CN106403105A - 无需水协助输能的楼房冷暖空调系统 - Google Patents

Abstract

一种无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，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，让系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工程设施成本与省略掉水介质涉及的相关成本基本相当；但对该二项装置提出了容易实现的全密封型的结构设计理念，即：允许泵体存在难免的外泄制冷剂现象，但不允许对内外泄的该制冷剂可以进入大气空间。

Description

无需水协助输能的楼房冷暖空调系统

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。——即：涉及一种主要是利用制冷剂相变性质的潜热高效制冷取代水介质非相变性质的显热低效输能的技术。

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，顺便解决上述的“力不从心”问题。

为了实现本发明上述目的，拟采用以下技术：

本发明包括：连接在冷暖空调系统管路上的房间换热器、机组换热器、压缩机、和节流器四大常规制冷基本部件，以及充灌在该冷暖空调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与气态制冷剂加压配送装置：

一.实施制冷空调时：启用液态制冷剂加压配送装置，关闭气态制冷剂加压配送装置；

二.实施制热空调时：启用气态制冷剂加压配送装置，关闭液态制冷剂加压配送装置；

所述的液态制冷剂加压配送装置X在结构上要求：制冷剂液泵B位于配用的低压储液桶装置D内的制冷剂液面W与桶的上顶部的范围之间；——过高欠稳定；

所述的气态制冷剂加压配送装置K在方法上：由气泵a完成对气态制冷剂接力增压性质的输送要求。

所述的液态制冷剂加压配送装置在结构上包括：

由液泵与它的拖动电机以及以立体形式包围前两者的全密封型第一金属密封外壳构成了制冷剂液泵；

构成该制冷剂液泵的第一金属密封外壳的下底部高于：配用的低压储液桶装置内的制冷剂液面的高度位置；

并且：

由气体压力平衡管连接第一金属密封外壳内的上部空间与低压储液桶装置内的上部空间；

由液体压力平衡管连接第一金属密封外壳内的下底部空间与低压储液桶装置内的下底部盛有液态制冷剂的位置；

由低压进液管连接第一金属密封外壳内的液泵进液口与低压储液桶装置内的下底部盛有液态制冷剂的位置；

由高压出液管连接第一金属密封外壳内的液泵出液口与最终能够接通的制冷系统中蒸发器的进口端位置。

所述的气态制冷剂加压配送装置在结构上包括：

由气泵与以立体形式包围该气泵的全密封型第二金属密封外壳构成的气态制冷剂加压配送装置，在该金属密封外壳上设置了对外的能够最终与压缩机排气口接通的进气管和对外的能够最终接通的与房间换热器接通的排气管，而且，让该气泵的吸气口对着伸进该金属密封外壳腔内的管道进气管口，并且，该气泵的吸气口与该管道进气管口之间存在间隙距离，气泵的排气口与伸进金属密封外壳腔内的排气管接通。

上述结构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的。

所述的“存在间隙距离”的结构处理，能够为在“一根完整的进气管的管壁上钻一个洞孔”(功能相同)的结构形式来取代。

本发明与现有技术比较的特点：

一.由于在构成液态制冷剂加压配送装置的制冷剂液泵与构成气态制冷剂加压配送装置在结构上均采用了全密封型金属密封壳体，这就为彻底解决了高效率液泵与气泵对外界空间泄漏制冷剂的问题创造了条件，即进而为在高层楼房制冷空调系统中省略水这个输能低效率的二次冷量与热量传递冷媒介质也创造了条件。

二.由于安装时尤其是可以让制冷剂液泵的下底部高于配用的低压储液桶装置内制冷剂液面的位置，即前后两者之间的距离存在高度差距，这就为工作中的制冷剂液泵内部绝对不会存在制冷剂的积液、并进而通过接触电机转子最终损坏制冷剂液泵内部的拖动电机创造了条件，即进而为绝对确保了制冷剂液泵的正常工作也创造了条件。

三.由于能够存在上述的“一”与“二”两个特点(要素)，这就为让制冷系统能够成功地实现：在制冷方式上由直接的“制冷剂通过潜热制冷”取代现有技术中由间接的“水介质通过显热传递冷能”创造了条件，即尤其进而为可以在制冷空调系统的使用过程中(在制冷量一定时：由输送极大量的水介质来完成变更为输送极少量的制冷剂来完成)实现30％左右的节能量又创造了条件。——其次，是让制热系统能够成功地实现：至少是省略了(回避了)在制热能量输送传递过程中为水介质这个“中间商”必定要“盘剥”(被“剥一层皮”——输能效率有所降低)的作用创造了条件。

附图说明

图1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；D：低压储液桶；w：液态制冷剂的液面；B：制冷剂液泵；c：液泵；d：第一金属密封外壳；m：液体压力平衡管；n：气体压力平衡管；j：低压进液管；f：高压出液管；K：气态制冷剂加压配送装置；a：气泵；b：第二金属密封外壳；s：在第二金属密封外壳腔内气泵进气端与管道进气口处二者之间的距离；g：进气管；e：高压排气管；H：制冷剂液泵的下底部(即：第一金属密封外壳的下底部)高出低压储液桶内液态制冷剂液面的垂向差距；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。

本发明包括：连接在冷暖空调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，以及充灌在该冷暖空调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，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构成的制冷剂液泵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D的功能调控阀组二个部分；

控制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：制冷剂液泵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：制冷剂液泵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在结构上包括制冷剂液泵B以及位于该制冷剂液泵B的上部并与该制冷剂液泵B配用的低压储液桶D；制冷剂液泵B在冷暖空调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。

所述的制冷剂液泵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的低压进液管j与高压出液管f，在该金属密封外壳b的上部设置了能够与低压储液桶D上部连通的气体压力平衡管n，在其下底部有又设置了与低压储液桶D下底部盛装液态制冷剂部位的液体压力平衡管m，该前述的一对平衡管道的管径(直径6毫米即可——用于液泵c少量外泄制冷剂的排出用途)不需要很大；该液泵c的低压进液管j与低压储液桶D的下底部盛装液态制冷剂的部位接通，该液泵c的高压出液管f：通过制冷配液阀P8最终与房间换热器1连接；

所述的低压储液桶D：设置在其上部的低压气体平衡管H通过制冷气压平衡阀P5最终与压缩机3的吸气口连接，设置在其中部供液管通过该管道上的制冷供液阀P6最终与机组换热器5连接；

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，在其整机制冷剂液泵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，结构上必须考虑：

由让液泵c位于第一金属密封外壳d当中的液体压力平衡管m与气体压力平衡管n共同作用于该第一金属密封外壳d的内腔，一旦从液泵c内部外泄了液态制冷剂，但它不可能再继续穿越该第一金属密封外壳d进入大气空间，只能从其下底部的液体压力平衡管m流入低压储液桶D存放液态制冷剂的底部，等待重新被使用。——该过程机理的设计理念是：允许在制冷系统内部的液泵c外泄液态制冷剂，但绝对不允许该外泄的液态制冷剂有能够进而继续进入大气空间的可能。

显然：在液态制冷剂加压配送装置X中能够实现上述确保液泵c的外泄液态制冷剂能够绝对地在系统内部被全部回收再被利用的前提是：

构成制冷剂液泵B的第一金属密封外壳d的下底部必须高于：低压储液桶D内部的液态制冷剂平面w，这样，无论液泵c外泄液态制冷剂的数量有多大，都会被低压储液桶D全部如数回收后再被利用。——液态制冷剂平面w的高与低和制冷系统负荷的小与大有关，制冷负荷越小，该液态制冷剂平面w就越高，应该取最高的液态制冷剂平面w的高度，再加上10厘米左右就行了，就可求出上述高出的垂向差距H的数值。

低压储液桶D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液泵B使用：将该低压液态制冷剂液泵向高处的作为蒸发器使用的房间换热器1。

关于本发明中的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最终与房间换热器1相连接的排气接口，而且，让该气泵a的吸气口对着伸进该金属密封外壳b腔内的管道进气管口，并且，该气泵a的吸气口应该与上述的进气洞口或管道的进气管口之间存在间隙距离s，其取值2毫米左右就足够了；尽管气泵a的设备功率在中央空调系统中是很大的，但漏气量不会大，否则，气泵a的制造质量就有问题了。——其目的是让由压缩机3排出而由该气泵a吸入的大量高速气态制冷剂，能够以最简捷的直线运动方式高速地被引导进入气泵a的体内，经过该气泵a提压之后再继续直接通过管道排出。

显然，上述直线间隙距离s越小，高速气流跨越该直线间隙距离s时，其气流截面面积由小到大再由大到小的变化过程中，所形成的高速气体的“节流”损失就会越小；在大功率机型的高速气流当中，由于这个“节流”问题所引起的能量损失不可低估。

若管道中该间隙距离s不存在，则上述的“节流”问题也就不存在了，但是，作为制冷剂来说都必须是采用易汽化型液体，外泄在该金属密封外壳b内腔中的汽体，在外界条件(例如：温度与压力等)变化时又极易于液化，这就形成了该外泄制冷剂会存在液化累计到一定的数量后与该金属密封外壳b内腔中的拖动电机接触而使得该电机损坏的机会。

不难看出：上述直线间隙距离s的缝隙，可以通过在形成该“间隙距离s缝隙”的一根进气管的管壁上钻一个洞孔(例如：几个毫米即可)来取代，其功能与“间隙距离s的缝隙”是一样的。——因此对于涉及“间隙距离s的缝隙”的权利要求也应该视为：与上述的在“一根完整的进气管的管壁上钻一个洞孔”是等效的，即一样的。

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“制冷剂液泵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 (5)

1.一种无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，它包括：

连接在冷暖空调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，以及充灌在该冷暖空调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)，关闭气态制冷剂加压配送装置(K)；

二.实施制热空调时：启用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)；

所述的液态制冷剂加压配送装置(X)在结构上要求：制冷剂液泵(B)位于配用的低压储液桶装置(D)内的制冷剂液面(W)与桶的上顶部的范围之间；

所述的气态制冷剂加压配送装置(K)在方法上：由气泵(a)完成对气态制冷剂接力增压性质的输送要求。

2.根据权利要求1所述的无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，所述的液态制冷剂加压配送装置(X)在结构上包括：

由液泵(c)与它的拖动电机以及以立体形式包围前两者的全密封型第一金属密封外壳(d)构成了制冷剂液泵(B)；

构成该制冷剂液泵(B)的第一金属密封外壳(d)的下底部高于：配用的低压储液桶装置(D)内的制冷剂液面(W)的高度位置；

并且：

由气体压力平衡管(n)连接第一金属密封外壳(d)内的上部空间与低压储液桶装置(D)内的上部空间；

由液体压力平衡管(m)连接第一金属密封外壳(d)内的下底部空间与低压储液桶装置(D)内的下底部盛有液态制冷剂的位置；

由低压进液管(j)连接第一金属密封外壳(d)内的液泵(c)进液口与低压储液桶装置(D)内的下底部盛有液态制冷剂的位置；

由高压出液管(f)连接第一金属密封外壳(d)内的液泵(c)出液口与最终能够接通的制冷系统中蒸发器(1)的进口端位置。

3.根据权利要求1所述的无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，所述的气态制冷剂加压配送装置(K)在结构上包括：

由气泵(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)构成的气态制冷剂加压配送装置(K)，在该金属密封外壳(b)上设置了对外的能够最终与压缩机(3)排气口接通的进气管(g)和对外的能够最终接通的与房间换热器(1)接通的高压排气管(e)，而且，让该气泵(a)的吸气口对着伸进该金属密封外壳(b)腔内的管道进气管口，并且，该气泵(a)的吸气口与该管道进气管口之间存在间隙距离(s)，气泵(a)的排气口与伸进金属密封外壳(b)腔内的排气管(f)接通。

4.根据权利要求1所述的无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，所述的液态制冷剂加压配送装置(X)或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的。

5.一种如权利要求1所述的无需水协助输能的高层楼房冷暖空调系统，所述的存在间隙距离(s)的结构处理，能够为在一根完整的进气管的管壁上钻一个洞孔的结构来取代。