CN101922770A - 相变蓄能空调 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变蓄能空调，包括水冷系统，所述水冷系统包括室外制冷机，该室外制冷机由室外风机、室外换热器和风冷式冷水机并联而成；还包括室内交换器，该室内热交换器由室内风机和室内换热器并联而成；所述室外制冷机与所述室内交换器通过管路相联用以构成封闭的冷媒液循环回路。利用本发明的相变蓄能空调，通过与自然环境的冷媒交换，利用自然环境中昼夜温差的冷源和相变材料的潜热，实现室内的温度控制要求；同时，还可以减少电能消耗，有效提高压缩机的效能，减少压缩机的启动次数和运行时间，从而延长了压缩机的使用寿命。

Description

相变蓄能空调
技术领域
本发明涉及散热蓄能设备，特别涉及利用自然冷源和相变材料应用于户外机房的空调设备。
背景技术
通信基站是通信系统的重要组成部分，其内部温湿度和洁净度等环境参数不仅直接影响着通信设备的可靠运行和使用寿命，更关系到通信的顺畅与安全。基站面积一般在10～30m2左右，但内部散热强烈(一般在600-2500W)，属于全年不间断高负荷运行，每年在持续消耗着大量的能源，并形成了巨大的电费开支。因此，通信基站的空调降温、空气净化及其运行管理始终是维护部门的工作重点之一。
基站现行利用的空调设备具有以下特点：第一，由于设备散热量大、散热量集中，同时，由于基站内没有特定的湿源，湿量主要来自工作人员及渗入的室外空气，因此散湿量很小。第二，由于空调送风焓差小，风量大，并不基站内散热量中95％以上为显热，热湿比近似无穷大，因此，空调机的空气处理过程可近似看作等湿降温过程，由于此工况下的焓差小，必然造成送风量偏大。第三，由于基站内部设备属于全年不间断高负荷运行，即使在冬季，也可能存在散热情况，因此空调机也必须全年连续不间断运行，运行周期较长，另外，为保证全年运行的高可靠性，有时需要考虑备用。
其中，基站机房空调运行状况存在以下缺点：
1.轻载运行浪费电量和资源：如图1所示，由于四季温度和太阳辐射的变化很大，基站空调的额定制冷量根据规程比实际的发热量要大，这样使空调在大部分时间内一直是轻载运行。
2.频繁启动：如图2所示，由于轻载造成空调的频繁启动，在2-10次/小时左右，降低了空调的实际效率。
3.低效制冷：如图3所示，空调的功率随着环境温度的增高，空调的制冷量随着环境温度的增高而减小，在热负载最大的情况下，空调的实际制冷效率是最低的，浪费电量。
由上可知，现有的制冷系统只使用单一的冷媒循环系统，不管基站外部温度的变化，需要持续启动占制冷整体电耗80％的压缩机，发生没必要的电力消耗；空气压缩机因一年持续启动，寿命大为缩短，发生维护费用增加等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过与自然环境的冷媒交换，利用自然环境中昼夜温差的冷源，实现室内的温度控制要求；同时，还利用相变材料的潜热用以减少电能消耗，并有效减少压缩机的启动次数和运行时间的相变蓄能空调。
本发明的相变蓄能空调的运行原理如下所述：低温时(冬季)，使用相变蓄能空调换热功能，把自然环境低温冷量置换到机房内，达到设备运行要求的温度环境。中温时(春秋)，低温时，给通信机房内部设备降温的同时，利用相变材料的蓄能特性储存冷源；高温时，释放冷源，实现室内的温度控制要求。高温时(夏季)，利用相变材料的蓄能特性，低温时启动制冷，给通信机房内部设备降温的同时储存冷源；高温时，释放冷源，实现室内的温度控制要求。提高压缩机制冷效率，同时减少压缩机的启停次数和运行时间。
为解决上述技术问题，本发明的相变蓄能空调，包括水冷系统，所述水冷系统包括室外制冷机，该室外制冷机由室外风机、室外换热器和风冷式冷水机并联而成；还包括室内交换器，该室内热交换器由室内风机和室内换热器并联而成；所述室外制冷机与所述室内交换器通过管路相联用以构成封闭的冷媒液循环回路。
作为本发明的一种优选方案，于所述室外换热器和风冷式冷水机各自的出水端各连接有控制阀门，于所述室外换热器和风冷式冷水机共同的出水端连接有阀门。
作为本发明的一种优选方案，于所述室外换热器和风冷式冷水机共同的进水端连接有循环水泵，于该水泵的另一端还连接有阀门。
作为本发明的一种优选方案，于所述室外制冷机与所述室内交换器之间还装设有相变材料蓄能箱，该相变材料蓄能箱内设层状布置的相变材料板。
作为本发明的一种优选方案，所述相变蓄能箱的相变材料板与冷媒液充分接触浸于其中。
作为本发明的一种优选方案，于所述室内交换器或相变材料蓄能箱的进水端连接有阀门。
作为本发明的一种优选方案，于所述室内交换器的出水端连接有阀门。
本发明的技术效果在于，对室内外温差的要求低，从而扩展了设备有效利用室外冷源的时间。
本发明的又一技术效果在于，充分利用自然的冷源并利用相变材料的蓄冷性能避免了空调的频繁启动和长时间运行，从而延长了空调的使用寿命。
本发明的又一技术效果在于，室内外完全隔离，避免灰尘、湿气等的进入，满足现有机房设备对使用环境的要求。
本发明的又一技术效果在于，安装施工简单，类似与现有空调的安装。
附图说明
下面结合附图和较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术基站的热负荷和空调制冷量的关系示意图；
图2是现有技术基站的空调的起停状况示意图；
图3是现有技术空调的功率及制冷量与环境温度的关系示意图；
图4是本发明的相变蓄能空调的原理图；
图5是本发明的相变蓄能空调的相变材料蓄能箱的示意图；
其中，
10室外制冷机        11室外风机        12室外换热器
13室外风冷式冷水机
20室内交换器        21室内风机        22室内换热器
30相变材料蓄能箱    31相变材料板
40循环水泵
51室外换热器出水端的控制阀门
52室外风冷式冷水机出水端的控制阀门
53室外制冷机出水端的阀门    54相变材料蓄能箱进水端的阀门
55室内交换器出水端的阀门    56室外风冷式冷水机进水端的阀门
具体实施方式
如图4所示，本发明的相变蓄能空调，包括水冷系统，所述水冷系统包括室外制冷机10，该室外制冷机10由室外风机11、室外换热器12和风冷式冷水机13并联而成。于所述室外换热器12的出水端连接有一控制阀门51，于所述风冷式冷水机13的出水端也连接有一控制阀门52，于所述室外换热器12和风冷式冷水机13共同的出水端连接有一阀门53。于所述室外换热器12和风冷式冷水机13共同的进水端连接有一循环水泵40，于该水泵40的另一端还连接有阀门56。
本发明的相变蓄能空调还包括有室内交换器20，该室内热交换器由室内风机21和室内换热器22并联而成。
于所述室外制冷机10与所述室内交换器20之间还装设有相变材料蓄能箱30，请同时参考图5，该相变材料蓄能箱30内设层状布置的相变材料板31，所述相变材料板31竖直陈列于所述相变材料蓄能箱30的容置空间中，各相变材料板31，这样便可以形成风道，用以散发热量，同时相变材料板31与冷媒液充分接触浸于其中。
于所述相变材料蓄能箱30的进水端连接有一阀门54，于所述室内换热器的出水端也连接有一阀门55。所述室外制冷机10、室内交换器22、相变材料蓄能箱30、循环水泵40以及若干阀门(51、52、53、54、55、56)通过管路相联用以构成封闭的冷媒液循环回路。
低温时(冬季)，使用相变蓄能空调换热功能，把自然环境低温冷量置换到机房内，达到设备运行要求的温度环境。中温时(春秋)，低温时，给通信机房内部设备降温的同时，利用相变材料的蓄能特性储存冷源；高温时，释放冷源，实现室内的温度控制要求。高温时(夏季)，利用相变材料的蓄能特性，低温时启动制冷，给通信机房内部设备降温的同时储存冷源；高温时，释放冷源，实现室内的温度控制要求。提高压缩机制冷效率，同时减少压缩机的启停次数和运行时间。
为了验证本发明的相变蓄能空调的运行效果，于进行现场了测试并得出以下分析结论：
1)节能率随室内外温差的缩小而降低；
2)在环境温度当日最高温度23度时，利用相变材料储能，仍然可以抑制基站内部的温度，不用启动压缩机；
3)在10月-3月时间内，几乎不用启动压缩机就可以满足基站设备所需的温度要求，节能率在60％左右；
4)在4月和9月期间仅仅在日间少量启动压缩机；
5)通过相变蓄能空调的使用，有效减少压缩机的启动次数和运行时间，延长了空调主设备压缩机使用寿命。
由上述分析可知，本发明的相变蓄能空调相变蓄能空调节能效果显著，具有以下优势：
1)对室内外温差的要求低，而换热设备要求内外8度以上温差。扩展了设备有效利用室外冷源的时间；
2)室内外完全隔离，避免灰尘、湿气等的进入，满足现有机房设备对使用环境的要求；
3)安装施工简单，类似与现有空调的安装；
4)有效减少压缩机的启动次数和运行时间，延长了空调主设备压缩机使用寿命。

Claims (7)

1.一种相变蓄能空调，包括水冷系统，其特征在于：所述水冷系统包括室外制冷机(10)，该室外制冷机(10)由室外风机(11)、室外换热器(12)和风冷式冷水机(13)并联而成；还包括室内交换器(20)，该室内热交换器(20)由室内风机(21)和室内换热器(22)并联而成；所述室外制冷机(10)与所述室内交换器(20)通过管路相联用以构成封闭的冷媒液循环回路。
2.如权利要求1所述的相变蓄能空调，其特征在于：于所述室外换热器(12)和风冷式冷水机(13)各自的出水端各连接有控制阀门(51、52)，于所述室外换热器(12)和风冷式冷水机(13)共同的出水端连接有阀门(53)。
3.如权利要求2所述的相变蓄能空调，其特征在于：于所述室外换热器(12)和风冷式冷水机(13)共同的进水端连接有循环水泵(40)，于该水泵(40)的另一端还连接有阀门(56)。
4.如权利要求3所述的相变蓄能空调，其特征在于：于所述室外制冷机(10)与所述室内交换器(20)之间还装设有相变材料蓄能箱(30)，该相变材料蓄能箱(30)内设层状布置的相变材料板(31)。
5.如权利要求4所述的相变蓄能空调，其特征在于：所述相变蓄能箱(30)的相变材料板(31)与冷媒液充分接触浸于其中。
6.如权利要求4或5所述的相变蓄能空调，其特征在于：于所述室内交换器(20)或相变材料蓄能箱(30)的进水端连接有阀门(54)。
7.如权利要求6所述的相变蓄能空调，其特征在于：于所述室内交换器(20)的出水端连接有阀门(55)。
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