[实用新型]一种植物工厂空气冷却除湿空调系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种植物工厂空气冷却除湿空调系统，特别是涉及一种低温高湿环境下密闭空间空气冷却除湿的空调系统。

背景技术：

“植物工厂”是指通过人工环境控制和电脑化生产管理进行全年无休的植物栽培系统。植物栽种在犹如工厂厂房的密闭空间内，其生长所需的温度、湿度、二氧化碳、氧气、肥料、养分、光照等皆受控制，不再受外界气候环境的影响，具有周年化、精致化、均质化及丰产性等特点。

据联合国发表的人口报告估计，到2050年全球人口将达到93亿，若依靠传统的靠天而收的耕作方式，目前世界上所有的可耕地几乎满负荷地运作，才勉强养活现在的60多亿人口。所以必须寻求一个根本的解决办法。“植物工厂”可以在有限的土地上以最集约化的栽培方式达到丰产、优产等目的，是现代农业技术的发展方向，已受到各国政府和各大科研机构的高度重视。

作为“植物工厂”的一个重要组成部分，空气调节系统承担“植物工厂”内空气的温/湿度调节、新风处理及空气净化等任务。而空气的减湿处理是“植物工厂”空调系统的一个主要任务，在某些情况下甚至是首要任务。空气的减湿方法很多，如液体吸湿剂减湿(吸收减湿)、固体吸湿剂减湿(吸附减湿)和冷却减湿等。

液体吸湿剂减湿就是利用某些盐类(比如氯化钙、氯化锂等)的浓溶液具有强吸湿性来吸收空气中的水份。此方法的主要优点是空气的减湿幅度大，能达到很低的含湿量；可以用单一的减湿处理过程得到所需的送风状态，而无需先将空气冷却到露点再加热，避免了冷量和热量的浪费。但这种方法需要一套盐水溶液的再生设备，如室内余热量大，还需一套降温设备，系统比较复杂，占用空间大；此外还需解决好设备的防腐问题。故不适用于“植物工厂”这样的场合。

固体吸湿剂减湿就是利用某些固体材料(比如硅胶、氯化钙等)具有强吸湿性来吸收空气中的水份。此方法同样需要再生与降温设备。虽然转轮除湿机能实现吸湿与再生的连续运行，但其运行能耗较高，除湿空气与再生空气之间存在渗透。也不适用于“植物工厂”这样的场合。

对湿空气进行冷却降温，当湿空气的温度低于其露点温度，就会有水份析出，这就是冷却减湿的原理。在所有的热、湿交换设备中，喷水室和表面式换热器应用最广。喷水室的主要优点是能够实现多种空气的处理过程、具有一定的净化空气能力、耗费金属量少和容易加工。但是它对水质的卫生要求高、占地面积大、水系统复杂和消耗电能较多等缺点。所以在对场地、节能等方面有严格要求的场所(如植物工厂)，表面式换热器使用的更为广泛。

显然，如果单纯地采用冷却减湿过程，在减湿的同时必然伴随着空气温度的减低，为保持空气温度不降低，则还需一个升温过程。

现有的一种被广泛使用的冷却减湿设备，其工作原理如图2所示。减湿过程中空气的状态变化如图3所示。需要减湿的状态A的空气先经过冷却盘管2，由于制冷剂吸热，使冷却盘管的壁面温度降到空气露点温度以下，因而空气被降温、减湿到状态B。离开冷却盘管的空气再经过空气加热器升温至状态C，这就达到了只减湿不降温的目的。在这里，冷却盘管以冷冻水或制冷剂做冷源4，为节省能源，空气加热器利用空调机组的冷凝热为热源5加热空气。

这种冷却减湿设备占地面积小，做成吊顶式可完全不占用地面有效空间；减湿效果好，出口空气温度相对可控；利用冷凝热(热回收的一种)，运行费用省；系统简单、成熟、可靠，使用、管理、维护方便。

但其也有致命的缺陷。由于采用冷却除湿方法排除室内余湿，冷却盘管的壁面温度需要低于室内空气的露点温度。实际使用中，有许多场所需要在低温高湿的环境下除湿。比如全封闭人工光型植物工厂，在植物的生长过程中会产生大量的余湿，即使空气的温度较低，相对湿度也会很大。在这种工况下进行冷却除湿，考虑到介质输送温差，要求冷源温度很低，最低时会低于0℃。如用水作冷媒，会产生冻结的危害。虽然加防冻剂可以缓解这个问题，但防冻剂对设备有腐蚀，运行管理成本也增加。如用制冷剂作冷媒，虽无冻结的危害，但冷却盘管的壁面温度也会低于0℃，其表面会结霜，时间一长，空气流道被堵，系统将无法运行。同时，冷源温度降低，空调系统的能效比也降低。

该过程的理论分析如图4所示。作为一个示例，假设需要减湿的状态A的空气的温度为16℃，相对湿度60％，经过冷却盘管，由于制冷剂吸热，使表面冷却盘管的壁面温度降到空气露点温度以下，因而空气被降温、减湿到状态B，这时的温度约4.5℃，相对湿度约90％。考虑到传热温差，取Δt＝5℃，则冷源温度tw1＜0℃。

发明内容：