外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调装置

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外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于独立除湿空调、冰蓄冷和可再生能源利用技术领域，具体地说是涉及一种外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调装置。\n背景技术\n[0002] 空调系统能耗在建筑能耗中占有很大比例，有效降低空调系统能耗的技术和应用是目前行业发展的最为重大的课题。就空调方式及其系统方案而言，将空气处理过程中的降湿和降温过程的耦合关系分开，首先采用合适的技术措施解决独立除湿问题，然后采用廉价高温冷源解决降温问题，从而实现空调系统整体能耗及其运行费用的有效节省，是当前空调领域处于发展前沿的技术路线，在技术和应用方面近年来取得了突破性进展。目前具有代表性的技术成果是清华大学江亿院士领衔开发的溶液调湿空调系统技术，利用溴化锂等溶液极强的吸湿效应对空气进行深度除湿，利用高温热泵高效制取高温冷冻水，利用\n60～80℃左右的低品位热源对除湿溶液进行再生，热工过程通过采用分级换热、热回收等有效地降低了整体热工不可逆损失，获得了良好的能源综合利用效益，并已经获得了许多成功应用。但是就目前而言，如何更有效地解决廉价的低温再生热源问题、提高特殊材料部件的可靠性并降低成本、开发成熟高效的高温冷冻水机组以成分利用该技术的整体节能优势、扩展细分市场用户的适应性等方面，还需经历一个较长的技术及应用成熟期。目前溶液调湿空调方式应用最多的热泵式再生方式由于受限于冷凝侧高温热泵COP较低的特点，虽然是一种实用的解决方式，但并非体现该技术路线能源综合利用效益优势的最佳利用方式。\n[0003] 同时，空调舒适性研究方面已出现很多新成果，例如夏季空调室内设计温湿度可根据人体热感觉在一定范围内选择，这为调整设计参数节省能耗提供了理论基础。如我国舒适性空调设计以前通常按设计干球温度24～28℃、相对湿度按45～65％选取，但是基于节能降耗的需要，建设部规定公共建筑夏季空调温度不得低于26℃。从人体热感觉来看，干球26～28℃、相对湿度60％的环境空气与干球28～30℃、相对湿度30～40％基本相当，为此，如果能够实现室内温度很好的除湿效果，则把室内干球温度提高到28～30℃，人体的感觉仍是舒适的，而由此带来了降低维护结构显热负荷等的效益，可有效降低空调冷负荷10～15％。同理，如冬季采用辐射末端采暖，并将室内温度降低2℃，则可有效降低采暖热负荷10～15％。\n[0004] 冰蓄冷空调技术已获得广泛应用，但是目前在冰蓄冷工程中占据主要份额的冰球式和内融冰蓄冷技术具有单位时间取冷速率有限、末期取冷效能劣化等困难，与空调用户条件与要求的广泛性和空调领域技术新发展而言的适应性越发不足，而外融冰蓄冷所具有的优良特性克服了前者的缺点，特别适合与低温送风技术相结合，实现系统的整体节能要求。\n[0005] 另一方面，目前地水源热泵空调系统的应用已很广泛，技术、产品和市场均已走向成熟，但受地质和水资源条件限制，特别是在按规范实施的前提下，与其它空调/采暖方式相比时在节能性、经济性方面并没有体现出宣传中的优势，这将影响到该细分行业的发展速度和实效。\n[0006] 如果既能利用独立除湿空调技术的能源综合利用优势以避免成功空调方式的能耗高、费用高，又能避免过多地受限于用户的具体资源条件和某些关键设备的开发成熟周期问题，并结合地水源热泵、冰蓄冷低温供冷的良好的低温冷热源条件，是一种可能的和实用的技术路线，对迅速推广落实并实现节能减排效益，将具有重要价值。\n实用新型内容\n[0007] 本实用新型要解决的技术问题是：改变常规空调中除湿与降温耦合在一起的处理过程，提供一种能源消耗低、降低热工热源的容量及其运行成本，实现独立除湿、高温冷冻水降温空调方式的外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调装置。\n[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：\n[0009] 本实用新型包括地下水井、地源蓄冰热泵主机、外融冰式蓄能槽、独立除湿新风机组和位于室内的干式辐射空调末端；所述的独立除湿新风机组由预冷换热器和独立除湿换热器构成，其中，预冷换热器的水侧进口与干式辐射空调末端的空调供水进口和地下水井的出水口相连，预冷换热器的水侧出口与干式辐射空调末端的空调供水进口和干式辐射空调末端的空调回水出口相连，并与通往地源蓄冰热泵主机中冷凝器的水侧进口相连，经冷凝器后返回地下水井；外融冰式蓄能槽的蓄冷水侧进口与地源蓄冰热泵主机中蒸发器的供水出口相连，外融冰式蓄能槽的蓄冷水侧出口与通往地源蓄冰热泵主机中蒸发器的回水进口相连；外融冰式蓄能槽的冷水侧上部水口与独立除湿新风机组中独立除湿换热器的水侧进口相连，起下部水口与独立除湿换热器的水侧出口相连；独立除湿新风机组的进风口与室外新风相连，出风口与室内空调送风口相连。\n[0010] 上述的独立除湿新风机组和外融冰式蓄能槽设置于同一个箱体内。\n[0011] 上述外融冰式蓄能槽为外融冰盘管式蓄能槽或外融冰/水复合式蓄能槽。\n[0012] 上述的干式辐射空调末端为网栅式辐射换热器。\n[0013] 干式辐射空调末端为安装于吊顶、墙壁或地板内的埋藏式辐射换热器。\n[0014] 采用上述技术方案的本实用新型，利用外融冰蓄冷持续输出低温水的能力在独立除湿新风机组内实现独立除湿，利用地下水源作为高温冷冻水进行调温，同事采用既有的空调舒适性理论优化全年室内空调参数、外融冰蓄冷低温冷冻除湿、低温送风、廉价地下冷水承担显热负荷，实现了独立除湿、高温冷冻水降温的空调方式，有效地利用了自然界的能量、降低了热工冷热源的容量及其运行成本，并将所需设备部件集成为一体化产品，以在保证空调效果的前提下有效落实技术方案与节能效果，实现便于设计选型、运行安全可靠、维修简便、降低运行成本的效果。\n[0015] 本实用新型针对我国长江流域及其以北地区的广大商业和居民用户提供高效实用的空调方式与方案。地源蓄冰热泵主机只需采用蓄冰型地源热泵机型，由于充分利用地下土壤冷量直接承担大部分空调负荷，地源蓄冰热泵主机容量降低60～80％以上，热工系统设计中充分考虑有效降低系统不可逆损失的需要，节省电耗及运行费达60～70％以上，在空调方式方法方面取得突破性进展。同时重点解决了设备的高效性、安全性、可靠性、实用性、可维护性、初投资及运行费用等方面的全面平衡设计和落实，实现了重大技术与应用进展，成为当前利用独立除湿、高温冷冻水降温这一空调技术路线的具有经济性和实用性的领先技术和产品方案。\n附图说明\n[0016] 附图为本实用新型的整体结构示意图。\n具体实施方式\n[0017] 本实用新型中，一种外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调方法是指：利用外融冰蓄冷持续输出低温水的能力在独立除湿新风机组7内实现独立除湿，利用地下水源作为高温冷冻水进行调温，它包括以下步骤：\n[0018] ①地源蓄冰热泵主机12对蓄冰循环液回水制冷，蓄冰循环液供水进入外融冰式蓄能槽1中进行管外蓄冰，得到低温冷冻水；同时，外融冰式蓄能槽1通过上部接口将低温冷冻水送入独立除湿新风机组7中的独立除湿换热器6，经循环后回到外融冰式蓄能槽1的下部接口；\n[0019] ②室外新风进入独立除湿新风机组7后，在其内部的预冷换热器8中与高温冷冻水换热，进行预冷；\n[0020] ③预冷后的新风进入独立除湿新风机组7内的独立除湿换热器6与低温冷冻水换热，进行除湿；\n[0021] ④除湿后的新风送入室内承担全部湿负荷；\n[0022] ⑤室内空气通过室内干式辐射空调末端5与其内的高温冷冻水进行换热，并降低到所需温度，从而完成空气处理过程；\n[0023] ⑥地下水一部分进入独立除湿新风机组7内的预冷换热器8进行初步冷却室外新风，一部分与预冷换热器8出水混合为高温冷冻水，并将高温冷冻水送入室内干式辐射空调末端5承担室内降温；室内干式辐射空调末端5出水送入地源蓄冰热泵主机12的冷凝器\n11中作为冷却水，再回到地下。需要说明的是，地下水采用10～19℃为宜，可以为10℃、\n12℃、15℃、17℃、19℃中的任意一种；而地下水与预冷换热器8出水混合为17～20℃高温冷冻水，高温冷冻水的温度可以为17℃、18℃、19℃、20℃中的任意一种。\n[0024] 如图所示，一种外融冰蓄冷调湿与地下水调温的独立除湿空调装置，它包括地下水井10、地源蓄冰热泵主机12、外融冰式蓄能槽1、独立除湿新风机组7和位于室内的干式辐射空调末端5；独立除湿新风机组7由预冷换热器8和独立除湿换热器6构成，其中，预冷换热器8的水侧进口与干式辐射空调末端5的空调供水进口经电动三通阀9相连接后与地下水井10的出水口相连，预冷换热器8的水侧出口与干式辐射空调末端5的空调供水进口经电动三通阀9相连后与干式辐射空调末端5的空调回水出口相连，并与通往地源蓄冰热泵主机12中冷凝器11的水侧进口相连，经冷凝器11后返回地下水井10；外融冰式蓄能槽1的蓄冷水侧进口与地源蓄冰热泵主机12中蒸发器13的供水出口相连，外融冰式蓄能槽1的蓄冷水侧出口与通往地源蓄冰热泵主机12中蒸发器13的回水进口相连；外融冰式蓄能槽1的冷水侧上部水口与独立除湿新风机组7中独立除湿换热器6的水侧进口相连，起下部水口与独立除湿换热器6的水侧出口相连；独立除湿新风机组7的进风口与室外新风A相连，出风口与室内空调送风口B相连。\n[0025] 需要说明的是，独立除湿新风机组7为多级空气降温除湿结构，即可与蓄能槽、管道部件及控制部件等设置于同一个箱体内，也可分体设置于各新风机房。\n[0026] 外融冰式蓄能槽1为外融冰盘管式蓄能槽或外融冰/水复合式蓄能槽。采用该新型冰蓄冷技术既可方便地取得低温冷冻水，又可进一步降低系统能源费用，并可对电网进行移峰填谷。\n[0027] 干式辐射空调末端5可以为网栅式辐射换热器，还可以为安装于吊顶、墙壁或地板内的埋藏式辐射换热器。\n[0028] 其中，管道部件采用一体化地源水力模块结构，将连接地源水系统和空调水系统等相关的水泵、阀门及风管等主要管道部件组件及其智能控制部件组合为整体的一体化结构。\n[0029] 夏季供冷期间，室内设计参数按干球温度29℃、相对湿度35％设计设备负荷及容量。\n[0030] 本实用新型装置的工作原理是：\n[0031] 空气处理过程的除湿和降温互相独立，其中地下水首先送入新风机组预冷换热器承担新风预冷负荷，其回水并经与地下水出水混水后达到17～20℃的高温冷冻水送入干式辐射空调末端承担室内显热冷负荷，并再通入地源蓄冰热泵主机冷凝器并返回地下，地源蓄冰热泵主机夜间低谷电期间向蓄能槽内的冰盘管送入低温冷冻水制冰，并将冷量存储在蓄能槽内，白天空调供冷期间则由蓄能槽提供2℃的冷冻水送入新风机组独立除湿换热器进行深度除湿，经处理后的新风以低温送风方式进入空调区域承担全部湿负荷与部分显冷负荷，其中空调送风口为防结露型结构。