一种热能驱动转轮除湿的蒸发冷却装置及方法

本发明涉及制冷工程，特别是涉及一种热能驱动转轮除湿的蒸发冷却装置及方法。

背景技术：

1、转轮除湿与蒸发冷却相结合的空调系统可实现温湿度的独立控制，从而使系统可利用低品位热能驱动除湿，高温冷源降温冷却，能很好解决传统冷却除湿法由于热湿联合处理所带来的能源浪费、舒适性差、除湿量小及冷凝水析出造成的霉菌滋生问题；同时由于该类系统利用自然工质-水作制冷剂，因此亦能避免传统空调使用氟氯昂(cfc)制冷所带来的臭氧层空洞及温室效应的环境问题。

2、然而现有的转轮除湿与蒸发冷却相结合的空调系统，由于其除湿过程大都是单转轮单级除湿及处理空气无预冷直接除湿的处理过程，所导致系统除湿所需的再生温度高(普遍在100℃以上)，从而使许多低品位热能利用不便(如太阳能、地热能等低温热源)，因此还需辅以高品位电能来加热以实现较高的再生温度；另一方面，再生温度高，使得再生排风温度也大，因此现有的系统排风热损失严重；再者，现有的系统未对吸附热进行有效回收，也是造成系统再生温度高的一个原因，同时亦造成再生能耗大；现有的转轮除湿与蒸发冷却相结合的系统，其蒸发冷却子系统不是露点式蒸发冷却子系统，而是常规的带热回收的直接蒸发冷却装置，因此无法输出更低温度的冷水或冷风，从而系统显热处理能力(制冷量)不足。最后，现有转轮除湿与蒸发冷却相结合的系统，由于两者仅是简单性、机械性的结合，没有从除湿转轮及蒸发冷却的运行特性、能量梯级利用及回收的角度上进行设计，因此现有系统能效低、制冷量差。

3、综上，现有的转轮除湿与蒸发冷却相结合的系统存在以下不足：(1)再生温度高及再生能耗大；(2)系统热损失严重；(3)系统能效低(热力性能系数低)，制冷量明显不足。

4、现有技术公开了一种除湿转轮与热泵耦合式间接蒸发冷却热回收新风空调，属于空调设备与节能技术领域。机组由热泵系统、除湿转轮、间接蒸发式冷凝器、排风机和新风机组成。利用了热泵系统冷凝热量为除湿转轮提供再生热量，同时回收室内排风的能量，与间接蒸发冷却技术有机结合后,对新风进行降温除湿处理的同时提高了热泵系统效率，减小了新风处理能耗，改善了室内空气品质。该现有技术存在处理空气无预冷直接除湿，除湿所需的再生温度高，低品位热能利用不便的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种热能驱动转轮除湿的蒸发冷却装置及方法，以实现蒸发冷却装置的高能效、大制冷量、热力完善度好及低温驱动制冷的效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种热能驱动转轮除湿的蒸发冷却装置，包括一级表冷器、一级除湿转轮除湿区、一级显热换热器、二级表冷器、二级除湿转轮除湿区、二级显热换热器、第二空气加热器、二级除湿转轮再生区、第一空气加热器、一级除湿转轮再生区、一级除湿转轮、二级除湿转轮、三级显热换热器、三级表冷器、逆流式直接蒸发冷却塔，所述一级表冷器的输入端与环境空气连通且输出端与所述一级除湿转轮除湿区的输入端连通，所述一级除湿转轮除湿区的输出端和环境空气与所述一级显热换热器的输入端连通，所述一级显热换热器的输出端与所述二级表冷器和第一空气加热器的输入端连通，所述二级表冷器的输出端与所述二级除湿转轮除湿区和逆流式直接蒸发冷却塔的输入端连通，所述二级除湿转轮除湿区的输出端和环境空气与所述二级显热换热器的输入端连通，所述二级显热换热器和逆流式直接蒸发冷却塔的输出端与所述三级显热换热器的输入端连通，且所述二级显热换热器的输出端与所述第二空气加热器的输入端连通，所述三级显热换热器和逆流式直接蒸发冷却塔的输出端与所述三级表冷器的输入端连通，所述三级表冷器的输出端与所述逆流式直接蒸发冷却塔的输入端和空调房间连通，所述第二空气加热器的输出端与所述二级除湿转轮再生区的输入端连通，所述第一空气加热器的输出端与所述一级除湿转轮再生区的输入端连通，所述一级除湿转轮再生区、二级除湿转轮再生区和三级显热换热器的输出端与外部环境连通。

3、优选的，还包括第二再生排风机和第一再生排风机，所述二级除湿转轮再生区通过第二再生排风机与外部环境连通，所述一级除湿转轮再生区通过第一再生排风机与外部环境连通。

4、优选的，还包括处理风机，所述逆流式直接蒸发冷却塔的输出端通过处理风机与所述三级显热换热器的输入端连通。

5、优选的，还包括热水源和供热水泵，所述热水源通过供热水泵与第二空气加热器的输入端连通。

6、优选的，还包括末端换热设备，所述末端换热设备的输入端与逆流式直接蒸发冷却塔的输出端连通，且所述末端换热设备的输出端与一级表冷器连通。

7、优选的，还包括供冷水泵，所述逆流式直接蒸发冷却塔的输出端通过供冷水泵与三级表冷器连通和末端换热设备连通。

8、优选的，还包括新风风机和新风调节阀，所述三级表冷器的输出端还先后通过新风调节阀和新风风机与末端换热设备连通。

9、优选的，还包括末端水量调节阀和预冷水量调节阀，所述逆流式直接蒸发冷却塔的输出端输出的冷水通过供冷水泵后分别经过预冷水量调节阀和末端水量调节阀输入三级表冷器和末端换热设备。

10、优选的，还包括空气热源和供热风机，所述逆流式直接蒸发冷却塔内部设有填料和喷嘴，所述喷嘴设于逆流式直接蒸发冷却塔的内部上壁，所述填料位于所述喷嘴下方，所述空气热源通过供热风机与第二空气加热器的输入端连通。

11、本发明还提供了一种热能驱动转轮除湿的蒸发冷却方法，所述蒸发冷却方法包括处理空气方法、再生空气方法、冷水输送方法和供热方法，其中，供热方法包括当供热介质为热水时的低品位热源供热方法和当供热介质为高温空气时的低品位热源供热方法，具体步骤如下：

12、处理空气方法为：高温高湿的环境空气经一级表冷器干冷却降温后送入一级除湿转轮除湿区中，经干燥除湿后，送入一级显热换热器中，与来自环境温度较低的空气进行显热换热降温，送入二级表冷器中，预冷降温至后送入二级除湿转轮除湿区中，升温后送入二级显热换热器中，与来自温度较低的环境空气进行显热换热降温，送入三级显热换热器中，与来自逆流式直接蒸发冷却塔的低温排风进行换热降温，再送入三级表冷器中，与来自逆流式直接蒸发冷却塔的输出冷水进行换热降温后分别被送入空调房间和逆流式直接蒸发冷却塔中，最后送入三级显热换热器中，升温后作为排出；

13、再生空气方法为：较低温度的环境空气首先送入二级显热换热器中，与温度较高的处理空气进行显热换热后被第二空气加热器进一步加热到除湿所需的再生温度，送入二级除湿转轮再生区中，经第二再生排风机的驱动排出；温度较低的环境空气首先经一级显热换热器换热温升，后经第一空气加热器加热到满足除湿要求的再生空气，后送入一级除湿转轮再生区中，最后经第一再生排风机驱动排出；

14、冷水输送方法为：逆流式直接蒸发冷却塔中制备好的低温冷水，在供冷水泵的驱动下，分别送入三级表冷器和末端换热设备中，送入末端换热设备温升后与三级表冷器的回水混合，随后送入一级表冷器中，与来自环境的较高温度空气进行换热，后作为二级表冷器的供水,与温度较高的处理空气进行换热，进一步温升，最后经喷嘴喷淋于填料表面，与低温低湿的处理空气进行逆流式热质交换，降温至接近露点温度的低温供水；

15、当供热介质为热水时的低品位热源供热方法为：从热水源出来的热水经供热水泵驱动，送入第二空气加热器中，与温度较低的再生空气换热后送入第一空气加热器中，与温度较低的再生空气进行换热，变成温度较低的回水后返回热水源中；

16、当供热介质为高温空气时的低品位热源供热方法为：从空气热源出来的高温空气经供热风机驱动，送入第二空气加热器中，与温度较低的再生空气换热，后送入第一空气加热器中，与温度较低的再生空气进行换热后排出。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、通过利用更低温度的低品位热能驱动，实现低于环境空气露点温度的冷水及低含湿量的空气输出，有效提高了系统的制冷能力，温度更低的低品位热能驱动，使得诸如太阳能、地热能等大部分常见低温热能的完全利用成为可能；通过设置多级除湿、预冷、预热及热回收等环节，降低了再生温度、再生能耗，提高系统对能源的利用效率，增大了系统的能效；在能量梯级利用及回收的设计原则上，利用热质传递机理，将转轮除湿与蒸发冷却系统有机结合起来，完善了系统的热力循环过程，减小了系统的热力损失，提高了系统的热力性能系数；考虑了系统输出的冷水及空气的热力特点，将较优的室内空气调节形式与之搭配，实现了系统较好的热舒适性。