CN102278796A - 一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统 - Google Patents

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王琳
范新
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Abstract

一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统，涉及空调技术领域。本发明的载冷剂回路包括依次连接的双工况冷机、乙二醇泵P1、蓄冷盘管和电动阀V2。乙二醇泵P1和蓄冷盘管的连接管路与乙二醇板式换热器的冷源侧出水口相连，双工况冷机和电动阀V2的连接管路与乙二醇板式换热器的冷源侧进水口相连。本发明的放冷回路包括冷水板式换热器、上截面布水器和下截面布水器。冷水板式换热器的冷源侧出水口与上截面布水器相连，下截面布水器与冷水板式换热器的冷源侧进水口相连。乙二醇板式换热器和冷水板式换热器另一侧分别连接用户侧进水和出水。本发明既可满足低温送风系统要求，又能解决融冰不彻底问题，并且加强了冷量的梯级利用，进一步降低了运行费用。

Description

一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别是外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统。
背景技术
随着经济的快速发展，我国电力需求量越来越大，电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾日益突出。目前现代城市的用电状况是，进入夏季电力负荷急剧增长，这是由于大量空调系统的运行占用了大量负荷。据统计，空调系统耗电量占建筑物总能耗的40％～50％左右，而大中城市空调用电量占城市总供电的30％以上。因此，空调用电负荷严重影响着城市供电的峰值负荷。供电公司为了调节用电，在很多地区已经实行峰谷分时电价，电力部门运用价格杠杆引导用户合理用电、削峰填谷。蓄冷空调技术作为一种新型冷源形式，利用夜间电网低谷电蓄冷，在电网峰电时融冰供冷，移峰填谷，可以有效解决空调用电对电网负荷的冲击。
现有技术中，冰蓄冷技术是一种成熟的技术。虽然初投资较高，但由于单位容积内蓄冷量大，削峰填谷效果显著，运行费用较低，投资回收期也可以接受，所以目前也得到了大量的工程应用。如中国专利申请号为02237572.4的“多通道闭式外融冰蓄冰槽”和中国专利申请号为200420021123.5的“内外融冰相结合的蓄冰空调系统”等都是涉及到冰蓄冷技术。冰蓄冷技术以盘管式蓄冰设备应用最为广泛，其分为外融冰式和内融冰式。外融冰的特点是：空调冷冻水回水与冰直接接触，换热效果好，取冷迅速，供水温度可低至1℃，可与大温差低温送风系统结合使用。但外融冰的缺点一是初投资高；二是在融冰时不均匀，在冰槽内容易形成永不融化的“千年冰”。
现有技术中，利用水的显热进行冷量储存的分层式水蓄冷技术也已经比较成熟，国内有了许多实际运行的工程。例如中国专利申请号为200710028741.0的“直接供冷水蓄冷空调系统及其运行方法”和中国专利申请号为200610171597.1的“一种多贮水槽水蓄能系统及其使用方法”等，都是涉及水蓄冷的新技术。但由于水蓄冷系统仅仅利用水的显热，单位容积蓄冷量较小，使系统的蓄冷槽的占地面积较大，这大大限制了水蓄冷技术的推广和应用。目前水蓄冷多用于现有常规空调系统的扩容或改造，以及有比较大的空地的新建项目。
发明内容
针对现有技术中的水蓄冷和外融式冰蓄冷技术各自的优缺点，本发明提供了一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统。它既可满足低温送风系统要求，又能解决融冰不彻底问题，并且加强了冷量的梯级利用，进一步降低了运行费用。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统，它包括载冷剂回路和放冷回路两个闭合回路。其结构特点是，所述载冷剂回路包括依次连接的双工况冷机、乙二醇泵P1、盘绕在蓄冷槽内的蓄冷盘管和电动阀V2。乙二醇泵P1和蓄冷盘管的连接管路与乙二醇板式换热器的冷源侧出水口相连，双工况冷机和电动阀V2的连接管路经电动阀V1与乙二醇板式换热器的冷源侧进水口相连。所述放冷回路包括冷水板式换热器、布置在蓄冷槽内顶部的上截面布水器和布置在蓄冷槽内底部的下截面布水器。冷水板式换热器的冷源侧出水口与上截面布水器相连，下截面布水器经放冷水泵P2与冷水板式换热器的冷源侧进水口相连，上截面布水器和下截面布水器的管路之间设有电动阀V3。乙二醇板式换热器和冷水板式换热器另一侧分别连接用户侧进水和用户侧出水。
在上述蓄冷空调系统中，所述上截面布水器开口朝下，下截面布水器开口朝上。
本发明由于采用了上述结构，使用上下截面式布水器，使融冰均匀，同时利用水蓄冷回水温度高的特点，加大换热温差，提高融冰的速率。本发明中，冷源侧11℃的高温回水，从蓄冷槽的上截面布水器均匀往下喷淋冰套来融冰取冷，然后从蓄冷槽的下截面布水器出水，出水温度可达到1℃，这样就可以完全将蓄冷槽内各处的冰套融化，克服了传统外融冰技术易发生的“千年冰”问题。在融冰结束以后，蓄冷槽的冷水又会在上下截面布水器的作用下实现冷热水的自然分层。冷源侧11℃的回水总是在蓄冷槽的上部，而下部是4℃的冷水，中间交界处是200-500mm厚的活塞式斜温层。相对于完全的冰蓄冷和完全的水蓄冷，本发明系统既兼有两者的优点，又克服了两者的缺点，可有效地节省蓄冷空间，提高能量利用率，降低投资和运行费用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
具体实施方式
参看附图，本发明外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统包括载冷剂回路和放冷回路两个闭合回路。载冷剂回路包括依次连接的双工况冷机5、乙二醇泵P14、盘绕在蓄冷槽10内的蓄冷盘管11和电动阀V212。乙二醇泵P1和蓄冷盘管的连接管路与乙二醇板式换热器的冷源侧出水口相连，双工况冷机和电动阀V2的连接管路经电动阀V1与乙二醇板式换热器的冷源侧进水口相连。放冷回路包括乙二醇板式换热器2、冷水板式换热器1、布置在蓄冷槽10内顶部开口朝下的上截面布水器8和布置在蓄冷槽10内底部开口朝上的下截面布水器9。冷水板式换热器1的冷源侧出水口与上截面布水器8相连，下截面布水器9经放冷水泵P26与冷水板式换热器1的冷源侧进水口相连，上截面布水器8和下截面布水器9的管路之间设置电动阀V37。乙二醇板式换热器2和冷水板式换热器1另一侧分别连接用户侧进水和用户侧出水。
本发明系统工作时，设计用户侧出水温度t2＝7℃、用户侧进水温度t2’＝12℃；设计冷源侧进水温度t1＝4℃、冷源侧出水温度t1’＝11℃。这几个参数也可根据实际系统设计进行调整。
本发明系统共有五种运行工况，由智能控制系统进行整机控制，具体运行控制策略如下：
模式1：冷机蓄冷工况。
电动阀V13关闭，电动阀V212开启，乙二醇泵P14开启，这样双工况冷机5与冷水板式换热器1断开，双工况冷机5与蓄冷槽10连通，双工况冷机5运行在蓄冰工况。通过供给蓄冷槽10的蓄冷盘管11内的乙二醇水溶液，先将蓄冷槽10内11℃的水慢慢降温到4℃，从而达到水蓄冷的目的，再通过继续降温，达到蓄冰的目的。在此过程中。乙二醇水溶液的温度从11℃左右慢慢降到-6℃左右，直到达到额定的蓄冰量为止。此时电动阀V37关闭，放冷水泵P26关闭，不给用户供冷。
模式2：冷槽放冷工况。
电动阀V13、电动阀V212关闭，乙二醇泵P14关闭，双工况冷机5停止运行，乙二醇回路停止运行。放冷水泵P26开启，开始放冷工况。蓄冷槽10先取用融冰潜冷量，融冰结束后，蓄冷槽10内的水温上升到4℃后再取用冷水显冷量。电动阀V37调节旁通水量，通过混水以满足供水温度t1＝4℃的要求，蓄冷槽10冷量通过冷水板式换热器1，直接将冷量送到用户空调系统。直到蓄冷槽10内的水蓄冷的冷量全部用完为止。
模式3：冷机直供工况。
电动阀V13开启、电动阀V212关闭，双工况冷机5与乙二醇板式换热器2连通，与蓄冷槽10断开.开启乙二醇泵P14，双工况冷机5开始运行，制取4℃的乙二醇水溶液，通过乙二醇板式换热器2，将冷量送到用户空调系统。此时电动阀V37关闭，放冷水泵P26关闭，放冷回路停止运行。
模式4：联合供冷工况。
电动阀V13开启、电动阀V212关闭，双工况冷机5与乙二醇板式换热器2连通，与蓄冷槽10断开。开启乙二醇泵P14，双工况冷机5开始运行，制取4℃的乙二醇水溶液，通过乙二醇板式换热器2将冷量送往用户侧。同时，放冷水泵P26也开启，电动阀V37调节旁通水量，以满足供水温度t1＝4℃的要求，蓄冷槽10先取用融冰潜冷量，再取用冷水显冷量，通过冷水板式换热器1，蓄冷槽10的冷量也传到用户侧，两股冷量混合后再送至用户空调系统。
模式5：边蓄边供工况。
电动阀V13关闭、电动阀V212开启，这样双工况冷机5与乙二醇板式换热器2断开，与蓄冷槽10连通。开启乙二醇泵P14，双工况冷机5运行在蓄冰工况，供给蓄冷槽10内蓄冷盘管11低于零度的乙二醇水溶液，达到蓄冷目的。同时，开启放冷水泵P26，利用电动阀V37调节旁通水量，以满足供水温度t1＝4℃的要求。蓄冷槽10冷量通过冷水板式换热器1，将冷量送到用户空调系统。从而实现边蓄冷边放冷的工况。
本发明五种运行工况下阀门和水泵的控制策略如下表
  工况   V1   V2   V3   P1   P2
  冷机蓄冷   关   开   关   开   关
  冷槽放冷   关   关   调节   关   开
  冷机直供   开   关   关   开   关
  联合供冷   开   关   调节   开   开
  边蓄边供   关   开   调节   开   开

Claims (2)

1.一种外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统，它包括载冷剂回路和放冷回路两个闭合回路，其特征在于，所述载冷剂回路包括依次连接的双工况冷机(5)、乙二醇泵P1(4)、盘绕在蓄冷槽(10)内的蓄冷盘管(11)和电动阀V2(12)，乙二醇泵P1(4)和蓄冷盘管(11)的连接管路与乙二醇板式换热器(2)的冷源侧出水口相连，双工况冷机(5)和电动阀V2(12)的连接管路经电动阀V1(3)与乙二醇板式换热器(2)的冷源侧进水口相连；所述放冷回路包括冷水板式换热器(1)、布置在蓄冷槽(10)内顶部的上截面布水器(8)和布置在蓄冷槽(10)内底部的下截面布水器(9)，冷水板式换热器(1)的冷源侧出水口与上截面布水器(8)相连，下截面布水器(9)经放冷水泵P2(6)与冷水板式换热器(1)的冷源侧进水口相连，上截面布水器(8)和下截面布水器(9)的管路之间设有电动阀V3(7)；乙二醇板式换热器(2)和冷水板式换热器(1)另一侧分别连接用户侧进水和用户侧出水。
2.根据权利要求1所述的外融冰和水蓄冷相组合的蓄冷空调系统，其特征在于，所述上截面布水器(8)开口朝下，下截面布水器(9)开口朝上。
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