CN1963326A - 一种能量利用与回收的单元式全空气空调机组 - Google Patents

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Abstract

本发明属于供热通风与空调工程技术领域，具体涉及一种能量利用与回收的单元式全空气空调机组。由回风箱、排风箱、送风箱和新风箱四个箱体组成，回风箱与排风箱间设有排风阀，回风箱与送风箱间设有回风阀，送风箱与新风箱间设有新风阀，新风箱与排风箱间设有旁通阀。回风箱由回风口、控制器、回风过滤器组成；排风箱由排风口、排风机与排风冷凝器组成；送风箱由送风口、再热冷凝器、送风机、加湿器、蒸发器组成；新风箱由新风过滤器、新风口、压缩机组成。各个箱体通过优化组合，在不同运行工况下的调节与相应气流途径编制自控程序自动运行，实现了能量的最佳利用和回收。可用于大空间空调以及许多工艺空调，且需全年运行调节的全空气空调***。

Description

一种能量利用与回收的单元式全空气空调机组
技术领域
本发明属于供热通风与空调工程技术领域，具体涉及一种能量利用与回收的单元式全空气空调机组。
背景技术
传统的集中式全空气空调***，其空调机组通常先由设计院进行工程设计，然后根据工程设计所确定的容量、规格、种类，向设备厂商下产品订单。设备厂商根据订单逐台生产设备。机组到现场组装与就位后、配上冷热源、自控、水电等若干***，再调试验收，十分复杂、工程量很大。而且难以一次性可调试成功。
传统空调的节能措施往往是采用新风与排风之间的全(显)热交换装置回收排风中能量，或利用空调冷凝水喷淋到蒸发器提高效率，或利用二次回风来节省再加热量，或调节新风量利用室外自然能源等。采用全热交换器方法往往会出现换热器堵塞、新风与排风之间渗漏且体积大、价格很高。冷凝水喷淋会使冷凝水中排出的细菌变为气溶胶，危害较大，另外二次回风不适用室内发湿量较大的场所，会使机器露点下降，降低了热泵性能系数(COP)，且温湿度控制精度较差(见图3)。以上措施不能十分简便回收废热、利用各部件产生的(冷)热或利用冷凝热作为再加热，发挥一次回风方式的优点，也无法实现整个***能量最佳回收与利用。
过去对于用于电子、精密机械加工、制药、医疗领域等，有洁净度要求的工艺空调，一般有较高温湿度控制要求，而且需要送风量大，传统空调***十分复杂，不但需要设计，在施工中还需要设置冷热源、冷却塔、净化空调机组、还要配置冷冻水管路与水泵、冷却水管路与水泵、冷凝水管路、空调管路以及以上配电与自控***，设计、安装十分复杂、再经过繁重调试与验收，工程量很大。
对于信息中心，档案馆，高级图书馆等有恒温恒湿控制要求的场所，不仅有温度控制要求，而且有更严格的湿度控制要求，常规配置恒温恒湿空调机组、尤其机组内采用大功率的电加热器，既十分耗能、容量又小，需要配置多台机组，还要配置冷冻水管路与水泵、冷却水管路与水泵、冷凝水管路、空调送、回风管路以及相应配电与自控***，安装十分复杂、再经过调试验收，工程量很大。不但设计、施工复杂而且运用费用很高。
对于电影院，剧场，或高档舞厅、健身房等以人员为主要负荷的场所，有全年空调要求的大空间，需要很大的新风量，对室内空气品质要求较高，最好采用变新风量运行，在室外气候状况允许时尽可能加大新风量。如采用传统的变新风空调机组体积庞大，还要配置冷热源、冷冻水管路与水泵、冷却水管路与水泵、冷凝水管路、空调管路以及以上配电与自控***，安装十分复杂、再经过调试验收，工程量很大。
综上所述，研究一种通过单元化、规格化、能实现规模化生产的，运行故障发生率低、可靠性高的能量可最佳利用与回收的全空气空调机是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全空气空调机组，该机组通过各部件独特排序与配置以及不同运行工况下的气流途径与相应自控，可以实现最佳利用与回收能量。
本发明提出的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，由回风箱20、排风箱21、送风箱22和新风箱19四个箱体组成，四个箱体通过四个风阀相通，以调节不同工况下的新风量、排风量及回风量；其中：
回风箱20由回风口1、控制器2和回风过滤器3组成，回风口1位于回风箱20一侧，控制器2位于回风口1处，回风过滤器3通过管路联接控制器2；
排风箱21由排风机5、排风冷凝器6和排风口7组成，排风口7位于排风箱21一侧，排风机5与排风冷凝器6通过通路相联接；
送风箱22由送风口8、再热冷凝器9、送风机10、加湿器11和蒸发器12组成、送风口8位于送风箱22一侧，再热冷凝器9位于送风口8处，再热冷凝器9、送风机10、加湿器11、蒸发器12依次经管路相联接；
新风箱19由压缩机16、新风过滤器17和新风口18组成，新风口18位于新风箱19的一侧，新风过滤器17位于新风口18处，新风过滤器17通过通路联接压缩机16；
回风箱20与排风箱21之间设有排风阀4，回风箱20与送风箱22之间设有回风阀13，送风箱22与新风箱19之间设有新风阀14，新风箱19与排风箱21之间设有旁通阀15。
本发明中，回风阀13与新风阀14之间设有反向调节机构。
本发明中，排风阀4与旁通阀15之间设有反向调节机构。
本发明中，在回风箱20、送风箱22与排风箱21、新风箱19之间设有全热回收器。
本发明中，回风箱20内设有净化装置。
本发明中，新风箱19内设有净化装置。
本发明中，送风箱22内设有净化装置。
本发明中，送风机10与排风机5设有变频调速装置。
本发明中，将常规的冷凝器分成两个，一个作为排风冷凝器6，位于排风箱21内的排风口7处，以吸收室内排风中冷量；另一个作为再热冷凝器9，位于蒸发器12后侧作再加热器用，两者发热量比例可按工况要求调节。
本发明中，将控制电器2设在回风口1、压缩机16设在新风19处，排走或利用控制器2和压缩机16的发热量(尽管发热量不大)，以全年保持良好的工作温度，而省去了常规的排风机。
本发明中，新风过滤器17设置在新风口18处，回风过滤器3设置在回风口1处，以消除新风与回风中的尘埃与微生物，提高室内空气品质。
本发明将热泵技术与空气处理技术有机结合成一体，取消冷冻水、冷却水***、压缩冷凝机组专用排风及其附属设备与相应管道。除了拥有空气热湿处理、混合、过滤等功能，还充分利用排风与发热部件废热，按各部件的功能和各工况节能运行的要求进行有机组合与排序，实现了热量最佳利用与回收，同时也提高热泵运行效率。
本发明提出的紧凑型全空气空调机组实现了***单元化与规格化，以及可实施规模化生产的***的模式。在这基础上通过规模化生产实现了运行自动化、智能化。减少故障的发生率，提高可靠性，提供完善的自我故障诊断功能，自我修复的功能。
本发明使用时只要将本发明机组在现场就位后，接电、接水，即可运行，大大简化了设计、安装、施工、维修与运行方面并具有很大的优势，随着规模化生产价格会逐年下降。
本发明由于在排风处设置离心风机，压头较高，能接较长排风管，降低了对安装场所的要求，这可使机组安装在室外或室内任何位置，使设置更灵活。
本发明夏季运行工况的原理如图1和图3中的实线所示。W1为夏季室外状态点，N为室内状态点，C1为一次回风混合状态点，L1为机器露点，O1为送风状态点，ε1为室内热湿比线。夏季空调过程：处于夏季室外状态点W1的室外新风与处于N室内状态点的回风混合得到一次回风混合C1，冷却除湿到机器露点L1，用冷凝器加热到送风状态点O1，送入室内，沿ε1线达到室内工况。
本发明冬季运行工况的原理如图2和图3中的虚线所示。W2为冬季室外状态点，N为室内状态点，C2为一次回风状态点，L2机器处理状态点，O2为送风状态点，ε1为室内热湿比线。冬季空调过程：处于冬季室外状态点W2的室外新风与处于N室内状态点的回风混合得到一次回风混合C2，加热到机器处理状态点L2，用加湿器加湿到送风状态点O2，送入室内，沿ε2线达到室内工况。
传统的夏季二次回风空调过程如图4中的实线表示：处于夏季室外状态点W的室外新风与处于N室内状态点的室内回风混合得到一次回风混合C，冷却除湿到机器露点L，再与处于N室内状态点的回风混合到送风状态点O，送入室内。传统观点利用二次回风是为了节约了硕大的电加热量，为此不得不降低了机器露点温度，蒸发器温度也相应降低，使得热泵COP下降。而且调节阀门的控制精度较差，难以准确调节。
本发明采用的利用冷凝器再加热的夏季一次回风空调过程(如图4的虚线表示)：处于夏季室外状态点W的室外新风与处于N室内状态点的回风混合得到一次回风混合C，冷却除湿到机器露点L1，利用冷凝器废热加热到送风状态点O，送入室内。因为***利用冷凝器废热加热，不但节约了传统的电加热器，而且提高了机器露点(从L提高到L2)，蒸发器温度也相应提高，热泵COP提高。说明本发明***简单，控制方便，容易，而且更节能。
本发明各运行工况的工作过程如下：
当本发明在实现夏季工况模式时，热泵***处于供冷状态，压缩机16将压缩后高温高压气态冷剂分成两路，一路送到设在排风口处的冷凝器6，另一路送到设在蒸发器后侧的再热冷凝器9，将热量传出去后，变成高温液态冷剂经节流阀降压后进入蒸发器12蒸发，吸收送风气流热量(或说将送风温度降下来)。与此同时，空调***的新风从新风口18吸入，经过新风过滤器17，冷却压缩机16后，一部分新风通过旁通阀14经由冷凝器6，然后从排风口7排出，另一部分新风通过新风阀14与通过回风阀13的室内回风混合，经蒸发器12冷却同时除去了送风气流中含湿量，再经过再热冷凝器9(可根据需要调节其发热量)加热到送风状态点，通过送风口8送入室内。室内回风经回风口1流经控制器2，然后经由回风过滤器3，一部分回风经回风阀13与新风混合，另一部分经排风阀4，去冷却排风冷凝器6，最后由排风口7排出，充分利用排风冷量。当然也可以按所控环境的需要将冷凝热全部由排风冷凝器6排出，而再热冷凝器9不起作用，实现了露点送风。
当本发明在实现冬季工况模式时热泵***处于供热状态，通过四通阀转换(或其它手段)将蒸发器13转化成冷凝器、将排风冷凝器6转化成蒸发器，再热冷凝器9不起作用。压缩机16将冷剂压缩后高温高压气态送到送风处的冷凝器(原蒸发器13)，将热量传入送风气流(或说将送风温度升上去)后，变成高温液态冷剂经节流阀降压后只进入设在排风口处的蒸发器(原排风冷凝器6)，将排风和新风中的热量吸入。不再进入设在送风口处的蒸发器(原再热冷凝器9)。与此同时，空调***的新风从新风口18吸入，经过新风过滤器17过滤后，冷却压缩机后，新风的温度升高，一部分通过旁通阀15与室内排风混合。另一部分新风通过新风阀14，与回风混合，由冷凝器(原蒸发器13)加热或同时由加湿器12加湿至送风状态点，通过送风口8送入室内。这时送风段蒸发器(原再热冷凝器9)一般不起作用，全部由排风段蒸发器(原排风冷凝器6)吸收排风中热量。当然如工艺需要送风段蒸发器(原再热冷凝器9)也可以起部分作用，调节送风状态点。室内回风由回风口1经控制器2，一部分经回风阀13与新风混合，另一部分经排风段蒸发器(原冷凝器6)，充分吸收了排风热量，也吸收排风中压缩机16的热量。
本发明在过渡季节，热泵***仍处于供冷状态，根据室内外负荷变化，供冷量变小，并靠四个阀门联动调节新、回、排风比以及两个冷凝器的排热比，根据室外状态变化新风比，直至变到全新风全排风状态，可最大程度利用室外新风自然冷源以尽可能减少空调能耗，实现最佳运行工况。
本发明独特排序与配置除具有***简洁、设计安装与维护简便，可靠性高等一系列优点外，还通过优化***组合，不同运行工况下的调节与相应气流途径编制自控程序自动运行，实现了能量的最佳利用和回收。可用于大空间空调以及许多工艺空调，且需全年运行调节的全空气空调***。
附图说明
图1为本发明夏季处理过程的原理图。
图2为本发明冬季处理过程的原理图。
图3为本发明的冬夏季空调原理图。其中，虚线表示冬季，实线表示夏季。
图4为传统二次回风和本发明的一次回风原理图。其中，实线表示传统二次回风线，虚线表示本发明一次回风线。
图5为本发明的结构示意图。
图中标号：1为回风口，2为控制器，3为回风过滤器，4为排风阀，5为排风机，6为排风冷凝器，7为排风口，8为送风口，9为再热冷凝器，10为送风机，11为加湿器，12为蒸发器，13为回风阀，14为新风阀，15为旁通阀，16为压缩机，17为新风过滤器，18为新风口，19为新风箱，20为回风箱，21为排风箱，22为送风箱。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，用于有洁净(或无菌)要求的工艺空调
本发明机组由回风箱20、排风箱21、送风箱22和新风箱19四个箱体组成，回风箱20与排风箱21之间设有排风阀4，回风箱20与送风箱22之间设有回风阀13，送风箱22与新风箱19之间设有新风阀14，新风箱19与排风箱21之间设有旁通阀15。回风箱20由回风口1、控制器2和回风过滤器3组成，回风口1位于回风箱20一侧，控制器2位于回风口1处，回风过滤器3联接控制器2；排风箱21由排风机5、排风冷凝器6和排风口7组成，排风口7位于排风箱21一侧，排风机5与排风冷凝器6联接；送风箱22由送风口8、再热冷凝器9、送风机10、加湿器11和蒸发器12组成、送风口8位于送风箱22一侧，再热冷凝器9位于送风口8处，再热冷凝器9、送风机10、加湿器11、蒸发器12依次联接；新风箱19由压缩机16、新风过滤器17和新风口18组成，新风口18位于新风箱19的一侧，新风过滤器17位于新风口18处，新风过滤器17通过通路联接压缩机16。
将上述所得的空调机组连上工厂生产的配套风管，接上电就可以了运转，一切按设定自动运行。不需要专业设计、施工与运行管理人员。安装好的空调机组按指令要求将新风从新风口18吸入，经过新风过滤器17，冷却压缩机16后，一部分新风通过旁通阀14经由冷凝器6，然后从排风口7排出，另一部分新风通过新风阀14与通过回风阀13的室内回风混合，经蒸发器12冷却同时除去了送风气流中含湿量，再经过再热冷凝器9加热到送风状态点，通过送风口8，经过安装在室内末端高效过滤风口过滤后送入室内。室内回风经回风口1流经控制器2，然后经由回风过滤器3，一部分回风经回风阀13与新风混合，另一部分经排风阀4，去冷却排风冷凝器6，最后由排风口7排出，充分利用排风冷量。还可容许根据工艺要求改变新风量以节能。这是因为在增大新风量的同时同步增加排风量，或者说新风量与排风量的差值不变，因此在增加新风量的同时不会影响室内的正压控制，这对有洁净与无菌要求的场所特别重要。而传统空调难以做到这点。
实施例2，用于恒温恒湿控制要求的场所
本发明机组由回风箱20、排风箱21、送风箱22和新风箱19四个箱体组成，回风箱20与排风箱21之间设有排风阀4，回风箱20与送风箱22之间设有回风阀13，送风箱22与新风箱19之间设有新风阀14，新风箱19与排风箱21之间设有旁通阀15。回风箱20由回风口1、控制器2和回风过滤器3、或增设净化装置组成，回风口1位于回风箱20一侧，控制器2位于回风口1处，回风过滤器3联接控制器2；排风箱21由排风机5、排风冷凝器6和排风口7组成，排风口7位于排风箱21一侧，排风机5与排风冷凝器6联接；送风箱22由送风口8、再热冷凝器9、送风机10、加湿器11和蒸发器12、或增设净化装置组成，送风口8位于送风箱22一侧，再热冷凝器9位于送风口8处，再热冷凝器9、送风机10、加湿器11、蒸发器12依次联接；新风箱19由压缩机16、新风过滤器17和新风口18或增设净化装置组成，新风口18位于新风箱19的一侧，新风过滤器17位于新风口18处，新风过滤器17通过通路联接压缩机16。
将上述所得的空调机组连上工厂生产的配套风管，接上电就可以了运转。不需要专业设计与施工。安装好的空调机组按指令要求将新风从新风口18吸入，经过新风过滤器17，冷却压缩机16后，一部分新风通过旁通阀14经由冷凝器6，然后从排风口7排出，另一部分新风通过新风阀14与通过回风阀13的室内回风混合，经蒸发器12冷却同时除去了送风气流中含湿量，再经过再热冷凝器9加热到送风状态点，通过送风口8，经过安装在室内末端高效过滤风口过滤后送入室内。室内回风经回风口1流经控制器2，然后经由回风过滤器3，一部分回风经回风阀13与新风混合，另一部分经排风阀4，去冷却排风冷凝器6，最后由排风口7排出，充分利用排风冷量。由于利用自身冷凝废热再加热不需要电加热，十分节能。另外这种场合中常常没有合适地方设置机房，由于本发明机组内设有排风机，无论室外还是室内均可安装，对机房的通风也没有要求，均可安装这也是传统空调难以做到。
实施例3，有全年空调要求的大空间
本发明机组由回风箱20、排风箱21、送风箱22和新风箱19四个箱体组成，回风箱20与排风箱21之间设有排风阀4，回风箱20与送风箱22之间设有回风阀13，送风箱22与新风箱19之间设有新风阀14，新风箱19与排风箱21之间设有旁通阀15。回风箱20由回风口1、控制器2和回风过滤器3、组成，回风口1位于回风箱20一侧，控制器2位于回风口1处，回风过滤器3联接控制器2；排风箱21由排风机5、排风冷凝器6和排风口7组成，排风口7位于排风箱21一侧，排风机5与排风冷凝器6联接；送风箱22由送风口8、再热冷凝器9、送风机10、加湿器11和蒸发器12、组成、送风口8位于送风箱22一侧，再热冷凝器9位于送风口8处，再热冷凝器9、送风机10、加湿器11、蒸发器12依次联接；新风箱19由压缩机16、新风过滤器17和新风口18组成，新风口18位于新风箱19的一侧，新风过滤器17位于新风口18处，新风过滤器17通过通路联接压缩机16。
将上述所得的空调机组连上工厂生产的配套风管，接上电就可以了运转。安装好的空调机组按指令要求将新风从新风口18吸入，经过新风过滤器17，冷却压缩机16后，一部分新风通过旁通阀14经由冷凝器6，然后从排风口7排出，另一部分新风通过新风阀14与通过回风阀13的室内回风混合，经蒸发器12冷却同时除去了送风气流中含湿量，再经过再热冷凝器9加热到送风状态点，通过送风口8，经过安装在室内末端高效过滤风口过滤后送入室内。室内回风经回风口1流经控制器2，然后经由回风过滤器3，一部分回风经回风阀13与新风混合，另一部分经排风阀4，去冷却排风冷凝器6，最后由排风口7排出，充分利用排风冷量。变新风量按设定自动运行。不需要专业设计、施工与运行管理人员。

Claims (8)

1、一种能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于由回风箱(20)、排风箱(21)、送风箱(22)和新风箱(19)四个箱体组成，四个箱体通过四个风阀相通，以调节不同工况下的新风量、排风量及回风量；其中：
回风箱(20)由回风口(1)、控制器(2)和回风过滤器(3)组成，回风口(1)位于回风箱(20)一侧，控制器(2)位于回风口(1)处，回风过滤器(3)通过通路联接控制器(2)；
排风箱(21)由排风机(5)、排风冷凝器(6)和排风口(7)组成，排风口(7)位于排风箱(21)一侧，排风机(5)与排风冷凝器(6)通过通路相联接；
送风箱(22)由送风口(8)、再热冷凝器(9)、送风机(10)、加湿器(11)和蒸发器(12)组成、送风口(8)位于送风箱(22)一侧，再热冷凝器(9)位于送风口(8)处，再热冷凝器(9)、送风机(10)、加湿器(11)、蒸发器(12)依次经通路相联接；
新风箱(19)由压缩机(16)、新风过滤器(17)和新风口(18)组成，新风口(18)位于新风箱(19)的一侧，新风过滤器(17)位于新风口(18)处，新风过滤器(17)通过通路联接压缩机(16)；
回风箱(20)与排风箱(21)之间设有排风阀(4)，回风箱(20)与送风箱(22)之间设有回风阀(13)，送风箱(22)与新风箱(19)之间设有新风阀(14)，新风箱(19)与排风箱(21)之间设有旁通阀(15)。
2、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于回风阀(13)与新风阀(14)之间设有反向调节机构。
3、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于排风阀4与旁通阀(15)之间设有反向调节机构。
4、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于回风箱(20)、送风箱(22)与排风箱(21)、新风箱(19)之间设有全热回收器。
5、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于回风箱(20)内设有净化装置。
6、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于新风箱(19)内设有净化装置。
7、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于送风箱(22)内设有净化装置。
8、根据权利要求1所述的能量利用与回收的单元式全空气空调机组，其特征在于送风机(10)与排风机(5)设有变频调速装置。
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