CN102654297A - 无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统及其调控方法 - Google Patents

Abstract

一种无水介质输能的超高层楼房(例如：几十层甚至上百层)冷暖空调系统及其调控方法，通过在楼房的冷暖空调系统中增加了液态制冷剂加压配送装置与D类气态制冷剂加压配送装置，需要制冷空调时启动液态制冷剂加压配送装置，而需要制热空调时启动D类气态制冷剂加压配送装置，目的是完善于节能有利以及无水造成的易于结水垢与清除水垢难的麻烦的CN 100473912C专利技术，让统中的蒸发器或冷凝器内的液态制冷剂或气态制冷剂能够直接对房间内的空气实施制冷或制热空调。——上述二项制冷剂加压配送装置的实施成本与省略掉的上述水介质涉及的设施成本基本相当；同时对该二项装置所涉及的关键部件提出了全密封型的结构设计理念：允许泵体泄漏制冷剂，但不允许泄漏的该制冷剂可以进入大气空间。

Description

无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统及其调控方法

技术领域

本发明涉及一种用于超高层楼房(例如：几十层甚至上百层)的无需利用水媒体介质作为协助传输冷量或热量的冷暖空调系统及其冷暖调控操作方法。

背景技术：

目前的高层建筑工程，特别是超高层建筑工程中的冷暖空调系统设计方案，采用水作为冷媒介质对末端设备(例：风机盘管和水冷暖风柜等)传递冷热量是习以为常的技术手段。这是因为：

仅仅依靠空调系统中由压缩机造成的高低压差之力度，难以直接驱动额定的液态制冷剂流量，经过弯弯曲曲的管道，进入几十米、甚至百米以上的超高层建筑中进行房间空调。因此，通过采用与有关空调装置进行热交换过的水及其配套的水泵来完成：将空调系统制取的冷量或热量间接地配送到需要空调的任何高度的楼层房间中去。

这类空调系统的优点在于：热容量较大的液态水传递冷量或热量的效率较高，并且对于房间所需要的末端冷量或热量便于现场调节。其不足之处在于：对水质的要求很高，通常为了减缓在配送冷量或热量的管网中结水垢(影响热传导)，尤其是其中的末端设备，每间隔一、二年就要用药剂疏通一次庞大的由水管网络构成的热交换系统。其次，就是整个的水管网络中的漏水与补漏的工作量不会少。可以想象，由于水在空调冷热量配送系统中的全面介入，现有技术的维护工作量与维护成本都是相当可观的。

现有空调为系统中在的问题是(以制冷为例)：将水这个中间介质夹在冷源(制冷蒸发器)与空调使用者(有人的房间)之间来协助冷量的传递，该冷量的传递过程所形成的中间环节，如商业路线那样，多一个商业环节将会被“多剥一层皮”，显然，让水及其相关设施在超高层楼房空调系统中的介入，是于节能是不利的。

CN 100473912C(ZL02158216.5)专利技术中提出了一种利于节能的在高层楼房中无需水媒体二次传递冷、热量的冷暖空调系统及其使用方法，即让冷暖空调系统蒸发器中的液态制冷剂通过在蒸发器中直接蒸发来冷却高层房间中(楼房层次可以不受限制——该楼房层次与制冷剂液泵扬程有关而与液态制冷剂的蒸发压力无关)空气的制冷空调技术；在需要制热时，采用的是让冷暖空调系统中的冷凝压力促使气态制冷剂进入高层楼房来直接温暖有限高层房间中空气的制热空调技术。——如果仅仅依靠上述冷凝压力促使气态制冷剂来满足不太高的楼房制热需求，问题不是很大，然而，在超高层楼房中让气态制冷剂直接对空气实施制热空调，很可能会显得“力不从心”。

发明内容

本发明之目的：是对上述CN 100473912C技术的一种更趋于完善的改进，以解决上述的“力不从心”问题。

本发明的关键在于：

在楼房的冷暖空调系统中增加了液态制冷剂加压配送装置与D类气态制冷剂加压配送装置，以取代现有技术当中的水介质及其配用的相关设施。

本发明与现有技术比较的特点：

由于上述“本发明的关键在于”的内容，为：解决水造成的种种麻烦，以及完善整个冷暖空调系统实现无水化的设计方案均创造了条件。

附图说明

图示意了本发明一个实施例的工作原理。

X：制冷剂加压配送装置；W：低压储液桶；B：制冷剂泵；c：液泵；d：第二金属密封外壳；K：D类气态制冷剂加压配送装置；a：气泵；b：第一金属密封外壳；s：在第一金属密封外壳腔内气泵进气端与腔壁之间管道壁上设置的洞孔；H：设置低压气体平衡管性质的管路范围(管径可以取小一些)；Q1：制冷工况时制冷剂的流向(实线箭头的方向)；Q2：制热工况时制冷剂的流向(虚线箭头的方向)；V：制热调控阀组；U：气流调控阀组；Y：液流调控阀组；P1：制冷回气阀；P2：制热回气阀；P3：制热排气阀；P4：制冷排气阀；P5：制冷气压平衡阀；P6：制冷供液阀；P7：制热旁路阀；P8：制冷配液阀；P9：冷热控制阀；P10：制热配送阀；1：设置在楼房最高层次的房间换热器；2：换热器风机；3：压缩机；4：机组风机；5：机组换热器；6：节流阀；7：干燥过滤器。

具体实施方式

这里，首先需要说明：现有的空调系统在实施制冷工况时，通常采用由水、水泵和中间介质热交换器三者构成的介质水配送装置，经过二次冷量传递后才能将冷气或热气输送到需要制冷空调或制热空调的高层或超高层设房间中。

本发明的冷暖空调系统中显然省略了上述的介质水配送装置，由液态制冷剂加压配送装置X与D类(加压配送装置的结构形式或型号)气态制冷剂加压配送装置K来共同省略利用水的装置，让制冷剂直接在换热器当中来冷却或加热房间中的空气，就如人们使用家用小功率空调器那样地直接在自己的房间中制冷与制热那样，与水无缘。

为了实现本发明目的，拟采用以下的技术：

本发明包括：连接在冷暖系统管路上的房间换热器1、机组换热器5、压缩机3、和节流器7四大常规制冷基本部件，以及充灌在该冷暖系统中适合于冷暖空调工况的制冷剂；

其特征在于，该冷暖空调系统还包括了液态制冷剂加压配送装置X与D类气态制冷剂加压配送装置K：

一.实施制冷空调时：启用液态制冷剂加压配送装置X，关闭D类气态制冷剂加压配送装置K；——此时的房间换热器1发挥蒸发器制冷的功能，此时的机组换热器5在室外发挥冷凝器的冷凝散热功能。

二.实施制热空调时：启用D类气态制冷剂加压配送装置K，关闭液态制冷剂加压配送装置X。——此时的房间换热器1发挥冷凝器制热的功能，此时的机组换热器5在室外发挥蒸发器制冷吸热的功能

本发明具体调控冷暖空调的操作使用方法，其特征在于，即通过阀门控制适合于冷暖二种空调工况的制冷剂流向的方法如下：

三.制冷剂流向调控中将涉及到以下的阀：

控制压缩机3正反向吸排气工作的气流调控阀组U包括：制冷回气阀P1、制热回气阀P2、制热排气阀P3以及制冷排气阀P4；

控制液态制冷剂加压配送装置X工作与否的制冷调控阀组包括：由制热旁路阀P7和制冷配液阀P8构成的制冷剂泵B的液流调控阀组Y，以及由制冷气压平衡阀P5和制冷供液阀P6构成的低压储液桶W的功能调控阀组二个部分；

控制D类气态制冷剂加压配送装置K工作与否的制热调控阀组V包括：冷热控制阀P9和制热配送阀P10；

分别在制冷空调时与制热空调时实施微调的节流阀6；

四.实施制冷空调时：

开启：制冷回气阀P1、制冷排气阀P4、制冷气压平衡阀P5、制冷供液阀P6、制冷配液阀P8以及冷热控制阀P9；

关闭：制热回气阀P2、制热排气阀P3、制热旁路阀P7以及制热配送阀P10；

启动：制冷剂泵B；

微调：节流阀6(扩展阀的口径)，让作为冷凝器使用的机组换热器5的冷凝温度与作为蒸发器使用的房间换热器1的蒸发温度二者符合制冷工况的标准要求；

五.实施制热空调时：

开启：制热回气阀P2、制热排气阀P3、制热旁路阀P7以及制热配送阀P10；

关闭：制冷回气阀P1、制冷排气阀P4、制冷气压平衡阀P5、制冷供液阀P6、制冷配液阀P8以及冷热控制阀P9；

停止启动：制冷剂泵B。

微调：节流阀6(缩小阀的口径)，压低作为蒸发器使用的机组换热器5的蒸发温度，让它符合制热工况的标准要求。——如果作为冷凝器使用的房间换热器1内的冷凝压力有所提高，则属于正常情况。

——气流调控阀组U所属的制冷回气阀P1、制热回气阀P2、制热排气阀P3以及制冷排气阀P4由一只二位四通电磁阀来取代。

——液流调控阀组Y所属的制热旁路阀P7和制冷配液阀P8由一只二位三通电磁阀来取代。

——制热调控阀组V所属的冷热控制阀P9和制热配送阀P10由一只二位三通电磁阀来取代。

关于本发明中的液态制冷剂加压配送装置X的设置问题：

在实施制冷空调时就启用液态制冷剂加压配送装置X，此时，房间换热器1作为室内蒸发器使用，而机组换热器5作为室外冷凝器使用。

该液态制冷剂加压配送装置X由制冷剂泵B与设置在前者下部的低压储液桶W二者组成：制冷剂泵B在冷暖系统内部的实际有效扬程，决定了作为蒸发器使用的房间换热器1的最大实际设置高度，即在楼房中的最大实际层次。

所述的制冷剂泵B包括：液泵c(包括它的拖动电机)与以立体形式包围该液泵c的全密封型第一金属密封外壳d，在该第一金属密封外壳d上设置了直接连通该液泵c的进液管接口与排液管接口，并且，还在该金属密封外壳b的上部设置了与其内腔连通的低压气体平衡管H的接口；

所述的低压储液桶W上设置了：底部出液管接口、中部供液管接口与包括能够间接连接低压气体平衡管H在内的顶部低压气管接口；

所述的液态制冷剂加压配送装置所涉及的接缝处与连管处均采用不可拆卸的焊接工艺实施结合。此外，启用该装置时，不会引起制冷工况中相关数据的改变。

由于液泵c的液体泄漏问题是难以解决的，因此，在其整机制冷剂泵B的结构设计上应该既允许液态制冷剂的泄漏，但又不允许该泄漏的制冷剂进入到大气空间当中(被浪费掉)，为此，结构上必须让液泵c位于第一金属密封外壳d当中，并再通过在该外壳d的腔内连接出来一根气压平衡管H：目的是让从液泵c内泄漏出来的制冷剂泵保存在该外壳d的腔内，由于该气压平衡管H最终是与处于制冷工况的压缩机3的吸气端(整个系统的压力最低处)相连接的，因此，该暂时存放的液态制冷剂会很快地汽化并被压缩机3吸走之后再重新使用。——上述的过程机理实现了：既允许泄漏液态制冷剂但又不允许该泄漏的液态制冷剂进入大气空间的结构设计理念。

低压储液桶W的主要作用是：暂时储存经过作为冷凝器使用的机组换热器5已经冷凝液化之后的并通过管路输送过来的液态制冷剂，随时提供给上述的制冷剂泵B使用：将该低压液态制冷剂泵向高处的作为蒸发器使用的房间换热器1。——为了让制冷剂泵B正常地工作，还必须在该低压储液桶W的顶部(桶内液面以上)设置能够直接或间接接通处于制冷工况压缩机3吸气端的低压气体平衡管H。

有关液态制冷剂加压配送装置X的设置问题已经在CN 100473912C技术中揭示过，这里仅对它尚未涉及到的“制冷剂泵B”的防泄漏结构问题进行了重点说明。

关于本发明中的D类气态制冷剂加压配送装置K的设置问题：

冷暖空调系统中的冷凝压力虽然比蒸发压力高一些，依靠自己的力量将高温气态制冷剂送到好几层楼的高度，途中还要克服管道的重重阻力，会感到“力不从心”，如果能够借助于恰到好处的额外的外力(气泵a)协助向上输送气态制冷剂，就会感到得心应手了。

在实施制热空调时就启用D类气态制冷剂加压配送装置K，此时，房间换热器1作为室内冷凝器使用，而机组换热器5作为室外蒸发器使用。

该D类气态制冷剂加压配送装置K的结构比上述液态制冷剂加压配送装置X简单得多，它在结构上包括气泵a(包括它的拖动电机)与以立体形式包围该气泵a的全密封型第二金属密封外壳b，在该金属密封外壳b上设置了对外的能够与压缩机3排气口相连接的进气接口和对外的能够与冷凝器相连接的排气接口，而且：在上述的该进气接口与该气泵a的吸气端之间设置了连接管道，在该连接管道的管壁上设置了洞孔s，设置了该洞孔s显然是为了让从该气泵4主要是轴封等位置泄漏出来的气体，不管其压力多大与压力数值的类别多少，都会在极短的时间内与该壳体2的内腔压力达到平衡(一致)，并很快地从有高速气流经过的上述连接管道壁上设置的洞孔s位置进入、混进该高速气体的洪流当中并一起被该气泵4吸进，以此完成泄漏的气态制冷剂被重新回收使用的全过程。——显然，尽管气泵a的设备功率在中央空调系统中的很大的，但漏气量不会大，否则，气泵a的制造质量就有问题了。——上述全过程之目的是让由压缩机3排出而由该气泵a吸入的大量高速气态制冷剂，既能够以最简捷地在上述连接管道中高速地被引导进入气泵a的体内、经过该气泵a提压之后再继续排出，而又能够通过该输送高速气态制冷剂(形成管道中的低压区)的该连接管道上的洞孔s来吸引从气泵a内部泄漏的相对处于静止状态的气态制冷剂(其压力高于上述连接管道中形成的低压区)。所述的气态制冷剂加压配送装置K所涉及的接缝处与连管处均采用不可拆卸的焊接工艺实施结合。此外，启用该装置K时，会引起制热工况中相关数据的改变。

由于本发明通过气态制冷剂加压配送装置K额外地接力或加力举措，实现助力气态制冷剂将自己推向更高的楼层实现正常的由冷凝器中的气态制冷剂直接对房间空气实施制热空调创造了条件。这样势必会有可能随之提高该制热空调系统中室外作为蒸发器使用的机组换热器5中制冷剂的蒸发压力，即提高室外机组换热器5的制冷温度，则对于在室外低温环境条件下的通过蒸发吸热来吸取该低温环境条件下的室外热量是不利的。

为了压低该制热空调系统中作为蒸发器使用的室外机组换热器5中的蒸发压力，即蒸发温度，应该配合对节流器6的微调(口径调小)，适当减小液态制冷剂的流量，使得蒸发温度降低到原来的标准状态(适合不低于环境温度7℃时的室内制热水平)或认为更合适的程度即可。——蒸发温度越低，越容易吸收低温环境条件下的室外空气热量，然而，吸收的该低温热量将会减少。此外，如果室外环境温度偏低，那么，也可以通过调小节流器2的口径使得上述的蒸发温度也适当地调得偏低一些。然而过低的蒸发温度容易引起作为蒸发器使用的室外机组换热器5结霜，于维持正常的室内制热工况是不利的。

显然，由于在系统中增加了气态制冷剂加压配送装置K，在变换制冷工况与制热工况时，再配合节流阀6的微调是需要的，否则，制热工况(非标准工况)难以达到理想的工作状态。由于在制热空调时需要节流阀6的微调，那么，再重新变换到制冷空调(尽管是标准工况)时，就难免也得微调一下节流阀6了，即由制热时的非标准工况变回到制冷时的标准工况。

气态制冷剂加压配送装置K的结构设计的基本理念也是：既允许气态制冷剂的泄漏但又不允许该泄漏的制冷剂进入到大气空间当中(被浪费掉)。

包括本发明在内的中央冷暖空调系统当中，目前要做到其中的制冷剂绝对不泄漏是不可能的，然而，应该向着上述“制冷剂绝对不泄漏”的方向努力，能够做到一点就算一点，积少就能成多，本发明的设计就是本着这个原则行事的：例如，本发明中的关键部件“制冷剂泵B”与“气态制冷剂加压配送装置K”就属于在正常运行过程当中绝对不会向大气空间泄漏制冷剂分子的二个全密封型部件。

Claims (7)

1.一种无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统，

它包括：连接在冷暖系统管路上的房间换热器(1)、机组换热器(5)、压缩机(3)、和节流器(7)四大常规制冷基本部件，以及充灌在该冷暖系统中适合于冷暖空调工况的制冷剂；

其特征在于，该冷暖空调系统还包括了液态制冷剂加压配送装置(X)与D类气态制冷剂加压配送装置(K)：

一.实施制冷空调时：启用液态制冷剂加压配送装置(X)，关闭D类气态制冷剂加压配送装置(K)；

二.实施制热空调时：启用D类气态制冷剂加压配送装置(K)，关闭液态制冷剂加压配送装置(X)。

2.一种根据权利要求1所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统的具体调控冷暖的操作使用方法，

其特征在于，通过阀门控制适合于冷暖二种空调工况的制冷剂流向的方法：

三.制冷剂流向调控中将涉及到以下的阀：

控制压缩机(3)正反向排气工作的气流调控阀组(U)包括：制冷回气阀(PI)、制热回气阀(P2)、制热排气阀(P3)以及制冷排气阀(P4)；

控制液态制冷剂加压配送装置(X)工作与否的制冷调控阀组包括：由制热旁路阀(P7)和制冷配液阀(P8)构成的制冷剂泵(B)的液流调控阀组(Y)，与由制冷气压平衡阀(P5)和制冷供液阀(P6)构成的低压储液桶(W)的功能调控阀组二个部分；

控制D类气态制冷剂加压配送装置(K)工作与否的制热调控阀组(V)包括：冷热控制阀(P9)和制热配送阀(P10)；

分别在制冷空调时与制热空调时实施微调的节流阀(6)；

四.实施制冷空调时：

开启：制冷回气阀(P1)、制冷排气阀(P4)、制冷气压平衡阀(P5)、制冷供液阀(P6)、制冷配液阀(P8)以及冷热控制阀(P9)；

关闭：制热回气阀(P2)、制热排气阀(P3)、制热旁路阀(P7)以及制热配送阀(P10)；

启动：制冷剂泵(B)；

关闭：气泵(a)；

微调：节流阀(6)，让低机组换热器(5)的冷凝温度与房间换热器(1)的蒸发温度符合制冷工况的标准要求；

五.实施制热空调时：

开启：制热回气阀(P2)、制热排气阀(P3)、制热旁路阀(P7)以及制热配送阀(P10)；

关闭：制冷回气阀(P1)、制冷排气阀(P4)、制冷气压平衡阀(P5)、制冷供液阀(P6)、制冷配液阀(P8)以及冷热控制阀(P9)；

启动：气泵(a)；

关闭：制冷剂泵(B)。

微调：节流阀(6)，压低机组换热器(5)的蒸发温度，让该蒸发温度符合制热工况的标准要求。

3.一种根据权利要求2所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统的具体调控冷暖的操作使用方法，其特征在于：气流调控阀组(U)所属的制冷回气阀(P1)、制热回气阀(P2)、制热排气阀(P3)以及制冷排气阀(P4)由一只二位四通电磁阀来取代。

4.一种根据权利要求2所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统的具体调控冷暖的操作使用方法，其特征在于：液流调控阀组(Y)所属的制热旁路阀(P7)和制冷配液阀(P8)由一只二位三通电磁阀来取代。

5.一种根据权利要求4所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统的具体调控冷暖的操作使用方法，其特征在于：制热调控阀组(V)所属的冷热控制阀(P9)和制热配送阀(P10)由一只二位三通电磁阀来取代。

6.一种根据权利要求1所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统所采用的液态制冷剂加压配送装置，

其特征在于：

在结构上包括制冷剂泵(B)以及位于该制冷剂泵(B)的上部并与该制冷剂泵(B)配用的低压储液桶(W)；

所述的制冷剂泵(B)包括液泵(c)与以立体形式包围该液泵(c)的全密封型第一金属密封外壳(d)，在该第一金属密封外壳(d)上设置了直接连通该液泵(c)的进

液管接口与排液管接口，并且，还在该金属密封外壳(b)的上部设置了与其内腔连通的低压气体平衡管的接口；

所述的低压储液桶(W)上设置了：底部出液管接口、中部供液管接口与包括能够间接连接低压气体平衡管(H)在内的顶部低压气管接口；

所述的液态制冷剂加压配送装置所涉及的接缝处与连管处均采用不可拆卸的焊接工艺实施结合。

7.一种根据权利要求1所述的无水介质输能的超高层楼房冷暖空调系统所采用的D类气态制冷剂加压配送装置，

其特征在于：

在结构上包括气泵(a)与以立体形式包围该气泵(a)的全密封型第二金属密封外壳(b)，在该金属密封外壳(b)上设置了对外的能够与压缩机(3)排气口相连接的进气接口和对外的能够与冷凝器相连接的排气接口，而且，让该金属密封外壳(b)上的该排气口与该气泵(a)的吸气口二者之间设置连通管道，并且，在该连通管道的管壁上设置洞孔(K)；

所述的气态制冷剂加压配送装置所涉及的接缝处与连管处均采用不可拆卸的焊接工艺实施结合。

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