專(zhuān)利名稱(chēng)：具有區(qū)域通風(fēng)控制的節(jié)能變風(fēng)量(vav) 系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)，更具體地涉及優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量的節(jié)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
室內(nèi)污染物的產(chǎn)生以及通風(fēng)系統(tǒng)消除室內(nèi)污染物的能力影響著室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量。盡管衛(wèi)生和熱量舒適度通?？梢酝ㄟ^(guò)試圖消除各種室內(nèi)污染物來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是要徹底消除它們幾乎是不可能的。這樣通入新鮮空氣就不可避免地對(duì)室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量起著重要作用。在通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不能充分確?？諝馓幚碓O(shè)備(AHU)的新鮮空氣入口處新鮮空氣總量的充足供應(yīng)，但是考慮有關(guān)的通風(fēng)特性同樣重要。新鮮空氣以適當(dāng)比例到達(dá)由專(zhuān)門(mén)的AHU工作的各種占用區(qū)域的局部“換氣區(qū)域(breathing zone)”，并始終保持所需局部空氣交換的效力特性。在每天AHU的運(yùn)行過(guò)程中，由于室內(nèi)環(huán)境的不同局部區(qū)域中占用分布能夠發(fā)生顯著變化，將通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)這種動(dòng)態(tài)變化分布的響應(yīng)相結(jié)合變得必要，以確保始終有足夠的通風(fēng)供應(yīng)，而沒(méi)有額外的能量消耗。這在炎熱的季節(jié)中尤為實(shí)際。
傳統(tǒng)的空調(diào)和機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)集中的新鮮空氣入口和返回空氣在它們由冷卻盤(pán)管處理并隨后分配到各種占用的區(qū)域之前作為“混合空氣”進(jìn)行混合。所建立的這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，特別對(duì)使用變風(fēng)量(VAV)的系統(tǒng)，是造成通風(fēng)不足的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致陳腐和悶熱的感覺(jué)。由于總的空氣流量的任何減少會(huì)導(dǎo)致新鮮空氣量的減少，而VAV系統(tǒng)的這些典型設(shè)計(jì)不能對(duì)動(dòng)態(tài)變化的占用情況和“其它”空間負(fù)荷分布保持充足的新鮮空氣的分配，所以這種問(wèn)題不可避免的。
美國(guó)專(zhuān)利5,673,851(Dozier等)公開(kāi)一種帶有進(jìn)氣組件的變風(fēng)量擴(kuò)散器。如Dozier專(zhuān)利中所描述的，房間內(nèi)的空氣用兩個(gè)分離的管道系統(tǒng)調(diào)節(jié)和通風(fēng)，來(lái)自加熱器或空調(diào)設(shè)備的第一運(yùn)送調(diào)節(jié)過(guò)的空氣和第二運(yùn)送新鮮空氣(“通風(fēng)空氣”)。調(diào)節(jié)過(guò)的空氣通過(guò)擴(kuò)散器進(jìn)入房間。通風(fēng)空氣通過(guò)空氣導(dǎo)口排出并流經(jīng)溫度傳感器，該傳感器依次控制調(diào)節(jié)過(guò)的空氣流量。調(diào)節(jié)過(guò)的空氣的流速依靠位于擴(kuò)散器內(nèi)可移動(dòng)的流量控制元件進(jìn)行調(diào)整。
美國(guó)專(zhuān)利3,934,795(Ginn等)公開(kāi)一種雙管道可變?nèi)萘靠諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)。如Ginn專(zhuān)利中的描述，使用兩個(gè)獨(dú)立的管道調(diào)節(jié)房間內(nèi)的空氣，第一個(gè)提供冷空氣，第二個(gè)(“復(fù)原管道(reset duct)”)提供熱空氣或冷空氣。通過(guò)每個(gè)管道的流量由閥門(mén)調(diào)節(jié)，自備的系統(tǒng)調(diào)節(jié)器開(kāi)關(guān)閥門(mén)以響應(yīng)房間溫度的變化。每個(gè)管道還具有壓敏傳感器—致動(dòng)器用于檢測(cè)管道內(nèi)的流速并通過(guò)直接的機(jī)械連接調(diào)整閥門(mén)位置。
然而，該現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)有明顯的缺點(diǎn)。現(xiàn)有技術(shù)中HVAC系統(tǒng)不能提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于供應(yīng)初級(jí)的戶(hù)外空氣(通風(fēng)所需)和次級(jí)的返回空氣(抵消熱量負(fù)荷所需)，使得建筑物內(nèi)部的各個(gè)位置的空氣質(zhì)量和整體能效得到優(yōu)化。在炎熱天氣時(shí)很受歡迎的當(dāng)前技術(shù)水平的變風(fēng)量HVAC系統(tǒng)具有顯著的冷卻和除濕需求。這些系統(tǒng)典型地采用一層接一層的空氣處理設(shè)備(AHUs)。設(shè)計(jì)單一VAV風(fēng)扇將空氣分配遍及建筑物的各個(gè)區(qū)域。由于在VAV系統(tǒng)中的容積流速降低到較低的負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，新鮮空氣的風(fēng)門(mén)被節(jié)制，所以現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)通常遭受到局部區(qū)域的不充分的新鮮空氣的通風(fēng)。從而需要改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中的HVAC系統(tǒng)以克服前述不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能HVAC系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有區(qū)域通風(fēng)控制，用于控制建筑物各個(gè)位置的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)。
正如此處體現(xiàn)和廣泛描述的，本發(fā)明提供通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以提供局部的冷卻和通風(fēng)，所述系統(tǒng)包括用于將空氣分配到整個(gè)建筑物或結(jié)構(gòu)的空氣處理設(shè)備，所述空氣處理設(shè)備具有用于將新鮮空氣引導(dǎo)給能夠產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的熱交換設(shè)備的第一入口；用于推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣通過(guò)新鮮空氣管道的第一風(fēng)扇；用于將循環(huán)空氣引導(dǎo)給能夠產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的熱交換設(shè)備第二入口；以及用于推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣通過(guò)循環(huán)空氣管道的第二風(fēng)扇；所述系統(tǒng)還包括與所述新鮮空氣管道遠(yuǎn)端和所述循環(huán)空氣管道遠(yuǎn)端連接的混合室，所述混合室是一個(gè)腔室，用于混合調(diào)節(jié)后的新鮮空氣和調(diào)節(jié)后的循環(huán)空氣，以用于接下來(lái)通入附近的空間。
在此描述的系統(tǒng)提供有效的空氣分配，尤其是在高層(high-rise)空調(diào)建筑物中，并能夠同時(shí)確保良好的通風(fēng)。本發(fā)明超出現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的重要優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)每個(gè)局部區(qū)域新鮮空氣的供應(yīng)僅僅是占用密度(由它自己局部的的CO2傳感器檢測(cè))的函數(shù)，并且不會(huì)受到熱量負(fù)荷的任何變化的影響。這樣進(jìn)而確保在所有各區(qū)域一直保持充足的通風(fēng)和容許的室內(nèi)空氣質(zhì)量。這樣，本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)為同一個(gè)建筑內(nèi)不同的房間或辦公室提供最佳量的新鮮和經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的空氣。通過(guò)在某位置的新鮮和調(diào)節(jié)后的空氣的混合，即，在最終分配的位置，同一個(gè)建筑物內(nèi)不同的房間能夠獲得依據(jù)局部熱量負(fù)荷和占用分布而定制的空氣供應(yīng)。
可取地，HVAC系統(tǒng)包括一個(gè)單盤(pán)管雙風(fēng)扇空氣處理設(shè)備。
單盤(pán)管雙風(fēng)扇AHU對(duì)兩個(gè)分離的空氣流進(jìn)行相似的調(diào)節(jié)而不需在盤(pán)管部分的下游進(jìn)行混合。單盤(pán)管雙風(fēng)扇設(shè)計(jì)便于分離地處理新鮮空氣和返回空氣(使用獨(dú)立和分別地進(jìn)行控制的分離的風(fēng)扇)以實(shí)現(xiàn)對(duì)新鮮空氣流最優(yōu)的除濕性能(主要是潛在的冷卻)以及對(duì)返回空氣流最優(yōu)的冷卻性能(主要是可感的冷卻)。整個(gè)系統(tǒng)概念的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是能夠使用單盤(pán)管以相當(dāng)獨(dú)立的方式實(shí)現(xiàn)期望的冷卻和除濕性能。單盤(pán)管可以通過(guò)對(duì)氣道適當(dāng)?shù)母脑彀惭b在空氣處理設(shè)備內(nèi)。通常，簡(jiǎn)單的金屬片隔板就足夠隔離新鮮空氣流和返回空氣流。使用具有單一冷水供應(yīng)的單盤(pán)管，新鮮空氣盤(pán)管和返回空氣盤(pán)管之間的中間返回和供應(yīng)的歧管就不再需要了，結(jié)果減少了原件并降低了成本。這還意味著AHU在建筑物內(nèi)占用較少的空間。
本發(fā)明的其他目的和特征將通過(guò)下面的說(shuō)明和附圖得到明確。


現(xiàn)在通過(guò)實(shí)例，參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明圖1是本發(fā)明目標(biāo)的具有局部通風(fēng)控制的節(jié)能VAV系統(tǒng)的示意圖；圖2是具有局部通風(fēng)控制的節(jié)能VAV系統(tǒng)的示意圖，其中局部通風(fēng)控制將調(diào)節(jié)過(guò)的空氣分配給三個(gè)分離的位置；圖3是圖1所示系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖4是濕度表，用圖表顯示了圖1所示的系統(tǒng)的除濕性能。
在附圖中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)實(shí)例來(lái)描述。應(yīng)該清楚理解的是，說(shuō)明書(shū)文字和附圖僅僅是用于說(shuō)明的目的，是為了有助于理解。它們不是本發(fā)明的限定范圍。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，通常由參考數(shù)字2來(lái)表示的HVAC系統(tǒng)用于建筑物4內(nèi)的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)具有空氣處理設(shè)備(AHU)5，該設(shè)備包括兩個(gè)分離的變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)6、8。第一VAV系統(tǒng)6通過(guò)新鮮空氣入口10從外界引入新鮮空氣。新鮮空氣入口10具有擴(kuò)散器11，其擴(kuò)大并減慢新鮮空氣以用于最大傳熱。新鮮空氣首先經(jīng)過(guò)新鮮空氣過(guò)濾器14過(guò)濾，再被新鮮空氣盤(pán)管18冷卻和除濕。新鮮空氣盤(pán)管18是具有單冷水供給的熱交換盤(pán)管。新鮮空氣風(fēng)扇22推動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣流向下游流過(guò)新鮮空氣管道26到達(dá)新鮮空氣VAV箱30。新鮮空氣VAV箱30連接可流入新鮮空氣的混合箱38。新鮮空氣風(fēng)門(mén)31調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣進(jìn)入混合室39內(nèi)的流量，其中混合室39是混合箱38的一部分。
第二VAV系統(tǒng)8通過(guò)循環(huán)空氣入口12從建筑物內(nèi)引入循環(huán)空氣。循環(huán)空氣入口12具有擴(kuò)散器13，以擴(kuò)大并減慢循環(huán)空氣用于最大傳熱。循環(huán)空氣首先經(jīng)過(guò)循環(huán)空氣過(guò)濾器16過(guò)濾，再被循環(huán)空氣盤(pán)管20冷卻和除濕。循環(huán)空氣盤(pán)管20作為熱交換器運(yùn)行。循環(huán)空氣盤(pán)管是具有單冷水供給的熱交換盤(pán)管。循環(huán)空氣風(fēng)扇24推動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣流向下游通過(guò)循環(huán)空氣管道28到達(dá)循環(huán)空氣VAV箱32。循環(huán)空氣VAV箱32連接可流入循環(huán)空氣的混合箱38。循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)33調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣進(jìn)入混合箱38的混合室39內(nèi)的流量。
由中央處理單元(CPU)54管理的反饋控制系統(tǒng)，控制HVAC系統(tǒng)2的運(yùn)行。CPU54基于來(lái)自位于建筑物4內(nèi)各種位置的傳感器的溫度和二氧化碳(CO2)的讀數(shù)計(jì)算出最優(yōu)的風(fēng)扇速率和風(fēng)門(mén)開(kāi)度。
仍參照?qǐng)D1，所述區(qū)域的返回空氣管道46包含靠近返回空氣柵44的二氧化碳和溫度傳感器34和36。二氧化碳傳感器34和溫度傳感器36通過(guò)導(dǎo)線55(或電纜)連接到控制系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)54。傳感器34和36提供信號(hào)以確定最佳的風(fēng)門(mén)開(kāi)度和風(fēng)扇速率。在這點(diǎn)上，二氧化碳傳感器控制新鮮空氣VAV箱30內(nèi)新鮮空氣風(fēng)門(mén)，溫度傳感器36控制循環(huán)空氣VAV箱32內(nèi)循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)。CPU54為新鮮空氣風(fēng)門(mén)31和循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)33計(jì)算最優(yōu)風(fēng)門(mén)開(kāi)度以使新鮮空氣和循環(huán)空氣的最優(yōu)混合氣流進(jìn)混合箱38內(nèi)的混合室39。CPU54還調(diào)節(jié)每個(gè)VAV系統(tǒng)的風(fēng)扇速率以根據(jù)整個(gè)建筑物的需要改變整體的冷卻和通風(fēng)。CPU54控制第一VAV系統(tǒng)6和第二VAV系統(tǒng)8的風(fēng)扇速率。CPU54還接收來(lái)自新鮮空氣溫度傳感器56、濕度傳感器57和循環(huán)空氣溫度傳感器58的反饋信號(hào)。
從而，調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣和調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣根據(jù)局部冷卻和通風(fēng)的要求在混合箱38內(nèi)混合?；旌舷?8更適宜作為一個(gè)穩(wěn)流室運(yùn)行。穩(wěn)流室是一個(gè)密閉空間，其中的空氣壓力大于外部大氣的壓力。從而空氣被壓入混合箱38(穩(wěn)流室)以用于通過(guò)局部擴(kuò)散出口40的緩慢分配。
如上面所述，混合空氣通過(guò)擴(kuò)散出口40通入房間42(或辦公室或建筑物區(qū)域)。房間42還具有返回出口44，用于將房間內(nèi)空氣引入返回空氣管道46。提供返回風(fēng)扇48以幫助循環(huán)空氣流回到第二VAV系統(tǒng)8的返回流動(dòng)。返回空氣管道46分叉進(jìn)入排氣出口50和循環(huán)空氣入口12?？煽氐娘L(fēng)門(mén)52位于返回空氣管道46的分支?？梢钥刂骑L(fēng)門(mén)52改變返回第二VAV系統(tǒng)8，也就是進(jìn)入循環(huán)空氣入口12的循環(huán)空氣流量。當(dāng)大量新鮮空氣通入系統(tǒng)時(shí)，CPU54控制風(fēng)門(mén)52減緩空氣壓力的上升。
由于混合箱38內(nèi)這個(gè)遠(yuǎn)程的“局部”混合，所以可以根據(jù)局部熱量負(fù)荷和局部占用分布使冷卻和通風(fēng)得到最優(yōu)和定制。通過(guò)將在或靠近要冷卻和通風(fēng)的混合箱38中的兩個(gè)空氣流動(dòng)混合，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域通風(fēng)控制又不犧牲能量效率。用局部混合的空氣，該系統(tǒng)可確保有足夠的制冷來(lái)處理區(qū)域中局部熱量負(fù)荷以及適當(dāng)?shù)耐L(fēng)，否則在該區(qū)域會(huì)認(rèn)為空氣是不舒適和悶熱的。該系統(tǒng)不僅確保良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)而且能夠通過(guò)單個(gè)空氣處理設(shè)備5來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，盡管對(duì)于較大的建筑物需要使用多個(gè)AHU。如圖2所示，HVAC系統(tǒng)2能夠?qū)蓚€(gè)分離的空氣流(一個(gè)是調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣，另一個(gè)是調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣)分配給位于建筑物4內(nèi)不同地點(diǎn)的各個(gè)混合箱38。從而，HVAC系統(tǒng)2能夠根據(jù)局部要求對(duì)不同的房間42(或辦公室或建筑物的區(qū)域)進(jìn)行冷卻和除濕。盡管圖2顯示的單個(gè)AHU5用于建筑物4的冷卻和通風(fēng)，應(yīng)該理解的是，根據(jù)建筑物4的大小、位置和占用范圍可以采用多個(gè)AHU5。
需要注意的是，到目前為止優(yōu)選實(shí)施例的描述針對(duì)雙VAV系統(tǒng)的使用，這樣可導(dǎo)致顯著的節(jié)能潛力。作為選擇，還可以采用一對(duì)定風(fēng)量(CAV)系統(tǒng)或者甚至是由VAV和CAV系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)。在后者的選擇中，其負(fù)荷特性恒定的可以為CAV系統(tǒng)，而有顯著變化的負(fù)荷特性的空氣流可以為VAV系統(tǒng)。CPU54通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)31、33和返回風(fēng)門(mén)52的開(kāi)和關(guān)來(lái)控制冷卻和通風(fēng)功能。
這里描述的和圖2中所示的優(yōu)選實(shí)施例調(diào)節(jié)并將兩個(gè)空氣流分配到整個(gè)空氣調(diào)節(jié)建筑物的多個(gè)區(qū)域，從而在整個(gè)VAV系統(tǒng)6、8的運(yùn)行范圍確保充分的通風(fēng)進(jìn)而確保容許的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)。結(jié)合單盤(pán)管雙風(fēng)扇變風(fēng)量系統(tǒng)(“SCTF-VAV”)使整個(gè)系統(tǒng)性能顯著提高。采用SCTF-VAV可以?xún)H使用具有單冷水流供給和兩個(gè)完全隔絕的空氣流的單盤(pán)管實(shí)現(xiàn)新鮮和返回空氣流最優(yōu)的冷卻和除濕性能。這樣，新鮮空氣盤(pán)管18和循環(huán)空氣盤(pán)管20合并為單熱交換盤(pán)管。但是，由于分離的管道，新鮮空氣和循環(huán)空氣在盤(pán)管的上游、通過(guò)盤(pán)管以及盤(pán)管的下游保持為獨(dú)立和分離的空氣流。
如圖3的簡(jiǎn)化示意圖所示，HVAC系統(tǒng)2可以采用兩個(gè)VAV系統(tǒng)6、8(具有兩個(gè)盤(pán)管或單盤(pán)管)用于對(duì)兩個(gè)分離的空氣流冷卻和除濕。新鮮空氣由其自身的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(第一VAV系統(tǒng))調(diào)節(jié)并分配給構(gòu)成空氣分配網(wǎng)絡(luò)部分的各新鮮空氣VAV箱30。每個(gè)新鮮空氣VAV箱30受控于CPU54，CPU54接收來(lái)自局部的二氧化碳(CO2)傳感器34的輸入信號(hào)以確保充分的通風(fēng)。某個(gè)新鮮空氣的最小供應(yīng)被認(rèn)為是健康的以避免由于人的呼吸以及建筑物材料和設(shè)備所釋放的CO2的累積。由于新鮮空氣VAV箱30的主要目的是為了基于占用密度確保充分的新鮮空氣，當(dāng)建筑物空閑或幾乎空著時(shí)，CPU54將接收CO2傳感器34的信號(hào)進(jìn)而放慢新鮮空氣VAV系統(tǒng)6，從而節(jié)省能量。來(lái)自同一個(gè)分配網(wǎng)絡(luò)的各種區(qū)域返回的空氣由分離的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(第二VAV系統(tǒng))調(diào)節(jié)并分配給分離的一套循環(huán)空氣VAV箱32。CPU54控制每個(gè)循環(huán)空氣VAV箱32。基于來(lái)自局部溫度傳感器36的信號(hào)，CPU改變第二VAV系統(tǒng)8內(nèi)的流量。當(dāng)熱量負(fù)荷降低時(shí)，CPU將減慢第二VAV系統(tǒng)8的輸出。因此，由于較低的占用和適中的天氣，在局部負(fù)荷的運(yùn)行條件上能夠顯著地節(jié)約能量。如圖2所示，調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣和調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣在平行的管道26、28內(nèi)運(yùn)行，并且直到混合箱38中的擴(kuò)散出口40之前不進(jìn)行混合。
圖4用圖表表示了本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)的除濕性能。(濕度表顯示了作為空氣溫度的函數(shù)的濕度或蒸汽壓的變化)。當(dāng)潮濕外部的空氣分別處理時(shí)能夠顯著地改進(jìn)除濕性能。這樣使得循環(huán)空氣盤(pán)管處理主要是可感冷卻負(fù)荷。除了由該調(diào)節(jié)空氣的方法實(shí)現(xiàn)大量的節(jié)能之外，對(duì)兩個(gè)空氣流采用VAV系統(tǒng)也可節(jié)約風(fēng)扇能量。圖4顯示了外部空氣的狀態(tài)曲線60，其代表在給定的溫度和相對(duì)濕度條件下的外部(新鮮)空氣的濕度曲線。第一VAV系統(tǒng)的盤(pán)管狀態(tài)曲線62(新鮮空氣)繪于圖4的圖表中。新鮮空氣狀態(tài)曲線由在管(on-coil)狀態(tài)66以及離管(off-coil)狀態(tài)64在一末端定義。第二VAV系統(tǒng)的盤(pán)管狀態(tài)曲線70(循環(huán)空氣)也繪制于圖4中的曲線上。循環(huán)空氣狀態(tài)曲線由在管狀態(tài)和離管狀態(tài)76、74定義?；旌舷錉顟B(tài)80以及房間狀態(tài)(或“空間狀態(tài)”)85也繪制于圖4的濕度圖表內(nèi)。本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)的優(yōu)越除濕性能可以從圖4中得到體現(xiàn)。對(duì)于給定的溫度，房間內(nèi)的空氣同戶(hù)外空氣相比濕度水平相當(dāng)大地降低。
本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)的優(yōu)越性能得到新加坡國(guó)立大學(xué)建筑系室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)室進(jìn)行的各種試驗(yàn)的證實(shí)。下面表1所列舉的七個(gè)實(shí)驗(yàn)代表了穩(wěn)態(tài)條件下變風(fēng)量風(fēng)扇的不同操作點(diǎn)。

表1兩個(gè)室(房間1和房間2)模擬實(shí)驗(yàn)狀態(tài)和模擬風(fēng)扇運(yùn)行特性上面表1列出了用具有基本或高的特性的熱量和通風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)?；矩?fù)荷對(duì)應(yīng)于真空或接近真空狀態(tài)，該條件下僅僅需要最小的冷卻和通風(fēng)。典型地，基本負(fù)荷要求風(fēng)扇運(yùn)行速率為最大速率的30％。高通風(fēng)負(fù)荷通過(guò)房間1內(nèi)八位居住者來(lái)模擬，而高熱量負(fù)荷通過(guò)房間1內(nèi)增加的發(fā)熱燈光模擬。新鮮空氣VAV箱和循環(huán)空氣VAV箱都安裝在房間1和房間2內(nèi)。對(duì)于每一個(gè)房間，新鮮和循環(huán)空氣流在經(jīng)由供應(yīng)空氣擴(kuò)散器進(jìn)入房間通風(fēng)之前在下游的穩(wěn)流箱(混合箱)內(nèi)混合。二氧化碳(CO2)傳感器控制新鮮空氣VAV風(fēng)門(mén)。返回空氣溫度傳感器控制循環(huán)空氣VAV風(fēng)門(mén)。兩個(gè)房間都各安裝一套CO2和溫度傳感器，它們位于靠近返回空氣柵的返回空氣管道。
七個(gè)實(shí)驗(yàn)代表不同穩(wěn)態(tài)條件。本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)的優(yōu)越性能通過(guò)在各種通風(fēng)和熱量需求的組合下VAV箱風(fēng)門(mén)動(dòng)作中得到反映。在所有這七個(gè)實(shí)驗(yàn)中房間2都被用作有基礎(chǔ)熱量和通風(fēng)負(fù)荷的控制房間。房間1作為實(shí)驗(yàn)房間，其中熱量和通風(fēng)負(fù)荷是可變的。實(shí)驗(yàn)1開(kāi)始時(shí)具有基本熱量負(fù)荷和通風(fēng)負(fù)荷，接著(實(shí)驗(yàn)2和3中)是高通風(fēng)負(fù)荷以及然后的高熱量負(fù)荷。最后的實(shí)驗(yàn)(4a和4b)涉及房間1的高通風(fēng)負(fù)荷(類(lèi)似于實(shí)驗(yàn)2a和2b)，除了冷水的調(diào)節(jié)現(xiàn)在可以使用新鮮空氣“離管”設(shè)定點(diǎn)溫度來(lái)得到。(在前面所有實(shí)驗(yàn)中，使用循環(huán)空氣“離管”設(shè)定點(diǎn)溫度)?？臻g內(nèi)二氧化碳水平與相關(guān)的風(fēng)門(mén)位置的關(guān)系列于下表2中。

表2清楚地顯示了在房間1內(nèi)有八位居住者時(shí)新鮮空氣風(fēng)門(mén)全開(kāi)(實(shí)驗(yàn)2a、2b、4a和4b)。當(dāng)房間1內(nèi)CO2水平超過(guò)設(shè)定點(diǎn)百萬(wàn)分之550(ppm)時(shí)，新鮮空氣風(fēng)門(mén)打開(kāi)。在實(shí)驗(yàn)2b和4b中，新鮮空氣風(fēng)扇設(shè)成100％最大速率運(yùn)行。在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，新鮮空氣風(fēng)門(mén)開(kāi)度清楚地表明有更多的新鮮空氣實(shí)際上進(jìn)入房間1以稀釋升高的CO2水平。當(dāng)實(shí)際的CO2水平低于550ppm時(shí)，在實(shí)驗(yàn)3a和3b期間改變房間1的負(fù)荷特性導(dǎo)致房間1的新鮮空氣風(fēng)門(mén)實(shí)際上關(guān)閉。同時(shí)，高熱量負(fù)荷(由于增加的光照)需要更多的循環(huán)空氣。因此，在這些實(shí)驗(yàn)中循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)保持全開(kāi)。在七個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的二氧化碳水平在下列位置連續(xù)地監(jiān)測(cè)(1)在房間1占用區(qū)域內(nèi)1.2m高度；(2)房間1內(nèi)兩個(gè)返回空氣柵的每個(gè)；(3)在房間2占用區(qū)域內(nèi)1.2m高度；(4)房間2內(nèi)每個(gè)返回空氣柵；(5)新鮮空氣流中(環(huán)境空氣參照)。
在實(shí)驗(yàn)1中，所有室內(nèi)位置處CO2水平對(duì)應(yīng)于基本通風(fēng)負(fù)荷水平，即，稍高于400ppm環(huán)境水平。在實(shí)驗(yàn)2a開(kāi)始時(shí)，八位居住者進(jìn)入房間1內(nèi)，于是觀察到房間1內(nèi)CO2水平增加到1000ppm，與房間1兩個(gè)返回空氣柵內(nèi)部一樣。在這個(gè)期間，房間2內(nèi)CO2含量幾乎不變，只有循環(huán)空氣造成的微小波動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)2a，以新鮮空氣和循環(huán)空氣風(fēng)扇都為30％的運(yùn)行速率來(lái)運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)2b開(kāi)始時(shí)，當(dāng)循環(huán)空氣風(fēng)扇保持在30％時(shí)，新鮮空氣風(fēng)扇的速率增加到100％。實(shí)驗(yàn)2b期間供應(yīng)的附加新鮮空氣導(dǎo)致房間1內(nèi)CO2水平顯著下降到大約750ppm。在此期間，房間2內(nèi)的CO2水平基本保持不變。這表明清楚地實(shí)現(xiàn)了的區(qū)域通風(fēng)控制。
在實(shí)驗(yàn)3a和3b中，兩個(gè)房間保持基本通風(fēng)負(fù)荷，以其CO2讀數(shù)大約為500ppm為證。實(shí)驗(yàn)4a和4b是實(shí)驗(yàn)2a和2b的重復(fù)，除了實(shí)驗(yàn)4a和4b的冷水調(diào)節(jié)通過(guò)控制新鮮空氣“離管”設(shè)定點(diǎn)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行其他變化、修改和改進(jìn)，所以以上優(yōu)選實(shí)施例的描述不能解釋為限定方式。本發(fā)明的限定范圍由附加的權(quán)利要求書(shū)以及等價(jià)物確定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供區(qū)域冷卻和通風(fēng)的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)用于將空氣分配到整個(gè)建筑或結(jié)構(gòu)的空氣處理設(shè)備，所述空氣處理設(shè)備具有(i)用于將新鮮空氣引導(dǎo)到能夠產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的第一熱交換盤(pán)管的第一入口；(ii)用于推動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的供給通過(guò)新鮮空氣管道的第一風(fēng)扇；(iii)用于將循環(huán)空氣引導(dǎo)到能夠產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的第二熱交換盤(pán)管的第二入口；(iv)用于推動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的供給通過(guò)循環(huán)空氣管道的第二風(fēng)扇；(b)與所述新鮮空氣管道遠(yuǎn)端連接，還與所述循環(huán)空氣管道遠(yuǎn)端連接的混合箱，所述混合室是一個(gè)腔室，用于將調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣和調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣混合，用于隨后通風(fēng)進(jìn)入附近的空間；(c)用于控制調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的供給和調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的供給的控制系統(tǒng)，從而使調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣和調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的期望混合物通入所述空間。
2.如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括用于給中央處理單元提供反饋信號(hào)以控制調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的供給的二氧化碳傳感器，以及用于給所述中央處理單元提供反饋信號(hào)以控制調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的供給的溫度傳感器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述的混合箱包括連接所述新鮮空氣管道下游末端的新鮮空氣室和連接所述循環(huán)空氣管道下游末端的循環(huán)空氣室，每個(gè)室具有一個(gè)風(fēng)門(mén)，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述混合箱混合部分的空氣流量。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中空氣處理設(shè)備進(jìn)一步包括第一入口下游的新鮮空氣過(guò)濾器和第二入口下游的循環(huán)空氣過(guò)濾器。
5.如權(quán)利要求2所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述二氧化碳傳感器和所述溫度傳感器位于返回空氣管道內(nèi)，返回空氣管道連接到第二入口。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述混合箱是一個(gè)穩(wěn)流室。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述空氣處理設(shè)備包括用于推動(dòng)新鮮空氣通過(guò)新鮮空氣管道的第一變風(fēng)量系統(tǒng)，以及用于推動(dòng)循環(huán)空氣通過(guò)循環(huán)空氣管道的第二變風(fēng)量系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述空氣處理設(shè)備包括用于推動(dòng)新鮮空氣通過(guò)新鮮空氣管道的定風(fēng)量系統(tǒng)，和用于推動(dòng)循環(huán)空氣通過(guò)循環(huán)空氣管道的變風(fēng)量系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述空氣處理設(shè)備包括用于推動(dòng)新鮮空氣通過(guò)新鮮空氣管道的第一定風(fēng)量系統(tǒng)，和用于推動(dòng)循環(huán)空氣通過(guò)循環(huán)空氣管道的第二定風(fēng)量系統(tǒng)。
10.一種用于提供區(qū)域冷卻和通風(fēng)的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括空氣處理設(shè)備，該空氣處理設(shè)備具有(a)用于調(diào)節(jié)和推動(dòng)一定量調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣通過(guò)第一管道到達(dá)混合箱的第一變風(fēng)量系統(tǒng)；(b)用于調(diào)節(jié)和推動(dòng)一定量調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣通過(guò)第二管道到達(dá)混合箱的第二變風(fēng)量系統(tǒng)；(c)所述混合箱具有新鮮空氣風(fēng)門(mén)以允許調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的供給進(jìn)入所述混合箱內(nèi)的混合室；(d)所述混合箱具有循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)以允許調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣的供給進(jìn)入所述混合箱的所述混合室，從而調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣和循環(huán)空氣的期望混合物通入建筑物的空間內(nèi)；(e)用于提供反饋信號(hào)以控制第一變風(fēng)量系統(tǒng)和新鮮空氣風(fēng)門(mén)的二氧化碳傳感器；(f)用于提供反饋信號(hào)以控制第二變風(fēng)量系統(tǒng)和循環(huán)空氣風(fēng)門(mén)的溫度傳感器。
11.如權(quán)利要求10所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述空氣處理設(shè)備包括用于第一管道的第一風(fēng)扇和用于第二管道的第二風(fēng)扇，以及用于對(duì)第一管道內(nèi)的新鮮空氣和第二管道內(nèi)的循環(huán)空氣進(jìn)行冷卻和除濕的單熱交換盤(pán)管。
12.如權(quán)利要求10或11所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中第一變風(fēng)量系統(tǒng)包括新鮮空氣過(guò)濾器，第二變風(fēng)量系統(tǒng)包括循環(huán)空氣過(guò)濾器。
13.如權(quán)利要求10至12中任意一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述混合箱是一個(gè)穩(wěn)流室。
14.一種用于對(duì)建筑或其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻和通風(fēng)的采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)用于引入一定量新鮮空氣的第一入口；(b)用于對(duì)該量的新鮮空氣進(jìn)行冷卻和除濕，由此產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣供給的第一熱交換盤(pán)管；(c)用于吹動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣的供給通過(guò)第一管道到達(dá)混合箱的第一風(fēng)扇，所述混合箱具有第一風(fēng)門(mén)，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入位于所述混合箱內(nèi)的混合室的空氣流量；(d)用于從建筑或其它結(jié)構(gòu)內(nèi)引入一定量循環(huán)空氣第二空氣入口；(e)用于對(duì)該量的循環(huán)空氣進(jìn)行冷卻和除濕，由此產(chǎn)生調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣供給的第二熱交換盤(pán)管；(f)用于吹動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣通過(guò)第二管道到達(dá)所述混合箱的第二風(fēng)扇，所述混合箱具有第二風(fēng)門(mén)，用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述混合室內(nèi)的空氣流量，調(diào)節(jié)過(guò)的新鮮空氣與調(diào)節(jié)過(guò)的循環(huán)空氣在所述混合室進(jìn)行混合，再通入房間或建筑物或結(jié)構(gòu)的區(qū)域；(g)用于將第一反饋信號(hào)提供給控制系統(tǒng)以控制第一風(fēng)扇和第一風(fēng)門(mén)的二氧化碳傳感器；和(h)用于將第二反饋信號(hào)提供給所述控制系統(tǒng)以控制第二風(fēng)扇和第二風(fēng)門(mén)的溫度傳感器。
15.如權(quán)利要求14所述的采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)，還包括位于第一空氣入口下游的第一過(guò)濾器和位于第二空氣入口下游的第二過(guò)濾器。
16.如權(quán)利要求14或15所述的采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)，其中第一熱交換盤(pán)管和第二熱交換盤(pán)管構(gòu)成單一的整體的熱交換盤(pán)管，所述單一的整體的熱交換盤(pán)管中流動(dòng)著單一冷卻劑，由此該量的新鮮空氣在第一管道內(nèi)運(yùn)行，且循環(huán)空氣在第二管道內(nèi)運(yùn)行，直到混合箱之前不會(huì)相互混合。
全文摘要
一種通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用第一變風(fēng)量系統(tǒng)對(duì)新鮮的戶(hù)外空氣進(jìn)行冷卻和除濕并將其傳送通過(guò)第一管道到達(dá)位于下游的混合箱。該系統(tǒng)還利用第二變風(fēng)量系統(tǒng)對(duì)循環(huán)空氣也進(jìn)行冷卻和除濕并將其傳送通過(guò)第二管道到達(dá)混合箱，新鮮和循環(huán)空氣在進(jìn)入房間或辦公室通風(fēng)之前能夠在所述混合箱混合。該系統(tǒng)使用二氧化碳傳感器和溫度傳感器給控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，控制系統(tǒng)依次調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度和風(fēng)門(mén)開(kāi)度以提供最優(yōu)的冷卻和通風(fēng)，并且在冷卻和通風(fēng)需求低時(shí)節(jié)約能量。
文檔編號(hào)F24F3/044GK1610807SQ02826537
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者C·謝卡爾, K·W·探, K·W·D·昌, N·H·王 申請(qǐng)人:新加坡國(guó)立大學(xué)