CN1008768B - 建筑物的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明的建筑物空调系统，主要包括一作为低温热源安装在建筑物高处的第一热量储槽(1)、一作为高温热源安装在建筑物低处的第二热量储槽(2)、若干安装在(1)与(2)之间各种不同高度的空调器(3)和重力式热管(4，5，35、36、38、39)，空调器(3)即用该热管道与(1)及(2)连接起来。这种系统无需在安装有空调器的场所敷设作为热介质的水的通道。本系统有可能降低空调设备特别是装在低温热源设备中致冷器的容量。

Description

本发明总的说来涉及一种建筑物用的空调系统，特别涉及一种在安装空调器的场所无需敷设作为热介质的水的通道且容许使用容量较小的空调设备特别是致冷器的空调系统。

通常，建筑物中的空调系统历来是采用水作为在热源设备与各个空调器之间载送热量的热介质。但使用水作为传热介质，一旦空调器漏水，却是个麻烦事。因此最近建筑物的空调系统开始考虑引用氟利昂之类的挥发性物质作为热介质，直接在热源设备与空调系统各热交换器之间流通，借助该物质的挥发性减少液体泄漏所造成的麻烦。

采用挥发性热介质的这种系统包括一供冷却兼加热用的可置于建筑物屋顶上的室外装置和多个位于空调场所的室内装置，所述室外装置是一套热源设备，包括例如，一兼作为热泵用的致冷器，各所述室内装置则为一空调器和一连接室外和室内装置的热介质导管。

采用挥发性热介质且在结构上按上述设计的建筑物空调系统，是以直接膨胀法为基础的，根据该方法，热介质经室外装置中的冷凝器液化之后，通过热介质导管而直接供到室内装置中的蒸发器。在这种系统中，室外装置中压缩机所使用的冰机油，部分以雾状混入热介质中并在所述导管中循环。这些流向室内装置的热介质所夹带的冰机油需要加以回收并送回到室外装置的压缩机中。这种需要对空调系统的运行产生了各色各样的限制作用。

举例说，鉴于希望通过调节供到室内装置的热介质流量应能满足空 调场所空调负荷的变化，为了要达到回收的目的，冰机油的输送要求将热载体导管中的蒸汽流率维持在约6米/秒或以上。由于需要维持足够的蒸汽流量，调节作用受到限制。这样，由于正常调节不能使热介质的流量调节取得令人满意的效果，如果负荷变化而需要对输出进行控制时，对室内操作人员来说，唯一可选择的另一种方法是在时常开关各空调器中各风机的情况下，大体上要反复时常开关节流阀。这种控制方法一点也不值得推荐。

冰机油需要回收还严格限制了可以连接到室外装置的室内装置数目。实际上，对一台室外装置来说室内装置的数目只限于两台或三台。

热源设备（这实际上就是致冷机）要求具有较大的容量，因为需要适应负荷的峰值。要求大容量的另一个主因在于热介质是在压缩机所施加的压力下在所述致冷机中循环的。

在考虑到上述问题的基础上，本发明对提供解决上述问题的有利方法进行了研究。因此，本发明的主要目的是为建筑物提供这样一种空调系统，该空调系统既能放冷气又能供暖气，在装设空调器的场所无需敷设作为热介质的水的通道，可使空调设备，特别是致冷器，采用较小的容量使各室内装置的输出能轻易加以控制，且使得一室外装置所能连接的室内装置的数目比直接膨胀式的空调系统的多。

为克服现有技术空调系统的缺点并实现本发明上述的目的，本发明设计的建筑物空调系统包括：

第一热量储槽，作为低温热量储槽，要装在受空调建筑物的高处，例如屋顶等;

第二热量储槽，作为高温热量储槽，安装在受空调建筑物的低处，例如地下室等;

多个空气调节器，各安装在受空调的房间中或附近，安装高度在作为低温热量储槽的第一热量储槽与作为高温热量储槽的第二热量储槽之 间的安装高度;和

重力式热管，用以将所述空气调节器与第一热量储槽及第二热量储槽连接起来。

作为低温热量储槽的第一热量储槽最好装有冰式热量储槽。

所述重力式热管实质上是为使热介质在自身物相发生变化所产生的自然循环压力的作用下在热管道中循环而设计的。但根据本发明，该循环就不局限于只采用自然循环，而是部分借助于强迫循环系统（例如泵）进行强迫循环，以补充自然循环力或调节热介质的循环量。

本发明空调系统的操作情况如下。

物相变化和重力所提供的循环动力促使热介质（例如氟利昂）在重力式热管中循环，以便借助自然循环将热量在位于空调场所的空调器与各热量储槽之间传递。放冷气时，热介质通过空气调节器中的热交换器吸收空调场所的热负荷，在吸热时由液相变为汽相，并通过热管提升到作为低温热量储槽的第一热量储槽。接着汽相的热介质在第一热量储槽中通过冷却冷凝下来，藉重力通过热管下流，再返回到空气调节器中。供暖气时，热介质通过空气调节器中的热交换器吸收空调场所的热负荷，由汽相变为液相，藉重力通过热管下流到作为高温热量储槽的第二热量储槽。接着液相的热介质在第二热量储槽中通过加热蒸发起来，并通过热管上升到空气调节器中。

在本发明建筑物的空调系统中，不存在冰机油被夹带到室内装置的问题，也无需回收冰机油，因为热交换是发生在热储槽中强迫循环的热介质的系统与通过重力式热管自然循环的热介质的系统之间，且各系统彼此不同，彼此独立，因而热管（热量储槽也一样）构成热介质循环系统的一部分。因此，对在重力式热管自然循环的热介质的流量没有任何限制，同时各室内装置的流量可以这样控制，使其对应于与各空调房间的负荷成比例的热交换量而变化。

在热管的管道阻力小得足以使热介质轻易自然循环的场合，对连接到一个室外装置的室内装置的数目是没有特别的限制的。由于无需回收冰机油，对汽相热介质的流率没有最小流量限制。第一热量储槽使用的冰式热量储槽，其热量储存容量比同重量的水储槽的大，因而可以减少冰式热量储槽的重量，从而解决了在高处（例如屋顶，这种场所对装在其上的物体的重量是有所限制的）安装热量储槽的问题。

从上面介绍的情况可知，本发明空调系统的优点可归纳为以下几点。

由于在安装空调器的现场（例如空调房间）无需敷设作为热介质的水的通道，因而安装场所不存在漏水问题。由于热管中使用的热介质是氟利昂之类的挥发性物质，因而液体泄漏引起麻烦的可能性不大，因为万一泄漏，挥发性物质在短时间内就挥发掉。由于热量储槽是用作低温热源的，因此即使冷却热量储槽的致冷机的容量小，本系统也能令人满意地适应空调负荷的峰值。本系统有可能在广阔的范围内调节各室内装置的热介质流率，因而可轻易控制空调容量。本系统容许增加可与一室外装置连接的室内装置的数目，使其多于直接膨胀式空调系统相应的室内装置的数目。

从下面参照附图结合一些最佳实施例所作的叙述即可了解本发明的上述和其它目的和特点。附图中，

图1根据本发明的第一实施例的建筑物空调系统的原理流程图;

图2是根据本发明的第二实施例的建筑物空调系统的原理流程图。

在叙述本发明之前，应该指出的是，在两个附图中，同样的部件采用同样的编号和符号。

现在参看附图。图1是本发明第一实施例建筑物空调系统的原理流程图。本系统的装置都是按高度的技术条件安置就位的。作为低温热源的第一热量储槽（因此采用冰式热能储槽1）系安装在高处，例如屋顶上，作为高温热源的第二热量储槽（因此采用热水式热量储槽2）则安 装在低处，例如建筑物的地下室。冰式热量储槽1系用以储存显热和潜热而设计的（潜热的热能为显热热能的80倍），其储热容量大于只储存显热的冷水式热量储槽。冰式热量储槽的体积比冷水式热量储槽小得多，但储热容量可以和冷水式热量储槽的一样大，因此冰式热量储槽适宜安装在建筑物屋顶上。空调器3各作为室内装置配置在各种不同的高度，安装在空调场所介于冰式热量储槽1与热水式热量储槽2之间的各楼层。重力式热管4，5把各空调场所的空调器3与各热量储槽1、2连接起来。热管4，5中的氟利昂之类的热介质（图中的实线箭头表示液流，虚线箭头表示汽流）在空调器3和热量储槽1或2中经过热交换，物相发生变化，并在热管4、5中在空调器与热量储槽之间往复循环。在通过冰式热量储槽1的热管4中，在通有液相热介质的管段上和在液体分支流入不同的空调器3之前的位置设有液体贮槽6，在通到各自的空调器3的各下游管道中还设有流量调节阀7。这种配置方式使得空调器可按正比于空调场所冷却负荷的量从所述液体贮槽6提供热介质。在通过热水式热量储槽2的热管5中，在通有液体热介质的管段上和在液体热介质从各空调器3流出汇集到去热水式热量储槽2的循环液流之后的位置设有一液体贮槽8。在同一个热管5中，在通有液体热介质的管段上设有流量调节阀9。此外在同一个热管道5中通有液体热介质的上游管段上，在从相应的空调器3出来的各条管道上设有流量调节阀9和一个流量调节阀10，以控制下游段液体热介质的总流量。流向空调房间的热介质不是水，而是氟利昂之类的挥发性物质。这样，热介质损害装有空气调节器的场所的可能性不大，即使发生泄漏，挥发性物质也很快就蒸发掉。

为热量储槽提供低温能量或高温能量的热源装置是带有制冰机12的热泵式冷冻装置11。浆料泵13设在冰式热量储槽与制冰机12之间，使它可以将制冰机制造出来的冰压入所述冰式热量储槽1中。热水式热量回收管道15设在热交换器14（此热交换器装在热泵激冷器11的冷凝器中） 与热水式热量储槽2之间。泵16装在所述热水式热量回收管道15上，把热水压入热水式热量储槽2中。

热泵式冷冻装置11最好在夜间电费较低的时候操作，这样可以将获得的热能储存在热量储槽1或2中。储存在热量储槽1或2的热能原则上用以满足白天空调负荷的需要。在各空调器3另外直接连接有附加热源设备的不同方法中（图中未示出），将热源设备的输出与可从热量储槽1或2获得的热能混合起来可以减少加到附加热源设备上的负荷。当用此附加热源作为主热源，用来自热量储槽的能量作为辅助能量时可以减少附加热源设备满足尖峰负荷所需要的容量。无需采用辅助能源也可以达到同样的效果：除了以冰式热量储槽1作为低温热源直接冷凝热管道4中的热介质外，进一步将热泵式冷冻装置11的蒸发器（装在所述制冰机12中的蒸发器）划分为两个可替换的系统，一个系统中的蒸发器按上述类似的方式通到制冰机12中，另一系统中的蒸发器则直接通到热管4中。上面谈到的是致冷回路。同样，采暖时，除热水式热量储槽2外，也进一步将热泵式冷冻装置11中的冷凝器划分成两个可替换的系统，一个系统通到热水式热量储槽2，另一个系统直接通到热管4中，以构成在热管4中直接蒸发热介质的高温热源，这样也可以取得与上面相同的效果。热量储存操作的特性系数在放冷气时约为2.5，而在热管4直接冷却时预计约为4.5。

附图中，17表示蓄能器，18为膨胀阀，19为空气热交换器，20为压缩机，21为风机。

图2是本发明第二实施例的建筑物空调系统的原理流程图。图1中，热管4系与热管5分开安装，前者用以放冷气，后者用以供暖气。在第二实施例中，放冷气和供暖气时都通过切换采用同样的重力式单根热管31。因此各空调器3只有一个热交换器32。由若干重力式热管31组成的热介质导管具有一个竖向的液体主导管35和一个竖向的蒸汽主导管38两 导管都通过位于建筑物高处的低温热源（冷凝热管32中热介质的热交换器以下简称冷凝器）33、33′的热交换器与位于建筑物低处的高温热源（汽化热管道31中热介质的热交换器以下简称为汽化器）34的热交换器之间。此外，在各楼层，水平液体主管道36从竖向液体主管道35分支出来，水平蒸汽主管道39从竖向蒸汽主管道38分支出来。液体分支管37和蒸汽分支管40从水平液体主管道36和从水平蒸汽主管39延伸到各自的空调器，形成热介质回路。图中，实线箭头表示液体管道以及液体流动的方向，虚线箭头表示蒸汽管道以及蒸汽流动的方向，全部都是在放冷气时的工作情况。括弧中的箭头表示热介质在供暖气时的流动情况。放冷气和供暖气的切换是通过阀门41、42、42′、43和44进行的，这些阀门设在竖向液体主管道35和竖向蒸汽主管道38上。编号50表示供暖气时用的热介质流量调节阀。切换阀41设在水平液体主管道36上高于最高分支点的位置，切换阀42和42′设在水平蒸汽主管道39上高于最高分支点的位置，切换阀43设在水平液体主管道36上低于最低分支点的位置，切换阀44则设在水平蒸汽主管道39上低于最低分支点的位置。放冷气时，切换阀41、42、42′打开，切换阀43、44关闭。供暖气时，切换阀43、44打开，切换阀41、42、42′关闭。放冷气和供暖气时都通过切换各自的热介质回路采用同样的重力式热管，因而各空气调节器只用一个热交换器32，而且本系统只需一个流量调节阀供唯一的热交换器32使用，以调节供到热交换器32的低温热介质量。

为冷却热管31中的热介质，并联设置有冷凝器33和33′。冷凝器33是用冷冻水泵45通过冷冻水管系统46以在冰式热量储槽1与冷凝器之间的往复循环方式获得冷冻水供应的，并在顶端冷却热管31的冷凝管段。冰式热量储槽1局部与冰泥浆管道系统（设有浆料泵13）相连，该管系从热泵式冷冻装置11中的制冰机12延伸并向外分支，与所述冰式热量储槽相连。冰泥浆管道系统的另一端直接与冷凝器33′相连。冷冻水泵45 在结构上与泥浆泵相同，除能泵送冷水外还能泵送冰泥浆。提高汽化温度即可将制冰机12作为水冷冻装置使用。这时，冰式热量储槽1作为冷冻水式热量储槽使用，冰泥浆管道系统作为冷冻水管道系统使用，泥浆泵13则作为冷冻水泵使用。

在冷凝器33、33′并联安装的情况下，本系统可利用夜间电费较低的电源在冰式热量储槽中储存热能。负荷低时，只利用冷凝器33操作，负荷高时，可采用两个冷凝器33、33′操作。

热管31的蒸发器34由热水管道系统48供应热水，该管道系统有一个热水泵47，在热水式热量储槽与蒸发器34之间往复循环热水。蒸发器热管31较低端的蒸发管段。

尽管本发明系通过举例参照附图全面加以叙述的，但这里应该指出的是，熟悉本专业的人士都不难理解可以对这些实施例进行种种更改和修改的。因此，除非这类更改和修改脱离本发明的范围，否则它们应视为包括在本发明范围之内。

Claims (6)

1、一种建筑物的空调系统，其特征在于，该系统包括：

一个能产生较低温度的低温热源，所述低温热源包括一个安装在建筑物上较高位置处的第一热量储槽；

一个与在所述低温热源中产生的温度比较起来能产生较高温度的高温热源，所述高温热源包括一个在建筑物上与安装所述第一热量储槽位置比较起来安装在较低位置的第二热量储槽；

多个在建筑物中调节各有关地区的空调器，各个所述空调器安装在所述第一和第二热量储槽之间的一个有关位置处；以及

重力式热管，在所述多个空调器之间延伸，并有效地将所述多个空调器与所述高低温热源和高温热源接起来，以使热介质既在所述低温热源和多个空调器之间也在所述高温热源和多个空调器之间循环。

2、如权利要求1所述的建筑物空调系统，其特征在于，所述第一热量储槽（1）是个冰式热量储槽。

3、如权利要求1所述的建筑物空调系统，其特征在于，所述低温热源配备有热泵式冷冻装置（11），用以在所述第一热量储槽中储存低温能量，在所述第二热量储槽（2）中储存热量。

4、如权利要求3所述的建筑物空调系统，其特征在于，该系统配备有一热交换器（33′）作为热介质的冷凝器，所述热交换器（33′）连接到装在所述热泵式冷冻装置（11）中的蒸发器，并与所述第一热量储槽（1）这样连接，使所述热交换器（33′）与所述第一热量储槽（1）之间形成并联配置方式，且所述重力式热管道（35，38）与所述第一热量储槽（1）并与所述热交换器（33′）并联连接。

5、如权利要求1所述的建筑物空调系统，其特征在于，所述重力式热管包括第一热管（4）和第二热管（5），所述热管（4）都把所述空气调节器（3）与所述第一热量储槽（1）连接起来，第二热管（5）则把所述空气调节器（3）与所述第二热量储槽（2）连接起来。

6、如权利要求1所述的建筑物空调系统，其特征在于，所述重力式热管包括一竖向液体主管道（35）和一竖向蒸汽主管道（38），两者把所述第一热量储槽（1）与所述第二热量储槽（2）连接起来，且在各自的上端和下端具有一切换阀（41、42、43、44）和一水平液体主管道（36）和一水平蒸汽主管道（39），后两者分别从所述竖向热管分支出来与空调器（3）连接。

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