[发明专利]梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，通过排风梯级取热箱的排风取热盘管中循环载冷剂回收建筑排风或矿井排风的显热与潜热，并由热泵机组提升其热/冷量的品位，以实现冬季等含湿量加热新风，夏季除湿、冷却新风的建筑空调新风或矿井新风节能技术。

(二)背景技术

(1)建筑消耗全球一半电能，空调与采暖消耗建筑一半电能，美国、日本的空调与采暖消耗其总电能的1/3，瑞典甚至消耗其总电能的45％；

(2)产生剧毒物质和病菌，以及散发放射性的建筑，由于存在严重污染而无法利用回风，只得采用直流式空调，因此随巨大排风量而损失巨大热量；

(3)机房、剧场、医院、超市等公共建筑的回风式空调中，由于新风量巨大；同时排风温、湿度最接近室内设计工况，是新风处理并混合后的目标值，因此排风中蕴藏大量可用热量；

(4)普通回风式空调中由于排风量较小，导致新风回收排风热量有限，因此可在回风处理室后段与新风风道间布置全热回热器，利用夏季37-40℃新风全热来加热12-14℃露点回风，既减少再热电耗又冷却处理新风；

(5)新风吸入室外空气，排风呼出室内空气，形成建筑的呼吸，通过换风维持室内空气品质；现有新风机组夏季通过电制冷除湿、冷却新风，冬季通过电热泵等含湿量加热新风；其新风负荷占空调负荷可达20-30％，因此利用新风回收排风热量以满足新风负荷，是空调系统有效节能措施。节约70-80％的新风处理电耗折合节省10-20％的空调运行电费，是降低空调电耗的重要途径。

而现有新风回收排风热量技术，主要分为下列几种形式：

1、平板式显热交换器：交错布置间距4-8mm的金属或塑料平行板，新风通过中间隔板回收另侧的排风显热，由于新风干球温度不能低于排风露点，否则排风会产生凝结水甚至结冰而增加排风阻力，影响其使用寿命。为避免排风结露，只能回收排风显热，因此调节风量只在40-60％范围改变其显热回收效率η，使其无法作为机组而独立实现空调运行；此外新风与排风管道需集中布置，容易在新风进口与排风出口间短路、串风；由于新风不接触排风，避免空气交叉污染；设备无转动部件使得运行可靠；平板式显热交换器可回收＞50kW的排风显热，由于成本低可用于大新风量空调。

2、板翅式全热交换器：控制温、湿度不同的新风与排风交替流经两组板翅式风道，模仿人体双肺吸入新风、呼出排风，形成有节奏的建筑呼吸，以更换室内空气；其中利用板翅的热容蓄热及表面吸湿作用而成为全热交换载体，在新风与排风间传递空气显热与潜热，维持室内空气的热、湿状态，可实现60-70％的全热回收效率η，但无法独立实现空调运行。

夏季依据板翅温度在新风露点和排风温度间切换进/出口风阀，使板翅作为全热载体周期性向干冷排风释放显热，并向表面水膜释放蒸发潜热，使得排风升温、增湿后排出室外；而板翅则被冷却降温到排风温度；依此切换进/出口风阀，以使板翅吸收湿热新风的显热和结露潜热，使得新风降温、除湿后送往室内，维持空气的干冷状态，降低新风负荷；而板翅表面则形成水膜并加热升温到新风露点。

冬季依据板翅温度在新风温度和排风露点间切换进/出口风阀，使板翅作为全热载体周期性向干冷新风释放显热，并向表面水膜释放蒸发潜热，使得新风升温、增湿后送入室内，维持空气的湿热状态，降低新风负荷；而板翅则被冷却降温到新风温度；依此切换进/出口风阀，以使板翅吸收湿热排风的显热和结露潜热，使得排风降温、除湿后排出室外；而板翅表面则形成水膜并加热升温到排风露点。

伴随板翅表面周期性凝结水膜及其蒸发，导致：(1)新风和排风中细菌、微生物、杂质等交叉污染；(2)机组全热回收效率的高、低，取决于新风与排风间焓差；(3)进/出口风阀等转动部件降低设备运行可靠性；(4)进/出口风阀切换周期设置不当，会导致板翅表面结霜；(5)新风与排风管道集中布置，易形成新风进口与排风出口的短路与串风；(6)板翅与进/出口风阀均需非标设计，因此提高设计开发成本，且设备容量较小，只回收＜50kW排风全热。

3、转轮式全热交换器：由石棉纸转轮、机体、传动、调速等四部分组成。转轮是全热交换载体，由平面和波形石棉纸板胶粘硫酸钠、氯化锂后再叠合、卷制成蜂窝状；机体外包铁板，内设隔板分成新风通道和排风通道；控制转轮转速可调节排风与新风接触转轮时间，获得60-70％的全热回收效率η，无法实现独立运行，以控制室内温、湿度；可回收＞50kW的排风全热，显著降低成本；用于新风量较大的建筑空调中。