CN103438530B - 一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种地冷与冰蓄冷联合制冷除湿系统，由除湿降温模块、循环供冷模块、冰蓄冷模块和毛细管供冷模块构成，除湿降温模块将新风降温除湿后送入室内从而调节室内湿度，毛细管供冷模块通过毛细管网换热器与室内空气进行热交换，从而调节室内温度从而实现温度和湿度分开控制。本发明将室外的气体引入室内经过了三次换热过程，使其温度降低并尽可能的排出水气；然后经回温用换热器吸收部分热量，不仅调节其舒适度，而且也可以进一步降低其水蒸气的含量，从而调节室内的温度和湿度；而第二次降温时所用到的冷源由冰蓄冷模块和毛细管供冷模块提供，冰蓄冷模块则是在利用峰谷电价差降低运行成本，毛细管供冷模块利用地冷来供冷从而节省了能源。

Description

一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统

技术领域

本发明涉及到工业制冷领域，具体的说是一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统。

背景技术

由于人们生活水平的提高，空调越来越普及，但是由于空调的能耗很大，它的集中使用造成城市用电峰谷差距日益增大。为了电网的削峰填谷，现在提倡蓄能空调，比较好的一种选择是采用冰蓄冷系统，用户可以节省很多运行费。但是冰蓄冷系统也有自身的缺点，比如说初投资大，制冰时制冷机组因为要有很低的蒸发温度，它的COP降低。所以从节能角度来说，冰蓄冷并不是一种节能方案，只是能降低运行费，能调节电网负荷。

发明内容

为解决由于集中使用空调导致的城市用电峰谷差距日益增大以及能源消耗严重的问题，本发明提供了一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，该系统通过利用地冷和在用电低谷时制冰、在用电高峰时融冰来进行室温调节，结构简单实用，很好地实现了节能降温并除湿的目的。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，由向室内送入新风并排出室内风的除湿降温模块、为除湿降温模块提供冷源的循环供冷模块、为循环供冷模块提供冷源的冰蓄冷模块和毛细管供冷模块构成，所述除湿降温模块将新风降温除湿后送入室内从而调节室内湿度，所述毛细管供冷模块通过毛细管网换热器与室内空气进行热交换从而调节室内温度；

所述除湿降温模块包括向室内送风的新风通道和向室外排出室内风的排风通道，所述新风通道中的新风依次经过一级强制换热器、除湿用换热器、二级强制换热器和回温用换热器后进入室内，所述排风通道的室内风依次经过一级强制换热器和二级强制换热器后排入室外，所述新风和室内风依次在一级强制换热器和二级强制换热器内进行两次强制热交换以降低新风的温度，所述新风在除湿用换热器中释放热量，从而进一步降低其温度以使其含有的水气凝结，所述新风在回温用换热器中吸收热量以提高新风的温度并进一步降低新风的湿度，所述除湿用换热器的冷源由循环供冷模块提供。

所述循环供冷模块包括两个分别释放热量的换热器Ⅰ和换热器Ⅱ，冷却水泵控制冷却水经过换热器Ⅰ和换热器Ⅱ降温后进入到除湿用换热器内，并与除湿用换热器中的新风发生热交换使新风的温度降低，换热器Ⅰ中的介质由冰蓄冷模块冷却。

所述冰蓄冷模块包括双工况机组、乙二醇泵、换热器Ⅰ和蓄冰槽，所述的乙二醇泵驱动乙二醇通过干路管道依次流经双工况机组、蓄冰槽和换热器Ⅰ后返回乙二醇泵，还包括由阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ和阀门Ⅴ构成的控制系统，所述阀门Ⅰ设置在双工况机组和蓄冰槽之间的干路管道上，所述阀门Ⅴ设置在换热器Ⅰ和乙二醇泵之间的干路管道上，所述阀门Ⅲ的两端分别通过支路管道与双工况机组两端的干路管道连通，所述阀门Ⅳ的一端通过支路管道与乙二醇泵和阀门Ⅴ之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与蓄冰槽和换热器Ⅰ之间的干路管道连通，所述阀门Ⅱ的一端通过支路管道与阀门Ⅰ和阀门Ⅲ的支路管道之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与阀门Ⅳ连接在蓄冰槽和换热器Ⅰ之间的干路管道上的支路管道连通。

所述毛细管供冷模块包括深埋于地下的地埋式换热管、换热器Ⅱ和分布于室内顶棚上的毛细管网换热器构成的循环管路，所述毛细管网换热器的进出水两端分别通过分水器和集水器连入循环管路，循环管路中的循环水由水泵驱动，并在地埋式换热管中放出热量至地下，在毛细管网换热器中吸收室内的热量，以及在换热器Ⅱ进行热交换吸收热量，所述换热器Ⅱ中的介质由毛细管供冷模块冷却。

所述冰蓄冷模块中双工况机组的蒸发器连入冰蓄冷模块的干路管道，从双工况机组的冷凝器中排出的部分介质由冷却水泵Ⅰ和冷却塔构成的冷却回路冷却后参与循环，从双工况机组的冷凝器中排出的另外一部分介质进入除湿降温模块的回温用换热器中，然后与冷却的新风进行热交换从而使新风的温度升高。

所述除湿降温模块的新风通道和排风通道的入口处设有滤网。

所述毛细管供冷模块中还设有膨胀补水箱，用于向毛细管供冷模块中补充循环水，且毛细管供冷模块中循环管路的外部包覆有隔热材料。

所述循环供冷模块的循环管路中还连接有补水装置以补充循环过程中损失的水。

本发明所述的除湿降温模块中的回温用换热器的作用是调节送入房间的空气温度，这是由于室外新风的状态变化较大，以此由该换热器调节，这个换热器中的水流量可以变化。

本发明是基于温湿度独立控制的方法，将房间的空气温度和湿度控制指标由不同的系统和设备分开控制并实现：

冰蓄冷模块提供低温冷源为除湿降温模块所用，目的是除掉送入房间的新风中的水分，除湿量由房间的湿负荷决定，即此模块承担房间的全部湿负荷(又称潜热负荷)，由于该模块也有降温的功能，所以也具有一定的降温功能，承担了房间的部分热负荷(又称显热负荷)；地冷和毛细管供冷模块承担了室内的大部分热负荷，但不承担湿负荷，所以对于这个模块而言，只具有对室内空气降温的功能，该模块中流动的冷水温度较高，是地冷或除湿降温模块提供的高温冷水；

冰蓄冷模块的引入主要作用是利用峰谷电价差降低运行成本，由于冰蓄冷模块采用的是双工况机组，白天可以使用空调工况，晚上是制冰工况，白天可以融冰供冷，以此减小白天电价高时的用电量；

毛细管供冷模块是敷设在房间的屋顶、侧墙，其与房间空气、人员的换热是通过辐射的方式进行，如果墙壁温度低于室内空气的露点温度，墙壁就会有水分析出，弄坏房间的墙壁家具等物，为了避免对房间装修的破坏，毛细管内流动的水温必须较高；同时由于使用了温度较高的高温冷水，即使是使用制冷机组制备，其能效比也会较高，耗电量较小，也具有节能的作用。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）本发明的毛细管供冷模块通过在地下深处设置地埋式换热管和分布于室内顶棚上的毛细管网换热器，循环水在地埋式换热管中释放热量到地下从而温度降低，低温冷水运行至毛细管网换热器中时以辐射方式与室内的空气进行热交换从而降低室内温度，在整个过程中只需要给水泵提供少量的电能以供循环水循环即可实现降温，大大节省了电能；

2）本发明的冰蓄冷模块通过在用电低谷时制冰然后在用电高峰时融冰制冷，避开了用电高峰，而且通过设置多个阀门，并改变各阀门组合的开合实现了调整冰蓄冷模块工作模式的目的，以使其适用于不同的工作条件和人群；

3）本发明在将室外的气体引入室内的过程中经过了三次换热过程，使其温度降低到一定程度，尽可能的排出其含有的水蒸气，此时由于三次降温使得其温度过低，直接引入室内会造成不舒适，因此需要再经过回温用换热器吸收部分热量，不仅调节其舒适度，而且也可以进一步降低其水蒸气的含量，从而调节室内的温度和湿度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明冰蓄冷模块的结构示意图；

图3为本发明除湿降温模块的结构示意图；

图4为本发明毛细管供冷模块的结构示意图；

图5为本发明循环供冷模块的结构示意图；

附图标记：1、冰蓄冷模块，2、循环供冷模块，3、毛细管供冷模块，4、除湿降温模块；

101、蓄冰槽，102、换热器Ⅰ，103、乙二醇泵，104、蒸发器，105、冷凝器，106、冷却水泵Ⅰ，107、冷却塔，108、阀门Ⅰ，109、阀门Ⅱ，1010、阀门Ⅲ，1011、阀门Ⅳ，1012、阀门Ⅴ；

201、冷却水泵，202、补水装置；

301、地埋式换热管，302、膨胀补水箱，303、集水器，304、毛细管网换热器，305、分水器，306、水泵，307、换热器Ⅱ；

401、新风通道，402、一级强制换热器，403、排风通道，404、除湿用换热器，405、二级强制换热器，406、回温用换热器，407、滤网。

具体实施方式

如图所示，一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，由向室内送入新风并排出室内风的除湿降温模块4、为除湿降温模块4提供冷源的循环供冷模块2、为循环供冷模块2提供冷源的冰蓄冷模块1和毛细管供冷模块3构成，所述除湿降温模块4将新风降温除湿后送入室内从而调节室内湿度，所述毛细管供冷模块3通过毛细管网换热器304与室内空气进行热交换从而调节室内温度，这样通过独立的两个系统实现室内温度和湿度的分开调控；

所述除湿降温模块4包括向室内送风的新风通道401和向室外排出室内风的排风通道403，所述新风通道401中的新风依次经过一级强制换热器402、除湿用换热器404、二级强制换热器405和回温用换热器406后进入室内，所述排风通道403的室内风依次经过一级强制换热器402和二级强制换热器405后排入室外，所述新风和室内风依次在一级强制换热器402和二级强制换热器405内进行两次强制热交换以降低新风的温度，所述新风在除湿用换热器404中释放热量，从而进一步降低其温度以使其含有的水气凝结，所述新风在回温用换热器406中吸收热量以提高新风的温度并进一步降低新风的湿度；

所述除湿用换热器404的冷源由循环供冷模块2提供，循环供冷模块2包括两个分别释放热量的换热器Ⅰ102和换热器Ⅱ307，冷却水泵201控制冷却水经过换热器Ⅰ102和换热器Ⅱ307降温后进入到除湿用换热器404内，并与除湿用换热器404中的新风发生热交换使新风的温度降低；

所述换热器Ⅰ102中的介质由冰蓄冷模块1冷却，冰蓄冷模块1包括双工况机组、乙二醇泵103、换热器Ⅰ102和蓄冰槽101，所述的乙二醇泵103驱动乙二醇通过干路管道依次流经双工况机组、蓄冰槽101和换热器Ⅰ102后返回乙二醇泵103，还包括由阀门Ⅰ108、阀门Ⅱ109、阀门Ⅲ1010、阀门Ⅳ1011和阀门Ⅴ1012构成的控制系统，所述阀门Ⅰ108设置在双工况机组和蓄冰槽101之间的干路管道上，所述阀门Ⅴ1012设置在换热器Ⅰ102和乙二醇泵103之间的干路管道上，所述阀门Ⅲ1010的两端分别通过支路管道与双工况机组两端的干路管道连通，所述阀门Ⅳ1011的一端通过支路管道与乙二醇泵103和阀门Ⅴ1012之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与蓄冰槽101和换热器Ⅰ102之间的干路管道连通，所述阀门Ⅱ109的一端通过支路管道与阀门Ⅰ108和阀门Ⅲ1010的支路管道之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与阀门Ⅳ1011连接在蓄冰槽101和换热器Ⅰ102之间的干路管道上的支路管道连通；

所述换热器Ⅱ307中的介质由毛细管供冷模块3冷却，毛细管供冷模块3包括深埋于地下的地埋式换热管301、换热器Ⅱ307和分布于室内顶棚上的毛细管网换热器304构成的循环管路，所述毛细管网换热器304的进出水两端分别通过分水器305和集水器303连入循环管路，循环管路中的循环水由水泵306驱动，并在地埋式换热管301中放出热量至地下，在毛细管网换热器304中吸收室内的热量，以及在换热器Ⅱ307进行热交换吸收热量。

所述冰蓄冷模块1中双工况机组的蒸发器104连入冰蓄冷模块1的干路管道，从双工况机组的冷凝器105中排出的部分介质由冷却水泵Ⅰ106和冷却塔107构成的冷却回路冷却后参与循环，从双工况机组的冷凝器105中排出的另外一部分介质进入除湿降温模块4的回温用换热器406中，然后与冷却的新风进行热交换从而使新风的温度升高，这样可以起到充分利用冷凝器中排出介质中的热量。

所述除湿降温模块4的新风通道401和排风通道403的入口处设有滤网407，以防止脏污进入通道。

所述毛细管供冷模块3中还设有膨胀补水箱302，用于向毛细管供冷模块3中补充循环水，且毛细管供冷模块3中循环管路的外部包覆有隔热材料；所述毛细管供冷模块3中的循环水水温最好为17℃~19℃，该温度可以通过调节地埋式换热管301的埋藏深度和膨胀补水箱302内水的温度来控制。

所述循环供冷模块2的循环管路中还连接有补水装置202以补充循环过程中损失的水。

本发明的冰蓄冷模块1有以下几种工作模式：

1）蓄冰模式

在用电低谷时，打开阀门Ⅰ108和阀门Ⅳ1011，关闭阀门Ⅱ109、阀门Ⅲ1010和阀门Ⅴ1012，此时，乙二醇在流经双工况机组的蒸发器104后释放热量降温，再经过阀门Ⅰ108后进入蓄冰槽101内吸收热量从而使蓄冰槽101内的水结冰，吸收热量后的乙二醇经过阀门Ⅳ1011后回到乙二醇泵103，并重新参与循环；

2）融冰供冷模式

在用电高峰时，打开阀门Ⅰ108、阀门Ⅲ1010和阀门Ⅴ1012，关闭阀门Ⅱ109和阀门Ⅳ1011，此时，乙二醇泵103驱使乙二醇流经阀门Ⅲ1010和阀门Ⅰ108进入蓄冰槽101内，蓄冰槽101内的冰溶化吸收热量使乙二醇温度降低，乙二醇在经过换热器Ⅰ102时与外部的空气进行热交换吸收热量温度变高，从而使室温降低，再经过阀门Ⅴ1012回到乙二醇泵103参与循环；

3）制冷机单独供冷模式

打开阀门Ⅱ109和阀门Ⅴ1012，关闭阀门Ⅲ1010、阀门Ⅰ108和阀门Ⅳ1011，此时，乙二醇泵103驱使乙二醇流经双工况机组的蒸发器104后释放热量降温，再经过阀门Ⅱ109后进入换热器Ⅰ102与外部的空气进行热交换吸收热量温度变高，从而使室温降低，然后经过阀门Ⅴ1012回到乙二醇泵103参与循环；

4）制冷机融冰联合供冷模式

打开阀门Ⅰ108、阀门Ⅱ109和阀门Ⅴ1012，关闭阀门Ⅲ1010和阀门Ⅳ1011，此时，乙二醇泵103驱使乙二醇流经双工况机组的蒸发器104后释放热量降温，然后一部分的乙二醇经过阀门Ⅱ109后进入换热器Ⅰ102与外部的空气进行热交换吸收热量温度变高，从而使室温降低，然后经过阀门Ⅴ1012回到乙二醇泵103参与循环，另一部分的乙二醇经过阀门Ⅰ108进入蓄冰槽101内，蓄冰槽101内的冰溶化吸收热量使乙二醇温度进一步降低，然后乙二醇再经过换热器Ⅰ102与外部的空气进行热交换吸收热量温度变高，从而使室温降低，再经过阀门Ⅴ1012回到乙二醇泵103参与循环。

Claims (5)

1.一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，其特征在于：由向室内送入新风并排出室内风的除湿降温模块（4）、为除湿降温模块（4）提供冷源的循环供冷模块（2）、为循环供冷模块（2）提供冷源的冰蓄冷模块（1）和毛细管供冷模块（3）构成，所述除湿降温模块（4）将新风降温除湿后送入室内从而调节室内湿度，所述毛细管供冷模块（3）通过毛细管网换热器（304）与室内空气进行热交换从而调节室内温度；

所述除湿降温模块（4）包括向室内送风的新风通道（401）和向室外排出室内风的排风通道（403），且新风通道（401）和排风通道（403）的入口处设有滤网（407），所述新风通道（401）中的新风依次经过一级强制换热器（402）、除湿用换热器（404）、二级强制换热器（405）和回温用换热器（406）后进入室内，所述排风通道（403）的室内风依次经过一级强制换热器（402）和二级强制换热器（405）后排入室外，所述新风和室内风依次在一级强制换热器（402）和二级强制换热器（405）内进行两次强制热交换以降低新风的温度，所述新风在除湿用换热器（404）中释放热量，从而进一步降低其温度以使其含有的水气凝结，所述新风在回温用换热器（406）中吸收热量以提高新风的温度并进一步降低新风的湿度，所述除湿用换热器（404）的冷源由循环供冷模块（2）提供；

所述毛细管供冷模块（3）包括深埋于地下的地埋式换热管（301）、换热器Ⅱ（307）和分布于室内顶棚上的毛细管网换热器（304）构成的循环管路，所述毛细管网换热器（304）的进出水两端分别通过分水器（305）和集水器（303）连入循环管路，循环管路中的循环水由水泵（306）驱动，并在地埋式换热管（301）中放出热量至地下，在毛细管网换热器（304）中吸收室内的热量，以及在换热器Ⅱ（307）进行热交换吸收热量，所述换热器Ⅱ（307）中的介质由毛细管供冷模块（3）冷却；

所述毛细管供冷模块（3）中还设有膨胀补水箱（302），用于向毛细管供冷模块（3）中补充循环水，且毛细管供冷模块（3）中循环管路的外部包覆有隔热材料。

2.根据权利要求1所述的一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，其特征在于：所述循环供冷模块（2）包括两个分别释放热量的换热器Ⅰ（102）和换热器Ⅱ（307），冷却水泵（201）控制冷却水经过换热器Ⅰ（102）和换热器Ⅱ（307）降温后进入到除湿用换热器（404）内，并与除湿用换热器（404）中的新风发生热交换使新风的温度降低，换热器Ⅰ（102）中的介质由冰蓄冷模块（1）冷却。

3.根据权利要求1所述的一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，其特征在于：所述冰蓄冷模块（1）包括双工况机组、乙二醇泵（103）、换热器Ⅰ（102）和蓄冰槽（101），所述的乙二醇泵（103）驱动乙二醇通过干路管道依次流经双工况机组、蓄冰槽（101）和换热器Ⅰ（102）后返回乙二醇泵（103），还包括由阀门Ⅰ（108）、阀门Ⅱ（109）、阀门Ⅲ（1010）、阀门Ⅳ（1011）和阀门Ⅴ（1012）构成的控制系统，所述阀门Ⅰ（108）设置在双工况机组和蓄冰槽（101）之间的干路管道上，所述阀门Ⅴ（1012）设置在换热器Ⅰ（102）和乙二醇泵（103）之间的干路管道上，所述阀门Ⅲ（1010）的两端分别通过支路管道与双工况机组两端的干路管道连通，所述阀门Ⅳ（1011）的一端通过支路管道与乙二醇泵（103）和阀门Ⅴ（1012）之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与蓄冰槽（101）和换热器Ⅰ（102）之间的干路管道连通，所述阀门Ⅱ（109）的一端通过支路管道与阀门Ⅰ（108）和阀门Ⅲ（1010）的支路管道之间的干路管道连通，另一端通过支路管道与阀门Ⅳ（1011）连接在蓄冰槽（101）和换热器Ⅰ（102）之间的干路管道上的支路管道连通。

4.根据权利要求3所述的一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，其特征在于：所述冰蓄冷模块（1）中双工况机组的蒸发器（104）连入冰蓄冷模块（1）的干路管道，从双工况机组的冷凝器（105）中排出的部分介质由冷却水泵Ⅰ（106）和冷却塔（107）构成的冷却回路冷却后参与循环，从双工况机组的冷凝器（105）中排出的另外一部分介质进入除湿降温模块（4）的回温用换热器（406）中，然后与冷却的新风进行热交换从而使新风的温度升高。

5.根据权利要求2所述的一种地冷与冰蓄冷联合制冷系统，其特征在于：所述循环供冷模块（2）的循环管路中还连接有补水装置（202）以补充循环过程中损失的水。