CN105571029A - 一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备 - Google Patents

一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备，方法包括：通过空调热泵主机从蓄冷介质中提取热量，冷量被降温后的蓄冷介质储存；同时，通过空调热泵主机将从蓄冷介质中提取的热量转移到蓄热介质中，热量被升温后的蓄热介质储存；空调制冷工况时，蓄冷介质通过空调末端与室内进行热量交换，室内的热量被转移到蓄冷介质中继续储存，该热量将通过空调热泵主机被转移到蓄热介质中；空调制热工况时，蓄热介质通过空调末端与室内进行热量交换，蓄热介质中储存的热量被转移到室内，蓄热介质降温后继续等待蓄热时补偿热量；本发明方法有别于任何传统形式的空调蓄冷蓄热系统，在一年四季任何时间里均可以利用低谷电，同步实现蓄冷和蓄热过程。

Description

一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备。
背景技术
目前传统的水系统中央空调制冷工艺是：采用7℃~12℃低温冷冻水制冷或者采用45℃/40℃热水采暖，空调末端一般采用风机盘管末端形式。在采暖或者制冷过程中，空调热泵主机等必须同步开启；在传统空调系统甚至冰蓄冷或蓄热系统，制冷或者制热过程，大量的热量被排放到大气中，或者被排放到土壤中，或者被部分回收用于生产热水，热量没有被同步回收蓄能待用；采暖（或者蓄热）过程，大量冷量被排放到大气中，或者是被排放到土壤中（仅用于恢复土壤的热量，维持土壤的热平衡），造成了大量的能源浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种可实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法及设备，在一年四季的任何时间里均可以利用低谷电，同步实现空调蓄冷/蓄热过程，即在蓄冷的同时，热量被全部储存用于采暖（或在蓄热的同时，冷量被同步储存用于制冷）在制冷或需要采暖的季节里，不再需要开启空调主机采暖（或仅在空调季节里，少开空调主机调峰采暖），减少能源的消耗。
为此本发明设计采用如下方案：
一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，包括以下步骤：
1）通过空调热泵主机从蓄冷介质中提取热量，冷量被降温后的蓄冷介质储存；同时，通过空调热泵主机将从蓄冷介质中提取的热量转移到蓄热介质中，热量被升温后的蓄热介质储存；
2）当空调制冷工况时，蓄冷介质通过空调末端与室内进行热量交换，室内的热量被转移到蓄冷介质中继续储存，该热量将通过空调热泵主机被转移到蓄热介质中；
3）当空调制热工况时，蓄热介质通过空调末端与室内进行热量交换，蓄热介质中储存的热量被转移到室内，蓄热介质降温后继续等待蓄热时补偿热量。
进一步，所述蓄冷介质为土壤或相变材料，所述蓄热介质为相变材料或土壤。
进一步，所述蓄冷介质为水，蓄热介质为水。
进一步，所述蓄冷介质为土壤，蓄热介质为水。
进一步，所述蓄冷介质为土壤，蓄热介质为土壤。
作为本发明的优选方式，一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机、空调末端、以及分别与空调末端相连的集水器和分水器，所述水源热泵主机包括压缩机，冷凝器，膨胀阀以及蒸发器，还包括蓄冷系统和蓄热系统；
所述蓄冷系统包括带保温层的蓄冷水池，蓄冷水池内设有蓄冷循环泵，所述蒸发器的进水口通过管路与蓄冷循环泵相连；蒸发器的出水口连接有三条管路，第一条管路通过空调制冷进水阀门与集水器相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门和空调制冷回收阀门与分水器相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门与蓄冷水池相连；
所述蓄热系统包括带保温层的蓄热水池，蓄热水池内设有蓄热循环泵和采暖循环泵，所述冷凝器的进水口通过管路与蓄热循环泵相连，冷凝器的出水口通过管路与蓄热水池相连；所述集水器通过管路与蓄冷循环泵相连，所述分水器通过管路与蓄热水池相连。
作为本发明的优选方式，一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机、空调末端、以及分别与空调末端相连的集水器和分水器，所述水源热泵主机包括压缩机，冷凝器，膨胀阀以及蒸发器，还包括蓄冷系统和蓄热系统；
所述蓄冷系统包括若干个地埋管，所述蒸发器的进水口通过蓄冷循环泵与各地埋管的进口相连；所述蒸发器的出水口连接有三条管路，第一条管路通过空调制冷进水阀门与集水器相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门和空调制冷回收阀门与分水器相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门与各地埋管的出口相连；
所述蓄热系统包括带保温层的蓄热水池，蓄热水池内设有蓄热循环泵和采暖循环泵，所述冷凝器的进水口通过管路与蓄热循环泵相连，冷凝器的出水口通过管路与蓄热水池相连；所述集水器通过管路与采暖循环泵相连，所述分水器通过管路与蓄热水池相连。
本发明的有益效果在于：
同步实现跨季度蓄冷蓄热，用于采暖和制冷；
1、本发明可实现跨季度蓄冷蓄热，将空调主机的运行时间段有空调季节延长到全年，因此，将空调主机的配置和用电负荷的配置能大幅度降低，只有传统空调的25%，大幅度降低设备投入。
2、本发明可利用全年夜晚谷电蓄冷蓄热，因此空调的运行费用低廉，同时削峰填谷平衡电力，有利于电网运行。
3、本发明同步实现蓄冷蓄热，在采暖或者制冷的过程中，同步回收和利用相互的能量，实质上实现了将采暖过程的冷量全部回收蓄冷利用。将夏季制冷过程的所有余热回收利用，用于冬季采暖。
4、本发明实际上仅仅利用了采暖或者制冷的空调消耗的电能，就实现了蓄冷蓄暖两个目的，能耗只有传统空调的单项能耗。
5、本发明在夏季制冷时可不用开启空调主机，因此对电网电力需求小，对缓解夏季电力负荷的不足具有重要意义。
附图说明
下面结合附图就本发明的具体实施方式作进一步说明，其中：
图1是本发明的方法流程框图；
图2是本发明的实施例1的结构原理图；
图3是本发明的实施例2的结构原理图。
具体实施方式
参照图1所示的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，包括以下步骤：
1）通过空调热泵主机从蓄冷介质中提取热量，冷量被降温后的蓄冷介质储存；同时，通过空调热泵主机将从蓄冷介质中提取的热量转移到蓄热介质中，热量被升温后的蓄热介质储存；
2）当空调制冷工况时，蓄冷介质通过空调末端与室内进行热量交换，室内的热量被转移到蓄冷介质中继续储存，该热量将通过空调热泵主机被转移到蓄热介质中；
3）当空调制热工况时，蓄热介质通过空调末端与室内进行热量交换，蓄热介质中储存的热量被转移到室内，蓄热介质降温后继续等待蓄热时补偿热量。
蓄冷介质为土壤或相变材料，蓄热介质为相变材料或土壤；蓄冷和蓄热介质优选为水，配合保温水箱或带保温层的蓄水池储存；蓄冷和蓄热介质也可以选择土壤，通过地埋管实现热量从蓄冷土壤转向到蓄热土壤；如果是采用除水以外的相变材料，也是可以通过埋管换热实现热量转向，但是成本较高。
下面具体列出两种实现本发明方法的两种优选实施方式：
实施例1
参照图2所示的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机1、空调末端10（包括风机盘管、空气处理器等用于调节室内空气）、以及分别与空调末端10相连的集水器8和分水器9，水源热泵主机1包括压缩机1-1，冷凝器1-2，储液罐1-3，过滤器1-4，膨胀阀1-5，蒸发器1-6，汽液分离器1-7及连接的管路。
除上述系统还包括蓄冷系统和蓄热系统。
蓄冷系统包括带保温层的蓄冷水池2，蓄冷水池2内设有蓄冷循环泵（亦为制冷循环泵）5，蒸发器1-6的进水口通过管路11-2与蓄冷循环泵5相连；蒸发器1-6的出水口连接的管路11-1分为三路，第一条管路通过空调制冷进水阀门4-2与集水器8相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门4-3和空调制冷回收阀门4-1与分水器9相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门4-3与蓄冷水池2相连；
蓄热系统包括带保温层的蓄热水池3，蓄热水池3内设有蓄热循环泵6和采暖循环泵7，冷凝器1-2的进水口通过管路11-4与蓄热循环泵6相连，冷凝器1-2的出水口通过管路11-5与蓄热水池3相连；集水器通8过管路11-6与采暖循环泵7相连，分水器9通过管路11-7与蓄热水池3相连。
本发明同步蓄冷和蓄热工作过程如下：在低谷电时段运行，水源热泵主机1运行时，随冷媒循环，蓄热循环热泵6和蓄冷循环泵5同步运行，空调制冷回收阀门4-1和空调制冷进水阀门4-2关闭，蓄冷旁通阀门4-3打开；冷凝器1-2释放热量，将蓄冷水池2中的热量不断转移到蓄热水池3中，使得蓄热保温水池3的水温度升高，达到全年跨季度低谷电蓄热目的；同时由于水源热泵主机1运行，主机冷媒系统不断通过蒸发器1-6将蓄冷水池2中的热量转移到蓄热保温水池3中，使得蓄冷水池2内水的温度降低，达到全年跨季度低谷电蓄冷目的。
本发明的采暖过程如下：即蓄热水池3中的热量转移到室内的过程，通过采暖循环泵7将热水抽到分水器8，热水随后进入空调末端10于室内释放热量，释放热量后的低温水回流通过集水器9回到蓄热水池3中或者再次通过冷凝器1-2二次加热再回流到蓄热水池3中（无需运行空调主机），当采暖回水温度过低时再次开启空调主机加热。
本发明的制冷过程如下：即将室内热量转移到蓄冷水池2中的过程；通过蓄冷循环泵5将冷水流经蒸发器1-6抽到分水器8后，进入室内空调末端10吸收室内热量，吸收室内热量后的高温水回流通过集水器9回到蓄冷水池2中（在制冷过程中蓄冷旁通阀4-3关闭，制冷阀门4-1和4-2开启）。在制冷过程中，水源热泵主机可以开启也可以不开启。如果水源热泵主机开启，将进一步为低温水降温，一般在制冷供水温度较高时才开启。
实施例2
参照图3所示的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机1、空调末端10（包括风机盘管、空气处理器等用于调节室内空气）、以及分别与空调末端10相连的集水器8和分水器9，水源热泵主机1包括压缩机1-1，冷凝器1-2，储液罐1-3，过滤器1-4，膨胀阀1-5，蒸发器1-6，汽液分离器1-7及连接的管路。
除上述系统还包括蓄冷系统和蓄热系统。
蓄冷系统包括在土壤2-2中埋设的若干个地埋管2-1，以土壤为蓄冷介质；蒸发器1-6的进水口通过蓄冷循环泵5和管路11-2与各地埋管2-1的进口相连；蒸发器1-6的出水口连接的管路11-1分为三路，第一条管路通过空调制冷进水阀门4-2与集水器8相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门4-3和空调制冷回收阀门4-1与分水器9相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门4-3与各地埋管2-1的出口相连；
蓄热系统包括带保温层的蓄热水池3，蓄热水池3内设有蓄热循环泵6和采暖循环泵7，冷凝器1-2的进水口通过管路11-4与蓄热循环泵6相连，冷凝器1-2的出水口通过管路11-5与蓄热水池3相连；集水器通8过管路11-6与采暖循环泵7相连，分水器9通过管路11-7与蓄热水池3相连。
本发明实施例2的蓄冷、蓄热、制冷及采暖工作原理与实施例1相同，参照实施例1所述。
由以上可知，本发明的蓄冷和蓄热的方法有别于传统的单独单功能的蓄冷和蓄热过程；不但可以实现低谷电运行，而且实现了蓄冷蓄热的同时进行，用于夏季制冷或冬季采暖。特别是选用水作为蓄热介质，蓄冷温度可以使0℃，甚至结冰温度以下，蓄热温度可以达到50℃以上。在制冷过程中，可无需开启空调主机，将夏季制冷费用降到最低，甚至可以忽略不计。在制热过程，如果选用毛细管辐射空调末端，水温降到30℃仍然可高效采暖，因此在采暖后期，适当开户热泵主机调峰，但主机效率高，仍然非常节能。理论上说，如果在蓄冷、蓄热过程中，将蓄热介质提温到60℃以上，甚至更高温度，采暖季节也无需开启空调主机，仅消耗水泵电力，即可达到采暖目的。
本发明全年的制冷/采暖总耗能，只有常规定调30%耗能，而且耗能电能可利用夜间的谷电电力，实际全年的制冷/空调费用，仅是传统空调25%，甚至到20%以下,节能性和经济效益非常突出。利用峰谷平阶梯用电时间段内，全年可实现同步的蓄冷和蓄热，将大大减少空调的运行费用，降低用电成本；本发明的蓄能空调技术移峰填谷，有利于提高电网负荷率和电网安全经济运行，缓解电力建设和新增用电的矛盾。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过空调热泵主机从蓄冷介质中提取热量，冷量被降温后的蓄冷介质储存；同时，通过空调热泵主机将从蓄冷介质中提取的热量转移到蓄热介质中，热量被升温后的蓄热介质储存；
2）当空调制冷工况时，蓄冷介质通过空调末端与室内进行热量交换，室内的热量被转移到蓄冷介质中继续储存，该热量将通过空调热泵主机被转移到蓄热介质中；
3）当空调制热工况时，蓄热介质通过空调末端与室内进行热量交换，蓄热介质中储存的热量被转移到室内，蓄热介质降温后继续等待蓄热时补偿热量。
2.根据权利要求1所述的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，其特征在于，所述蓄冷介质为相变材料或土壤，所述蓄热介质为相变材料或土壤。
3.根据权利要求2所述的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，其特征在于，所述蓄冷介质为水，蓄热介质为水。
4.根据权利要求2所述的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热的方法，其特征在于，所述蓄冷介质为土壤，蓄热介质为水。
5.根据权利要求3所述的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机、空调末端、以及分别与空调末端相连的集水器和分水器，所述水源热泵主机包括压缩机，冷凝器，膨胀阀以及蒸发器，其特征在于，还包括蓄冷系统和蓄热系统；
所述蓄冷系统包括带保温层的蓄冷水池，蓄冷水池内设有蓄冷循环泵，所述蒸发器的进水口通过管路与蓄冷循环泵相连；蒸发器的出水口连接有三条管路，第一条管路通过空调制冷进水阀门与集水器相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门和空调制冷回收阀门与分水器相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门与蓄冷水池相连；
所述蓄热系统包括带保温层的蓄热水池，蓄热水池内设有蓄热循环泵和采暖循环泵，所述冷凝器的进水口通过管路与蓄热循环泵相连，冷凝器的出水口通过管路与蓄热水池相连；所述集水器通过管路与采暖循环泵相连，所述分水器通过管路与蓄热水池相连。
6.根据权利要求4所述的一种实现空调跨季度同步蓄冷蓄热方法的设备，包括水源热泵主机、空调末端、以及分别与空调末端相连的集水器和分水器，所述水源热泵主机包括压缩机，冷凝器，膨胀阀以及蒸发器，其特征在于，还包括蓄冷系统和蓄热系统；
所述蓄冷系统包括若干个地埋管，所述蒸发器的进水口通过蓄冷循环泵与各地埋管的进口相连；所述蒸发器的出水口连接有三条管路，第一条管路通过空调制冷进水阀门与集水器相连，第二条管路依次通过蓄冷旁通阀门和空调制冷回收阀门与分水器相连，第三条管路通过蓄冷旁通阀门与各地埋管的出口相连；
所述蓄热系统包括带保温层的蓄热水池，蓄热水池内设有蓄热循环泵和采暖循环泵，所述冷凝器的进水口通过管路与蓄热循环泵相连，冷凝器的出水口通过管路与蓄热水池相连；所述集水器通过管路与采暖循环泵相连，所述分水器通过管路与蓄热水池相连。
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