用于管理封闭空间中的条件的系统和方法技术方案

一种调节系统，包括第一集气室和第二集气室。第二集气室从封闭空间接收已加热的空气，且向所述空间供应已冷却的空气。系统还包括第一液体至空气膜能量交换器(LAMEE1)，其布置在所述第一集气室内部。LAMEE1配置为使用液体干燥剂来降低所述第一空气流的焓。第二液体至空气膜能量交换器布置在在所述第一集气室内部LAMEE1的下游。LAMEE2配置为使用第一空气流以蒸发方式冷却流过LAMEE2的水。第一液体至空气热交换器(LAHX1)布置在第二集气室内部。LAHX1配置为使用第一冷却流体直接且可感测地冷却所述第二空气流。第二液体至空气热交换器(LAHX2)与LAMEE1流体连通，LAHX2配置为从LAMEE1接收液体干燥剂，并使用室外空气冷却所述液体干燥剂。

Systems and methods for managing conditions in enclosed spaces

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理封闭空间中的条件的系统和方法附图说明在附图中，相似的数字在不同的视图中可能描述相似的部件，其中附图不一定按比例绘制。具有不同字母后缀的相似数字可能表示相似部件的不同示例、较大逻辑或物理系统的子部件等。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本公开中描述的各种示例。图1示意性地描绘了根据本公开的示例调节系统。图2描绘了根据本公开的另一示例调节系统。图3是基本上类似于图2的示例系统的理论系统的计量过程图。图4描绘了另一示例调节系统。图5是基本上类似于图4的示例系统的理论系统的计量过程图。图6是理论系统的计量过程图，该理论系统具有与模制以产生图5的过程图的系统相同的部件和布置，除了预冷却器和回收盘管具有较低的容量/调节效率，并且评估了不同的室外空气状况。图7描绘了根据本公开的连接至调节系统的示例液体干燥剂再生系统。图8示出了示例性的液体至空气热交换器，该液体至空气热交换器配置为冷却在干燥剂干燥器液体至空气膜能量交换器中使用的液体干燥剂。图9和10描绘了另外两个示例调节系统。图11描绘了另一示例调节系统。图12描绘了另一示例调节系统。图13描绘了另一示例调节系统。图14是示出操作根据本公开的调节系统的方法的流程图。图15描绘了另一示例调节系统。具体实施方式专利技术人认识到，除其他因素外，通过在将扫气空气供应到间接蒸发冷却器之前通过使用液体干燥剂调节模块降低扫气(或室外)气流的相对湿度来改善对封闭空间进行冷却的机会，这间接并可感测地(sensibly)冷却供应到封闭空间的过程(或供应)空气。与其他类型的系统相比，这种带有液体干燥剂干燥器的系统可以在更大范围的入口工作空气温度和湿度水平上满足排气冷却设定点温度(用于产品/过程冷却或舒适性冷却应用)，并且能够潜在用于任何入口工作空气调节。在某些情况下，液体干燥剂干燥器模块中收集的水超过了蒸发冷却器中所需的水，因此有可能可感测减少或消除各种类型的加热和冷却系统中常见的大量用水。住宅，商业和公共建筑的舒适冷却主要是使用蒸气压缩冷却设备进行的。许多过程应用(例如数据中心)也将机械冷却用于主要或补充冷却。在大多数这些应用中，所需的冷却温度是适度的(例如，在约50华氏度至约85华氏度的范围内)。由于压缩机、交换器和其他部件的大量生产，蒸气压缩机械冷却设备可产生高冷却能力，可靠运行并具有可接受的成本。但是，这些系统需要大量的高级能源(通常是电能)才能运行。例如，一些研究估算，空调装置消耗了美国国内年度总发电量的15％。此外，据估算，在炎热的夏季月份中，高峰用电需求的约1/3是由空调设备驱动的，在某些情况下，这会导致电网负荷和稳定性问题。电力的生产仍然是碳密集的，因此电力驱动的冷却系统会导致二氧化碳(CO2)排放，并可能导致其他问题，例如全球变暖和气候变化。另外，热电发电需要相对大量的水用于冷却，并且美国用于热电和水电联产的平均用水量(蒸发水)约为2加仑/千瓦时。实际上，据估算，产生EER11空调所需电能所消耗的水大约等于产生等效冷却量的高效蒸发冷却系统所消耗的水。但是，蒸发冷却系统消耗的电能要少得多。蒸气压缩系统通常还需要在高压下运行的合成制冷剂。在空调和制冷系统中部署大量制冷剂会导致安全、健康和环境问题，包括例如由氯氟烃(CFC)制冷剂引起的臭氧消耗。诸如氢氟碳化物(HFCs)之类的现代高效制冷剂可能具有非常高的全球变暖潜能，并且已被淘汰使用。另外，提议的替代氢氟烯烃(HFO)制冷剂和制冷剂混合物可能仍具有适度的高全球变暖潜能值(GWP)，并且是易燃的、潜在有毒且昂贵的。因此，在发现或设计用于新的和已经安装的蒸气压缩系统的直接替代制冷剂选项方面存在挑战，其在效率、稳定性、可燃性、毒性和环境影响方面具有期望的特性。蒸发冷却系统已成功用于许多应用中，尤其是在干燥气候中。直接蒸发式冷却器通常被认为是简单高效的，但是会导致室内湿度问题。间接蒸发式冷却器通常可以解决湿度问题，但可能在较低的湿球效率下运行。露点蒸发式冷却器可提供比常规直接或间接蒸发系统更低的冷却温度，并可将冷却功率维持在较高的室外湿球温度下。但是，随着工作空气湿度的升高，所有蒸发冷却技术都会失去冷却性能，并且如果没有辅助(通常为蒸汽压缩)冷却设备，可能无法在潮湿的气候中使用。蒸发冷却系统的水利用效率也根据系统设计和控制特性而有很大不同。蒸发冷却器的用水可能是一个重大的感知或实际问题。例如，大型数据中心可能会消耗大量的饮用水，而在蒸发冷却效果最好的地区(干旱气候)，水的需求可能无法持续。吸收式制冷机已经被用于舒适性和过程冷却，特别是在有余热的情况下。吸收式制冷机系统已经商业化，可用于更大规模的应用，并且可以在需要所需技术和维护支持的集成建筑设计中替代机械冷却。单效吸收式制冷机的COP<1，因此需要大量的热量来驱动系统。当前的吸收式制冷机设计旨在替代电制冷机，并提供同等的冷却温度(例如40°F-50°F)。但是，这可能需要使用专门的材料(合金金属)、真空容器、多个热交换器、用于发生器的相对较高等级的热量输入、防止结晶的控制方法等。更高效率的双效和三效设计越来越复杂，并且昂贵。吸收系统的复杂性、成本和维护要求可能会限制其作为机械冷却的替代方案的广泛接受度，尤其是在轻负荷的商业和住宅应用中。迫切需要用于舒适调节应用的替代冷却技术，其可以在很大程度上代替机械冷却。对环境影响、电力消耗以及对制冷剂的增加的监管压力日益提高的意识，是当前HVAC冷却设备面临的紧迫挑战。美国能源部BTO在2014年的报告中明确指出了这种需求，该报告的标题为“非蒸气压缩HVAC技术的节能潜力和RD&D机会”。在该DOE报告中确定的最有前途的技术之一是干燥剂增强的蒸发冷却系统。然而，需要一种在商业上可行的设计，该设计能够满足对首次成本、持续运行成本、性能、可靠性、尺寸/重量限制等的要求，同时避免产生任何新的资源利用问题，例如过多的水或天然气消耗。理想的系统设计将具有良好的冷却性能和紧凑性，使用低成本的材料，并避免使用任何对环境有害或有毒的物质。从热力学角度来看，该系统应在低等级热源输入的大气压附近工作，采用适度的温度变化并交换通量，以最大程度地减少系统的不可逆性并提高等价电效率(secondlawefficiency)。舒适性调节仅需要低等级的冷却，并且火用分析可以说明使用宝贵的高级能源(例如电)来驱动冷却设备会是多么浪费。当前，这在数据中心应用中最为明显，在该应用中，操作员希望最大程度地利用可用电源来运行计算设备(适当使用电力)，并最大程度地降低冷却设备的电力消耗。在一个示例中，用于控制封闭空间中的条件的系统包括：扫气集气室、过程集气室、第一液体至空气膜能量交换器(LAMEE1)、第二液体至空气膜能量交换器(LAMEE2)、第一液体至空气热交换器(LAHX1)和第二液体至空气热交换器(LAHX2)。过程集气室被配置为将扫气空气从扫气入口引导至扫气出口。过程集气室被配置为将过程空气从过程入口引导至过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制封闭空间中的条件的系统，所述系统包括：/n第一集气室，其配置为将第一空气流从第一入口引导至第一出口；/n第二集气室，其配置为将第二空气流从第二入口引导至第二出口，所述第二入口从所述空间接收已加热的空气，且所述第二出口向所述空间供应已冷却的空气；/n第一液体至空气膜能量交换器(LAMEE1)，其布置在所述第一集气室内部，所述LAMEE1配置为使用液体干燥剂来降低所述第一空气流的焓；/n第二液体至空气膜能量交换器(LAMEE2)，其布置在所述第一集气室内部所述LAMEE1下游，所述LAMEE2配置为使用第一空气流以蒸发方式冷却流过所述LAMEE2的水；/n第一液体至空气热交换器(LAHX1)，其布置在所述第二集气室内部，所述LAHX1配置为使用第一冷却流体直接且可感测地冷却所述第二空气流；以及/n第二液体至空气热交换器(LAHX2)，其与所述LAMEE1流体连通，所述LAHX2配置为从所述LAMEE1接收液体干燥剂，并使用室外空气冷却所述液体干燥剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制封闭空间中的条件的系统，所述系统包括：
第一集气室，其配置为将第一空气流从第一入口引导至第一出口；
第二集气室，其配置为将第二空气流从第二入口引导至第二出口，所述第二入口从所述空间接收已加热的空气，且所述第二出口向所述空间供应已冷却的空气；
第一液体至空气膜能量交换器(LAMEE1)，其布置在所述第一集气室内部，所述LAMEE1配置为使用液体干燥剂来降低所述第一空气流的焓；
第二液体至空气膜能量交换器(LAMEE2)，其布置在所述第一集气室内部所述LAMEE1下游，所述LAMEE2配置为使用第一空气流以蒸发方式冷却流过所述LAMEE2的水；
第一液体至空气热交换器(LAHX1)，其布置在所述第二集气室内部，所述LAHX1配置为使用第一冷却流体直接且可感测地冷却所述第二空气流；以及
第二液体至空气热交换器(LAHX2)，其与所述LAMEE1流体连通，所述LAHX2配置为从所述LAMEE1接收液体干燥剂，并使用室外空气冷却所述液体干燥剂。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LAMEE1配置为通过将水从所述第一空气流中去除来降低所述第一空气流的焓。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LAMEE1配置为通过将水从所述第一空气流中去除来降低所述第一空气流的焓，并且其中流过所述LAMEE2的所述水的至少一部分包括由所述LAMEE1从所述第一空气流中去除的所述水。


4.根据权利要求1所述的系统，还包括布置在扫气集气室的内部所述LAMEE2上游的预冷却器盘管，所述预冷却器盘管配置为在扫气空气进入所述LAMEE2之前调节所述扫气空气。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述预冷却器盘管配置为接收由所述LAMEE2冷却的所述水的至少一部分，以调节所述扫气空气。


6.根据权利要求4所述的系统，还包括流体储存罐，以储存从所述LAMEE2的流体出口接收的所述水。


7.根据权利要求6所述的系统，还包括机械冷却系统，所述机械冷却系统配置为使用第一冷却流体来冷却所述储存罐中的所述水。


8.根据权利要求6所述的系统，还包括液体至液体热交换器(LLHX)，其配置为使用第一冷却流体来冷却所述储存罐中的所述水。


9.根据权利要求8所述的系统，还包括第三液体至空气热交换器(LAHX3)，所述LAHX3布置在所述第一集气室的内部所述LAMEE2下游，且配置为使用所述扫气空气冷却所述水和所述第一冷却流体中的至少一个。


10.根据权利要求9所述的系统，还包括：
第一流体环路，其配置为将所述水从所述LAMEE2的流体出口输送通过LLHX，并将所述水返回至所述LAMEE2的流体入口；以及
第二流体环路，其与所述第一流体环路流体隔离，所述第二流体环路配置为将所述第一冷却流体从所述LAHX3的出口通过所述LLHX输送到所述LAHX1的入口，并将所述第一冷却流体从所述LAHX1的所述流体出口返回至所述LAHX3的流体入口。


11.根据权利要求1所述的系统，还包括布置在过程集气室内部所述LAHX1下游的直接交换(DX)盘管，所述DX盘管配置为使用流过其的第二冷却流体冷却所述过程空气。


12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LAMEE1配置为通过将水和热量从所述第一空气流去除来降低所述第一空气流的焓，所述LAMEE1的流体入口处的所述液体干燥剂的温度低于LAMEE1的流体出口处的所述液体干燥剂的温度。


13.一种用于控制封闭空间中的条件的系统，所述系统包括：
扫气集气室，其配置为将扫气空气从扫气入口引导至扫气出口；
过程集气室，其配置为将过程空气从过程入口引导至过程出口，所述过程入口从所述空间接收已加热的空气，且所述过程出口向所述空间供应已冷却的空气；
第一液体至空气膜能量交换器(LAMEE1)，其布置在所述扫气集气室内部，所述LAMEE1配置为使用流过所述LAMEE1的第一流体来降低所述扫气空气的湿度，所述LAMEE1的空气入口处的所述扫气空气中水的第一浓度高于所述LAMEE1的空气出口处的所述扫气空气中的水的第二浓度；
蒸发冷却器，其布置在所述扫气集气室内部所述LAMEE1下游，所述蒸发冷却器配置为使用所述扫气空气以蒸发方式冷却流过其的第二流体，在所述蒸发冷却器的流体出口处的所述第二流体的温度低于在所述蒸发冷却器的流体入口处的所述第二流体的温度；
第一液体至空气热交换器(LAHX1)，其布置在所述过程集气室内部，所述LAHX1配置为使用流过所述LAHX1的第三流体直接且可感测地冷却被引导通过所述过程集气室的所述过程空气；以及
第二液体至空气热交换器(LAHX2)，所述LAHX2与所述LAMEE1流体连通，并配置为接收所述第一流体并使用室外空气冷却所述第一流体。


14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述LAMEE1配置为通过将水从所述第一空气流中去除来降低所述第一空气流的焓。


15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第二流体包括水，且其中所述LAMEE1配置为通过将水从所述第一空气流中去除来降低所述第一空气流的焓，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·P·莱普德拉，M·盖伯，
申请(专利权)人：北狄空气应对加拿大公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA