CN113294849A - 一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，包括组合式空调器，所述组合式空调器内从进风口到送风口依次设置有新风段、除湿段、降温段和过滤段，所述新风段用于吸收外界新鲜空气和排除内部需要处理的空气，所述除湿段用于将进入所述组合式空调器内的空气进行除湿，所述降温段和过滤段分别用于对除湿后的空气进行降温和过滤。本系统以热泵机组为载体，全年综合利用太阳能、地热能和空气能，利用各种能源的优势进行互补，以组合式空调器为载体，搭配热泵机组，为地铁空间提供稳定的干燥冷源，系统的整体性能可达到3.6以上，实现了三种能源的高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统。
背景技术
随着经济的高速发展，轨道交通在城市运输方面承担着越来越重要的作用。由于地铁隧道建造在地下，因其地下空间、地下结构和地下环境的特殊性，刚建成的地铁隧道可能会出现壁面渗水结露现象，尤其是在南方春季回潮时期。而且，地铁站湿度过高会造成很多的问题，比如地铁运行电子电气设备房的湿度过高会引起电器短路问题；隧道工程的巷道湿度过高会使冷凝水形成壁露水滴导致无法施工或影响工期的问题。
负责地铁车站制冷、通风设备的专家根据近些年地铁环境研究成果得出，一般的地下车站的内部热环境要经历一个长期的变化过程才能达到稳定状态。从建成运行起，一般要经历为2年左右的“潮湿结露”期，和持续5～15年的“升温”期两个阶段后，才能逐渐达到“温度稳定”的阶段。由此可知，如果单纯依靠自然通风不足以长期维持地铁内部的运行负荷。因此不得不安装机械通风设备或空调系统来满足内部环境的舒适度要求。此外，地铁空间的湿度过高会给乘客带去不舒适的乘坐体验。因此，在地铁车站安装除湿通风设备有其科学合理性。
现有的地铁车站除湿方法主要都是通过压缩机耗电来给机组运行提供能量，这样的传统方法能耗一般较大，为了寻求更加高效节能的方法，我们将研究方向转向可再生能源。
太阳能是目前使用最广泛的一种可再生能源，其不仅可用于提供热量供暖，在太阳能制冷方面也有应用，有人提出将太阳能、溶液除湿与膜除湿结合运用于地下空间制冷，但由于太阳能的间歇性，此系统不能一直处于工作状态，必须辅以其他热源。
地热能是可再生能源的一种，地源热泵系统利用清洁、无污染的地热能，目前在大型公共建筑中受到了广泛的关注和应用，其系统运行效果、经济效益良好，能效比高。但是地铁车站上的应用却并不广泛，但是地热资源的开采同地铁建造一样需在地下空间进行，如果能在地铁建造前期规划好使用地源热泵的取热环路与补热环路，将大大减少传统地铁除湿制冷系统中的能耗，能在满足车站环控系统使用要求的同时，带来良好的经济和环境效益。且研究发现当采用传统地源热泵系统不能满足需要时，可以采用混合式地源热泵系统，以达到保证机组高效稳定运行的目的。
发明内容
本发明为了解决现有的地铁车站除湿方法主要都是通过压缩机耗电来给机组运行提供能量，这样的传统方法能耗一般较大的问题，本发明提供了一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，包括组合式空调器，所述组合式空调器内从进风口到送风口依次设置有新风段、除湿段、降温段和过滤段，所述新风段用于吸收外界新鲜空气和排除内部需要处理的空气，所述除湿段用于将进入所述组合式空调器内的空气进行除湿，所述降温段和过滤段分别用于对除湿后的空气进行降温和过滤。
作为优选，还包括地埋管，所述地埋管用于给所述除湿段和所述降温段提供能量。采用地热能提供能量，利用地热能的优势，为除湿段和降温段提供能量，提高了能源的利用率。
进一步地，所述除湿段包括膜式除湿器、除湿溶液再生器、热管式集热器和热泵机组一，所述膜式除湿器通过管路一依次与除湿溶液再生器、所述热管式集热器连通形成回路，所述管路一上还设有支路，所述热泵机组一设置在所述支路上，并用于给所述除湿溶液再生器提供能量，所述地埋管与所述热泵机组一连接。由热泵机组一中提供的热量进入，提高除湿溶液再生器的温度，在除湿溶液再生器中通过闪蒸降低温度与压力，增加流体的浓度，再在膜式除湿器中靠水蒸气分压差的作用保证水分子不向外扩散，达到除湿的目的；在除湿段，要使除湿溶液再生器发挥其最大作用，需让除湿溶液在进入除湿溶液再生器时达到90℃的高温，因此有以下几种运行方式：当管路一内的流体经过热管式集热器能达到90℃时，只开启热管式集热器，通过太阳能进行提供能量。当流体经过热管式集热器后流体温度不能达到90℃时，同时开启热管式集热器、热泵机组一与地埋管，地埋管、热泵机组一与热管式集热器一起提供热量，保证其出口温度能达到90℃；当太阳能辐射强度较弱时，只开启地埋管和热泵机组一，地埋管的能量到达蒸发器一进行换热，然后蒸发器一将能量传递给冷凝器一，同时蒸发器一利用空气中的能量，将能量传递给冷凝器一，保证其出口温度达到90℃。在本除湿段，利用了热泵机组一、热管式集热器和地埋管的能量，搭配溶液除湿与膜除湿技术实现除湿。
作为优选，所述热泵机组一包括冷凝器一、蒸发器一、节流阀和压缩机，所述冷凝器一、蒸发器一、节流阀和节流阀通过管路二形成回路，且所述冷凝器一也设置在所述支路上，所述地埋管与所述蒸发器一连接。热泵机组一给除湿溶液再生器提供了能量，在除湿段，还可回收利用一部分冷凝器一冷凝时排入地下的热量，减轻向地下排热的热负担，可维持土壤温度平衡，使得能源利用更加合理。
进一步地，所述支路上设有阀门，所述阀门用于控制所述支路的通断。
作为优选，所述降温段包括蒸发器二和与所述蒸发器二进行能量交换的所述冷凝器二，所述蒸发器二和所述冷凝器二形成热泵机组二，所述冷凝器二与所述地埋管连通用于进行能量交换。在降温制冷段，根据外部环境温度选择使用不同种能源，有以下几种运行方式：若外部空气的温度能保证进入下一阶段时降到26℃，只开启蒸发器二，蒸发器二利用空气中的能量进行降温；若外部温度较高，不能保证空气在进入下一阶段时降到26℃，同时开启地埋管和蒸发器二，通过蒸发器二进行降温和向土壤排热降低空气温度；若外部空气温度太高，则只开启地埋管进行向土壤排热降低空气温度。
进一步地，所述蒸发器二和所述冷凝器二通过管路三连通。
作为优选，所述管路三上还设有旁路，所述旁路上设有室外机。室外机可以将降温过程中的热量排放到外界，提高整个系统的平稳性。
有益效果：1.本系统以两个热泵机组为载体，全年综合利用太阳能、地热能和空气能，利用各种能源的优势进行互补，以组合式空调器为载体，搭配热泵机组，为地铁空间提供稳定的干燥冷源，系统的整体性能可达到3.6以上，实现了三种能源的高效利用。
2.本系统设计中考虑了太阳能作为高品位能源联合溶液除湿与膜除湿技术共同除湿的合理性，与此同时，将地热能和空气能通过热泵机组的复合式换热器进行联合利用，实现了全年与三种能源匹配的功能。
3、将现有的除湿技术与热泵机组有机结合，对地铁湿热空气环境起到更加高效的干燥与制冷效果，将降温段排向地下的热量回收利用，当太阳能热量不足时，再次利用降温段排向地下的热量到除湿段中，既能使地铁空间中的废热能够得到充分的利用，又能一定程度上减少土壤的热负担，平衡地下土壤温度场。
4、相比传统的冷水机组系统，本发明年用电量降低23％，每年减少28.08t标准煤燃烧，1.1×104吨二氧化碳排放，449.28吨一氧化碳排放，745.03吨氮氧化物排放，6.45吨一氧化碳排放。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图中：1、组合式空调器；2、进风口；3、送风口；4、新风段；5、除湿段；5-1、膜式除湿器；5-2、阀门；5-3、热管式集热器；5-4、除湿溶液再生器；5-5、管路一；5-6、支路；6、降温段；6-1、冷凝器二；6-2、蒸发器二；6-3、管路三；7、过滤段；8、蒸发器一；9、地埋管；10、冷凝器一；11、管路二；12、节流阀；13、压缩机；14、旁路；15、室外机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例1
一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，包括组合式空调器1，所述组合式空调器1内从进风口2到送风口3依次设置有新风段4、除湿段5、降温段6和过滤段7，所述新风段4用于吸收外界新鲜空气和排除内部需要处理的空气，所述除湿段5用于将进入所述组合式空调器1内的空气进行除湿，所述降温段6和过滤段7分别用于对除湿后的空气进行降温和过滤。
还包括地埋管9，所述地埋管9用于给所述除湿段5和所述降温段6提供能量。采用地热能提供能量，利用地热能的优势，为除湿段5和降温段6提供能量，提高了能源的利用率。
所述除湿段5包括膜式除湿器5-1、除湿溶液再生器5-4、热管式集热器5-3和热泵机组一，所述膜式除湿器5-1通过管路一5-5依次与除湿溶液再生器5-4、所述热管式集热器5-3连通形成回路，所述管路一5-5上还设有支路5-6，所述热泵机组一设置在所述支路5-6上，并用于给所述除湿溶液再生器5-4提供能量，所述地埋管9与所述热泵机组一连接。由热泵机组一中提供的热量进入，提高除湿溶液再生器5-4的温度，在除湿溶液再生器5-4中通过闪蒸降低温度与压力，增加流体的浓度，再在膜式除湿器5-1中靠水蒸气分压差的作用保证水分子不向外扩散，达到除湿的目的；在除湿段5，要使除湿溶液再生器5-4发挥其最大作用，需让除湿溶液在进入除湿溶液再生器5-4时达到90℃的高温，因此有以下几种运行方式：当管路一5-5内的流体经过热管式集热器5-3能达到90℃时，只开启热管式集热器5-3，通过太阳能进行提供能量。当流体经过热管式集热器5-3后流体温度不能达到90℃时，同时开启热管式集热器5-3、热泵机组一与地埋管9，地埋管9、热泵机组一与热管式集热器5-3一起提供热量，保证其出口温度能达到90℃；当太阳能辐射强度较弱时，只开启地埋管9和热泵机组一，地埋管9的能量到达蒸发器一8进行换热，然后蒸发器一8将能量传递给冷凝器一10，同时蒸发器一8利用空气中的能量，将能量传递给冷凝器一10，保证其出口温度达到90℃。在本除湿段5，利用了热泵机组一、热管式集热器5-3和地埋管9的能量，搭配溶液除湿与膜除湿技术实现除湿。
所述热泵机组一包括冷凝器一10、蒸发器一8、节流阀12和压缩机13，所述冷凝器一10、蒸发器一8、节流阀12和节流阀12通过管路二11形成回路，且所述冷凝器一10也设置在所述支路5-6上，所述地埋管9与所述蒸发器一8连接。热泵机组一给除湿溶液再生器5-4提供了能量，在除湿段5，还可回收利用一部分冷凝器一10冷凝时排入地下的热量，减轻向地下排热的热负担，可维持土壤温度平衡，使得能源利用更加合理。所述支路5-6上设有阀门5-2，所述阀门5-2用于控制所述支路5-6的通断。
所述降温段6包括蒸发器二6-2和与所述蒸发器二6-2进行能量交换的所述冷凝器二6-1，所述蒸发器二6-2和所述冷凝器二6-1形成热泵机组二，所述冷凝器二6-1与所述地埋管9连通用于进行能量交换。在降温制冷段，根据外部环境温度选择使用不同种能源，有以下几种运行方式：若外部空气的温度能保证进入下一阶段时降到26℃，只开启蒸发器二6-2，蒸发器二6-2利用空气中的能量进行降温；若外部温度较高，不能保证空气在进入下一阶段时降到26℃，同时开启地埋管9和蒸发器二6-2，通过蒸发器二6-2进行降温和向土壤排热降低空气温度；若外部空气温度太高，则只开启地埋管9进行向土壤排热降低空气温度。所述蒸发器二6-2和所述冷凝器二6-1通过管路三6-3连通。所述管路三6-3上还设有旁路14，所述旁路14上设有室外机15。室外机15可以将降温过程中的热量排放到外界，提高整个系统的平稳性。
工作原理：
新风段4将空气吸入到组合式空调器1内，然后进入到除湿段5。在除湿段5中，
要使除湿溶液再生器5-4发挥其最大作用，需让除湿溶液在进入除湿溶液再生器5-4时达到90℃的高温，因此有以下几种运行方式：
1、当管路一5-5内的流体经过热管式集热器5-3能达到90℃时，只开启热管式集热器5-3，通过太阳能进行提供能量；
2、当流体经过热管式集热器5-3后流体温度不能达到90℃时，同时开启热管式集热器5-3、热泵机组一与地埋管9，地埋管9、热泵机组一与热管式集热器5-3一起提供热量，保证其出口温度能达到90℃；
3、当太阳能辐射强度较弱时，只开启地埋管9和热泵机组一，地埋管9的能量到达蒸发器一8进行换热，然后蒸发器一8将能量传递给冷凝器一10，同时蒸发器一8利用空气中的能量，将能量传递给冷凝器一10，保证其出口温度达到90℃。
气体从除湿段5进入到降温段6，有以下几种运行方式：
1、若外部空气的温度能保证进入下一阶段时降到26℃，只开启蒸发器二6-2，利用空气能进行降温；
2、若外部温度较高，不能保证空气在进入下一阶段时降到26℃，同时开启地埋管9和蒸发器二6-2，通过蒸发器二6-2降温和向土壤排热降低空气温度；
3、若外部空气温度太高，则只开启地埋管9进行向土壤排热降低空气温度。
最后气体从过滤段7出去，过滤段7对空气再次吸附与净化，进行二次保障，避免除湿溶液中有害物质的挥发对人体产生危害，经过这一完整的循环可将湿热的空气变得干燥且达到人体舒适温度，达到除湿制冷的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：包括组合式空调器(1)，所述组合式空调器(1)内从进风口(2)到送风口(3)依次设置有新风段(4)、除湿段(5)、降温段(6)和过滤段(7)，所述新风段(4)用于吸收外界新鲜空气和排除内部需要处理的空气，所述除湿段(5)用于将进入所述组合式空调器(1)内的空气进行除湿，所述降温段(6)和过滤段(7)分别用于对除湿后的空气进行降温和过滤。
2.根据权利要求1所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：还包括地埋管(9)，所述地埋管(9)用于给所述除湿段(5)和所述降温段(6)提供能量。
3.根据权利要求2所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述除湿段(5)包括膜式除湿器(5-1)、除湿溶液再生器(5-4)、热管式集热器(5-3)和热泵机组一，所述膜式除湿器(5-1)通过管路一(5-5)依次与除湿溶液再生器(5-4)、所述热管式集热器(5-3)连通形成回路，所述管路一(5-5)上还设有支路(5-6)，所述热泵机组一设置在所述支路(5-6)上，并用于给所述除湿溶液再生器(5-4)提供能量，所述地埋管(9)与所述热泵机组一连接。
4.根据根据权利要求3所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述热泵机组一包括冷凝器一(10)、蒸发器一(8)、节流阀(12)和压缩机(13)，所述冷凝器一(10)、蒸发器一(8)、节流阀(12)和节流阀(12)通过管路二(11)形成回路，且所述冷凝器一(10)也设置在所述支路(5-6)上，所述地埋管(9)与所述蒸发器一(8)连接。
5.根据权利要求3所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述支路(5-6)上设有阀门(5-2)，所述阀门(5-2)用于控制所述支路(5-6)的通断。
6.根据权利要求2所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述降温段(6)包括蒸发器二(6-2)和与所述蒸发器二(6-2)进行能量交换的所述冷凝器二(6-1)，所述蒸发器二(6-2)和所述冷凝器二(6-1)形成热泵机组二，所述冷凝器二(6-1)与所述地埋管(9)连通用于进行能量交换。
7.根据权利要求6所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述蒸发器二(6-2)和所述冷凝器二(6-1)通过管路三(6-3)连通。
8.根据权利要求7所述的一种多能源互补地铁除湿制冷集成系统，其特征在于：所述管路三(6-3)上还设有旁路(14)，所述旁路(14)上设有室外机(15)。
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