CN101576303B - 一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，包括主机、冷风机盘管、进风管道和出风管道，冷风机盘管上设置有进风口、出风口、风机和水冷盘管，所述主机系统包括一大保温蓄水池、水泵和能量循环系统，能量循环系统主要包括压缩机、蒸发器和冷凝器；所述大保温蓄水池设置有一补水口和两对进出口，其中一对进出口连通蒸发器盘管外内腔，另外一对进出口连接水冷盘管；整个空调系统还包括一新风预处理装置。总之，本发明系统主机运行在晚上，冷风机盘管的空调使用在白天，使高能耗主机错开白天用电高峰，可成倍地降低费用；同时冷风机盘管的进风全部或大部分采用外界的新鲜空气，室内环境具有环保、舒适、健康的特点。

Description

一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统

技术领域

本发明涉及中央空调系统，特别是一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统。 

背景技术

在目前，水系统的中央空调系统如图1所示，其主要包括主机1′、冷风机盘管2′、进风管道3′和出风管道4′，其中主机1′由压缩机11′、冷凝器12′、蒸发器13′组成，冷风机盘管2′上设置有进风口21′、出风口22′、风机23′和水冷盘管24′，所述进风管道3′一端与冷风机盘管的出风口22′连接，另一端与降温房间5′连接，出风管道4′一端与房间5′连接，另一端与冷风机盘管进风口21′连接进行回风。 

在此，以制冷过程为例，工作时，主机1′通过与外界的热量交换，使蒸发器13′盘管外内腔131′的水降温到8℃左右，而降温后的水经水泵6′送往冷风机盘管的水冷盘管24′中，与此同时，冷风机盘管的风机23′工作，从冷风机盘管的进风口21′吸入35℃～40℃的空气，吸入的空气与冷风机盘管的水冷盘管24′进行热交换，使空气一次性降温到18℃左右，随后由风机23′送往待降温的房间5′，而同时水冷盘管24′中的水升温到14℃左右回到蒸发器13′。 

在这个过程中，进风空气从35℃～40℃到18℃只经过一次降温，温差很大，带给空调冷风机盘管2′的负担也很大，产生的能耗很高，机 组长期处于高温高压下运行，使用寿命短。 

在实际当中，为避免冷气散失、实现房间5′的迅速降温，开空调的房间5′实行封闭式结构，即冷风机盘管进风口21′直接与设置在各个房间的回风出风管道4′连通，其直接抽取房间5′回风而进行进风，即出风管道4′→冷风机盘管2′→进风管道3′→降温房间5′→出风管道4′形成一密闭环境。该工作特点导致是室内空气在整个降温过程与外界不交换，无新鲜空气进入，各房间5′内的空气品质很差，对于长期生活和工作在该环境中的人的身体健康会造成严重的不良影响，经常会引起人们所谓“空调病”的各种不适，而且也很容易形成各种传播性疾病的交叉感染。此外，密闭式的空气循环还会导致空气干燥，造成人体的皮肤干裂，同时过于干燥的空气还会产生大量的灰尘，对人的呼吸道系统造成严重的损伤。而对于工业车间来说，因其回风空气温度高达50℃～60℃，这将会带给主机1′系统更大的负担和更多的能耗，同时因回风中带有大量的粉尘，会对整个空调产生堵塞，需定时进行拆卸清理，费时且浪费人力。 

此外，以上系统为一实时的运行系统，即主机1′、冷风机盘管2′的运行和房间降温必须是同时进行的，这一方面会产生大量噪音，给人们的工作造成很大的影响，另一方面因空调集中在白天工作时间使用，造成白天出现用电高峰，晚上出现用电低谷。而目前电能也是一种不可储存的能源，只能是用多少发电多少，白天用电高峰的出现会导致发电设备超负荷运转，而一旦到晚上出现用电低谷，则又会导致大量的发电设备闲置，造成资源浪费。为此，政府出台了政策限制白天用电，鼓励 晚上用电，一般白天7点～晚上21点期间的单位电费采用高价格计算，晚上21点到第二天早上7点期间的单位电费采用低价格计算，且前者一般是后者的好几倍，这种政策的出台，直接导致空调使用者的能耗费用成倍增加。 

现以2000平方的降温空间为例，现有主机蒸发器13′的盘管热效率不是很高，其1HP每小时要消耗0.735度电，制冷量为2250大卡，能够实现15～20平方左右空间的降温，在此取最低值15平方，而白天峰值的电价为1.1元/度，晚上低谷的电价为0.4元/度，每天开机8小时计算。 

根据这些数值，我们可以计算所需要各种数值，其中 

所需要的制冷总量为： 

总制冷面积*单位面积单位时间所需冷量*时间≈2000*(2250/15)*8＝2400000大卡 

主机功率为： 

总制冷面积/主机单位功率制冷面积＝2000/15≈133HP； 

所需要的能耗费用为： 

主机总功率*主机单位功率耗电量*开机时间*单位电价≈133*0.735*8*1.1＝860.244(元)； 

从上可知，所需的空调主机1′功率约为133HP，功率比较大，而每天的能耗费用也高达860元。 

发明内容

针对上述问题，本发明设计了一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，系统主机的能量循环系统采用现有中央空调的制冷系统或0℃冰水制冷系统，其主机在晚上运行进行储能，冷风机盘管的在白天进行空调运作，从而使高能耗的主机错开白天用电高峰，可成倍地降低能耗费用；同时冷风机盘管的进风采用外界的新鲜空气，空调降温的室内环境具有环保、舒适、健康的特点。 

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，包括主机、冷风机盘管、进风管道和出风管道，冷风机盘管上设置有进风口、出风口、风机和水冷盘管，其特征在于：所述主机系统包括一大保温蓄水池、水泵和能量循环系统，其中能量循环系统主要包括由管路循环连接的压缩机、蒸发器和冷凝器；所述大保温蓄水池设置有一补水口和两对进出口，其中一对进出口通过水泵连通蒸发器的盘管外内腔的进水口和出水口，另外一对进出口通过水泵连接冷风机盘管的水冷盘管；同时整个空调系统还包括一新风预处理装置。 

上述蒸发器的盘管分为若干个小段的短盘管，各个短盘管之间并联设置，每个短盘管的进口都连通壳体上部的盘管进液口，进液口与冷凝器连接，每个短盘管的出口都连通壳体下部的盘管回气口，回气口与压缩机连接；同时壳体内垂直设置多个导热性能良好的板型片，板型片与各个短盘管外表面直接接触，板型片把壳体内腔分成若干个上下连通的水通道。 

上述各个板型片呈“S”型设置安装。 

上述保温蓄水池内设置一温控器。 

上述保温蓄水池内设置有水位仪。 

上述新风预处理装置包括一温室，温室底部蓄水，温室墙体采用湿帘墙结构，温室顶部采用隔热材料包裹，其中湿帘墙结构由水泵从温室底部的蓄水进行供水；所述冷风机盘管设置在温室内，冷风机盘管的进风口水平设置在温室底部蓄水的水面上方，冷风机盘管的出风口连通进风管道，进风管道另一端与降温房间连接，而出风管道抽取降温房间内的空气与外界连通或部分进行回风处理。 

上述冷风机盘管的进风口和温室底部蓄水水面之间的距离不大于5cm。 

本发明主机运行过程和冷风机盘管的运行过程可分开进行。以空调制冷为例，一般在晚上冷风机盘管不工作，而主机开启，使大保温蓄水池中的水不断被降温而进行冷量存储(空调进行制热时水被加热进行热量存储)。而在白天工作时间中，主机不工作，只冷风机盘管运转，由大保温蓄水池中的冷水对冷风机盘管进风进行降温，从而实现对室内环境的降温。该种制冷工作方式，错开了白天的用电高峰，有效地利用了晚间低谷电的低电价优势，从而使得整个社会白天和晚上的用电量得以平衡，不会大起大落，避免了发电设备在白天的超负荷运转或在晚上的闲置，使现有资源得到充分利用。同时对于空调使用者来说，因主机集中在晚上低电价时间段运行，一方面减少了白天的工作噪音，改善了工作环境，同时也节省了大量的能耗费用。 

本发明能量循环系统可采用现市面上中央空调的系统，其蒸发器的热交换一般，以制冷为例，1HP的主机功率每小时能产生2250大卡的冷 量。此外，本发明主机也可采用0℃冰水系统，即蒸发器采用专门设计的板式蒸发器，其热交换效率更高，1HP的主机功率每小时能产生2900大卡的冷量，这对于同一降温面积同一降温时间，与目前传统的中央空调相比，可以使用更低功率的主机，使能耗更低，达到节能和进一步节省费用的目的。 

此外，本发明还包括新风预处理装置，使空调进风清洁卫生、湿度适中。在本发明系统中，进风管道抽取的空气全部或大部分来源于外界的新鲜空气，空气质量高，不会对长期生活或工作在空调环境中的人的身体健康造成不良的影响，可有效避免各房间内空气的交叉感染，具有舒适健康的特点。此外，外界的空气经过水帘、水浴、水冷盘管的三次梯度式降温(空调制热时为升温)处理，每次降温的幅度都不是很大，特别是对于最后一次由水冷盘管实现的降温幅度更小，可有效降低冷风机盘管的负担，大大降低了机组的能耗，达到了绿化节能的效果，同时机组在低温低压下工作，可大大延长其使用寿命。同时水帘、水浴的新风处理方式，使得空气变的清洁卫生，湿度适中，解决了室内空气过于干燥的问题。 

在此，抽取房间内空气的出风管道安装方式有两种，对于工业车间，因其回风温度高达50℃～60℃，且空气中带有大量的粉尘，出风管道出口全部直接外界连通，进行全新风进风工作。而对于办公室、宾馆、饭店、娱乐场所等，因降温后的空气温度不是很高、粉尘也不多，为避免冷气的浪费，出风管道大部分连通外界，另一小部分输送回温室进行回风处理，进行大部分的新风进风工作。 

总之，本发明为一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，系统的主机能量循环系统采用普通中央空调的能量循环系统或0℃冰水制冷系统，其结合保温蓄水池，在晚上进行制冷储存冷量或制热存储热量，而冷风机盘管的运行使用在白天进行，从而使高能耗的主机运行错开白天用电高峰，可成倍地降低能耗费用。同时冷风机盘管的进风全部或大部分采用外界的新鲜空气，空调降温的室内环境具有环保、舒适、健康的特点。 

附图说明

图1、现有中央空调的结构布局示意图； 

图2、本发明结构布局示意图； 

图3、本发明的第二种实施方式的结构布局示意图； 

图4、本发明板式蒸发器的结构示意图。 

具体实施方式

如图2所示，一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，包括主机1、冷风机盘管2、进风管道3和出风管道4。冷风机盘管上设置有进风口21、出风口22、风机23和水冷盘管24。 

所述主机1系统包括一大保温蓄水池11、水泵12和能量循环系统13。 

其中，能量循环系统13主要包括由管路循环连接的压缩机131、冷凝器132和蒸发器133。在此，本发明能量循环系统可采用现市面上中央空调的系统，其蒸发器133的热交换一般，以空调制冷为例，1HP的主机功率每小时能产生2250大卡的冷量。此外，如图3和4所示，本发 明主机也可采用0℃冰水系统，即蒸发器133采用专门设计的板式蒸发器，其热交换效率更高，1HP的主机功率每小时能产生2900大卡的冷量，这对于同一降温面积同一降温时间，与目前传统的中央空调相比，可以使用更低功率的主机，使能耗更低，达到节能和进一步节省费用的目的。 

保温蓄水池11的蓄水量根据实际空调面积和空调总能量进行设计。所述保温蓄水池11设置有两对进出口111、112、113、114和一补水口115，其中进口111和出口112，进口113和出口114对应。所述出口112、通过水泵12连通蒸发器133的盘管外内腔1331的进水口1332，进口111连通蒸发器133出水口1333，出口114通过水泵117连接冷风机盘管的水冷盘管24进口，水冷盘管24回水通过管路与进口113连通。同时保温蓄水池11内设置有水位仪118，当里面水位达到警戒线时即发信号通过补水口进行补水。另外保温蓄水池11内还设置一温控器119，在蓄水池11储能过程中用于控制主机1的运行，在空调降温或制热过程中用于控制冷风机盘管2的运行。 

在此，蓄水池11中的蓄水经工作运行后的最低温度由主机1决定，最高温度由冷风机盘管水冷盘管24的回水温度决定，以制冷为例，一般利用传统中央空调的能量循环系统13，其最低温度可达8℃，而从冷风机盘管24回来的回水温度为14℃；而当能量循环系统13采用0℃冰水系统时，其最低温度可达0℃，而从冷风机盘管24回来的回水温度为14℃。而在制热过程中，蓄水池11中的蓄水将被主机1加热到45℃左右。 

同样以2000平方的降温空间为例，需要的制冷总量为2400000大卡，能量循环系统采用现有市面上中央空调的系统，即蒸发器采用传统结构， 其1HP每小时要消耗0.735度电，制冷量为2250大卡，而白天峰值的电价为1.1元/度，晚上低谷的电价为0.4元/度，主机开机晚上21点到第二天早上7点共10小时，蓄水池中的水到温从最高14℃降低到8℃。 

根据上述数据，我们可以计算得出以下数值。 

大保温蓄水池的蓄水量为： 

制冷总量/降温温差＝2400000/(14-8)＝400000KG＝400T； 

主机功率为： 

制冷总量/(主机单位功率单位时间制冷量*制冷时间)＝2400000/(2250*10)≈107HP； 

所需要的能耗费用为： 

主机总功率*主机单位功率耗电量*开机时间*单位电价≈107*0.735*10*0.4＝314.58(元)； 

蓄水池11需要的蓄水量为400T，而与现有中央空调系统相比，主机1功率降低了四分之一，能耗费用降低为原来860元的一半不到。 

此外，本发明主机1的能量循环系统13也可采用0℃冰水系统，如图3和4所示，其蒸发器133采用专门设计的板式蒸发器，蒸发器盘管1334分为若干个小段的短盘管，各个短盘管之间并联设置，每个短盘管的进口都连通壳体上部的盘管进液口1336，进液口1336与冷凝器132连接，每个短盘管的出口都连通壳体下部的盘管回气口1335，回气口1335与压缩机131连接；同时蒸发器133壳体内设置多个导热性能良好呈“S”型设置的板型片1337，板型片1337与各个短盘管外表面直接接触，板型片1337把壳体内腔1331分成若干个上下连通的水通道。 

该蒸发器为0℃冰水系统专门设计的板式蒸发器，短盘管的结构使的冷媒介质的运行路线更短，速度更快，而“S”型设置的板型片相当于扩展了盘管1334与水的接触面积，使热交换面积成倍的增加，热交换效率更高，主机1能使蓄水池11中的水降温到0℃，1HP的主机功率每小时能产生2900大卡的冷量。这对于同一降温面积同一降温时间，与目前传统的中央空调主机相比，可以使用更低功率的主机，使能耗降低，更具有节能和节省费用的效果。 

同样以2000平方的降温空间为例，需要的制冷总量为2400000大卡，主机板式蒸发器133的热效率比较高，其1HP每小时要消耗0.735度电，制冷量为2900大卡，而白天峰值的电价为1.1元/度，晚上低谷的电价为0.4元/度，主机开机晚上21点到第二天早上7点共10小时，蓄水池中的水温从最高14℃降低到0℃。 

根据上述数据，我们可以计算得出以下数值。 

大保温蓄水池的蓄水量为： 

制冷总量/降温温差＝2400000/(14-0)≈171429KG＝171.429T； 

主机功率为： 

制冷总量/(主机单位功率单位时间制冷量*制冷时间)＝2400000/(2900*10)≈83HP； 

所需要的能耗费用为： 

主机总功率*主机单位功率耗电量*开机时间*单位电价≈83*0.735*10*0.4＝244.02(元)； 

从上可知，所需的蓄水量为171.429T，空调主机1功率仅约为83HP， 功率相比市面上的中央空调降低到原来的三分之二不到，而每天的能耗费用只有244元，是原来的三分之一不到。 

此外，整个空调系统还包括一新风预处理装置，该装置包括一温室61，温室底部蓄水62，温室墙体采用湿帘墙结构63，温室顶部采用隔热材料64包裹。其中湿帘墙结构63由水泵631从温室底部的蓄水62进行供水。所述冷风机盘管2设置在温室61内，冷风机盘管的进风口21水平设置在温室底部蓄水62的水面上方，其与水面之间的距离不大于5cm。冷风机盘管的出风口22连通进风管道3，进风管道3另一端与降温房间5连接，而出风管道4抽取降温房间5内的空气与外界连通或部分通过小管道41进行回风处理。 

本发明主机1运行过程和冷风机盘管2的运行过程可分开进行。一般在晚上冷风机盘管2不工作，而主机1开启，从而使大保温蓄水池11中的水不断被降温而进行冷量存储(空调制冷)或被升温进行热量存储(空调制热)。在此，以制冷为例，在白天工作时间中，主机1不工作，只冷风机盘管2运转，由大保温蓄水池11中的冷水对冷风机盘管2进风进行降温，从而实现对室内环境的降温。该种制冷工作方式，错开了白天的用电高峰，有效地利用了晚间低谷电的低电价优势，从而使得整个社会白天和晚上的用电量得以平衡，不会大起大落，避免了发电设备的超负荷运转或闲置，使现有资源得到充分利用。同时对于空调使用者来说，因主机1集中在晚上低电价时间段运行，一方面减少了白天的工作噪音，改善了工作环境，同时也节省了大量的能耗费用。 

本发明的新风预处理装置，使空调进风清洁卫生、湿度适中。在本 发明系统中，进风管道3抽取的空气全部或大部分来源于外界的新鲜空气，空气质量高，不会对长期生活或工作在空调环境中的人的身体健康造成不良的影响，可有效避免各房间5内空气的交叉感染，具有舒适健康的特点。以制冷为例，在工作时，作为墙体的湿帘墙结构63不断通过水泵631抽取温室底部的蓄水62并顺壁留下，当冷风机盘管风机23转动时，温室61内就会产生负压环境，室外的空气就会在压力差的作用下经过湿帘墙63而进入温室61内，此时，湿帘墙63的水幕对空气进行一次降温，使40℃～50℃的空气降温到27℃左右，同时该过程也具有除尘、湿润作用。随后进入的空气被冷风机盘管进风口21吸入，在此，因冷风机盘管进风口21水平设置在温室底部蓄水62水面上，其与水面间的距离小于5cm，这使得空气被吸入过程中，会与水面充分接触，进行水浴式的二次降温，同时使空气变得更加干净和湿润，因温室底部的蓄水62是市政水和冷风机盘管水冷盘管24冷凝水的混合，其温度在17℃左右，从而使得27℃空气经过时被降温到24℃左右。接着，吸入冷风机盘管2的空气被水冷盘管24进行三次降温，因水冷盘管24中的水温与大保温蓄水池11的一致，为0℃～14℃之间，该温度与24℃左右的进风空气温差比较大，从而使进风空气瞬时降温到18℃左右，而同时会凝结出大量的冷凝水241而滴落与温室底部的蓄水62混合。而降温到18℃的清洁冷风并保持一定的湿度被风机23经出风口22送往房间5进行降温。 

在这个过程中，外界的空气经过水帘、水浴、水冷盘管24的三次梯度式降温处理，每次降温的幅度都不是很大，特别是对于最后一次由水冷盘管24实现的降温幅度更小，可有效降低冷风机盘管2的负担，大大 降低了冷风机盘管2的能耗，达到了绿化节能的效果，同时机组处于低温低压的环境下运行，可大大延长使用寿命。同时水帘、水浴的新风处理，使得空气变的清洁卫生，湿度适中，解决了室内空气过于干燥的问题。 

在此，抽取降温房间内空气的出风管道4安装方式有两种，对于工业车间，因其回风温度高达50℃～60℃，且空气中带有大量的粉尘，出风管道4出口全部直接外界连通，进行全新风工作。而对于办公室、宾馆、饭店、娱乐场所等，因降温后的空气温度不是很高、粉尘也不多，为避免冷气的浪费，出风管道4大部分连通外界，另一小部分通过小管道41输送回温室61进行回风处理，进行部分新风工作。 

总之，本发明为一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，系统主机1的能量循环系统13采用普通中央空调主机结合保温蓄水池11或0℃冰水制冷系统，其主机1运行在晚上进行，冷风机盘管2的空调使用在白天进行，从而错开白天用电高峰，可成倍地降低能耗费用；同时冷风机盘管2的进风全部或大部分采用外界的新鲜空气，空调降温的室内环境具有环保、舒适、健康的特点。 

在此，本发明还可以小区或城市为模式，建立冷水厂或热水厂，利用晚间时间主机1集中对超大型蓄水池11进行储能，随后通过保温管把水输送到所需要的地方，结合设置在降温环境内的冷风机盘管2和新风预处理装置，即可达到全新风的中央空调效果，可直接节省中央空调主机的购买成本。 

Claims (6)

1.一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，包括主机、冷风机盘管、进风管道和出风管道，冷风机盘管上设置有进风口、出风口、风机和水冷盘管，其特征在于：所述主机系统包括一大保温蓄水池、水泵和能量循环系统，其中能量循环系统主要包括由管路循环连接的压缩机、蒸发器和冷凝器；所述大保温蓄水池设置有一补水口和两对进出口，其中一对进出口通过水泵连通蒸发器的盘管外内腔的进水口和出水口，另外一对进出口通过水泵连接冷风机盘管的水冷盘管；所述中央空调系统还包括有新风预处理装置，其包括一温室，温室底部蓄水，温室墙体采用湿帘墙结构，温室顶部采用隔热材料包裹，其中湿帘墙结构由水泵从温室底部的蓄水进行供水；所述冷风机盘管设置在温室内，冷风机盘管的进风口水平设置在温室底部蓄水的水面上方，冷风机盘管的出风口连通进风管道，进风管道另一端与降温房间连接，而出风管道抽取降温房间内的空气与外界连通或部分进行回风处理。

2.如权利要求1所述的一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，其特征在于：所述蒸发器的盘管分为若干个小段的短盘管，各个短盘管之间并联设置，每个短盘管的进口都连通壳体上部的盘管进液口，进液口与冷凝器连接，每个短盘管的出口都连通壳体下部的盘管回气口，回气口与压缩机连接；同时壳体内垂直设置多个导热性能良好的板型片，板型片与各个短盘管外表面直接接触，板型片把壳体内腔分成若干个上下连通的水通道。

3.如权利要求2所述的一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，其特征在于：所述各个板型片呈“S”型设置安装。

4.如权利要求1所述的一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，其特征在于：所述大保温蓄水池内设置一温控器。

5.如权利要求1所述的一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，其特征在于：所述保温蓄水池内设置有水位仪。

6.如权利要求1所述的一种利用低谷电运行主机的全新风高效节能中央空调系统，其特征在于：所述冷风机盘管的进风口和温室底部蓄水水面之间的距离不大于5cm。

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