一种水冷直膨空气处理装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及暖通空调技术领域，特别涉及一种水冷直膨空气处理装置及其控制方法。

背景技术

抽水蓄能电站的发电厂房通常为地下式建筑，深度高达100m以上；由于发电厂房内布置了大量的机电发热设备，存在发热量大的问题，且发电厂房内部环境的空气品质差；进一步对，由于发电厂房位于地下，环境空气潮湿，导致厂房内的设备管道表面极易结露，致使出现管道生锈的现象或管道损坏的问题。

为了解决抽水蓄能电站发电厂房内机电设备发热量大和空气潮湿的问题，创造满足机电设备运行安全性、人员舒适性及新风量要求的环境条件，需要设置合理的通风空调系统以维持地下发电厂房工作时的良好环境。

抽水蓄能电站的发电厂房内通常使用的通风空调系统包括空气处理机组和冷水机组，空气处理机组设置于发电厂房的顶部，用于对空气进行降温与除湿；冷水机组与空气处理机组连接，用于向空气处理机组提供低温冷冻水以对空气进行预冷，这种通风空调系统需额外设置冷水主机和冷却塔以实现低温冷冻水的供给，导致设备的运输成本高和安装成本高，并且制取低温冷冻水的能耗大。

此外，为了应对过渡季节冷负荷小、湿负荷较大的情况，部分通风空调系统还设置有热水再热盘管，虽然能良好地控制室内温湿度，但是热水再热盘管再热过程极大地浪费了能源，并且需要额外为热水再热盘管配置一套热水系统，既耗能，设备投资又高。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种水冷直膨空气处理装置，具有工作能耗低、运输和安装成本低的优点，且可确保所输出的空气可满足环境的温湿度要求。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种水冷直膨空气处理装置，包括壳体，所述壳体上开设有进水口、出水口、进风口和送风口，所述进水口和所述出水口用于连接蓄能电站的水库；所述壳体内设置有控制装置以及分别与所述控制装置电性连接的预冷机构、空气处理机构和风机，所述预冷机构包括水冷换热器，所述空气处理机构包括直膨换热器和冷凝再热器，所述进风口、水冷换热器、直膨换热器、冷凝再热器、风机和送风口沿着进出风方向依次设置；所述水冷换热器的输入端与所述进水口连接，所述水冷换热器的输出端与所述空气处理机构连接，所述水冷换热器的输出端以及所述预冷机构的输出端分别与所述出水口连接。

所述的水冷直膨空气处理装置中，所述空气处理机构还包括水冷冷凝器以及分别与所述控制装置电性连接的压缩部、节流部、第一调节阀和第二调节阀，所述直膨换热器的输出端与所述压缩部的输入端连接，所述压缩部的输出端通过所述第一调节阀与所述水冷冷凝器的输入端连接，并通过所述第二调节阀与所述冷凝再热器的输入端连接；所述水冷冷凝器的输出端以及所述冷凝再热器的输出端通过所述节流部与所述直膨换热器的输入端连接；所述水冷换热器的输出端与所述水冷冷凝器的输入端连接。

所述的水冷直膨空气处理装置中，还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和第三温湿度传感器；所述第一温湿度传感器设置于所述进风口的进风侧，用于获取进风的温湿度；所述第二温湿度传感器设置于所述水冷换热器的出风侧，用于获取预冷后空气的温湿度；所述第三温湿度传感器设置于所述冷凝再热器的出风侧，用于获取再热后空气的温湿度。

所述的水冷直膨空气处理装置中，所述压缩部包括压缩机、油分离器和气液分离器，所述节流部包括膨胀阀、电磁阀和储液器；所述直膨换热器、所述气液分离器、所述压缩机、所述油分离器、所述水冷冷凝器、所述储液器、所述电磁阀以及所述膨胀阀依次首尾连接，所述油分离器的输出端还与所述气液分离器的输入端连接。

所述的水冷直膨空气处理装置中，所述预冷机构还包括输出管路以及与所述控制装置电性连接的三通阀，所述水冷换热器通过所述三通阀分别与所述水冷冷凝器的输入端以及所述出水口连接，所述水冷冷凝器的输出端通过所述输出管路与所述出水口连接。

所述的水冷直膨空气处理装置中，所述预冷机构还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述第一温度传感器设置于所述进水口的出水侧，用于检测进水口的进水温度；所述第二温度传感器设置于所述水冷换热器的出水侧，用于检测水冷换热器的输出端的冷水温度；所述第三温度传感器设置于所述输出管路上，用于检测水冷冷凝器的输出端的冷水温度。

所述的水冷直膨空气处理装置中，还包括空气过滤器，所述空气过滤器位于所述水冷换热器的进风侧。

本发明还相应地提供了一种水冷直膨空气处理装置的控制方法，所述控制方法用于实现如上任一所述的水冷直膨空气处理装置的工作控制，所述控制方法包括步骤：

获取第一温湿度传感器反馈的进风温度T1和进风湿度RH1，并获取室内设定的温度Ts和湿度RHs；

当T1＞Ts时，控制水冷直膨空气处理装置执行第一工作模式；当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第三工作模式；当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第二工作模式。

所述的水冷直膨空气处理装置的控制方法中，当T1＞Ts时，控制水冷直膨空气处理装置执行第一工作模式；当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第三工作模式；当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第二工作模式，具体包括：

当T1＞Ts时，控制第一调节阀开启，并控制第二调节阀关闭，预冷机构和直膨换热器开始工作，冷凝再热器停止工作；

当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制第一调节阀关闭，并控制第二调节阀开启，预冷机构和冷凝再热器开始工作，直膨换热器停止工作；

当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制第一调节阀和第二调节阀开启，预冷机构和空气处理机构开始工作，并根据T1和TS的比较结果以及RH1和RHs的比较结果调整第一调节阀和第二调节阀的开度。

所述的水冷直膨空气处理装置的控制方法中，所述预冷机构还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和三通阀，所述水冷换热器通过所述三通阀分别与所述水冷冷凝器的输入端以及所述出水口连接；所述空气处理机构开始工作，具体包括：

获取第一温度传感器实时反馈的进水温度T01、第二温度传感器实时反馈的预冷出水温度T02以及第三温度传感器实时反馈的冷凝出水温度T03；

根据T01、T02、T03和H4调整三通阀的开启角度。

有益效果：

本发明提供了一种水冷直膨空气处理装置，可充分利用蓄能电站的水库的冷量以对发电厂房的环境空气进行预冷和降温除湿，且回收冷凝热对除湿后空气进行再热，可缩减直膨盘管、压缩机等设备的容量，大大降低了水冷直膨空气处理装置的工作能耗低，且可确保所需出的处理后空气可满足环境的温湿度要求；且由于用于实现换热的低温冷冻水直接由蓄能电站的水库提供，而实现再热的热源由冷凝热提供，无需额外设置冷却塔、冷水机组和热水系统，降低了运输成本和安装成本。

附图说明

图1为本发明提供的水冷直膨空气处理装置的结构示意图；

图2为本发明提供的水冷制冷空气处理装置的系统结构图；

图3为本发明提供的控制方法的第一逻辑流程图；

图4为本发明提供的控制方法的第二逻辑流程图；

图5为本发明提供的控制方法的第三逻辑流程图。

主要元件符号说明：1-壳体、11-进水口、12-出水口、13-进风口、14-送风口、21-水冷换热器、22-三通阀、23-第一温度传感器、24-第二温度传感器、25-第三温度传感器、31-直膨换热器、32-水冷冷凝器、33-气液分离器、34-压缩机、35-油分离器、36-储液器、37-电磁阀、38-膨胀阀、39-冷凝再热器、310-第一调节阀、311-第二调节阀、41-风机、42-空气过滤器、43-第一温湿度传感器、44-第二温湿度传感器、45-第三温湿度传感器、5-水库。

具体实施方式

本发明提供了一种水冷直膨空气处理装置及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”等应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种水冷直膨空气处理装置，包括壳体1，所述壳体1上开设有进水口11、出水口12、进风口13和送风口14，所述进水口11和所述出水口12用于连接蓄能电站的水库5；所述壳体1内设置有控制装置以及分别与所述控制装置电性连接的预冷机构、空气处理机构和风机41，所述预冷机构包括水冷换热器21，所述空气处理机构包括直膨换热器31和冷凝再热器39，所述进风口13、水冷换热器21、直膨换热器31、冷凝再热器39、风机41和送风口14沿着进出风方向依次设置；所述水冷换热器21的输入端与所述进水口11连接，所述水冷换热器21的输出端与所述空气处理机构连接，所述水冷换热器21的输出端以及所述预冷机构的输出端分别与所述出水口12连接。

蓄能电站水库5为天然的低温水库5，其所存储的水的水温常年维持在12℃以下，可对发电厂房的空气进行预冷，大幅降低空气处理冷负荷；本申请公开的水冷直膨空气处理装置，可充分利用蓄能电站的水库5的冷量以对发电厂房的环境空气进行预冷和降温除湿，且回收冷凝热对除湿后空气进行再热，实现送风温度可调，缩减了直膨盘管、压缩机34等设备的容量，大大降低了水冷直膨空气处理装置的工作能耗低，且可确保所需出的处理后空气可满足环境的温湿度要求；且由于用于实现换热的低温冷冻水直接由蓄能电站的水库5提供，而实现再热的热源由冷凝热提供，无需额外设置冷却塔、冷水机组和热水系统，降低了运输成本和安装成本；且无需考虑冷却塔、冷水机组和热水系统的安装位置，降低了安装难度，提高了安装灵活度。

在本实施例中，外部环境的新风通过进风口13进入壳体1内，先经过水冷换热器21与水库5的水进行热交换，达到预冷的目的，再经过直膨换热器31进行深度除湿，而后通过冷凝再热器39进行加热后，通过风机41以及送风口14输入至发电厂房的环境内；水冷换热器21、直膨换热器31和冷凝再热器39是否参与空气换热工作由进风温度和进风湿度与设定温度和设定湿度的比较结果决定。

进一步地，请参阅图1和图2，所述空气处理机构还包括水冷冷凝器32以及分别与所述控制装置电性连接的压缩部、节流部、第一调节阀310和第二调节阀311，所述直膨换热器31的输出端与所述压缩部的输入端连接，所述压缩部的输出端通过所述第一调节阀310与所述水冷冷凝器32的输入端连接，并通过所述第二调节阀311与所述冷凝再热器39的输入端连接；所述水冷冷凝器32的输出端以及所述冷凝再热器39的输出端通过所述节流部与所述直膨换热器31的输入端连接；所述水冷换热器21的输出端与所述水冷冷凝器32的输入端连接。

在本实施例中，通过调整第一调节阀310和第二调节阀311的开度，以调整输入至冷凝再热器39和水冷冷凝器32的制冷剂的量，从而调整冷凝再热器39和水冷冷凝器32的换热效果，即控制冷凝再热器39的再热温度和水冷冷凝器32的冷凝温度；冷凝再热器39输出的制冷剂和水冷冷凝器32输出的制冷剂汇合后经节流部输入至直膨换热器31，制冷剂在直膨表冷器中蒸发吸热，对空气进行深度的降温除湿，制冷剂蒸发吸热后返回至压缩部。

进一步地，请参阅图2，所述水冷直膨空气处理装置还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温湿度传感器43、第二温湿度传感器44和第三温湿度传感器45；所述第一温湿度传感器43设置于所述进风口13的进风侧，用于获取进风的温湿度；所述第二温湿度传感器44设置于所述水冷换热器21的出风侧，用于获取预冷后空气的温湿度；所述第三温湿度传感器45设置于所述冷凝再热器39的出风侧，用于获取再热后空气的温湿度。

在本实施例中，控制装置可根据第一温湿度传感器43、第二温湿度传感器44和第三温湿度传感器45反馈的实时温度和实时湿度判断水冷直膨除湿机组所输出的空气是否与环境设定的温湿度一致，以调整第一调节阀310、第二调节阀311和三通阀22的工作状态，缩小水冷直膨新回风装置返回的处理后空气与环境设定的温湿度之间的差值，提高用户的使用体验。

进一步地，请参阅图1和图2，所述压缩部包括压缩机34、油分离器35和气液分离器33，所述节流部包括膨胀阀38、电磁阀37和储液器36；所述直膨换热器31、所述气液分离器33、所述压缩机34、所述油分离器35、所述水冷冷凝器32、所述储液器36、所述电磁阀37以及所述膨胀阀38依次首尾连接，所述油分离器35的输出端还与所述气液分离器33的输入端连接。

在本实施例中，所述油分离器35的输出端与所述气液分离器33的输入端连接，在压缩机34工作过程中，压缩机34汽缸壁上的部份润滑油，由于受高温的作用难免会变成油蒸汽及油滴微粒与制冷剂蒸汽一同排出；当润滑油随制冷剂一起进入水冷冷凝器32、直膨换热器31和冷凝再热器39时会在传热壁面上凝成一层油膜，使热阻增大，从而会使水冷冷凝器32、直膨换热器31和冷凝再热器39的传热效果降低，降低制冷效果；因此，设置油分离器35对制冷剂所携带的润滑油进行回收，并将所回收的润滑油输出至气液分离器33，使润滑油跟随气液分离器33输出的制冷剂气体返回至压缩机34，可提高压缩机34工作时的稳定度和可靠度。

在本实施例中，所述电磁阀37用于调整输入至直膨换热器31的制冷剂流量，以调整直膨换热器31的降温除湿效果；所述储液器36用于防止液体制冷剂流入压缩机34而产生液击，提高压缩机34工作时的稳定度和安全度。

在本实施例中，压缩机34排出的高温高压制冷剂气体，经过油分离器35进行润滑油的回收后，通过第一调节阀310进入冷凝再热器39，并通过第二调节阀311进入水冷冷凝器32，制冷剂与深度降温除湿后的空气进行热交换后，且制冷剂与水冷换热器21输出的升温后的水库5的水进行热交换后，生成高压低温的液态制冷剂，汇合后的制冷剂随后依次分别进入储液器36、电磁阀37及膨胀阀38，制冷剂经过膨胀阀38节流后变成低温低压的液态制冷剂后，而后进入直膨换热器31与水冷换热器21输出的预冷后的空气进行换热，对空气进行深度的降温除湿，制冷剂在直膨换热器31内蒸发吸热后经气液分离器33处理后返回至压缩机34。

进一步地，请参阅图2，所述预冷机构还包括输出管路以及与所述控制装置电性连接的三通阀22，所述水冷换热器21通过所述三通阀22分别与所述水冷冷凝器32的输入端以及所述出水口12连接，所述水冷冷凝器32的输出端通过所述输出管路与所述出水口12连接。

在本实施例中，蓄能电站的水库5的低温冷冻水通过进水口11进入水冷换热器21，与空气进行热交换，实现对发电厂房回风和外部环境新风的预冷处理；水库5的水与新回风热交换后，水温升高，一部分水经过三通阀22从出水口12排出，另一部分水进入到水冷冷凝器32，与压缩机34输出的制冷剂进行热交换，带走空气处理机构的冷凝热后，通过输出管路和出水口12返回至水库5中。

在本实施例中，可通过调整三通阀22的开启角度，以调整进入水冷冷凝器32的水库5的水的流量，确保空气处理机构稳定运行。

进一步地，请参阅图2，所述预冷机构还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温度传感器23、第二温度传感器24和第三温度传感器25；所述第一温度传感器23设置于所述进水口11的出水侧，用于检测进水口11的进水温度；所述第二温度传感器24设置于所述水冷换热器21的出水侧，用于检测水冷换热器21的输出端的冷水温度；所述第三温度传感器25设置于所述输出管路上，用于检测水冷冷凝器32的输出端的冷水温度。

在本实施例中，可根据第一温度传感器23反馈的实时进水温度、第二温度传感器24反馈的实时预冷出水温度以及第三温度传感器25反馈的实时冷凝出水温度调整调整三通阀22的开启角度，以调整进入水冷冷凝器32的水库5的水的流量，即调整水冷冷凝器32的换热效果，确保空气处理机构稳定运行。

进一步地，请参阅图1和图2，所述水冷直膨空气处理装置还包括空气过滤器42，所述空气过滤器42位于所述水冷换热器21的进风侧。

在本实施例中，设置空气过滤器42对输入的发电厂房的回风进行过滤，可有效提高发电厂房的空气质量，使发电厂房的环境空气可满足人员的舒适性要求。

请参阅图3至图5，本发明还相应地提供了一种水冷直膨空气处理装置的控制方法，所述控制方法用于实现如上任一所述的水冷直膨空气处理装置的工作控制，所述控制方法包括步骤：

100、获取第一温湿度传感器43反馈的进风温度T1和进风湿度RH1，并获取室内设定的温度Ts和湿度RHs；

200、当T1＞Ts时，控制水冷直膨空气处理装置执行第一工作模式；当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第三工作模式；当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第二工作模式。

本申请公开的控制方法，可根据实时进风温度和实时进风湿度与室内设定温度和室内设定湿度的比较结果调整第一调节阀310、第二调节阀311、预冷机构和空气处理机构的工作状态，在有效降低水冷直膨空气处理装置的工作能耗的同时，可有效缩小水冷直膨空气处理装置所输出的处理后的空气的温湿度与室内设定温湿度之间的差值，提高用户的使用体验。

在本实施例，所述第一工作模式为关闭第二调节阀311，冷凝再热器39停止工作，开始第一调节阀310，实现进风的迅速降温除湿；所述第二工作模式为调整第一调节阀310和第二调节阀311的开度，精确控制室内温湿度；所述第三工作模式为关闭第一调节阀310，开启第二调节阀311，预冷机构对空气预冷除湿后通过冷凝再热器39进行再热，直膨换热器31停止工作。

进一步地，请参阅图4，当T1＞Ts时，控制水冷直膨空气处理装置执行第一工作模式；当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第三工作模式；当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制水冷直膨空气处理装置执行第二工作模式，具体包括：

201、当T1＞Ts时，控制第一调节阀310开启，并控制第二调节阀311关闭，预冷机构和直膨换热器31开始工作，冷凝再热器39停止工作；

在本实施例中，对于过渡季的开机工况，当T1＞Ts时，先满足室内环境的温度要求，冷凝再热器39停止工作，室外进风通过水冷换热器21预冷后，再通过直膨换热器31进行深度降温除湿，实现室外空气的快速降温除湿。

202、当T1＜Ts且RH1＜RHs时，控制第一调节阀310关闭，并控制第二调节阀311开启，预冷机构和冷凝再热器39开始工作，直膨换热器31停止工作；

在本实施例中，对于过渡季的开机工况，当T1＜Ts且RH1＜RHs时，由于进风湿度较低，无需开启直膨换热器31进行深度除湿降温，仅通过水冷换热器21对空气进行预冷后，再通过冷凝再热器39对空气进行再热，使处理后的空气接近室内设定的温湿度，并保持在合理范围之内。

203、当T1＜Ts且RH1＞RHs时，控制第一调节阀310和第二调节阀311开启，预冷机构和空气处理机构开始工作，并根据T1和TS的比较结果以及RH1和RHs的比较结果调整第一调节阀310和第二调节阀311的开度；

在本实施例中，对于过渡季的开机工况，当T1＜Ts且RH1＞RHs时，由于进风湿度较高，需要开启直膨换热器31进行深度除湿降温，且由于进风温度较低，需要冷凝再热器39对深度降温除湿后的空气进行再热，使处理后的空气接近室内设定的温湿度，并保持在合理范围之内。

进一步地，请参阅图5，所述预冷机构还包括分别与所述控制装置电性连接的第一温度传感器23、第二温度传感器24、第三温度传感器25和三通阀22，所述水冷换热器21通过所述三通阀22分别与所述水冷冷凝器32的输入端以及所述出水口12连接；所述空气处理机构开始工作，具体包括：

301、获取第一温度传感器实时反馈的进水温度T01、第二温度传感器实时反馈的预冷出水温度T02以及第三温度传感器实时反馈的冷凝出水温度T03；

302、根据T01、T02、T03和H4调整三通阀的开启角度；

在本实施例中，通过调整三通阀的开启角度，以调整输入至水冷冷凝器的冷冻水的流量，从而调整水冷冷凝器的换热效果，即调整直膨换热器的换热效果，充分利用水库的冷量的同时，确保空气处理机构的稳定运行。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。