CN202019592U - 一种植物工厂空气冷却除湿空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，该系统中设置具有公共空气流道的两组换热器，将所述两组换热器前后串接在所述公共空气流道中；所述两组换热器中，第一换热器设置为加热盘管，其先和空气接触加热空气；第二换热器设置为冷却盘管，对所述加热盘管的出口空气进行冷却除湿；所述加热盘管的热源为植物工厂中制冷机组的冷凝热或人工光源的散热。本实用新型解决了现有的冷却除湿设备在低温高湿环境下除湿效果差甚至不能除湿的难题。

Description

一种植物工厂空气冷却除湿空调系统

技术领域：

本实用新型涉及一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，特别是涉及一种低温高湿环境下密闭空间空气冷却除湿的空调系统。

背景技术：

“植物工厂”是指通过人工环境控制和电脑化生产管理进行全年无休的植物栽培系统。植物栽种在犹如工厂厂房的密闭空间内，其生长所需的温度、湿度、二氧化碳、氧气、肥料、养分、光照等皆受控制，不再受外界气候环境的影响，具有周年化、精致化、均质化及丰产性等特点。

据联合国发表的人口报告估计，到2050年全球人口将达到93亿，若依靠传统的靠天而收的耕作方式，目前世界上所有的可耕地几乎满负荷地运作，才勉强养活现在的60多亿人口。所以必须寻求一个根本的解决办法。“植物工厂”可以在有限的土地上以最集约化的栽培方式达到丰产、优产等目的，是现代农业技术的发展方向，已受到各国政府和各大科研机构的高度重视。

作为“植物工厂”的一个重要组成部分，空气调节系统承担“植物工厂”内空气的温/湿度调节、新风处理及空气净化等任务。而空气的减湿处理是“植物工厂”空调系统的一个主要任务，在某些情况下甚至是首要任务。空气的减湿方法很多，如液体吸湿剂减湿(吸收减湿)、固体吸湿剂减湿(吸附减湿)和冷却减湿等。

液体吸湿剂减湿就是利用某些盐类(比如氯化钙、氯化锂等)的浓溶液具有强吸湿性来吸收空气中的水份。此方法的主要优点是空气的减湿幅度大，能达到很低的含湿量；可以用单一的减湿处理过程得到所需的送风状态，而无需先将空气冷却到露点再加热，避免了冷量和热量的浪费。但这种方法需要一套盐水溶液的再生设备，如室内余热量大，还需一套降温设备，系统比较复杂，占用空间大；此外还需解决好设备的防腐问题。故不适用于“植物工厂”这样的场合。

固体吸湿剂减湿就是利用某些固体材料(比如硅胶、氯化钙等)具有强吸湿性来吸收空气中的水份。此方法同样需要再生与降温设备。虽然转轮除湿机能实现吸湿与再生的连续运行，但其运行能耗较高，除湿空气与再生空气之间存在渗透。也不适用于“植物工厂”这样的场合。

对湿空气进行冷却降温，当湿空气的温度低于其露点温度，就会有水份析出，这就是冷却减湿的原理。在所有的热、湿交换设备中，喷水室和表面式换热器应用最广。喷水室的主要优点是能够实现多种空气的处理过程、具有一定的净化空气能力、耗费金属量少和容易加工。但是它对水质的卫生要求高、占地面积大、水系统复杂和消耗电能较多等缺点。所以在对场地、节能等方面有严格要求的场所(如植物工厂)，表面式换热器使用的更为广泛。

显然，如果单纯地采用冷却减湿过程，在减湿的同时必然伴随着空气温度的减低，为保持空气温度不降低，则还需一个升温过程。

现有的一种被广泛使用的冷却减湿设备，其工作原理如图2所示。减湿过程中空气的状态变化如图3所示。需要减湿的状态A的空气先经过冷却盘管2，由于制冷剂吸热，使冷却盘管的壁面温度降到空气露点温度以下，因而空气被降温、减湿到状态B。离开冷却盘管的空气再经过空气加热器升温至状态C，这就达到了只减湿不降温的目的。在这里，冷却盘管以冷冻水或制冷剂做冷源4，为节省能源，空气加热器利用空调机组的冷凝热为热源5加热空气。

这种冷却减湿设备占地面积小，做成吊顶式可完全不占用地面有效空间；减湿效果好，出口空气温度相对可控；利用冷凝热(热回收的一种)，运行费用省；系统简单、成熟、可靠，使用、管理、维护方便。

但其也有致命的缺陷。由于采用冷却除湿方法排除室内余湿，冷却盘管的壁面温度需要低于室内空气的露点温度。实际使用中，有许多场所需要在低温高湿的环境下除湿。比如全封闭人工光型植物工厂，在植物的生长过程中会产生大量的余湿，即使空气的温度较低，相对湿度也会很大。在这种工况下进行冷却除湿，考虑到介质输送温差，要求冷源温度很低，最低时会低于0℃。如用水作冷媒，会产生冻结的危害。虽然加防冻剂可以缓解这个问题，但防冻剂对设备有腐蚀，运行管理成本也增加。如用制冷剂作冷媒，虽无冻结的危害，但冷却盘管的壁面温度也会低于0℃，其表面会结霜，时间一长，空气流道被堵，系统将无法运行。同时，冷源温度降低，空调系统的能效比也降低。

该过程的理论分析如图4所示。作为一个示例，假设需要减湿的状态A的空气的温度为16℃，相对湿度60％，经过冷却盘管，由于制冷剂吸热，使表面冷却盘管的壁面温度降到空气露点温度以下，因而空气被降温、减湿到状态B，这时的温度约4.5℃，相对湿度约90％。考虑到传热温差，取Δt＝5℃，则冷源温度tw1＜0℃。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，在任何工况下都能有效除湿，尤其适合低温高湿环境下的除湿运行。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，包括：

一空气处理机组，其具有空气处理机组箱体、设于机组箱体内一端的风机、设于风机后端的冷却盘管、加热盘管及空气过滤器，机组箱体中还设有冷却盘管出口空气温度传感器；

一热回收型空调机组，其具有压缩机、壳管式换热器、热回收换热器、风侧换热器、及轴流风机；

所述热回收换热器通过热水管路与所述加热盘管连通，并在热水管路中设有热水循环泵及热水流量控制阀，所述壳管式换热器通过冷冻水管路与所述冷却盘管连通，并在冷冻水管路中设有冷冻水循环泵；

一控制器，其联合控制所述压缩机、冷冻水循环泵、热水循环泵、轴流风机、冷却盘管出口空气温度传感器、热水流量控制阀以及设于厂房内的温度传感器、湿度传感器。

所述空调系统还包括：

设于厂房内的人工光源、人工光源散热回收器及定时控制器；

所述定时控制器控制所述人工光源的开启与关闭，白天关闭人工光源作为植物生长的暗期，夜晚开启人工光源作为植物生长的光期；

所述人工光源散热回收器连接于所述热水管路中。

采用该空调系统进行植物工厂空气冷却除湿的方法，包括如下步骤：

在所述植物工厂中设置具有公共空气流道的两组换热器，将所述两组换热器前后串接在所述公共空气流道中；

所述两组换热器中，第一换热器设置为加热盘管，其先和空气接触加热空气；第二换热器设置为冷却盘管，对所述加热盘管的出口空气进行冷却除湿；

所述加热盘管的热源为植物工厂中制冷机组的冷凝热或人工光源的散热。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、在低温高湿环境下，由于提高了表面冷却盘管进口空气的温度，相应地可提高表面冷却盘管的冷源温度。避免了冷却盘管冻结或结霜的可能，空调系统的能效比也可提高。

2、通过改变加热器的加热量，可方便地控制冷却除湿设备的出口空气温度，实现多种除湿过程。

3、有效地利用空调机组的冷凝热及人工光源的散热，使用人工光源的散热一方面降低了空调机组的热负荷，另一方面免费使用了这部分热能，一举两得；使用空调机组的冷凝热加热一方面降低了空调机组的冷凝温度，减小系统功耗，另一方面免费使用了这部分热能，也是一举两得。

附图说明：

图1为采用本实用新型空调系统进行冷却减湿方法的原理图。

图2为现有冷却减湿方法的原理图。

图3为现有冷却减湿设备中空气状态变化的i-d图。

图4为现有冷却减湿设备用于低温高湿环境下空气状态变化的i-d图。

图5为本实用新型冷却减湿空调系统中空气状态变化的i-d图。

图6为本实用新型空调系统原理图。

图中标号：1加热器，2冷却盘管，3公共风道，4冷源，5热源，6空气处理机组，61机组箱体，62风机，63冷却盘管，64加热盘管，65空气过滤器，7热水管路，8冷冻水管路，9热水循环泵，10冷冻水循环泵，11热回收型空调机组，111压缩机，112壳管式换热器，113热回收换热器，114控制器，115风侧换热器，116轴流风机，117温度传感器，118湿度传感器，119冷却盘管出口空气温度传感器，121定时控制器，122人工光源散热回收器，123人工光源，13热水流量控制阀。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：参见图6，本实施例的冷却除湿空调系统，包括：

一空气处理机组6，其具有空气处理机组箱体61、设于机组箱体内一端的风机62、设于风机后端的冷却盘管63、加热盘管64及空气过滤器65，机组箱体中还设有冷却盘管出口空气温度传感器119；

一热回收型空调机组11，其具有压缩机111、壳管式换热器112、热回收换热器113、风侧换热器115、及轴流风机116；

所述热回收换热器113通过热水管路7与所述加热盘管64连通，并在热水管路7中设有热水循环泵9及热水流量控制阀13，所述壳管式换热器112通过冷冻水管路8与所述冷却盘管63连通，并在冷冻水管路中设有冷冻水循环泵10；

一控制器，其联合控制所述压缩机111、冷冻水循环泵10、热水循环泵9、轴流风机116、冷却盘管出口空气温度传感器119、热水流量控制阀13以及设于厂房内的温度传感器118、湿度传感器117。

具体设置中，热回收型空调机组11的热源来自设于厂房内的人工光源123，人工光源散热回收器122及定时控制器121；所述定时控制器121控制所述人工光源123的开启与关闭，白天关闭人工光源作为植物生长的暗期，夜晚开启人工光源作为植物生长的光期；所述人工光源散热回收器122连接于所述热水管路7中。

参见图1，采用本空调系统进行植物工厂空气冷却除湿方法，是在植物工厂中设置具有公共风道3的两组换热器，将所述两组换热器前后串接在公共风道中。

所述两组换热器中，第一换热器设置为加热盘管1，其先和空气接触加热空气；第二换热器设置为冷却盘管2，对所述加热盘管的出口空气进行冷却除湿。

实际应用中，加热盘管1的热源为植物工厂中制冷机组的冷凝热或人工光源的散热。

采用该空调系统进行冷却减湿方法原理参见图1，冷却减湿空调系统中空气状态的变化参见图5。需要减湿的状态A的空气温度为16℃，相对湿度60％，露点温度为8.2℃。经过空气加热器升温至状态B，温度约为22℃，露点温度仍为8.2℃。再经过冷却盘管，由于制冷剂吸热，只要冷却盘管的壁面温度降到空气露点温度8.2℃以下，空气就能降温、减湿到状态C。这就达到了只减湿不降温的目的。在这里，由于冷却盘管的进口温度已经提高，冷源温度保持在3℃～7℃即可。这就解决了低温高湿环境下现有冷却减湿法冷源温度偏低的问题。同样地，为节省能源，空气加热器利用空调机组的冷凝热或人工光源的散热来加热空气。

该系统的控制过程如下：

定时控制器121控制人工光源123夜间开启、昼间关闭。

工作过程中，空气处理机组6的风机62始终开启，温度传感器117检测室内温度，湿度传感器118检测室内湿度，冷却盘管出口空气温度传感器119检测冷却盘管63出风温度。

当室内温度大于设定温度，湿度大于设定湿度，压缩机111、轴流风机116、冷冻水循环泵10开启，热水循环泵9、热水流量控制阀13关闭，系统运行降温除湿模式。

当室内温度等于设定温度，湿度大于设定湿度，压缩机111、轴流风机116、冷冻水循环泵10、热水循环泵9、热水流量控制阀13均开启，轴流风机116的转速、热水流量控制阀13的开度根据冷却盘管63出风温度进行调节，使冷却盘管63出风温度等于设定温度，系统运行等温除湿模式。

当室内温度小于设定温度，湿度大于设定湿度，压缩机111、冷冻水循环泵10、热水循环泵9、热水流量控制阀13均开启，轴流风机116关闭，热水流量控制阀13的开度最大，系统运行升温除湿模式。

当室内温度小于或等于设定温度，湿度小于或等于设定湿度，压缩机111、轴流风机116、冷冻水循环泵10、热水循环泵9、热水流量控制阀13均关闭，热回收型空调机组11处于待机状态。

Claims (2)

1.一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，其特征在于，包括：

一空气处理机组(6)，其具有空气处理机组箱体(61)、设于机组箱体内一端的风机(62)、设于风机后端的冷却盘管(63)、加热盘管(64)及空气过滤器(65)，机组箱体中还设有冷却盘管出口空气温度传感器(119)；

一热回收型空调机组(11)，其具有压缩机(111)、壳管式换热器(112)、热回收换热器(113)、风侧换热器(115)、及轴流风机(116)；

所述热回收换热器(113)通过热水管路(7)与所述加热盘管(64)连通，并在热水管路(7)中设有热水循环泵(9)及热水流量控制阀(13)，所述壳管式换热器(112)通过冷冻水管路(8)与所述冷却盘管(63)连通，并在冷冻水管路中设有冷冻水循环泵(10)；

一控制器，其联合控制所述压缩机(111)、冷冻水循环泵(10)、热水循环泵(9)、轴流风机(116)、冷却盘管出口空气温度传感器(119)、热水流量控制阀(13)以及设于厂房内的温度传感器(118)、湿度传感器(117)。

2.根据权利要求1所述的一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，其特征在于所述空调系统还包括：

设于厂房内的人工光源(123)、人工光源散热回收器(122)及定时控制器(121)；

所述定时控制器(121)控制所述人工光源(123)的开启与关闭；

所述人工光源散热回收器(122)连接于所述热水管路(7)中。

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