对处于高湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，当周围的进气湿度处于高水平(举例来说，大于60％)时，直接蒸发式冷却单元21以及间接蒸发式冷却单元22会被启动用以最大化冷却潜能。间接蒸发式冷却单元22提供初始可感测的冷却作用，接着，直接蒸发式冷却单元21会将该可感测的负荷(sensible load)转换成潜热负荷(latentload)。此操作模式有最高的能量成本。
[模式3]：针对处于中湿度至低湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，当周围的进气湿度处于中湿度至低湿度水平(举例来说，小于60％)时，本发明的装置会旁绕并且关闭间接蒸发式冷却单元22并且启动直接蒸发式冷却单元21。单独使用直接蒸发式冷却单元21就会充分调节空气并且具有介于模式1与模式2之间的中等能量成本。能量能够被节省的原因在于间接蒸发式冷却单元22没有运作。
图4A至图4D以及图5之中所示的为本发明的另一实施例。所述多个冷却构件由热交换器(Heat eXchanger，HX)23以及直接蒸发式冷却单元(DEC)21所构成，它们经由用于水流的多条通道来连接。除此之外，在图4B之中还图示了用于直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23两者的水流50。此结构类似于先前在图2中所述的结构。控制芯片会基于下面的温湿条件来选择适当的操作模式：
[模式1]：针对处于舒适水平或是极高湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，在下面的情况中模式1会被选择：当周围的进气温度处于舒适水平而不需要进行任何调节时；或是湿度处于极高水平(举例来说，超过90％)而使得调节受到限制时。此操作模式会关闭并且旁绕直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23两者，以使得此操作模式有最低的能量成本。
[模式2]：针对处于高湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，当周围的进气湿度处于高水平(举例来说，大于60％)时。直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23会被启动用以最大化冷却潜能。热交换器23提供初始的前置冷却作用，而直接蒸发式冷却单元21则提供绝热冷却作用(adiabatic cooling)。具体地，参考图4C，水会循环流经直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23；其中，在直接蒸发式冷却单元21之后，水预期接近处于流经直接蒸发式冷却单元21的空气气流的湿球温度处。因此，该冷水接着会被引导通过热交换器23，用以为该空气气流提供可感测的前置冷却作用。接着，直接蒸发式冷却单元21便会呈现温度梯度，以使得顶端区会比下方端温暖。结果，直接蒸发式冷却单元21的顶端输出部分会被排出，以便确保供应的为非常冷却的温度。此操作模式有最高的能量成本。
[模式3]：针对处于中湿度至低湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，当周围的进气湿度处于中湿度至低湿度水平(举例来说，小于60％)时。本发明的装置会旁绕已被关闭的热交换器23并且周围空气通过被启动的直接蒸发式冷却单元21来调节。此操作模式具有介于模式1与模式2之间的中等能量成本。参考图4D，该能量能够被节省的原因在于热交换器23没有运作。
请参考图6A至图6B以及图7，图中所示的为本发明的另一实施例，其同样使用热交换器作为所述多个冷却构件中的一者。相较于先前的实施例，此实施例虽然运用类似的组件；但是，气流以及水流引导方式并不相同(如图6B中所示)。更具体地，该气流不会旁绕任何没有启用的构件，并且气流的控制经由如图6A中所示的各个风扇速度差异来达成。同样地，控制芯片会基于针对图4A中的***所述的方式来归类周围的进气温湿特性。操作模式同样类似，而不同的地方则说明如下：
[模式1]：排气风扇40以及供气风扇41都操作在低空气速度处并且两者的输出温湿特性类似，因此，两者会被指示用以供气。该低空气速度操作同样会最小化与驱动空气通过直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23相关联的能量成本，直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23两者没有启用。在下面的情况中此模式会被选择：当周围的进气温度处于舒适水平(举例来说，温度在28℃以下并且湿度在80％以下)；或是湿度处于极高水平(举例来说，超过90％)。
[模式2]：排气风扇40以及供气风扇41都操作在高空气速度处，其中，排气气流的温度高于供气气流。所以，排气气流以及供气气流不会如同模式1中般被组合。提高空气速度的意义为补偿因排气操作的结果所造成的低空气流动。此操作模式具有最高的能量成本，因为直接蒸发式冷却单元21以及热交换器23两者皆被启用。
[模式3]：排气风扇40以及供气风扇41都操作在低空气速度处并且两者的输出温湿特性类似，所以，两者会被指示用以供气。此操作模式的能量成本略大于模式1，仅有直接蒸发式冷却单元21被启动。
请参考图8以及图9，图中所示的为本发明的另一实施例。所述多个冷却构件由露点冷却单元(Dew Point Cooling unit，DPC)24以及直接蒸发式冷却单元21所构成。露点冷却单元24需要空气重新循环流回到本身，充当辅助工作气流，以可感测的方式来冷却供气气流并且接着被排出。下面的操作模式会基于不同的温湿特性条件被实行：
[模式1]：针对处于舒适水平或是极高湿度水平处的周围温湿特性条件。也就是，在下面的情况中模式1会被选择：当周围的进气温度处于舒适水平(举例来说，温度在28℃以下并且湿度在80％以下)而不需要进行任何调节时；或是湿度处于极高水平(举例来说，超过90％)而使得调节受到限制时。此操作模式会关闭并且旁绕直接蒸发式冷却单元21以及露点冷却单元24，以使得其具有最低的能量成本。
[模式2]：针对处于高湿度水平(举例来说，大于60％)以及极端温度水平(举例来说，超过32℃)的周围温湿特性条件。直接蒸发式冷却单元21以及露点冷却单元24的组合会实现具有高温与高湿的空气的调节。在此配置中，露点冷却单元24提供可感测的前置冷却作用，其并不会增加空气气流的湿度。接着，此空气气流会通过直接蒸发式冷却单元21被绝热冷却。此操作模式有最高的能量成本。
[模式3]：针对仅处于高湿度水平处(举例来说，大于60％)的周围温湿特性条件。露点冷却单元24会被启动，而直接蒸发式冷却单元21会被关闭并且旁绕。露点冷却单元24冷却空气气流的效果预期会比常规的间接蒸发式冷却单元有效。此操作模式在本实施例中具有小于模式2的次高能量成本。
[模式4]：针对处于中湿度至低湿度水平处(举例来说，小于60％)的周围温湿特性条件。直接蒸发式冷却单元21会提供足够的冷却作用并且被启动，而露点冷却单元24则被旁绕并且没有启用。此操作模式在本实施例之中具有大于模式1的次低能量成本。
根据本发明的另一实施例，参考图10与图11，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元21、间接蒸发式冷却单元22、以及蒸气压缩循环单元(Vapor Compression Cycleunit，VCC)25所构成，其为三级***。加入蒸气压缩循环单元25可以跨越一较宽广的周围空气温湿特性条件数组来进行空气调节。控制芯片会辨识下面的操作模式：
[模式1]：针对处于舒适水平(举例来说，温度在28℃以下并且湿度在80％以下)而不需要进行任何调节的周围空气温湿特性条件。所有冷却构件皆没有启用并且会被旁绕。此操作模式具有最低的能量成本。
[模式2]：针对湿度水平极高(举例来说，超过90％)的周围空气温湿特性条件，其中，调节会涉及可感测以及潜热移除。所以，仅有蒸气压缩循环单元25操作，而直接蒸发式冷却单元21以及间接蒸发式冷却单元22两者皆没有启用并且会被旁绕。此操作模式具有最高的能量成本。
[模式3]：针对处于高湿度水平(举例来说，90％至80％)以及极端温度水平(举例来说，超过32℃)的周围温湿特性条件。间接蒸发式冷却单元22以及蒸气压缩循环单元25的组合会将空气充分调节至舒适的水平，而直接蒸发式冷却单元21则没有启用并且会被旁绕。更具体地，间接蒸发式冷却单元22提供初始可感测的冷却作用，其能量强度低于蒸气压缩循环单元25，因而会最大化冷却效率。之后，蒸气压缩循环单元25会提供可感测以及潜热移除。此操作模式在本实施例中具有次高的能量成本。
[模式4]：针对湿度处在高水平(举例来说，大于60％)而温度并非处在极端温度水平(举例来说，在32℃上下)的周围空气干湿特性条件，直接蒸发式冷却单元21以及间接蒸发式冷却单元22两者皆被启动。蒸气压缩循环单元25没有启用并且会被旁绕，因为该周围进气温度不高，因此，其同样为此操作模式的限制因子。此操作模式在本实施例之中具有小于模式3的第三高能量成本。
[模式5]：针对处于中湿度至低湿度水平处(举例来说，小于60％)的周围温湿特性条件；所以，仅有直接蒸发式冷却单元21被启动，并且会旁绕间接蒸发式冷却单元22以及蒸气压缩循环单元25。此操作模式在本实施例之中具有大于模式1的次低能量成本。
基于上面的说明，请参考图12，根据本发明的混合式空气调节装置的操作方法能够归类成下面的步骤：
步骤S1：通过周围空气样本感测环境的多个环境参数；
步骤S2：基于所述多个环境参数来决定是否启动多个冷却构件，周围空气会经由被启动的冷却构件而被调节，并且没有经过调节的空气或经过调节的空气可以旁绕或不旁绕被关闭的冷却构件；以及
步骤S3：将经过调节的空气传递至所希望的空间。
总结来说，本发明详细公开了一种混合式空气调节装置及其操作方法。经由感测周围空气的温湿特性条件(例如，环境参数，其包含湿度以及温度)，本发明便能够评估该周围空气对人类来说是否舒适。如果该周围空气没有处于舒适水平的话，控制器单元则会决定可用来将周围空气调节至舒适水平的最有效操作模式。在冷却构件分别有其独特冷却方法的情形下，本发明完美地整合所述多个冷却构件并且完全考虑功效以及能量成本。因此，本发明具有节能、高冷却效率、并且提供新鲜经过调节空气的优点。
因此，本发明的创新性、进步性、以及实用性符合法律要求。然而，前面的说明仅为本发明的实施例，而并非用来限制本发明的范畴与范围。根据本发明的权利要求范围中所述的形状、结构、特点、或是精神所进行的等效变型或修正皆包含在本发明的随附权利要求范围之中。

Claims (16)

1.一种混合式空气调节装置，其包括：
环境传感器，其被配置成用以感测多个环境参数；
控制芯片，其电连接至所述环境传感器；以及
多个冷却构件，其电连接至所述控制芯片，并且所述多个冷却构件彼此不同；
其中，所述多个冷却构件取决于由所述环境传感器所感测到的多个环境参数而被启动或关闭，并且因而用以调整所述多个环境参数。
2.根据权利要求1所述的混合式空气调节装置，其中，所述多个环境参数包含温度以及湿度。
3.根据权利要求1所述的混合式空气调节装置，其中，所述多个冷却构件选自由以下单元构成的组中：直接蒸发式冷却单元、间接蒸发式冷却单元、热交换器、露点冷却单元、以及蒸气压缩循环单元。
4.根据权利要求3所述的混合式空气调节装置，其中，所述直接蒸发式冷却单元进一步连接所述热交换器，用以使水流动。
5.根据权利要求1所述的混合式空气调节装置，其进一步包括多个风扇，其被配置成用以从环境中吸入空气，或者排出或供应空气至所希望的空间。
6.根据权利要求1所述的混合式空气调节装置，其中，所述多个冷却构件被放置在容器之中。
7.一种用于混合式空气调节装置的操作方法，其包括下面步骤：
通过周围空气样本来感测环境的多个环境参数；
基于所述多个环境参数决定是否启动多个冷却构件，周围空气经由已启动的冷却构件而被调节成经过调节的空气，并且所述经过调节的空气能够旁绕或不旁绕关闭的冷却构件；以及
将所述经过调节的空气传递至所希望的空间。
8.根据权利要求7所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元以及间接蒸发式冷却单元所构成。
9.根据权利要求8所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，如果环境的湿度超过90％，所述直接蒸发式冷却单元以及所述间接蒸发式冷却单元被关闭。
10.根据权利要求7所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元以及热交换器所构成。
11.根据权利要求10所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，如果环境的湿度超过90％，所述直接蒸发式冷却单元以及所述热交换器被关闭；以及如果环境的湿度小于60％，所述热交换器被关闭。
12.根据权利要求10所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，在提供空气至环境之中的步骤中，该空气经由具有不同风扇速度的多个风扇而被排出或供应至环境。
13.根据权利要求7所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元以及露点冷却单元构成。
14.根据权利要求13所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，如果环境的湿度超过90％，则所述直接蒸发式冷却单元以及所述露点冷却单元被关闭；如果环境的湿度大于60％且环境的温度在32℃以下，则仅有所述露点冷却单元被启动；以及如果环境的湿度小于60％，则仅有所述直接蒸发式冷却单元被启动。
15.根据权利要求7所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，所述多个冷却构件由直接蒸发式冷却单元、间接蒸发式冷却单元、以及蒸气压缩循环单元构成。
16.根据权利要求15所述的用于混合式空气调节装置的操作方法，其中，如果环境的湿度超过90％，则仅有所述蒸气压缩循环单元被启动；如果环境的湿度介于90％至80％之间，则仅有所述蒸气压缩循环单元以及所述间接蒸发式冷却单元被启动；如果环境的湿度大于60％且温度在32℃上下，则仅有所述直接蒸发式冷却单元以及所述间接蒸发式冷却单元被启动；以及如果环境的湿度小于60％，则仅有所述直接蒸发式冷却单元被启动。
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