CN102230652A - 结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置及方法。该装置主要由冷水机组、空气处理器、辐射盘管、水泵、电磁阀及管道组成。该系统先将冷水机组制取的冷冻水用于空气降温除湿，而后送入吊顶或地板辐射盘管进行辐射供冷从而实现房间热湿负荷的分段处理。辐射盘管供冷承担房间部分显热负荷，而除湿后的送风一方面承担了房间其余部分的显热负荷，另外也承担了室内的湿负荷并防止辐射表面结露。由于冷冻水分段用于除湿及辐射供冷，其供回水温差约为7℃-10℃。冷水机组制冷循环采用非共沸制冷剂，通过非共沸制冷剂的温度滑移特性来实现冷冻水和制冷剂在换热器内的良好的温度匹配，从而提高机组的性能系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置及方法，属于制冷空调系统设计和制造的技术领域。
背景技术
传统空调系统一般采用低温冷冻水对空气进行降温除湿处理，而为了达到除湿的目的，冷冻水的温度较低，这就需要较低的蒸发温度，因此机组的性能系数较低，能耗较高。另外，水泵和冷却塔耗能在空调系统总能耗中所占比例越来越大，普通冷水机组冷冻水供回水温差一般为5℃，若能采用大温差的冷冻水循环则可降低水泵能耗，但另一方面冷冻水的大温差小流量循环又会降低换热器内流体的换热效果。
近年来国内外研究表明，与传统空调系统相比，辐射供冷（主要包括吊顶辐射供冷及地板辐射供冷）有许多突出优点。然而辐射供冷也有其自身的缺点，主要表现为若地板表面温度低于空气露点温度表面会结露，另外系统应用于冷负荷较大的地区，系统的供冷能力较弱（特别是地板辐射供冷系统），针对辐射供冷存在的问题国内外研究者也提出不少解决方案，比如用置换通风或者溶液除湿通风等方法来降低房间内的空气湿度，但是这样的系统需要两套装置，结构复杂，并且设备初投资以及运行维护费用也较大。
发明内容
技术问题：本发明的目的是解决现有空调系统中蒸发温度较低，水泵能耗较大，系统复杂以及辐射供冷系统供冷能力不足，易结露等问题，提供一种高效的结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置及方法。
技术方案：本发明结合辐射供冷的热湿分段处理空调系统包括冷水机组、空气处理器、辐射盘管、水泵、管道及数个电磁阀。冷水机组的冷冻水输出端接水泵输入端，水泵输出端分别接第一电磁阀的输入端和第二电磁阀的输入端，第一电磁阀的输出端接空气处理器的第一输入端，空气处理器的第一输出端分别接第三电磁阀的输入端和第四电磁阀的输入端，第二电磁阀的输出端和第三电磁阀的输出端接辐射盘管的输入端，辐射盘管的输出端接冷水机组的输入端，第四电磁阀的输出端接冷水机组的输入端，空气处理器的第二输出端通过第一管道接房间的输入端，房间的输出端通过第二管道接空气处理器的第二输入端。
本发明中冷水机组制取的冷冻水为大温差循环，供回水温差约为7℃-10℃，而为了实现高效的冷冻水大温差循环，机组采用非共沸制冷剂，利用非共沸制冷剂的温度滑移特性来实现制冷剂和冷冻水在蒸发器内良好的温度匹配，从而改善制冷剂与冷冻水的换热效果，使制冷循环逼近洛伦兹循环，进而提高机组性能。
本发明中由于冷冻水的大温差循环以及非共沸制冷剂的采用，机组的蒸发温度比普通冷水机组的蒸发温度高。另外冷冻水的大温差小流量循环也会降低水泵能耗。
本发明中系统流程为：冷水机组制取的冷冻水经过水泵的加压后通过第一电磁阀进入空气处理器，冷冻水冷却空气后水温升高，而后经过第三电磁阀进入辐射盘管释放冷量，最后冷冻水回水进入冷水机组冷却从而进行下一个循环。房间的回风和新风在空气处理器内混合，然后与冷冻水进行热交换，降温除湿后的空气送入房间承担房间的湿负荷和部分显热负荷。而辐射盘管与房间换热承担房间的另外一部分显热负荷。
由于房间的冷负荷会随着室外环境及室内热源的变化而变化，本发明设计出在不同负荷下的空调系统运行模式。串联模式：这是系统设计的基本模式，关闭第二电磁阀和第四电磁阀，打开第一电磁阀和第三电磁阀，冷冻水经水泵进入空气处理器冷却空气后进入辐射盘管最终返回冷水机组。并联模式：打开第一电磁阀、第二电磁阀和第四电磁阀，关闭第三电磁阀，冷冻水经过水泵后一路进入空气处理器处理空气，一路进入辐射盘管，换热过后的两路冷冻水再混合进入冷水机组。全空气处理模式：关闭第二电磁阀和第三电磁阀，打开第一电磁阀和第四电磁阀，冷冻水进入空气处理器换热后直接返回冷水机组。辐射供冷模式：关闭第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，打开第二电磁阀，冷冻水直接进入辐射盘管换热后返回冷水机组。
有益效果：本发明的有益效果是：
1. 该系统中送风承担室内的湿负荷和部分显热负荷，而辐射供冷承担另外的显热负荷，实现了热湿分段处理，系统能量利用率高，节能效果好；
2. 利用非共沸制冷剂的温度滑移特性实现冷冻水和制冷剂在换热器内的良好的温度匹配，从而提高换热器的换热效果，逼近洛伦兹循环进一步提高机组性能系数；
3. 该系统提高了冷水机组的蒸发温度，从而提高了系统的性能系数，同时大温差的冷冻水循环降低了水泵功耗进一步达到节能的目的；
4. 该装置利用通风解决了辐射供冷系统供冷能力不足、辐射表面易结露的问题；
5. 该装置在不同的负荷条件下可以实现送风和辐射供冷的不同运行模式（并联、串联及单独运行），从而提高了系统的负荷调节率，增强了系统的应用范围。
附图说明
图1是本发明结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置示意图
图中有：冷水机组1、空气处理器2、空气处理器第一输入端2a、空气处理器第一输出端2b、空气处理器第二输入端2c、空气处理器第二输出端2d、辐射盘管3、水泵4、第一电磁阀5、第二电磁阀6、第三电磁阀7、第四电磁阀8、第一管道9、第二管道10、房间11。
具体实施方式
结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式：冷水机组1的冷冻水输出端接水泵4输入端，水泵4输出端分别接第一电磁阀5的输入端和第二电磁阀6的输入端，第一电磁阀5的输出端接空气处理器2的第一输入端2a，空气处理器2的第一输出端2b分别接第三电磁阀7的输入端和第四电磁阀8的输入端，第二电磁阀6的输出端和第三电磁阀7的输出端接辐射盘管3的输入端，辐射盘管3的输出端接冷水机组1的输入端，第四电磁阀8的输出端接冷水机组1的输入端，空气处理器2的第二输出端2d通过第一管道9接房间11的输入端，房间11的输出端通过第二管道10接空气处理器的第二输入端2c。
系统运行的基本模式为：冷水机组1制取的冷冻水首先进入空气处理器2和空气进行换热，降温除湿过后的空气被送入房间11承担房间湿负荷和部分显热负荷，而升温过后的冷冻水送入辐射盘管3内通过地板或吊顶向房间释放冷量，而从辐射盘管流出的冷冻水最后返回冷水机组1与制冷剂在蒸发器内进行热交换。
系统冷冻水由于要首先冷却空气随后流入辐射盘管向房间提供冷量，冷冻水的循环温差比普通冷水机组冷冻水循环温差大，而为了实现冷冻水的大温差循环，并且不降低蒸发器内介质的换热效果，冷水机组采用非共沸制冷剂，利用非共沸制冷剂的温度滑移特性来实现冷冻水与制冷剂在换热器内的良好的温度匹配，从而增强换热效果，提高机组性能。
由于房间的冷负荷会随着室外环境及室内热源的变化而变化，本发明设计出在不同负荷下该空调系统的运行模式。串联模式：关闭第二电磁阀6和第四电磁阀8，打开第一电磁阀5和第三电磁阀7，冷冻水经水泵4进入空气处理器2冷却空气后进入辐射盘管3最终返回冷水机组1。并联模式：打开第一电磁阀5、第二电磁阀6和第四电磁阀8，关闭第三电磁阀7，冷冻水经过水泵4后一路进入空气处理器2处理空气，一路进入辐射盘管3，换热过后的两路冷冻水再混合进入冷水机组1。全空气处理模式：关闭第二电磁阀6和第三电磁阀7，打开第一电磁阀5和第四电磁阀8，冷冻水进入空气处理器2换热后直接返回冷水机组1。辐射供冷模式：关闭第一电磁阀5、第三电磁阀7和第四电磁阀8，打开第二电磁阀6，冷冻水直接进入辐射盘管3换热后返回冷水机组1。
Claims (4)
1.一种结合辐射供冷的热湿分段处理空调装置，其特征在于冷水机组（1）的冷冻水输出端接水泵（4）输入端，水泵（4）输出端分别接第一电磁阀（5）的输入端和第二电磁阀（6）的输入端，第一电磁阀（5）的输出端接空气处理器（2）的第一输入端（2a），空气处理器（2）的第一输出端（2b）分别接第三电磁阀（7）的输入端和第四电磁阀（8）的输入端，第二电磁阀（6）的输出端和第三电磁阀（7）的输出端分别接辐射盘管（3）的输入端，辐射盘管（3）的输出端和第四电磁阀（8）的输出端分别接冷水机组（1）的输入端；空气处理器（2）的第二输出端（2d）通过第一管道（9）接房间（11）的空气输入端，房间（11）的空气输出端通过第二管道（10）接空气处理器（2）的第二输入端（2c）。
2.一种如权利要求1所述装置的热湿分段处理方法，其特征在于冷水机组（1）制取的冷冻水经水泵（4）加压后再经由第一电磁阀（5）首先进入空气处理器（2）对空气进行降温除湿处理，处理后的空气送入房间（11）承担房间的湿负荷和部分显热负荷，而经过第一次热交换后的冷冻水再经由第三电磁阀（7）进入辐射盘管（3）向房间（11）释放冷量，辐射盘管（3）承担房间（11）其余部分显热负荷，最后与辐射盘管（3）换热后的冷冻水返回冷水机组（1）与制冷剂换热从而进行下一轮的循环。
3.根据权利要求2所述装置的热湿分段处理方法，其特征在于冷冻水供回水温差比普通冷水机组冷冻水供回水温差大，该装置冷冻水供回水温差为7℃-10℃，而为了实现高效的冷冻水大温差循环，冷水机组（1）采用非共沸制冷剂。
4.根据权利要求2所述装置的热湿分段处理方法，其特征在于热湿分段处理空调装置通过调节电磁阀实现系统的不同运行模式；
串联模式：关闭第二电磁阀（6）和第四电磁阀（8），打开第一电磁阀（5）和第三电磁阀（7），冷冻水经水泵（4）进入空气处理器（2）冷却空气后再进入辐射盘管（3），最后返回冷水机组（1）；
并联模式：打开第一电磁阀（5）、第二电磁阀（6）和第四电磁阀（8），关闭第三电磁阀（7），冷冻水经过水泵（4）后一路进入空气处理器（2）处理空气，一路进入辐射盘管（3），换热过后的两路冷冻水再混合返回冷水机组（1）；全空气处理模式：关闭第二电磁阀（6）和第三电磁阀（7），打开第一电磁阀（5）和第四电磁阀（8），冷冻水进入空气处理器（2）换热后直接返回冷水机组（1）；辐射供冷模式：关闭第一电磁阀（5）、第三电磁阀（7）和第四电磁阀（8），打开第二电磁阀（6），冷冻水直接进入辐射盘管（3）供冷，而后返回冷水机组（1）。
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