膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化方法
本发明涉及能源动力与清洁空调和建筑节能，特别是利用膨胀机脱水将湿空气中水蒸气热焓转换为动能，使空气降温脱湿过程既制冷又输出动力，高效节能减排。
背景技术：
1、夏季空调制冷通常采用制冷剂蒸汽压缩排热方法，不仅能耗大而且存在制冷剂泄漏危害大气的风险，从低碳节能和人居环境保护两大方面都亟待改善。空气脱湿是空调制冷的重要内容，除了直接将空气冷却至露点温度以下的冷凝脱湿方法而外，现有技术还可采取周期性转轮吸湿/解吸的方法，但其能效并不优于直接冷却冷凝脱湿方法。发明人从热力学角度分析，湿空气体系水汽冷凝分离本来要释放冷凝热而使能量减少的过程，但现有技术还要向体系投入能量（例如压缩）、然后再将其与冷凝热一并向环境排放。从根本上解决问题需寻求将释放冷凝热转变为可用能输出的的方法和技术手段。
2、为此，本发明提出了膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化方法，以湿空气为制冷工作介质而不使用其它制冷剂，使湿空气降温、冷凝析水释放能量而致冷的过程主要在膨胀机叶轮表面进行，此能量直接转换为轴功回用于制冷过程，降低能耗。湿空气膨胀降温降压脱水制冷过程使其能位变得更低，在制冷空调工作环境条件下，可以从外界吸收的热量和湿份比其膨胀过程释放的更多。根据该特性，本发明构建了以空调回风排气为制冷工作介质的膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化循环，以夏季37℃高温及80%高湿度条件下，空调输送20℃及52%湿度舒适新风为基准，计算其制冷性能系数copc为6~8，显著优于现有同类技术，并且额外输出55~65℃低位热能，其值与制冷负荷相当。
技术实现思路
1、本发明公开一种膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化方法。如附图所示，利用能位相对较低的空调回风废气（温度24~28℃，湿含量11~15g/kg-da，g/kg-da 表示每kg干空气中含水量g）为制冷工作介质（以下简称空调回风），第一步将空调回风从直立板翅式逆流预冷器2的顶部导入冷却冷凝流道，间壁向复热通道内逆流的空调冷气放热、使冷气温度从底部入口处8~12℃上升至顶部出口处20~24℃送往用户空间，空调回风在底部出口处降温至12~16℃且低于露点温度析出冷凝水，通过1#折流板式低阻除雾器4-1分离冷凝水并通过低位液封在大气压下收集，气体则被吸入三机联动机组1的膨胀机入口；第二步空调回风通过膨胀机降压降温进一步析出冷凝水，该过程释放的能量直接转换为轴功输出到三机联动机组1、减少机组的动力消耗，膨胀机出口处气体温度下降至0.5~1.5℃、压力58~70kpa（绝压）、湿含量5~6.5g/kg-da，该状态是空调回风作为制冷工作介质的最低能位点；第三步，该最低能位点的空调回风连同在膨胀机内冷凝的水雾和外加雾化水32~40 g/kg-da（以空调回风干空气质量流量为基数）混合，从直立板翅式逆流换冷器3底部进入吸热流道，通过换热面吸热制冷，使间壁逆流放热的新风从进口温度28~40℃、湿度60~85%的湿热状态降温减湿至底部出口处8~12℃饱和冷空气（湿含量7~10 g/kg-da）状态，析出的冷凝水由2#折流板式低阻除雾器4-2分离也通过低位液封在大气压下收集，冷空气则从底部进入直立板翅式逆流预冷器2复热，升温至20~24℃送往用户空间。通过以上三步降温膨胀脱水制冷并完成新风降温减湿任务后，空调回风在逆流换冷器1内升温增湿至其顶部出口处温度26~35℃、压力57~64kpa（绝压）、湿含量43~51g/kg-da，被吸入三机联动机组1的压缩机入口之前外加雾化水5~10 g/kg-da（空调回风干空气质量流量为基数）以提高压缩效率降低机组功耗，最后通过压缩机在温度55~65℃、湿含量48~61g/kg-da、略高于大气压力状态下排气，作为清洁低位热源免费供应用户。
2、上述两次雾化加水过程使用的水，均为除雾器后通过低位液封在大气压下收集的冷凝水。
技术特征：
1.一种膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化的方法，其特征是以湿空气为制冷工作介质，使其降温、冷凝析水释放能量而致冷的过程主要在膨胀机叶轮表面进行，此能量直接转换为轴功回用于制冷过程；
技术总结
一种膨胀脱水制冷全新风清洁空调及供热一体化方法，其特征在于以空调回风为制冷工作介质，使其降温和冷凝析水释放能量而致冷的过程在膨胀机叶轮表面进行，此能量直接转换为轴功回用于制冷过程，降低能耗。以夏季37℃高温及80%高湿度条件下，空调输送20℃及52%湿度舒适新风为基准，其制冷性能系数COP<subgt;c</subgt;为6~8，一套4300m<supgt;3</supgt;/h全新风空调制冷负荷125kW，采用膨胀机、压缩机和补充电机三机联动机组的补充电机功耗15kW，全系统功耗19kW，能效显著优于现有技术。
技术研发人员：朱家骅,李季,夏素兰
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23