CN101694319A - 利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力蓄能技术，特别是涉及一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，该蓄能系统适用于一种设有消防水箱的高层建筑，其包括有供热板式换热器和至少一电锅炉，所述供热板式换热器连接有供热空调，其特征在于：所述蓄能系统还包括有蓄冷板式换热器和新风处理机组，所述蓄冷板式换热器、新风处理机组、供热板式换热器、电锅炉和消防水箱并联连接，所述蓄冷板式换热器连接有一制冷装置，本发明的优点是利用常见的消防水箱作为蓄热、蓄冷装置，在一套系统上同时实现蓄热、蓄冷两种蓄能模式，有效降低系统初投资，同时减少了系统的空间占用。

Description

利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统

技术领域

本发明涉及一种电力蓄能技术，特别是涉及一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统。

背景技术

蓄热系统是指建筑物白天所需的热量(或冷量)的全部或部分在夜间(电力低谷时段)制备好，并以热水(或冷水和冰)的形式储存起来供白天使用。蓄能技术缓解峰谷电矛盾具有独特的优势。目前从控制燃煤、燃油消耗入手来有效防止污染，国家决定将逐步限制大中型城市燃煤、燃油锅炉的数量、容量、使用地域，大力发展清洁能源，改善环境。作为市场经济的一部分，政府部门还利用价格杠杆宏观调控能源格局，出台了优惠的用电政策，实行峰谷分时电价和减免电力增容费，这给蓄能技术的应用带来了契机。

通常在高层建筑物上设置蓄能装置时，需要考虑初投资成本和费用回收周期。而安装两套蓄热、蓄冷装置具有投资费用高、占用空间大的缺点。而且蓄能装置包括有采用非相变介质的蓄能装置和采用相变材料介质的蓄能装置。常见非相变介质的蓄能装置多采用水作为蓄热介质，利用水的热容量，通过改变水的温度来储存能量。其具有价格低廉的优势，容易收回初投资的费用。但是相对的，该类蓄能装置体积较大，占用的空间也相应增大。

同时高层建筑因现有消防装备的限制，其防火设计应立足于自救，且应以室内消防设施为主。根据规范规定，设有稳压泵、气压罐、变频调速水泵的供水设备均为临时高压供水系统，而临时高压系统应设置消防水箱，以保证最不利点室内消火栓和自动喷水灭火系统扑救初期火灾所需的水量和水压，达到迅速扑救初期火灾的目的。此消防水箱内储存的水在正常情况下不能得到有效利用。公开的文献表明，还没有一种蓄能系统，能利用消防水箱来同时实现蓄热蓄冷，即利用消防水箱内储存的水来作为蓄热、蓄冷的介质。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统。该系统通过利用常见的消防水箱作为蓄热、蓄冷装置，在一套系统上同时实现蓄热、蓄冷两种蓄能模式，极大的降低了安装蓄能装置的初投资和占用空间。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，该蓄能系统适用于一种设有消防水箱的高层建筑，其包括有供热板式换热器和至少一电锅炉，所述供热板式换热器连接有供热空调，其特征在于：所述蓄能系统还包括有蓄冷板式换热器和新风处理机组，所述蓄冷板式换热器、新风处理机组、供热板式换热器、电锅炉和消防水箱并联连接，所述蓄冷板式换热器连接有一制冷装置。

所述消防水箱内设有若干隔板，所述隔板平行、交错设置并将所述消防水箱内分割成一迂回水路。

所述消防水箱外覆盖有保温层。

所述消防水箱通过软水器连接有自来水管。

本发明的优点是利用常见的消防水箱作为蓄热、蓄冷装置，在一套系统上同时实现蓄热、蓄冷两种蓄能模式，有效降低系统初投资，同时减少了系统的空间占用。

附图说明

图1是本发明实施例的系统原理示意图；

图2是本发明实施例消防水箱结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2所示，标号分别表示：电锅炉1、软水器2、消防水箱3、供热板式换热器4、蓄冷板式换热器5、新风处理机组6、电制冷主机7、供热空调8、隔板9、保温层10、电动阀：F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10；温度传感器：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8；泵组M1、M2、M3、M4。

如图1所示，本实施例中泵组均为若干水泵并联构成，其中泵组M1、M2均由3个泵构成；泵组M3、M4均由3个泵构成，其分别运行于不同工况下，具体运行数量由该工况的状态而变。

如图1-2所示，消防水箱3其下部通过管道连通有建筑物中的临时高压供水系统。与普通消防水箱或者消防池不同，其补水管道上加装了软水器2，将其内部的自来水软化。其外部还包覆有保温层10，以起到保温隔热降低能量损耗的功效。其内部平行、交错设置有六个隔板9以控制水流的流向和流速，具体的说既是，每个隔板9的三边焊接于消防水箱3的三个内壁上，另一边与消防水箱3形成一个狭长的缝隙，并且隔板9平行设置。同时任意两个相邻的隔板9与消防水箱3形成的缝隙，均不位于消防水箱3一侧的内壁上。其中中间4个隔板9分为2组，将消防水箱3分割为3个室体，同时在消防水箱3内形成一个迂回的水路。水流在水箱内沿隔板9分隔的水路行进，一边进来的冷水(热水)把热水(冷水)压出去，出水和进水不会混水，保证供水的稳定。

如图一所示，其中在系统的循环水路中设置有温度传感器：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8来测定对应位置的水温。以下为简化描述，将对应水温称为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8。

本实施例中蓄能系统有七种运行模式，具体如下：

一、电锅炉蓄热模式

在夜间低谷电时段，系统转换为“电锅炉蓄热模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M1，再运行电锅炉1，将低温水最终加热至90℃储存在消防水箱3中。

此工况参与的设备：电锅炉1、泵组M1、消防水箱3

运行策略与控制调节方式：

低谷电时段22:00？:00启动电锅炉单蓄热工况，开启2台电锅炉1和泵组M1，电锅炉1出口温度设定为90℃，卸载温度设定为92℃(根据实际情况此温度可调)，在8小时内将消防水箱3从50℃加热到90℃。

启动顺序：电动阀F1、F2、F3打开(其它电动阀关闭)→泵组M1开启(工频运行)→电锅炉1开启

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、蓄热槽进出口的温度及流量，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

控制方式：

因为泵组M1是按照锅炉5℃来选的流量，故锅炉单蓄热的时候泵组工频运行，水箱每小时温升5℃，8小时后消防水箱3从50℃升到90℃。

由于水温大于4℃的水其存在的固有特性，在流速非常缓慢的情况下水在槽内的分布呈现由下至上温度逐渐升高。故此，蓄热时电锅炉1进水温度一定是缓慢上升的过程。根据这一特点，电锅炉1出水温度也趋于上升。在蓄热的后期，当消防水箱3出水温度高于85℃而小于90℃的时候(此种现象一定会存在)，为了保证锅炉不要过早的卸载，以保证能够达到设计的蓄热量，设定锅炉的卸载温度高于90℃(可以设定为92℃)。

结合实际运行情况，过渡季节全量蓄热时可适当将蓄热温度降低，满足负荷的变化，确保头一天蓄好的热量当天用尽。

当消防水箱3出口温度达到90℃或时间到了第二天早上6:00的时候，蓄热系统结束。

二、电锅炉单独供热模式

在消防水箱3中热量已用光或在平价电时段时，系统转换为“电锅炉单独供热模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M1，再运行电锅炉1，经锅炉升温后的高温热水进入供热板式换热器4与空调用低温水进行换热后，再由相应的空调泵组M4供至末端。

此工况参与的设备：电锅炉1、泵组M1、M4、供热板式换热器4。

运行策略与控制调节方式：

当消防水箱3蓄热已用尽后或低谷平电需电锅炉1开启时，采用此工况由电锅炉1满足大楼全部的负荷要求。

由末端压差信号来控制泵组M4的变频。

启动顺序：F1、F7打开(其它电动阀关闭)→泵组M1开启(变频运行)→电锅炉1开启

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、板式供热板式换热器4进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

控制方式：

启动方式：泵组M1变频启动

电锅炉1出口温度T6(即板式供热板式换热器4进口温度)设定为85℃，卸载温度为87℃，末端温度T3(50℃)控制锅炉供热泵组变频。

自控系统记录泵组运行的台数、供回水温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

三、电锅炉与消防水箱联合供热模式

在空调负荷较大时，系统一般转换为“电锅炉与消防水箱联合供热模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M1和泵组M2，再运行电锅炉1，从供热板式换热器4冷侧回来的低温水进入消防水箱3和电锅炉1进行升温，升温后进入供热板式换热器4热侧进行换热，经相应的泵组进行供热，根据热负荷的变化变频调节泵组的流量。

此工况参与的设备：电锅炉1、泵组M1、泵组M2、泵组M4、消防水箱3、供热板式换热器。

运行策略与控制调节方式：

当设计日或负荷较大时，选用该模式提供热量；末端供水温度控制电锅炉1供热、泵组变频。

由末端压差信号来控制二次循环供热泵组M4的变频。

启动顺序：电动阀F1、F3、F7打开(其它电动阀关闭)→泵组M1开启(变频运行)→泵组M2开启(变频运行)→电锅炉1开启。

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、板式供热板式换热器4进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

控制方式：

消防水箱3优先放热模式应将当晚蓄的热量第二天白天全部用光。因而根据当晚的蓄热量，结合白天10个小时的采暖时间，采用消防水箱3等速放热(小时放热量＝总蓄热量/10小时)，放热量利用消防水箱3进出口的温度和流量进行计算，泵组M2变频控制此放热量恒定。

泵组M1变频控制末端二次侧的供水温度T3(50℃)。

当消防水箱3出口温度T2为50℃的时候，水箱热量表示已用光，放热结束，系统转化到其它工况。

四、消防水箱3单独供热模式

在负荷较小或是电力高峰时段，系统转换为“消防水箱单独供热模式”，开、闭相应电动阀后，关闭电锅炉1，开启泵组M2后，从供热板式换热器4冷侧回来的低温水进入消防水箱3，高温水进入供热板式换热器4热侧进行换热，经相应的泵组M4进行供热，根据热负荷的变化变频调节泵组M2的流量，从而调节进入消防水箱3的水流量。

此工况参与的设备：消防水箱3、泵组M2、供热板式换热器4、泵组M4。

运行策略与控制调节方式：

采暖期的大部分时间采用此工况运行。

由末端压差信号来控制泵组M4的变频。

启动顺序：F3、F7打开(其它电动阀关闭)→泵组M4开启(变频运行)→泵组M2开启(变频运行)→消防水箱3运行。

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、板式供热板式换热器4进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

控制方式：

启动方式：泵组M4变频启动

末端温度T3(50℃)控制泵组M2变频。

当消防水箱3出口温度T2为50℃的时候，消防水箱3热量表示已用光，放热结束，系统转化到其它工况。

五、电锅炉边蓄热边供热模式

在夜间低谷电时段有空调负荷时，系统可转换为“电锅炉边蓄热边供热模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M1，再运行电锅炉1，经过锅炉加热的高温水一部分进入消防水箱3储热，一部分进入供热板式换热器4与空调水换热。根据热负荷的变化通过调节阀来调节进入供热板式换热器4的水量。

此工况参与的设备：电锅炉1、消防水箱3、泵组M1、供热板式换热器4、泵组M4。

运行策略与控制调节方式：

此工况是在夜间22:00-6:00时间段有负荷的时候运行此工况。

由末端压差信号来控制泵组M4的变频。

启动顺序：F1、F3打开(其它电动阀关闭)→F2、F7调节→泵组M4开启(变频运行)→泵组M1开启(工频运行)→消防水箱3运行

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、板式供热板式换热器4进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

控制方式：

启动方式：泵组M4变频启动，泵组M1工频运行。

阀门F2、F7调节来控制末端供水温度T3为50℃。

当消防水箱3出口温度达到90℃或时间到了第二天早上6:00的时候，蓄热系统结束。

以上热系统工作模式的转换原则如下：

晚上低谷电时段，视大楼的负荷情况，如果有夜间负荷存在，则采用电锅炉1边蓄热边供热模式，如果夜间没有负荷存在，则采用电锅炉1单蓄热模式。一般情况下夜间大楼没有负荷，采用电锅炉1单蓄热工况，假如夜间出现了负荷(临时有单位加班或其它什么事情，可以向物业公司申请采暖)，那么就采用边蓄热边供热工况。

白天采暖时，为了保证采用消防水箱3优先的供热模式，采用消防水箱3等速放热，保证消防水箱3每小时放出相同的热量，确保在工作时间段将水箱热量用光。在消防水箱3单供热工作时候，当泵组M2变频控制的末端二次侧出水温度T3(50℃)持续下降(约2分钟成线性下降，2分钟时间调试时候可根据实际情况再定)，则系统切换到电锅炉1和消防水箱3联合供热工况，此时泵组M1来控制末端出水温度T3；在联合供热的时候，根据消防水箱3进出口温度和流量计算出消防水箱3的放热量Q1(水箱等速放热的热量)，同时根据供热板式换热器4一次侧的进出口温度和流量计算出末端需要的供热量Q2，当Q2接近Q1，并且有Q2向小于Q1的趋势走的话(即持续2分钟Q2≤Q1)，那么系统重新切换到消防水箱3单供热模式。

一般情况下白天采暖采用消防水箱3单供热和联合供热工况，但当消防水箱3前天晚上因其它原因没有蓄或消防水箱3热量用光时，系统采用电锅炉1单供热工况。

六、冷冻机蓄冷模式

在夏天夜间低谷电时段，系统转换为“冷冻机蓄冷模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M2，再运行电制冷主机7，经过制冷主机7冷冻后的低温水通过蓄冷板式换热器5与二次侧的蓄冷水换热后将蓄冷水储存在消防水箱3中。

此工况参与的设备：消防水箱3、泵组M2、电制冷主机7、蓄冷板式换热器5。

运行策略与控制调节方式：

此工况是在夜间22:00-6:00时间段运行。

启动顺序：电动阀F3、F4、F5打开(其它电动阀关闭)→泵组M2开启(工频运行)→电制冷主机7同时也投入运行。

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、蓄冷板式换热器5进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

当时间到了第二天早上6:00或消防水箱3出口温度达到了5.5℃的时候水蓄冷系统结束运行。

七、消防水箱放冷模式

在夏天白天空调负荷高峰时，系统转换为“消防水箱放冷模式”，开、闭相应电动阀后，开启泵组M3，将蓄冷水供至末端，从而达到负荷销峰的目的。

此工况参与的设备：消防水箱3，泵组M3。

运行策略与控制调节方式：

此工况主要用来处理夏天供冷系统的新风负荷

启动顺序：电动阀F2、F6、F10打开(其它电动阀关闭)→泵组M3开启(工频运行)→消防水箱3投入运行

自控系统记录系统工作的模式、设备投入台数、泵组运行时变频器赫兹数、板式换热器进出口温度，形成控制点数据报表并绘制出温度曲线。

当消防水箱3出口温度为15.5℃的时候，消防水箱3冷量用光，放冷系统结束运行。

Claims (4)

1.一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，该蓄能系统适用于一种设有消防水箱的高层建筑，其包括有供热板式换热器和至少一电锅炉，所述供热板式换热器连接有供热空调，其特征在于：所述蓄能系统还包括有蓄冷板式换热器和新风处理机组，所述蓄冷板式换热器、新风处理机组、供热板式换热器、电锅炉和消防水箱并联连接，所述蓄冷板式换热器连接有一制冷装置。

2.根据权利要求1所述的一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，其特征在于所述消防水箱内设有若干隔板，所述隔板平行、交错设置并将所述消防水箱内分割成一迂回水路。

3.根据权利要求2所述的一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，其特征在于所述消防水箱外覆盖有保温层。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用消防水箱实现蓄冷蓄热的蓄能系统，其特征在于所述消防水箱通过软水器连接有自来水管。

Images