CN102261706A

CN102261706A - 一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统

Info

Publication number: CN102261706A
Application number: CN2011101394115A
Authority: CN
Inventors: 李奇贺; 赵孝保; 顾中铸; 褚红燕; 程豫洲; 魏然; 夏彬彬; 蒋诗波; 刘玉花; 曲晶春; 邹丽娜
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种将自然冷源蓄冷和制冷机组蓄冷联合运行而达到节能和节水目的的蓄冷系统，属于制冷与空调工程技术领域。该系统包括自然冷源蓄冷槽和制冷机组蓄冷槽，自然冷源蓄冷槽包括热管和蓄冷介质，制冷机组蓄冷槽包括制冷机组载冷剂盘管、热管和蓄冷介质；热管根据传热过程与功能不同，分为放热换热段、蓄冷换热段和释冷换热段；制冷机组载冷剂盘管与热管紧密接触；热管采用热虹吸管，并与水平成一夹角放置，即热管放热换热段处于热管蓄冷换热段的上方，释冷换热段处于蓄冷换热段的下方。本发明的系统能实现“冬冷夏用”的季节性蓄冷和“夜冷昼用”的逐日蓄冷，可以实现国家大力提倡的电力“削峰填谷”。

Description

一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统

技术领域

本发明涉及一种利用自然冷源蓄冷和制冷机组蓄冷联合运行而达到节能和节水目的的蓄冷系统，属于制冷与空调工程技术领域。

背景技术

我国建筑能耗占国家总商品能耗的20%以上，空调供暖用能则占公共建筑总能耗的40%以上。由于空调设备用电间歇性明显，导致电网负荷峰谷差很大，部分城市和地区在夏季和冬季用电的峰谷差甚至已达到40%，用电负荷在时间和强度上的差别明显，这一方面增加了发电装备的装机容量，降低了发电装备的平均效率，同时由于发电装备容量调节较为困难，也对电网的安全运行构成了威胁。高效的能源系统除了包括高效的能源生产和能量使用环节外, 还需要高效的能源输配和蓄存体系。能源蓄存是缓解能量供求双方不匹配的有效方式，但是，由于大规模电能蓄存困难, 需求侧管理(DSM)技术成为解决这一问题的重要努力方向。对于空调系统，需要考虑冷、热能量的储存，因此，发展空调用蓄冷、蓄热技术有其显著的社会和经济意义。空调蓄冷的主要优点包括：降低发电设备装机容量，提高发电设备平均效率；提高电网运行的安全性；降低制冷机的装机容量，提高设备的运行效率；降低用户电费支出等，所以，很多建筑采用了蓄冷空调系统。

我国大部分地区为亚热带气候，都具有四季分明和昼夜温差大的特点。如果将冬季室外冷量通过蓄冷介质储存起来，夏季时释放出来，就可以实现冬冷夏用的自然冷源季节性蓄冷；如果将夜间的冷量通过蓄冷介质储存起来，日间高温时段释放出来，就可以实现夜冷昼用的自然冷源多温级蓄冷。

热管蓄冷装置以热管为传热元件，热管内部主要靠工质相变传热，热阻小，效率高，节能效果显著，热管管壁温度可以调节，可以独立改变蒸发段和冷凝段热流密度，热管具有热开关性能，不利条件下可以根据需要终止热交换进行，热管换热设备是二次间壁换热，可以避免冷、热流体的交叉污染，热管换热设备的冷、热段结构和位置布置可以非常灵活，适应各种复杂场合。利用热管的这些特性来实现自然冷源与蓄冷介质之间的热传导，可以克服温度分布不均匀和减少流动阻力而达到节能环保的目的。

发明内容

为了充分利用自然冷源，本发明的目的在于利用热管均温性能好和具有热二极管的特性，提供一种多温级蓄冷系统，可以实现“冬冷夏用”的季节性蓄冷和“夜冷昼用”的逐日蓄冷。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统，包括自然冷源蓄冷槽和制冷机组蓄冷槽，自然冷源蓄冷槽包括热管和蓄冷介质，制冷机组蓄冷槽包括制冷机组载冷剂盘管、热管和蓄冷介质；热管根据传热过程与功能不同，分为放热换热段、蓄冷换热段和释冷换热段；在自然冷源蓄冷槽中，热管放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向自然冷源，蓄冷换热段是将蓄冷介质的热量传向自然冷源，释冷换热段是将载冷介质的热量传向蓄冷介质和自然冷源，所述热管放热换热段置于自然环境中；在制冷机组蓄冷槽中，热管放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向制冷机组冷源，蓄冷换热段用来将蓄冷介质的热量传向制冷机组载冷剂盘管，释冷换热段用来将供用户载冷介质的热量传向蓄冷介质和制冷机组载冷剂盘管，所述制冷机组载冷剂盘管与热管紧密接触；所述热管采用热虹吸管，并与水平成一夹角放置，即热管放热换热段处于热管蓄冷换热段的上方，释冷换热段处于蓄冷换热段的下方。

制冷机组载冷剂盘管内的冷源为制冷机组载冷剂或者制冷剂，盘管结构上可以采用沉香管式或者缠绕盘管式，但均应与热管紧密接触，以用热管来强化传热，提高蓄冷效率。

本发明系统利用热管直接与蓄冷槽换热，减少了常规蓄冷系统的释冷循环过程，不再需要经过板式换热器等释冷换热器来实现蓄冷介质与供用户载冷剂间的传热释冷。利用热管均温性和热二极管特性进行蓄冷，可以减少制冷机组的运行时间而降低制冷能耗，当制冷机组为水冷机组时，能够提高制冷机组的能效比和减少冷却水消耗。本发明将自然蓄冷和制冷机蓄冷联合运行，可以实现国家大力提倡的电力“削峰填谷”,该系统在我国北方地区直至长江沿岸均可应用，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明系统的自然冷源蓄冷槽原理图。

图2是本发明系统的制冷机组蓄冷槽原理图。

图3是本发明实施例中系统的结构运行图。其中，1制冷机组，2冷却塔，3自然冷源蓄冷槽，4制冷机组蓄冷槽，5制冷机组冷却水循环泵，6制冷机组载冷剂循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

自然冷源蓄冷槽包括热管和蓄冷介质，热管根据传热过程与功能不同，分为放热换热段、蓄冷换热段和释冷换热段，其中放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向自然冷源，蓄冷换热段用来将蓄冷介质的热量传向自然冷源，释冷换热段用来将载冷介质的热量传向蓄冷介质和自然冷源。

图1为自然冷源蓄冷槽原理图，用热管实现蓄冷和释冷过程，热管只能垂直或者与水平成某一角度放置，即热管放热换热段必须处于热管蓄冷换热段的上方。热管放热换热段置于自然环境，当自然环境温度低于蓄冷槽内温度时，蓄冷槽内热量通过热管向冷环境散发，槽内蓄冷介质温度降低，直至蓄冷槽内温度与冷环境温度接近或者一样为止，从而达到蓄冷目的；热管由于具有热二极管效应，当冷环境的温度高于蓄冷槽内的温度时，热量不能通过热管从上向下传输至蓄冷介质。系统释冷过程的热量同样通过热管来传递，载冷介质流经蓄冷槽时放热给热管，温度降低，热量由热管释冷换热段传输至蓄冷换热段与放热换热段，蓄冷介质吸收热管蓄冷换热段的热量后温度升高。

制冷机组蓄冷槽包括制冷机组载冷剂盘管、热管和蓄冷介质，热管也分为放热换热段、蓄冷换热段和释冷换热段，其中放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向制冷机组冷源，蓄冷换热段用来将蓄冷介质的热量传向制冷机组载冷剂盘管，释冷换热段用来将供用户载冷介质的热量传向蓄冷介质和制冷机组载冷剂盘管。制冷机组载冷剂盘管可以采用沉香管式或者缠绕盘管式。

图2为制冷机组蓄冷槽原理图，冷源为制冷机组载冷剂或者制冷剂（此时热管放热换热段兼做制冷机组的蒸发器使用），蓄冷介质通过热管蓄冷换热段和放热换热段散热后温度降低，进行蓄冷；释冷时供用户的载冷介质可以直接流经蓄冷槽，向热管释冷换热段放热后送用户使用，热量通过释冷换热段传输给蓄冷介质和制冷机组载冷剂，从而实现释冷过程，该过程不需要再设置其他换热器与蓄冷介质换热。

本系统根据各季节气温的不同，可以分为季节性蓄冷和逐日蓄冷，以水冷制冷机组为例的典型系统如图3所示。

季节性蓄冷即当冷用户不需要提供冷量的寒冷季节（低温级，一般低于0℃），系统的自然冷源蓄冰槽可以实现自然冷源蓄冷，该过程仅依靠热管实现自然冷源和蓄冷介质间的热量交换即可以实现蓄冷，自然冷源蓄冷槽3采用热虹吸管（重力热管），具有单向导热性，当自然冷源温度高于蓄冷槽温度时，热量不会反向传递，蓄冷槽的温度取决于自然冷源的最低温度和蓄冷时间；当夏季或者过度季节用冷时，可以将用户回水（亦可以是其他载冷剂）直接通过自然冷源蓄冷槽3的热管释冷换热段降温后重新输送至冷用户，见图3中所示Ⅰ流程。冷用户的供冷温度可以通过调节流经的热管数目和流速来控制。

当自然冷源蓄冷槽3释冷后温度已经上升至接近或者高于冷用户需要温度时，需关闭自然冷源释冷Ⅰ流程，用制冷机组蓄冷槽4为冷用户释冷，见图3中Ⅱ流程。此时亦可以同时开启制冷机组1，即启用图3中Ⅴ流程。

将季节性蓄冷量释放后的自然冷源蓄冷槽3即转为“夜冷昼用”的逐日蓄冷，其冷量用途可视自然环境温度和用户供冷温度分为两种温度级，即中温级和高温级。中温级一般指蓄冷槽温度在0℃~15℃，释冷给载冷剂后可以有两种用途，一种是释冷给冷用户，适合于用冷温度较高的情况，如辐射供冷等，可以单独用Ⅰ流程释冷给冷用户，也可以Ⅰ、Ⅱ流程联合运行；另一种是冷用户用冷温度较低，自然冷源将释冷给制冷机组1做冷却水用，见图3中Ⅲ流程，此时可以用自然冷源蓄冷槽3替代冷却塔2，即关闭Ⅳ流程，此时可以提高制冷机组1的能效比，同时减少冷却塔2的用电量和补水量。高温级是指当自然冷源蓄冷槽3温度为15℃~30℃，释冷量仅能用于冷却水系统（关闭图3中Ⅰ循环，开启Ⅲ循环），减少冷却塔2的运行时间而节能（关闭图3中Ⅳ循环）。

Claims

1.一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统，其特征在于，系统包括自然冷源蓄冷槽和制冷机组蓄冷槽，自然冷源蓄冷槽包括热管和蓄冷介质，制冷机组蓄冷槽包括制冷机组载冷剂盘管、热管和蓄冷介质；热管分为放热换热段、蓄冷换热段和释冷换热段；在自然冷源蓄冷槽中，热管放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向自然冷源，蓄冷换热段是将蓄冷介质的热量传向自然冷源，释冷换热段是将载冷介质的热量传向蓄冷介质和自然冷源，所述热管放热换热段置于自然环境中；在制冷机组蓄冷槽中，热管放热换热段用来将蓄冷介质和载冷介质的热量传向制冷机组冷源，蓄冷换热段用来将蓄冷介质的热量传向制冷机组载冷剂盘管，释冷换热段用来将供用户载冷介质的热量传向蓄冷介质和制冷机组载冷剂盘管，所述制冷机组载冷剂盘管与热管紧密接触；所述热管采用热虹吸管，并与水平成一夹角放置，即热管放热换热段处于热管蓄冷换热段的上方，释冷换热段处于蓄冷换热段的下方。

2.根据权利要求1所述的一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统，其特征在于：所述热管垂直放置在蓄冷槽内。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于热管的自然冷源多温级蓄冷系统，其特征在于：所述制冷机组载冷剂盘管可以采用沉香管式或者缠绕盘管式。