CN100516675C - 直接供冷水蓄冷空调系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接供冷水蓄冷空调系统及其运行方法，在制冷主机的出口分支路前设置电动阀V1；在供冷泵吸口端与空调末端总回水管之间设置连通管，并在连通管上设置电动调节阀V3，在供冷支路上设置电动调节阀V4；通过对上述电动阀开或关的选择，组成各种工况的回路结构，实现系统不同运行方式的控制。本发明结构紧凑，控制简单，可实现多种运行策略的相互转换。在满足外部负荷需要的同时，合理分配制冷主机及蓄冷槽的输出冷量，提高蓄冷槽冷量利用率，以最大程度转移高峰用电，节省运行费用。

Description

直接供冷水蓄冷空调系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种水蓄冷空调系统，具体是一种平衡分配制冷主机及蓄冷槽输出冷量的直接供冷水蓄冷空调系统；本发明还涉及该系统的运行方法。

背景技术

水蓄冷空调是指利用低谷电力将冷量储存在蓄冷槽中，在用电高峰时再把冷量释放的一种技术。随着电力部门峰谷电价的积极实施，水蓄冷作为经济的蓄冷方式，越来越广泛地被运用，水蓄冷技术也日益成熟。

直接供冷水蓄冷系统在空调水蓄冷系统中应用较为普遍，特别是在建筑物高度低于35米的空调系统中的应用。常用的直接供冷水蓄冷系统(如图1所示)包括制冷主机1、蓄冷槽2、空调末端3、蓄冷泵4、供冷泵5和电动阀门组成，所述的制冷主机1的进口与蓄冷泵4的出口连接，制冷主机的1的出口后分为两支路，其中，一路为蓄冷支路：电动阀V2的一端连接制冷主机1，另一端与蓄冷槽2的低进出口连接，蓄冷槽2高进出口与蓄冷泵4的进口连接；另一路为供冷支路：供冷泵5的进口与制冷主机1连接，其出口与空调末端3连接，空调末端3的另一端与蓄冷泵4的进口连接；系统不采用换热器，而采用制冷主机1和蓄冷槽2直接向用户供冷，具有系统简单、一次投资低、温度梯度损失小等优点，提高水蓄冷系统的效率。

但是此类直接供冷水蓄冷系统存在如下问题：

1)空调供水温度T3不能进行恒定调节，造成空调回水温度波动过大，回水进入蓄冷槽的混合冷损失将偏大。

2)供冷工况下，蓄冷槽不能实现恒量供冷，即不能实现冷槽优先的运行策略。

3)由于空调回水温度的波动过大，当回水温度偏低时，制冷主机将卸载，因而不能保证制冷主机的恒量供冷，即不能实现制冷主机优先的运行策略。

4)蓄冷槽优先即蓄冷槽在供冷阶段对冷量释放加以控制，释放过多，不能满足放冷后期外部负荷的需要，放冷过少，蓄冷量积压，不能充分利用蓄冷进行供冷，将造成制冷主机供冷量增加，也即增加了运行费用。

5)制冷主机优先即制冷主机作为基载运行，供冷不足部分释放蓄冷槽储存冷量来补充。如果制冷主机制冷量不能恒定在一定范围内，则可能造成蓄冷槽的提前释冷完毕，到供冷后期，制冷主机将不能满足外部负荷的需要。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种可平衡分配制冷主机及蓄冷槽输出冷量的直接供冷水蓄冷空调系统。

本发明的第二个目的是提供上述系统的运行方法。

本发明的第一个目的可以通过以下的技术方案予以实现：一种直接供冷水蓄冷空调系统，包括制冷主机、蓄冷槽、空调末端、蓄冷泵、供冷泵和电动调节阀V2，所述的制冷主机的进口与蓄冷泵的出口连接，制冷主机的出口分为两支路，其中，一路为蓄冷支路：电动调节阀V2的一端连接制冷主机，另一端与蓄冷槽的低进出口连接，蓄冷槽高进出口与蓄冷泵的进口连接；另一路为供冷支路：供冷泵的进口与制冷主机连接，其出口与空调末端连接，空调末端的另一端与蓄冷泵的进口连接；其特征在于：所述的制冷主机的出口分支路前还连接有电动阀V1；在所述的供冷泵吸口端与空调末端总回水管之间设有一连通管，连通管上设有电动调节阀V3，所述的供冷支路的供冷泵的进口还接有电动调节阀V4，所述的电动调节阀V4的两端分别连接于所述的蓄冷回路和供冷回路的交接点与连通管和供冷回路的交接点之间。

本发明所述的蓄冷槽的低进出口管上设有能量控制器，以控制、恒定蓄冷槽的释冷量，从而实现蓄冷槽的冷优先的运行策略。

本发明的第二个目的是通过以下的控制予以实现的：上述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，通过对电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4开或关的选择，组成各种工况的回路结构，实现系统不同运行方式的控制。

关闭电动调节阀V4，开启电动阀V1、电动调节阀V2，制冷主机、蓄冷槽、蓄冷泵、电动阀V1、电动调节阀V2连接成蓄冷回路结构，实现制冷主机的单独蓄冷运行方式。

关闭电动阀V1，开启电动调节阀V2、V3、V4，蓄冷槽、供冷泵、电动调节阀V2、电动调节阀V4、空调末端、电动调节阀V3连接成放冷回路结构，实现蓄冷槽的放冷运行方式。

启动电动阀V1、电动调节阀V3、V4，关闭电动调节阀V2，制冷主机、电动阀V1、电动调节阀V4、供冷泵、空调末端、电动调节阀V3、蓄冷泵连接成供冷回路结构，实现制冷主机1的单独供冷运行方式。

启动电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，制冷主机、蓄冷槽、空调末端、蓄冷泵、供冷泵、连通管连成制冷主机边蓄冷边供冷回路结构，制冷主机出来的冷水一部分进入蓄冷槽蓄存，一部分经供冷泵输入外部空调系统进行供冷，实现制冷主机的边蓄冷边供冷运行方式。

启动电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4调节；电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，制冷主机、蓄冷槽、空调末端、蓄冷泵、供冷泵连成的制冷主机与蓄冷槽的联合供冷回路结构，构成制冷主机与蓄冷槽的联合供冷运行方式。在上述的基础上，启动电动阀V1，制冷主机1流量恒定，调节电动调节阀V3、V4及供冷泵5的流量，抽取蓄冷槽2内冷水做为冷量补充，构成制冷主机放冷优先的运行方式。启动电动阀V1，能量控制器Q控制电动调节阀V2，使蓄冷槽2的供冷量恒定，制冷主机1根据其蒸发器出口温度自动卸载和减载，，实现蓄冷槽放冷优先的运行方式。

本发明的有益效果是：

(1)本发明结构紧凑，控制简单，可实现多种运行策略的相互转换；在满足外部负荷需要的同时，合理分配制冷主机及蓄冷槽的输出冷量，提高蓄冷槽冷量利用率，以最大程度转移高峰用电，节省运行费用。

(2)在制冷主机与蓄冷槽联合供冷工况下，设置在供冷支路的电动调节阀V4和连通管的电动调节阀V3共同作用，可对供冷泵进口的供冷温度T3进行恒温控制，限制空调回水温度波动在较小的范围内，减少回水进入蓄冷槽的混合冷损失，以改变蓄冷槽的放冷量，可实现制冷主机1放冷优先的运行策略。

(3)在供冷工况下，由于蓄冷槽的出口设置了能量控制器，实现蓄冷槽的恒温供冷，并可实现蓄冷槽优先的运行策略。

(4)由于限制了空调回水的波动在较小的范围内，可保证回水的温度，保证制冷主机的恒量供冷，可实现制冷主机的运行策略。

(5)蓄冷槽优先即蓄冷槽在供冷阶段对冷量释放加以控制，充分利用蓄冷进行供冷，不会造成制冷主机供冷量增加，降低了运行费用。

(6)制冷主机优先即制冷主机作为基载运行，供冷不足部分释放蓄冷槽储存冷量来补充；由于制冷主机制冷量恒定在一定范围内，不会造成蓄冷槽的提前释冷完毕，到供冷后期，制冷主机也能满足外部负荷的需要。

附图说明

图1是现有直接供冷水蓄冷系统的原理图；

图2是本发明的系统结构图；

图3是本发明的制冷主机蓄冷工况图；

图4是本发明的蓄冷槽供冷工况图；

图5是本发明的制冷主机供冷工况图；

图6是本发明的制冷主机与蓄冷槽联合供冷工况图；

图7是本发明的制冷主机边蓄冷边供冷工况图。

具体实施方式

如图2所示，一种可平衡分配制冷主机及蓄冷槽输出冷量的直接供冷水蓄冷空调系统，包括制冷主机1、蓄冷槽2、空调末端3、蓄冷泵4、变频运行的供冷泵5和电动阀门组成，其中，制冷主机1的进口与蓄冷泵4的出口连接，制冷主机的1的出口连接电动阀V1后分为两支路，其中，一路为蓄冷支路：电动调节阀V2的一端连接电动阀V1，另一端与蓄冷槽2的低进出口连接，蓄冷槽2高进出口与蓄冷泵4的进口连接；另一路为供冷支路：电动调节阀V4的两端分别连接于所述的蓄冷回路和供冷回路的交接点与通管6和供冷回路的交接点之间。

供冷泵5的出口与空调末端3连接，空调末端3的另一端与蓄冷泵4的进口连接；供冷泵5吸口端与空调末端3总回水管之间设有一连通管6，连通管6上设有电动调节阀V3。

蓄冷槽2的低进出口管上设有能量控制器Q，以控制、恒定蓄冷槽2的释冷量，从而实现蓄冷槽2的冷优先的运行策略。能量控制器Q是以电子流量计为基础的单元体，其适时能量显示值是蓄冷槽2的适时进出口温度差(ΔT＝T2-T1)与通过蓄冷槽2适时流量的乘积。

系统运行的原理如下(虚线部分为各运行工况下的回路)：

如图3所示的制冷主机蓄冷工况，该运行工况下：电动阀V1、电动调节阀V2打开，制冷主机1、蓄冷泵4运行。当蓄冷温度T2达到设定温度时，蓄冷结束。

如图4所示的蓄冷槽单独供冷工况，该工况下：电动调节阀V2打开，电动调节阀V3和电动调节阀V4根据供冷温度T3进行调节，以保持恒定的供冷温度。供冷泵5根据供冷环路总供回水管的压差进行变频调节，以达到节能的效果。当放冷温度T1达到设定的温度时，表明蓄冷槽2冷量已释放完毕，该工况停止。

如图5所示的制冷主机单独供冷工况，该工况下：电动阀V1、电动调节阀V3、V4打开。制冷主机1、蓄冷泵4、供冷泵5运行。制冷主机1根据其出口温度进行卸载和加载。

该模式相当于常规的二次泵供冷系统，蓄冷泵4相当于初级泵，保证冷水机组蒸发器恒定流量运行，以保证冷机在正常工况下运行。供冷泵5相当于二次泵，根据外部负荷变频运行，即根据供冷环路总供回水管的压差进行变频调节。如果供冷泵5流量大于蓄冷泵4的流量，则多余流量不经过制冷主机1而通过旁通管6回到供冷泵5进口。如果供冷泵5流量小于蓄冷泵4，则蓄冷泵4的多余流量通过旁通管6回到蓄冷泵4的进口。

如图6所示的制冷主机与蓄冷槽联合供冷工况，该工况下：电动阀V1打开，电动调节阀V2、V3、V4调节。制冷主机1、蓄冷泵4、供冷泵5运行。

该工况可分为制冷主机优先和蓄冷槽优先供冷两种运行策略。

制冷主机优先供冷策略是指制冷主机1以恒定供冷量对外供冷，不足部分由蓄冷槽2释冷补充。该运行策略下，由于冷制冷主机1流量恒定，通过电动调节阀V3、V4及供冷泵5的流量调节，适量抽取蓄冷槽2内冷水做为冷量补充，以满足外部负荷的需要。

蓄冷槽优先供冷策略是指蓄冷槽2的供冷量Q控制电动调节阀V2，使蓄冷槽2的供冷量恒定，制冷主机1根据其蒸发器出口温度自动卸载和减载满足外部负荷的要求。

如图7所示的制冷主机边蓄冷边供冷工况，该工况下：电动阀V1、电动调节阀V2打开，电动调节阀V3、V4根据供冷温度T3调节。制冷主机1出来的冷水一部分进入蓄冷槽2蓄存，一部分经供冷泵5输入外部空调系统进行供冷。此时制冷主机1的供冷量应大于外部负荷。

Claims (10)

1、一种直接供冷水蓄冷空调系统，包括制冷主机(1)、蓄冷槽(2)、空调末端(3)、蓄冷泵(4)、供冷泵(5)和电动调节阀V2，所述的制冷主机(1)的进口与蓄冷泵(4)的出口连接，制冷主机的(1)的出口分为两支路，其中，一路为蓄冷支路：电动调节阀V2的一端连接制冷主机(1)，另一端与蓄冷槽(2)的低进出口连接，蓄冷槽(2)高进出口与蓄冷泵(4)的进口连接；另一路为供冷支路：供冷泵(5)的进口与制冷主机(1)连接，其出口与空调末端(3)连接，空调末端(3)的另一端与蓄冷泵(4)的进口连接；其特征在于：所述的制冷主机(1)的出口分支路前还连接有电动阀V1；在所述的供冷泵(5)吸口端与空调末端(3)总回水管之间设有一连通管(6)，连通管(6)上设有电动调节阀V3；所述的供冷支路还接有电动调节阀V4，所述的电动调节阀V4的两端分别连接于蓄冷回路和供冷回路的交接点与连通管(6)和供冷回路的交接点之间。

2、根据权利要求1所述的直接供冷水蓄冷空调系统，其特征在于：所述的蓄冷槽(2)的低进出口管上设有能量控制器。

3、一种如权利要求1所述的直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：通过对电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4开或关的选择，组成各种工况的回路结构，实现系统不同运行方式的控制。

4、根据权利要求3所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：关闭电动调节阀V4，开启电动阀V1、电动调节阀V2，制冷主机(1)、蓄冷槽(2)、蓄冷泵(4)、电动阀V1、电动调节阀V2连接成蓄冷回路结构，构成制冷主机(1)的单独蓄冷运行方式。

5、根据权利要求3所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：关闭电动阀V1，开启电动调节阀V2、V3、V4，蓄冷槽(2)、供冷泵(5)、电动调节阀V2、电动调节阀V4、空调末端(3)、电动调节阀V3连接成放冷回路结构，构成蓄冷槽(2)的放冷运行方式。

6、根据权利要求3所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：启动电动阀V1、电动调节阀V3、V4，关闭电动调节阀V2，制冷主机(1)、电动阀V1、电动调节阀V4、供冷泵(5)、空调末端(3)、电动调节阀V3、蓄冷泵(4)连接成供冷回路结构，构成制冷主机(1)的单独供冷运行方式。

7、根据权利要求3所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：启动电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，制冷主机(1)、蓄冷槽(2)、空调末端(3)、蓄冷泵(4)、供冷泵(5)、连通管(6)连成制冷主机(1)边蓄冷边供冷回路结构，制冷主机(1)出来的冷水一部分进入蓄冷槽(2)蓄存，一部分经供冷泵(5)输入外部空调系统进行供冷，构成制冷主机(1)的边蓄冷边供冷运行方式。

8、根据权利要求3所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：启动电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4调节；电动阀V1、电动调节阀V2、V3、V4，制冷主机(1)、蓄冷槽(2)、空调末端(3)、蓄冷泵(4)、供冷泵(5)连成的制冷主机(1)与蓄冷槽(2)的联合供冷回路结构，构成制冷主机(1)与蓄冷槽(2)的联合供冷运行方式。

9、根据权利要求8所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：启动电动阀V1，制冷主机(1)流量恒定，调节电动调节阀V3、V4及供冷泵(5)的流量，抽取蓄冷槽(2)内冷水做为冷量补充，构成制冷主机(1)放冷优先的运行方式。

10、根据权利要求8所述直接供冷水蓄冷空调系统的运行方法，其特征在于：启动电动阀V1，能量控制器Q控制电动调节阀V2，使蓄冷槽(2)的供冷量恒定，制冷主机(1)根据其蒸发器出口温度自动卸载和减载，构成蓄冷槽(2)放冷优先的运行方式。

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