專利名稱：用于獨(dú)立的新鮮和返回空氣流的節(jié)能調(diào)節(jié)的單盤管雙風(fēng)扇變風(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)，更具體地涉及節(jié)能的冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空氣調(diào)節(jié)，特別是在炎熱氣候，是冷卻和除濕的迫切需求。HVAC技術(shù)人員必須尋找一種最優(yōu)設(shè)計(jì)，平衡能量消耗和成本、熱量舒適程度和室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)，后面的標(biāo)準(zhǔn)是建筑物的通風(fēng)效果如何的函數(shù)。盡管健康和熱量舒適的問題可以通過試圖消除各種室內(nèi)污染源來解決，但是完全消除它們幾乎不可能。從而使用新鮮空氣的通風(fēng)在室內(nèi)環(huán)境的最終空氣質(zhì)量中不可避免地扮演重要角色。在炎熱條件下，由于室外空氣和室內(nèi)空氣狀態(tài)之間存在大的焓差，與通風(fēng)相關(guān)的冷卻和除濕的高能量損耗是顯然的。
由于諸如二氧化碳污染物的產(chǎn)生，通風(fēng)不充分幾乎總是導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量的惡化。事實(shí)上，具有不良的冷卻盤管的除濕性能的充分通風(fēng)將更加糟糕，因?yàn)楹芸赡軐?dǎo)致空氣分配系統(tǒng)和占用區(qū)域的上升的濕度水平。這種現(xiàn)象在潮濕的環(huán)境中被認(rèn)為是“室內(nèi)”污染物，其會(huì)擴(kuò)散微生物污染的來源和食物。在炎熱的建筑物中的高室內(nèi)濕度問題來源于通風(fēng)空氣(新鮮空氣)的高環(huán)境濕度水平，和對(duì)提供充分的通風(fēng)來避免“病態(tài)建筑綜合癥”的需要。
對(duì)任何空調(diào)系統(tǒng)的基本要求是能夠給建筑物的居住者提供舒適的溫度和濕度條件。在穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，這是個(gè)相對(duì)簡單的任務(wù)。然而在動(dòng)態(tài)的室內(nèi)環(huán)境中，冷卻和除濕的需求隨著天氣和占用情況的變化而波動(dòng)，設(shè)計(jì)節(jié)能的空氣調(diào)節(jié)就不是一件簡單的事。炎熱和潮濕氣候中的空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)更是一件艱巨的任務(wù)，在此，新鮮空氣常年含有特別高的濕度水平。
在典型的冷卻和除濕盤管設(shè)計(jì)中，具有入口溫度和濕度的空氣流流過盤管管道和散熱片，同時(shí)冷卻水通過盤管的管道流動(dòng)。冷卻水以供給溫度進(jìn)入盤管并以返回溫度離開盤管。冷卻盤管的濕度性能決定流過盤管空氣的冷卻和除濕。在兩個(gè)不同空氣流被調(diào)節(jié)的情況下，兩個(gè)分離的盤管將典型地用并列的或者順次供給的冷卻水來使用。
過去曾努力通過選擇流過盤管的空氣速度、通過盤管的管道的冷卻水速率和盤管物理幾何形狀的各種結(jié)構(gòu)來獲得節(jié)能的除濕性能。這些設(shè)計(jì)可以通過例如以下專利來示例US 4876858(Shaw)、EP00415747A2(Shaw)、US 5461877(Luminis)、KR09302466B1(Luminis)和WO09220973A1(Luminis)。一些最近的改進(jìn)針對(duì)從歧管中第一盤管收集水，且然后以順序模式將該水(在第一盤管冷卻水返回的溫度)注入第二盤管的管道。實(shí)質(zhì)上，這樣還是等于空氣一側(cè)和冷卻水一側(cè)上的兩個(gè)不同的熱交換盤管。
然而，這種雙盤管設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)也是明顯的。基本的缺點(diǎn)是雙盤管系統(tǒng)不是非常節(jié)能的。其次，雙盤管系統(tǒng)造價(jià)高，因?yàn)樗枰嗟脑?。第三，雙盤管系統(tǒng)占用更多的建筑空間，從而減少了建筑規(guī)劃中的可用地面空間。
這樣，在技術(shù)上需要改進(jìn)通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以克服前述不足。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明的目的是提供單盤管雙風(fēng)扇HVAC系統(tǒng)，用于獨(dú)立的新鮮空氣流和循環(huán)空氣流的節(jié)能調(diào)節(jié)。
正如在此體現(xiàn)和大致描述的，本發(fā)明提供一種通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于獨(dú)立的新鮮空氣流和循環(huán)空氣流的節(jié)能調(diào)節(jié)，所述系統(tǒng)包括用于引進(jìn)一定量新鮮空氣的第一入口；用于引進(jìn)一定量循環(huán)空氣的第二入口；用于調(diào)節(jié)新鮮空氣量和循環(huán)空氣量單盤管熱交換器，從而產(chǎn)生調(diào)節(jié)過的新鮮空氣的供給和調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣的供給；用于推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過的新鮮空氣到第一管道下游的第一風(fēng)扇；用于推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣到第二管道下游的第二風(fēng)扇；連接所述第一管道和第二管道的下游的混合箱，所述混合箱是一個(gè)腔室，在其中所述調(diào)節(jié)過的新鮮空氣的供給和所述調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣的供給可以在通風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)或區(qū)域之前進(jìn)行混合；以及控制系統(tǒng)，用于檢測(cè)區(qū)域溫度和區(qū)域通風(fēng)需要，并根據(jù)所述區(qū)域通風(fēng)需要調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)過的新鮮空氣的供給和根據(jù)所述區(qū)域溫度調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣的供給。
使用這個(gè)系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是顯著的。單個(gè)盤管能夠?qū)蓚€(gè)分離的空氣流同時(shí)調(diào)節(jié)，而它們不在盤管的下游段混合。通過分別地處理新鮮空氣流和返回空氣流(利用分離的風(fēng)扇，這些風(fēng)扇獨(dú)立且分離地控制)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)新鮮空氣流最優(yōu)的除濕性能(在炎熱環(huán)境中這是主要的潛在冷卻)和對(duì)循環(huán)空氣流的最佳可感冷卻性能(這是主要的可感冷卻)。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是以相當(dāng)獨(dú)立的方式在空氣側(cè)和冷卻水側(cè)都使用單盤管能夠獲得期望的冷卻和除濕性能。單盤管可以采用適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)安裝在單個(gè)空氣處理設(shè)備(AHU)中，這實(shí)質(zhì)上包括安裝絕熱的金屬板隔離物以明確地分離新鮮空氣流和循環(huán)空氣流。通過使用具有單冷卻水供給的單盤管，不再需要在第一(新鮮空氣)和第二(返回空氣)盤管之間的中間返回和供給歧管。因此，該單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)不僅占地面積較小而且建造、安裝和操作的成本較低。
換句話說，本發(fā)明是一種用于對(duì)兩個(gè)分離的空氣流進(jìn)行冷卻和除濕的單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)?？扇〉兀迈r和返回空氣流由變風(fēng)量系統(tǒng)推動(dòng)(每個(gè)空氣流一個(gè))。新鮮空氣和返回空氣在分離的管道中運(yùn)行，單流過單個(gè)共用的盤管，該盤管對(duì)兩個(gè)空氣流進(jìn)行冷卻和除濕。當(dāng)兩個(gè)空氣流通過盤管時(shí)新鮮空氣流和循環(huán)空氣流不進(jìn)行混合。新鮮空氣和循環(huán)空氣在被通風(fēng)進(jìn)入被冷卻的室內(nèi)或區(qū)域之前僅在混合箱下游進(jìn)行混合。本發(fā)明降低占用區(qū)域的濕度以直接響應(yīng)占用密度。需要強(qiáng)調(diào)的是只有占用密度以明顯方式支配系統(tǒng)的除濕性能而且其它的所有熱負(fù)荷分別支配系統(tǒng)的冷卻性能。
這種新的空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)蓚€(gè)空氣流分配給位于整個(gè)建筑物的各個(gè)混合箱(調(diào)節(jié)過的新鮮空氣流和調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣流)。通過反饋信號(hào)，本發(fā)明通過定制建筑物不同區(qū)域的通風(fēng)和冷卻需要來使節(jié)能最優(yōu)化。從而該系統(tǒng)提供了具有改進(jìn)能效的增強(qiáng)的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)。
本發(fā)明超過現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻和除濕盤管的顯著優(yōu)點(diǎn)是盤管操作相對(duì)容易，其使用單供給的冷卻劑(例如，冷卻水)。盤管的動(dòng)態(tài)濕度性能通過調(diào)整作為改變冷卻和通風(fēng)需要的函數(shù)的冷卻劑流動(dòng)速率來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的其它目的和特性可通過下面的說明和附圖得到體現(xiàn)。


本發(fā)明進(jìn)一步通過實(shí)例參照

，其中圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的一種節(jié)能單盤管雙風(fēng)扇HVAC系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1所示系統(tǒng)的簡化示意圖；圖3是圖1所示系統(tǒng)的熱交換盤管的等角視圖；圖4是濕度表，用圖表方式顯示了圖1所示系統(tǒng)的優(yōu)越的除濕特性。
在附圖中，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式通過實(shí)例描述。應(yīng)該清楚地理解的是說明書和附圖僅僅是為了描述和有助于理解。他們不意味對(duì)本發(fā)明的限定。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，通常由參考數(shù)字2標(biāo)記的用于在建筑物4中通風(fēng)和調(diào)節(jié)空氣的HVAC系統(tǒng)具有一個(gè)空氣處理設(shè)備(AHU)5，其包括兩個(gè)分離的變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)6、8。第一VAV系統(tǒng)6從外界通過新鮮空氣入口10引入新鮮空氣。新鮮空氣入口10具有擴(kuò)散器11，用來擴(kuò)大和減慢新鮮空氣用于最大傳熱。新鮮空氣首先經(jīng)過新鮮空氣過濾器14過濾，再被盤管20冷卻和除濕。盤管20是具有單冷卻水供給的熱交換盤管。新鮮空氣風(fēng)扇22推動(dòng)調(diào)節(jié)過的新鮮空氣流向下游流過新鮮空氣管道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31調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過的新鮮空氣進(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)過循環(huán)空氣過濾器16過濾，再被所述盤管20冷卻和除濕。該盤管20是與冷卻新鮮空氣的相同的熱交換盤管，即使新鮮空氣和循環(huán)空氣在分離的管道中運(yùn)行。循環(huán)空氣風(fēng)扇24推動(dòng)調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣流向下游通過循環(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33調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過的循環(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)門開度。
參照?qǐng)D1，提供CO2傳感器34用于測(cè)量空氣中二氧化碳的濃度。CO2傳感器34位于返回空氣管道46中并且靠近返回出口44。返回空氣管道46還設(shè)有測(cè)量離開房間的空氣溫度的溫度傳感器36。二氧化碳傳感器34和溫度傳感器36通過電線55(或電纜)連接到控制系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)54。CPU54計(jì)算出針對(duì)新鮮空氣風(fēng)門31和循環(huán)空氣風(fēng)門33的最優(yōu)風(fēng)門開度，從而最優(yōu)的新鮮空氣與循環(huán)空氣的混合物流入混合箱38內(nèi)的混合室39。CPU54還根據(jù)整個(gè)建筑物的需要來調(diào)節(jié)每個(gè)VAV系統(tǒng)的風(fēng)扇速度以改變總體的冷卻和通風(fēng)。CPU54控制第一VAV系統(tǒng)6和第二VAV系統(tǒng)8。
AHU5包括位于盤管20和新鮮空氣風(fēng)扇22之間的新鮮空氣溫度傳感器56，該傳感器測(cè)量新鮮空氣流“離管(off-coil)”的溫度。AHU5還包括位于盤管20和循環(huán)空氣風(fēng)扇24之間的循環(huán)空氣溫度傳感器58，該傳感器測(cè)量循環(huán)空氣流“離管”的溫度。在AHU5中位于盤管20和新鮮空氣風(fēng)扇22之間還設(shè)有新鮮空氣濕度傳感器57。該系統(tǒng)主要有兩種控制模式。在正常操作條件下(即當(dāng)濕度處于可接受的范圍時(shí))，CPU54使用來自循環(huán)空氣溫度傳感器的信號(hào)控制冷卻劑通路21。當(dāng)盤管下游的新鮮空氣的濕度超過可接受的范圍，CPU54使用來自新鮮空氣溫度傳感器的溫度信號(hào)控制冷卻劑通路21內(nèi)冷卻劑的流速。
只要熱交換器20下游的氣流濕度在可接受的設(shè)定點(diǎn)界限中，熱交換器20下游的循環(huán)空氣的溫度將在控制中起主要作用。
仍參照?qǐng)D1，調(diào)節(jié)過的新鮮空氣和調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣根據(jù)區(qū)域的冷卻和除濕需要在混合箱38內(nèi)混合?；旌舷?8最好作為穩(wěn)流室。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)以減慢通過局部擴(kuò)散出口40的分配。
如上面所述，混合空氣通過擴(kuò)散出口40進(jìn)入房間42(或辦公室或建筑區(qū)域)。房間42也具有返回出口44，其將房間內(nèi)空氣引入返回空氣管道46。提供的返回風(fēng)扇48有助于循環(huán)空氣返回流回到第二VAV系統(tǒng)8。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52位于返回空氣管道46分叉處?？梢钥刂骑L(fēng)門52來改變返回第二VAV系統(tǒng)8，即進(jìn)入循環(huán)空氣入口12的循環(huán)空氣變化量。當(dāng)大量新鮮空氣進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，CPU54控制風(fēng)門52以減緩空氣壓力增大。
如圖2中的簡化示意圖所示，HVAC系統(tǒng)2具有兩個(gè)變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)使用單一共用盤管20來對(duì)新鮮空氣流和循環(huán)空氣流冷卻和除濕。換句話說，新鮮空氣由第一VAV系統(tǒng)6過濾、調(diào)節(jié)、向下游移動(dòng)，而循環(huán)空氣由第二VAV系統(tǒng)8過濾、調(diào)節(jié)、向下游移動(dòng)。然而，第一、第二VAV系統(tǒng)6、8共用相同的冷卻和除濕盤管20。每個(gè)通過盤管管路的冷卻水通道用于新鮮空氣流和返回空氣流。管道的通路以確保盡可能多的逆流布置的方式完成，如圖3所示。如圖3中還顯示了兩個(gè)盤管子通路20a和20b。注意到這些形成了單一整體的盤管20的一部分是很重要的。它們被安排在子通路20a和20b中，以優(yōu)化逆流熱傳遞。絕熱金屬片隔板(一個(gè)“公共墻”)27將新鮮空氣流和循環(huán)空氣分離開。隔板或公共墻27需要適當(dāng)改造以同熱交換器的板狀散熱片的一個(gè)相接，從而確?？諝饬髟诹鹘?jīng)熱交換器20時(shí)保持分離和不混合。
其它的通路布置當(dāng)然也是可能。圖3是發(fā)生在該系統(tǒng)的單盤管內(nèi)的情況的示意圖。它描述了整個(gè)通路配置(例如，具有四個(gè)通路)。也可以使用半通路或三分之一通路布置。在所有的通路布置中，只用單盤管20來對(duì)新鮮空氣和循環(huán)空氣進(jìn)行冷卻和除濕。通過存在用于炎熱的新鮮空氣的高濕度條件和盤管的冷表面之間的高驅(qū)動(dòng)勢(shì)(drivingpotential)這樣的情況能夠?qū)崿F(xiàn)單盤管的最優(yōu)除濕性能。新鮮空氣通過盤管后離開的狀態(tài)是典型的全飽和。
圖4描述了單盤管雙風(fēng)扇HVAC系統(tǒng)2的濕度性能。(濕度表顯示作為溫度函數(shù)的空氣濕度。)為了確保合適的冷卻和通風(fēng)，盤管的濕度性能基于每個(gè)空氣流的“離管”溫度的讀數(shù)進(jìn)行控制。兩個(gè)“離管”溫度在控制盤管的動(dòng)態(tài)濕度性能中起著關(guān)鍵作用以確保占用區(qū)域的容許的熱量舒適度和室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)。圖4所示圖表描述整個(gè)HVAC系統(tǒng)2的除濕性能。戶外空氣由圖中狀態(tài)曲線60表示。第一VAV系統(tǒng)(新鮮空氣流)具有狀態(tài)曲線62，其中離管溫度和濕度繪于點(diǎn)64，在管(on-coil)狀態(tài)繪于點(diǎn)66。第二VAV系統(tǒng)(循環(huán)空氣流)具有狀態(tài)曲線70，其中離管溫度和濕度繪于點(diǎn)74，在管狀態(tài)繪于點(diǎn)76。房間內(nèi)的狀態(tài)繪于點(diǎn)85。
通過分離通風(fēng)和冷卻功能，能夠得到出色的節(jié)能效率。在正常操作條件下，通風(fēng)需求上的改變將只調(diào)整新鮮空氣風(fēng)扇22而不用改變冷卻劑的流速，也就是說，熱交換器20的第一VAV系統(tǒng)6的下游的濕度差沒有非正常的增加。特點(diǎn)是循環(huán)空氣風(fēng)扇24調(diào)整的區(qū)域的熱負(fù)荷的變化，將調(diào)整冷卻劑通路21內(nèi)冷卻劑流速。例如，當(dāng)房間42的占用減小時(shí)，通風(fēng)需求也減小。新鮮空氣風(fēng)扇速率相應(yīng)地調(diào)整，但冷卻劑通路21內(nèi)的流速保持不變。因?yàn)楸焕鋮s的空氣主要是循環(huán)空氣，所以房間42內(nèi)的溫度將由此降低。在返回空氣管道46內(nèi)的溫度傳感器36檢測(cè)到該溫度的變化，相應(yīng)地調(diào)整風(fēng)門和風(fēng)扇速率。當(dāng)溫度和濕度水平開始上升超出容許限制時(shí)，CPU54使用來自新鮮空氣溫度傳感器的信號(hào)以控制冷卻劑通路21內(nèi)的流速。
盡管因?yàn)樗鼈冞M(jìn)一步減少了能量消耗所以變風(fēng)量系統(tǒng)是首選的，但是單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)也可以用一對(duì)定風(fēng)量(CAV)系統(tǒng)或包含一個(gè)VAV系統(tǒng)和一個(gè)CAV系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。如果混合系統(tǒng)被適當(dāng)執(zhí)行，最佳操作模式將用CAV系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其負(fù)荷特性幾乎恒定的空氣流，用VAV系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其負(fù)荷特性遵循波動(dòng)模式的空氣流。這樣給設(shè)計(jì)提供了最大的適應(yīng)性，并且在操作過程中將節(jié)能潛力最大化。
本發(fā)明的HVAC系統(tǒng)的優(yōu)越性能由新加坡國立大學(xué)建筑系室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)室所進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)證實(shí)。下面表中給出的七個(gè)實(shí)驗(yàn)代表了穩(wěn)定狀態(tài)下變風(fēng)量風(fēng)扇的不同操作點(diǎn)。

表1兩室(房間1和房間2)中模擬的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)和模擬的風(fēng)扇操作特性在上表1中列出的是不同的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的熱量和通風(fēng)負(fù)荷特性為基本或者高?；矩?fù)荷對(duì)應(yīng)于真空或接近真空的狀態(tài)，為此僅需要最小的冷卻和通風(fēng)。典型地，基本負(fù)荷需要風(fēng)扇以其最大速率的30％運(yùn)行。高通風(fēng)負(fù)荷通過房間1內(nèi)具有八位居住者來模擬，高熱負(fù)荷通過房間1內(nèi)增加的發(fā)熱光源來模擬。為了性能確認(rèn)試驗(yàn)的目的，單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和構(gòu)造成下表2所示的特性和幾何形狀。

表2盤管構(gòu)造和物理幾何形狀盡管單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)使用單盤管，在新鮮空氣流中的盤管部分的傳熱特性不必與在循環(huán)空氣流中的盤管部分的傳熱特性一樣。例如，在新鮮空氣流中的盤管部分可以具有與在循環(huán)空氣流中盤管部分不同的有效總表面積。作為選擇，在新鮮空氣流中的盤管部分能具有比循環(huán)空氣流中盤管部分更小的散熱片密度。(較小的散熱片密度有利于除濕而較大的散熱片密度更有利于可感的冷卻。)單盤管的兩部分的有效表面積的差別是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這將決定相對(duì)總的期望冷卻容量該單盤管的整個(gè)尺寸。從而能夠設(shè)計(jì)出模塊化尺寸(modular sizes)的盤管，該盤管能夠選擇可感和潛在的冷卻需求的各種組合，這些冷卻需求是典型的不同氣候條件和變化的居住水平。
所有七組實(shí)驗(yàn)執(zhí)行的濕度分析如下表3所示。

表3濕度分析表3顯示了單盤管系統(tǒng)對(duì)各種熱和通風(fēng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)2b和4b顯示了當(dāng)房間1需要高通風(fēng)時(shí)盤管的穩(wěn)態(tài)操作狀態(tài)。循環(huán)空氣流中在管狀態(tài)(在表3中以“R/A在管”標(biāo)識(shí))代表著兩個(gè)房間內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)。需要高通風(fēng)的房間1，在實(shí)驗(yàn)2b和4b中分別具有相對(duì)濕度67％和65％。在實(shí)驗(yàn)2b中使用循環(huán)空氣的“離管”溫度，在實(shí)驗(yàn)4b中使用新鮮空氣的“離管”溫度。在高通風(fēng)負(fù)荷條件下，使用新鮮空氣的“離管”溫度來控制經(jīng)過盤管的冷卻水流速是合理的，這在炎熱氣候條件下是典型的。
實(shí)驗(yàn)3a和實(shí)驗(yàn)3b的比較顯示房間1的高熱負(fù)荷能夠通過大量的循環(huán)空氣流來實(shí)現(xiàn)，其導(dǎo)致房間的濕度水平在大約70％的相對(duì)濕度。房間1和房間2的占用處于基本限度。在實(shí)驗(yàn)3b中通過基于循環(huán)空氣的“離管”溫度通過調(diào)整冷卻水得到濕度水平。濕度還可以基于新鮮空氣的“離管”溫度來控制?；谶@些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出如下的控制策略。冷卻水調(diào)節(jié)要通過需高通風(fēng)的氣候條件中新鮮空氣流“離管”溫度的反饋來實(shí)現(xiàn)。與此相反，冷卻水調(diào)節(jié)要通過需高熱負(fù)載的氣候條件中循環(huán)空氣流的“離管”溫度反饋來實(shí)現(xiàn)。具有通風(fēng)優(yōu)勢(shì)時(shí)，也可以從一種控制策略切換到另一種控制策略。當(dāng)通過兩種“離管”溫度之一來實(shí)現(xiàn)冷卻水調(diào)節(jié)時(shí)，通過其“離管”溫度未使用的盤管的隔間的冷卻水流速可以被用來改變系統(tǒng)的濕度性能。例如，如果循環(huán)空氣流的“離管”溫度用于控制冷卻水流速，新鮮空氣流的空氣狀態(tài)會(huì)動(dòng)態(tài)變化。然而，在混合箱內(nèi)新鮮空氣與循環(huán)空氣的混合物決定空間的狀態(tài)。一個(gè)內(nèi)在的緩沖器構(gòu)筑在這種盤管的設(shè)計(jì)中。在這些實(shí)驗(yàn)中，可以觀察到在飽和線上的2℃的緩沖器(在10℃和12℃之間)用于提供空氣溫度。
表3顯示了單盤管雙風(fēng)扇系統(tǒng)(SCTF)的能量效率。由于新鮮空氣風(fēng)扇和循環(huán)空氣風(fēng)扇獨(dú)立受控以基于各自的局部的通風(fēng)和冷卻需要來最優(yōu)化它們各自的氣流需求，所以能量被節(jié)省。從而當(dāng)操作條件改變時(shí)盤管不需要提供多于所需的制冷。例如，在實(shí)驗(yàn)4b中，所用的新鮮空氣和循環(huán)空氣的總量是725立方米每小時(shí)(m3/h)。新鮮空氣風(fēng)扇以最大速率的100％工作，而循環(huán)空氣風(fēng)扇僅以最大速率的30％工作。如果使用已有技術(shù)VAV系統(tǒng)得到相似的室內(nèi)條件，則風(fēng)扇將必須以最大速率的65％工作以給房間提供相同的空氣流總量。換句話說，在實(shí)驗(yàn)4b中可以看作65％部分負(fù)荷條件。當(dāng)傳統(tǒng)的VAV風(fēng)扇以100％速度工作時(shí)，這樣會(huì)轉(zhuǎn)化為1115m3/h的空氣流速。以簡單的比例，如果65％部分負(fù)荷條件下新鮮空氣量等于SCTF系統(tǒng)提供的量(534m3/h)，則以100％風(fēng)扇速度所提供的新鮮空氣應(yīng)該為820m3/h。這就意味著，在100％的輸出時(shí)，傳統(tǒng)的VAV系統(tǒng)中傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)盤管所消耗的附加能量等于在100％輸出時(shí)提供的附加新鮮空氣量，在這種情況下為大約53％。與此對(duì)照，在SCTF系統(tǒng)的情況下，在100％輸出時(shí)空氣流的總量為1115m3/h。這樣分解為534m3/h的新鮮空氣流速和581m3/h的循環(huán)空氣流速。
基于上述的濕度分析，本發(fā)明的SCTF系統(tǒng)預(yù)計(jì)比經(jīng)常使用的現(xiàn)有技術(shù)中的VAV系統(tǒng)大致節(jié)能15％。然而該評(píng)估甚至沒有包括減少風(fēng)扇使用時(shí)所節(jié)約的能量。此外，SCTF系統(tǒng)不需要第二個(gè)水泵或第二個(gè)冷卻水管。這也可以進(jìn)一步節(jié)約能量。
由于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行其它的變化、修改和改進(jìn)，所以優(yōu)選實(shí)施方式的以上描述不以限制的方式解釋。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求書和其等價(jià)物來確定。
權(quán)利要求
1.一種用于獨(dú)立的新鮮和循環(huán)空氣流的節(jié)能調(diào)節(jié)的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)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)用于引入一定量循環(huán)空氣的第二入口；(c)一個(gè)單盤管熱交換器，用于調(diào)節(jié)新鮮空氣量和循環(huán)空氣量，由此產(chǎn)生調(diào)節(jié)過的新鮮空氣供給和調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣供給；(d)用于在第一道管中推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過的新鮮空氣供給到下游的第一風(fēng)扇；(e)用于在第二道管中推動(dòng)所述調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣供給到下游的第二風(fēng)扇；(f)與所述第一道管和所述第二道管的下游連接的混合箱，所述混合箱作為一個(gè)腔室，在其中調(diào)節(jié)過的新鮮空氣供給和調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣供給可以在通風(fēng)進(jìn)入房間或區(qū)域內(nèi)之前混合；和(g)一個(gè)控制系統(tǒng)，用于檢測(cè)區(qū)域溫度和區(qū)域通風(fēng)需求，并用于根據(jù)所述區(qū)域通風(fēng)需求調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)過的新鮮空氣的供給以及根據(jù)所述區(qū)域溫度調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣的供給。
2.如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述混合箱包括與所述第一管道連接的新鮮空氣隔間和與所述第二管道連接的循環(huán)空氣隔間，所述新鮮空氣隔間包括一個(gè)新鮮空氣風(fēng)門，用于允許調(diào)節(jié)過的新鮮空氣進(jìn)入所述混合箱內(nèi)的混合室，以及所述循環(huán)空氣管道包括一個(gè)循環(huán)空氣風(fēng)門，用于允許調(diào)節(jié)過的循環(huán)空氣進(jìn)入所述混合箱內(nèi)的混合室。
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)，進(jìn)一步包括與所述第二入口連接的返回空氣管道，所述返回空氣管道包括檢測(cè)所述區(qū)域通風(fēng)需求的二氧化碳傳感器和檢測(cè)所述區(qū)域溫度的溫度傳感器，所述傳感器給所述控制系統(tǒng)提供信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述單盤管熱交換器具有在逆流設(shè)置中流動(dòng)的冷卻劑。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述第一入口連接的新鮮空氣過濾器和與所述第二入口連接的循環(huán)空氣過濾器。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第一風(fēng)扇是變風(fēng)量風(fēng)扇，所述第二風(fēng)扇是變風(fēng)量風(fēng)扇。
7.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第一風(fēng)扇是定風(fēng)量風(fēng)扇，所述第二風(fēng)扇是定風(fēng)量風(fēng)扇。
8.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第一風(fēng)扇是定風(fēng)量風(fēng)扇，所述第二風(fēng)扇是變風(fēng)量風(fēng)扇。
9.如權(quán)利要求3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)包括一個(gè)中央處理單元，用于處理從所述溫度傳感器和所述二氧化碳傳感器接收的信號(hào)，由此所述中央處理單元控制所述第一風(fēng)扇和所述第二風(fēng)扇。
10.如權(quán)利要求9所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述中央處理單元還控制所述單盤管熱交換器中冷卻劑的流速。
11.如權(quán)利要求9或10所述的通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述中央處理單元還控制排氣風(fēng)門以排出過量的循環(huán)空氣。
12.一種用在采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的空氣處理設(shè)備，所述空氣處理設(shè)備包括用于調(diào)節(jié)和推動(dòng)一定量新鮮空氣通過第一管道的第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)，和用于調(diào)節(jié)和推動(dòng)一定量循環(huán)空氣通過第二管道的第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且所述第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)和所述第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)共用一個(gè)單熱交換盤管。
13.如權(quán)利要求12所述的空氣處理設(shè)備，其中所述第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)是第一變風(fēng)量系統(tǒng)，且所述第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)是第二變風(fēng)量系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求13所述的空氣處理設(shè)備，其中所述第一變風(fēng)量系統(tǒng)包括可由控制系統(tǒng)基于來自二氧化碳傳感器的反饋信號(hào)控制的第一風(fēng)扇，和所述第二變風(fēng)量系統(tǒng)包括可由所述控制系統(tǒng)基于來自溫度傳感器的反饋信號(hào)控制的第二風(fēng)扇。
15.如權(quán)利要求13或14所述的空氣處理設(shè)備，其中所述第一變風(fēng)量系統(tǒng)還包括一個(gè)新鮮空氣過濾器，且所述第二變風(fēng)量系統(tǒng)還包括一個(gè)循環(huán)空氣過濾器。
16.如權(quán)利要求12至15所述的空氣處理設(shè)備，其中所述盤管以逆流設(shè)置來布置。
17.如權(quán)利要求14所述的空氣處理設(shè)備，其中所述盤管包括冷卻劑，該冷卻劑的流速由所述控制系統(tǒng)基于來自空氣處理設(shè)備中放置的溫度傳感器的反饋信號(hào)來調(diào)整。
18.如權(quán)利要求12所述的空氣處理設(shè)備，其中所述的第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)是第一定風(fēng)量系統(tǒng)，所述第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)是第二定風(fēng)量系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求12所述的空氣處理設(shè)備，其中所述的第一調(diào)節(jié)系統(tǒng)是定風(fēng)量系統(tǒng)，且所述第二調(diào)節(jié)系統(tǒng)是變風(fēng)量系統(tǒng)。
全文摘要
一種HAVC系統(tǒng)(2)，具有兩個(gè)變風(fēng)量(VAV)系統(tǒng)(6)、(8)，第一VAV系統(tǒng)(6)用于推動(dòng)新鮮空氣，第二VAV系統(tǒng)(8)用于推動(dòng)循環(huán)空氣。新鮮空氣和循環(huán)空氣都由單熱交換盤管(20)冷卻和除濕。新鮮空氣流和循環(huán)空氣流獨(dú)立地在分離的管道(26)、(28)運(yùn)行直到空氣流到達(dá)遠(yuǎn)處設(shè)置的混合箱(38)，在此處空氣流混合并通入室內(nèi)或建筑區(qū)域。HVAC系統(tǒng)使用二氧化碳(34)和溫度(36)傳感器以調(diào)節(jié)到建筑物各處的不同混合箱的新鮮空氣和循環(huán)空氣流量。
文檔編號(hào)F24F3/044GK1610808SQ02826538
公開日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:新加坡國立大學(xué)