CN105258247B - 双冷源两管制空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双冷源两管制空调系统,包括空调末端以及对空调末端提供冷量的冷源系统,所述冷源系统包括串联设置的高温冷源和低温冷源;所述低温冷源的出口通过带有低温分水器的供水管与空调末端相连;所述高温冷源入口通过带有高温集水器的回水管与空调末端相连;所述冷源系统的供水温度为4‑10℃,回水温度为12‑21℃,供回水温差为8‑11℃。本发明在保证整个空调冷水机组总容量不变的前提条件下,通过合理分配高低温机组承担空调负荷的比例,最大限度提高高温机组的承担的负荷比例,大大降低了整个空调系统冷负荷的能耗,是一种节能型的空调系统。

Description

双冷源两管制空调系统
技术领域
[0001] 本发明属于中央集中空调设计技术领域,具体是涉及一种双冷源两管制空调系 统。
背景技术
[0002] 中央空调系统根据冷热管道的设置方式,可分为两管制系统和四管制系统。所谓 两管制系统是指冷热源利用同一组供回水管为末端装置的盘管提供空调冷水或热水的系 统。所谓四管制是指冷热源分别通过各自的供回水管路,为末端装置的冷盘管和热盘管分 别提供空调冷水和热水的系统称为四管制系统,系统中共有四根输送管路。
[0003] 两管制系统的特点是:冷热源交替使用(季节切换),不能同时向末端装置的冷盘 管和热盘管分别提供空调冷水和热水,适用于建筑物功能较单一、舒适性要求相对较低的 场所。投资相对较低。
[0004] 目前,不论四管制和还是两管制空调水系统,空调冷源一般的供水温度均为7°C, 回水温度12°c,供回水温差5°C。空调冷源的性能系数COP值(电动压缩式冷水机组的性能系 数定义为冷水机组制冷量与输入功率之间的比值;吸收式冷水机组的性能系数定义为获得 的制冷量与消耗的热量之比。)一般只有3.8〜5.6。
[0005] 现有空调系统,普遍采用温湿度耦合的控制方法。夏季,采用冷凝除湿方式实现空 气的降温与除湿处理,同时去除建筑的显热负荷和潜热负荷。一般情况下,利用rc的冷冻 水将干球温度为35 • 7°C的空气(湿球温度28 • 5°C)处理到干球温度为16.4°C (相对湿度为 90%)。71冷冻水吸热升高到12°C。因此,空调冷源的蒸发温度一般设计为4°C,冷凝温度一 般为40°C (考虑到冷却水的供回水温度为32/37°C),根据逆卡诺循环,冷源理想的制冷系数 C0P为7.694,目前效率最高的冷源在改工况下的最大⑶P值(电动压缩式冷水机组的性能系 数定义为冷水机组制冷量与输入功率之间的比值;吸收式冷水机组的性能系数定义为获 得的制冷量与消耗的热量之比。)也只能达到5.6,即为理想值的72.8%。
[0006]目前提高冷源C0P的途径主要是从通过提高压缩机的压缩效率、寻找适宜的制冷 剂、改善换热条件等方面进行改进,但是随着技术的发展,这些方面的改进越来越接近瓶颈 期,同时,提高冷源C0P需要的投入代价越来越高,提高冷源C0P似乎到了尽头。
[0007]寻找一种新的方法来提高冷源C0P的途径迫在眉睫,众所周知,冷源在冷凝温度不 变的条件下,冷源的出水温度与冷源的C0P值成正比。因此,在空调系统冷源制冷量不变的 前提下,为了提高冷源的COP而提高冷源的出水温度。若冷源的出水温度一旦全部提高,空 调系统的除湿能力将大大降低,这种通过牺牲舒适度来节能的方式不是一种最佳的措施。
发明内容
[0008]本发明提供了一种双冷源两管制空调系统,该系统通过高低温冷源结合运行,降 低能耗的同时,提高了空调系统的制冷性能。
[0009] —种双冷源两管制空调系统,包括空调末端以及对空调末端提供冷量的冷源系 统,所述冷源系统包括串联设置的尚温冷源和低温冷源;所述低温冷源的出口通过带有低 温分水器的供水管与空调末端相连;所述高温冷源入口通过带有高温集水器的回水管与空 调末端相连;所述冷源系统的供水温度为4-10 °C,回水温度为12-2 rc,供回水温差为8-11 V。
[0010]本发明中,所谓“双冷源”,指一个空调系统中有两种不同的蒸发温度的冷源。在双 冷源两管制空调系统中,出水温度相对较低的冷源称之为“低温冷源”,一般4〜1(TC,其COP 值一般只有3.8〜5.6,出水温度相对较高的冷源称之为“高温冷源”,一般为9〜21»C,其COP 值可高达8〜9以上。在双冷源两管制空调系统中,高温冷源和低温冷源共同承担空调系统 冷负荷,降低了能耗。本发明通过采用高温冷源和低温冷源串联设置即可可实现大温差供 冷,同时保证了空调的性能。
[0011]作为优选,所述高温冷源出口同时通过第一支管与供水管相连,该第一支管上设 有第一控制阀;所述高温冷源出口与低温冷源入口串联的管路上设有第二控制阀。采用该 技术方案时,当空调末端对冷量需求较低时,比如在春秋季节等,可以仅仅开启高温冷源, 通过高温冷源对空调末端提供冷量。此时,需要开启第一控制阀,关闭第二控制阀。当然,在 一些情况下,也可通过同时开启第一控制阀和第二控制阀,同时对第一控制阀和第二控制 阀的开度进行实时控制,从而使得高温冷源的冷冻水一部分直接进入供水管,另外一部分 返回低温冷源进一步冷却,最终得到的两部分冷冻水合并用于最终的供冷。
[0012] 本发明即可采用一级泵驱动系统,也可采用二级栗驱动系统。一般情况下,所述高 温冷源和低温冷源入口的回水管上设有提供输送动力的一级泵组。
[0013] 当采用一级泵系统时,可以采用变频泵也可采用定频泵;作为优选:
[0014] 作为优选,所述低温分水器和高温集水器之间设有第一旁通管,该第一旁通管上 设有压差旁通阀和流量传感器;所述低温冷源或高温冷源中机组开启数量受控于所述流量 传感器的流量反馈信号。比如,当高温冷源和低温冷源串联运行时,当流量传感器的流量信 号大于低温冷源中单台机组的流量时,关闭低温冷源中的某一台机组,同时关闭高温冷源 中对应的机组;当不需要运行低温冷源时,低温冷源内的机组全部关闭。然后,此时高温冷 源受控于所述流量传感器,当流量传感器的流量信号大于高温冷源中单台机组的流量时, 关闭高温冷源中的某一机组;
[0015] 所述双冷源两管制空调系统还包括检测所述供水管和回水管之间压差的压差传 感器;第一旁通管上还设有电控阀;
[0016] 所述一级栗组为受控于所述压差传感器的变频机组;
[0017] 所述电控阀在所述一级泵组单泵运行、且该单栗在最低频率下工作时开启。
[0018]当供需平衡状态下,低温分水器和高温集水器之间的第一旁通管中流量为零,当 空调末端负载发生变化或者控制滞后时,第一旁通管中有流量变化。当第一旁通管中流量 超过高温冷源或低温冷源中的单台机组的流量时,说明冷量供应远远超出了需求,在这种 情况选择关闭某一或者某几台机组,直接的节省了冷源的能耗。
[0019]当室内湿负荷降低到一定程度,双冷源两管制空调系统可启动高温冷源单独供 冷工况,此时关闭低温冷源,与常规单冷源两管制空调系统相比,采用能耗更低的高温冷源 供冷,空调系统的冷源能耗大大降低。若高温冷源采用自然冷源,此时双冷源两管制空调系 统的冷源能耗为0。通过研究发现,室内空调负荷长时间处于低负荷工况下,若此时采用高 温冷源单独供冷,那么,空调系统冷源的年耗电量将大大降低。
[0020] 上述技术方案中,一级栗组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时,从变频工作 状态转变为定频工作状态,此时电控阀被打开,第一旁通管导通;将多余的冷媒直接与换热 后的冷媒合并,返回高、低温冷源。一级泵组根据压差的大小,调整自身转速,从而调节流量 大小;例如供、回水管之间的压力差增大时,说明末端需求降低,此时需要降低一级泵组的 转速,反之,提高所述一级栗组的转速;
[0021] 另外,本发明还可以采用二级栗组系统,此时一级泵组或者二级泵组中至少一个 栗组可以采用变频泵;作为优选,所述一级栗组为定频泵组;所述空调末端入口的供水管上 同时设有二级泵组;
[0022] 还包括检测所述供水管和回水管之间压差的压差传感器;
[0023] 所述低温分水器和高温集水器之间设有第一旁通管,该第一旁通管上设有流量传 感器;所述低温冷源或高温冷源中机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号。 比如,当高温冷源和低温冷源串联运行时,当流量传感器的流量信号大于低温冷源中单台 机组的流量时,关闭低温冷源中的某一机组,同时关闭高温冷源中对应的机组;当不需要运 行低温冷源时,低温冷源内的机组全部关闭。然后,此时高温冷源受控于所述流量传感器, 当流量传感器的流量信号大于高温冷源中单台机组的流量时,关闭高温冷源中的某一机 组;
[0024]所述供水管和回水管之间设有第二旁通管,该第二旁通管上设有电控阀和压差旁 通阀;
[0025] 所述二级栗组为受控于所述压差传感器的变频机组;
[0026] 所述电控阀在所述二级栗组单泵运行、且该单栗在最低频率下工作时开启。
[0027] 上述技术方案中,二级泵组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时,从变频工 作状态转变为定频工作状态,此时电控阀被打开,压差旁通阀导通,第二旁通管导通;将多 余的冷媒直接与换热后的冷媒合并,返回高、低温冷源。二级泵组根据压差的大小,调整自 身转速,从而调节流量大小;例如供、回水管之间的压力差增大时,说明末端需求降低,此时 需要降低二级栗组的转速,反之,提高所述二级泵组的转速;而一级泵组始终定频下工作。
[0028] 作为优选,所述高温冷源入口的回水温度为14_20°C,高温冷源出口和低温冷源入 口的冷冻水温度为9-15°C ;所述低温冷源出口的供水温度为4-10。作为进一步优选,所述高 温冷源入口的回水温度为16_18°C,高温冷源出口和低温冷源入口的冷冻水温度为11-13; 所述低温冷源出口的供水温度为6-8。
[0029] 作为优选,所述高温冷源出入口温差为5_7 °C ;所述低温冷源出入口温差为5-rc。 作为进一步优选,所述高温冷源出入口温差为5_6 °C ;所述低温冷源出入口温差为5-6。〇。
[0030] 作为优选,还包括对室内外温度和湿度进行检测的温度传感器和湿度传感器;所 述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。
[0031] 作为进一步优选,还包括对室内温度进行检测的温度传感器以及对室内湿度进行 检测的湿度传感器,所述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。
[0032] 可以通过回风温度和空气湿度对高温冷源和低温冷源承担的负荷比例进行控制, 保证空调性能最优化。
[0033]本发明中,各参数、元件、管路的名称中出现的“水”(例如供/回水温度、高/低温 供/回水管路、高/低温冷冻水一 /二级栗机组等),对空调系统的冷媒没有任何限定作用,本 发明的空调系统中,可采用的冷媒既包括水,也包括其他载冷剂和水的混合物或者也可选 择其他任何可作为载冷剂的介质。本发明所指双冷源两管制空调系统与传统两管制空调系 统有本质区别。首先,供回水温度不同,传统两管制空调系统中供回水温差一般是5°C左右, 而本发明可以实现大温差供冷,供回水温差高达8°C以上,降低了供水温度。
[0034]与原空调系统相比,本发明的有益效果体现在:
[0035] (1)本发明在保证整个空调冷水机组总容量不变的前提条件下,通过合理分配高 低温机组承担空调负荷的比例,最大限度提高高温机组的承担的负荷比例,大大降低了整 个空调系统冷负荷的能耗,是一种节能型的空调系统。
[0036] ⑵由于空调系统的供回水温差大大提高,在相同制冷量的条件下,空调系统的流 量大大降低,输送系统的能耗大大降低。
[0037] (3)过渡季节,当末端湿负荷下降时,整个空调系统的可采用高效高温冷源供冷, 大大降低了空调系统。
附图说明
[0038] 图1为本发明的双冷源两管制二级栗空调系统的结构示意图;
[0039]图2为本发明的双冷源两管制一级栗空调系统的结构示意图。
[0040] 上述附图中:
[0041] CWPI、第一冷却水泵;CWPII、第二冷却水泵;SP、供水管;RP、回水管;PI I、冷冻水二 级栗机组;PI、冷冻水一级泵机组;BPI、第一旁通管;BPII、第二旁通管;BVI、第一控制阀; BVIII、第三控制阀;BVIV、第四控制阀;BVII、第二控制阀;EBV、电控阀;DPBV、压差旁通阀; DPS、压差传感器;HPI、高温一级泵机组;CPI、低温一级栗机组。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0043] 本发明中所指的冷源可以是自然冷源如江河湖海等地表水、地下水等等直接作为 高低温冷源。双冷源串联两管制空调水系统分为冷源串联两管制一次泵空调水系统和冷源 串联两管制二次泵空调水系统。
[0044] 实施例1:双冷源串联两管制二级栗空调水系统
[0045]如图1所示,双冷源串联二级栗空调水系统的空调冷源由高温冷源和低温冷源共 同组成,高温冷源和低温冷源之间采用串联的方式;高温冷源和低温冷源均由冷却塔冷 却;冷却塔出口的冷却水经过第一冷却水栗CWPI、第二冷却水泵CWPII分别对高温冷源和低 温冷源提供冷却冷量。
[0046] 高温冷源入口的回水温度为12-21°C,高温冷源出口和低温冷源入口的冷冻水温 度为9_i5°c;低温冷源出口的供水温度为4-10;供回水温差为s-irc。高温冷源和低温冷源 各自的供回水温差约为4-5。高温冷源和低温冷源可根据需要有一台或多台冷源机组组成, 采用多台冷源机组的情况比较常见。
[0047] 本发明的空调末端一般包括如下空调末端单元:带有低温表冷段的单盘管风机盘 管、带有低温表冷段和高温表冷段的单盘管新风机组、带有高温表冷段的三盘管空调机组, 以及带有低温表冷段和高温表冷段双盘管空调机组等,根据室内需要可安装其中一种或多 种。其中低温表冷段和/或高温表冷段作为末端的冷源供冷。
[00481空调系统的输送系统包括一条供水管SP和一条回水管RP,供水管SP上设有低温分 水器,回水管RP上带有高温集水器。供水管SP出口分别与空调末端的冷源入口连通:对于只 有高温表冷段的空调末端单元,供水管SP通过支管与高温表冷段的入口连通;对于只有低 温表冷段的空调末端单元以及既有低温表冷段又有高温表冷段的空调末端单元来讲,供水 管SP出口通过支路与这些单元中的低温表冷段入口相连。
[0049]低温分水器出口的供水管上设有冷冻水二级泵机组PII,冷冻水二级泵机组PII为 变频泵。
[0050] 空调末端冷源出口分别通过支管与回水管RP连通,比如,对于只有高温表冷段或 者低温表冷段的空调末端单元,高温表冷段或者低温表冷段的出口分别通过支管与回水管 RP相连,几个支路内冷冻水的温度可以相同也可以不同。高温集水器出口的回水管分别通 过支管与高温冷源和低温冷源的冷冻水入口相连,高温冷源入口的支路上设有高温一级泵 机组HPI,低温冷源入口的支路上设有低温一级栗机组CPI。
[0051] 高温冷源和低温冷源出口均通过支管与供水管SP相连,高温冷源出口的支路上设 有第一控制阀BVI,低温冷源出口的支路上设有第三控制阀BVIII;高温冷源的出口同时通 过支管与低温冷源入口相连,该支路上设有第二控制阀BVII。回水管与低温冷源入口相连 的支路上设有第四控制阀BVIV。
[0052]低温分水器和高温集水器之间设有第一旁通管BPI,第一旁通管BPI上设有流量传 感器F.M;高温冷源、低温冷源中机组开启的数量受该流量传感器控制;比如,正常运行时, 第一控制阀、第四控制阀关闭,第二控制阀和第三控制阀导通;高温冷源和低温冷源串联; 此时,当流量传感器的流量信号大于低温冷源中单台机组的流量时,关闭低温冷源中的某 一机组,同时关闭高温冷源中对应的机组,同时相应调整第二控制阀和第三控制阀以及调 整一级泵机组。当不需要运行低温冷源时,低温冷源内的机组全部关闭,第二控制阀、第三 控制阀和第四控制阀同时关闭,高温冷源单独运行,此时高温冷源受控于所述流量传感器, 当流量传感器的流量信号大于高温冷源中单台机组的流量时,关闭高温冷源中的某一机 组,同时相应调整第一控制阀;当需要单独开启低温冷源时,第一控制阀、第二控制阀同时 关闭,第三控制阀、第四控制阀打开,此时,此时低温冷源受控于所述流量传感器,当流量传 感器的流量信号大于低温冷源中单台机组的流量时,关闭低温冷源中的某一机组,同时相 应调整第三控制阀。另外,还有一种重要的工作模式,即第四控制阀关闭,第一控制阀、第二 控制阀、第三控制阀导通,通过控制第一控制阀和第二控制阀的开度,调整高温冷源出口冷 冻水部分进入供水管,部分进入到低温冷源继续冷却,通过室内外设置温度和湿度传感器, 可实现对第一控制阀和第二控制阀的自动控制,保证控制运行性能最优。
[0053]当供需平衡状态下,低温分水器和高温集水器之间的第一旁通管中流量为零,当 空调末端负载发生变化或者控制滞后时,第一旁通管中有流量变化。当第一旁通管中流量 超过高温冷源或低温冷源中的单台机组的流量时,说明冷量供应远远超出了需求,在这种 情况选择关闭某一或者某几台机组,直接的节省了冷源的能耗。
[0054]另外,供水管与回水管之间设有第二旁通管BPII,第二旁通管上设有电控阀EBV和 压差旁通阀DPBV;供水管和回水管之间同时设有检测供水管和回水管之间压差的压差传感 器DPS;二级泵组根据压差的大小,调整自身转速,从而调节流量大小;例如供、回水管之间 的压力差增大时,说明末端需求降低,此时需要降低二级栗组的转速,反之,提高二级泵组 的转速;而一级泵组始终定频下工作。电控阀在二级栗组单泵运行、且该单泵在最低频率下 工作时开启,由变频转变为定频工作。
[0055] 实施例2:双冷源串联两管制一级栗空调水系统
[0056]如图2所示,与实施例1不同,本系统中,仅有一级泵作为流体驱动源。二级泵机组 PII取消。一级泵机组PI可同时选用定频栗或者选用变频泵。
[0057] 一级泵机组为定频泵时,不需要设置电控阀;同时,供水管SP与回水管RP之间的第 二旁通管BPII取消,其中的压差旁通阀DPBV直接串联在第一旁通管BPI上。流量传感器F.M 控制原理与实施例1类似;
[0058]当一级栗机组为变频泵时,电控阀EBV设置在第一旁通管BPI上。控制原理与实施 例1类似。第二旁通管取消。
[0059]夏季供冷时压差旁通阀DPBV根据供回水管之间压力启闭,冬季采暖时关闭。
[0060] 针对实施例1和实施例2,具体实施过程为:
[0061] 双冷源1次泵供冷工况:
[0062]高温冷源生产出12 °C的高温冷冻水经由低温冷冻水供水泵送至低温冷源蒸发器, 通过低温冷源换热之后变成7 °C的低温冷冻水,低温冷冻水供水经过低温冷冻水分水器分 流,送至双冷源专用空调末端机组(空调末端机组是指组合式空调机组、新风机组、风机盘 管、柜式或者立式空调机组等空调系统的空气处理机组),在末端机组高温表冷器或者低温 表冷器换热后,部分低温冷冻水变成19 °C的高温冷冻回水,部分低温冷冻水变成丨21:的低 温冷冻回水,高温冷冻水回水和低温冷冻水回水混合后,统一送至高温集水器。高温冷冻水 回水经由高温集水器后,由高温冷冻水栗统一送至高温冷源蒸发器,如此循环。
[0063] 双冷源2次泵供冷工况:
[0064]高温冷源生产出12 °C的高温冷冻水经由低温冷冻水供水泵送至低温冷源蒸发器, 通过低温冷源换热之后变成7 °C的低温冷冻水,低温冷冻水供水经过低温冷冻水分水器分 流,由低温冷冻水2次栗送至双冷源专用空调末端机组(空调末端机组是指组合式空调机 组、新风机组、风机盘管、柜式或者立式空调机组等空调系统的空气处理机组),在末端机组 高温表冷器或者低温表冷器换热后,部分低温冷冻水变成19 °C的高温冷冻回水,部分低温 冷冻水变成12 °C的低温冷冻回水,高温冷冻水回水和低温冷冻水回水混合后,统一送至高 温集水器。高温冷冻水回水经由高温集水器后,由高温冷冻水泵统一送至高温冷源蒸发器, 如此循环。
[0065] 高低温机组故障供冷工况: ^〇66]若高温机组发生故障,此时整个空调系统的切换至低温机组供冷工况,高温机组、 局温冷冻水输送系统的水栗及双冷源空调系统末端机组对应的高温表冷器停止工作,低温 机组根据末端机组的需求供冷。若低温机组发生故障,此时整个空调系统的切换至高温机 组供冷工况,低温机组、低温冷冻水输送系统的水栗及双冷源空调系统末端机组对应的低 温表冷器停止工作,局温机组根据末端机组的需求供冷,此时高温机组的出水温度与低温 机组相同。
[0067] 过渡季节高温机组供冷工况:
[0068] 在空调过渡季节,由于空调系统的冷负荷大大降低,此时整个空调系统的切换至 高温机组供冷工况,高温机组的出水温度与高低温机组同时供冷工况中高温机组的出水温 度相同。

Claims (4)

1. 一种双冷源两管制空调系统,包括空调末端以及对空调末端提供冷量的冷源系统, 其特征在于,所述冷源系统包括串联设置的高温冷源和低温冷源;所述低温冷源的出口通 过带有低温分水器的供水管与空调末端相连;所述高温冷源入口通过带有高温集水器的回 水管与空调末端相连;所述冷源系统的供水温度为4-l〇°C,回水温度为12-21°C,供回水温 差为8-11°C; 所述高温冷源和低温冷源入口的回水管上设有提供输送动力的一级泵组; 所述一级泵组为定频栗组;所述空调末端入口的供水管上同时设有二级泵组; 还包括检测所述供水管和回水管之间压差的压差传感器; 所述低温分水器和高温集水器之间设有第一旁通管,该第一旁通管上设有流量传感 器;所述低温冷源或高温冷源中机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号;所 述供水管和回水管之间设有第二旁通管,该第二旁通管上设有电控阀和压差旁通阀; 所述二级栗组为受控于所述压差传感器的变频机组; 所述电控阀在所述二级泵组单栗运行、且该单泵在最低频率下工作时开启; 所述高温冷源出口同时通过第一支管与供水管相连,该第一支管上设有第一控制阀; 所述高温冷源出口与低温冷源入口之间串联的管路上设有第二控制阀。
2.根据权利要求1所述的双冷源两管制空调系统,其特征在于,所述高温冷源入口的回 水温度为14_2〇 °C,高温冷源出口或低温冷源入口的冷冻水温度为9—15。(:;所述低温冷源出 口的供水温度为4_1〇。
3.根据权利要求1所述的双冷源两管制空调系统,其特征在于,所述高温冷源出入口温 差为5-7 °C;所述低温冷源出入口温差为5-7 °C。
4.根据权利要求3所述的双冷源两管制空调系统,其特征在于,所述高温冷源入口的回 水温度为16-18°C,高温冷源出口和低温冷源入口的冷冻水温度为n-ut:;所述低温冷源 出口的供水温度为6-8 °C。
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