CN107036208A - 一种基于双冷源制冷机组的空调系统 - Google Patents

一种基于双冷源制冷机组的空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双冷源制冷机组的空调系统，该空调系统包括带有三个电动调节阀的双冷源制冷机组，通过控制电动调节阀的开闭实现系统的不同运行模式，从而满足不同负荷要求下的冷量供给；另外，本发明系统制冷机组中使用的是2‑甲基丙烷与丙烷组成的新型环保混合制冷剂，该制冷剂在提高系统能效的同时，对环境无污染，使系统更加节能环保；利用双冷源制冷机组中套管式冷凝器出口的高温制冷剂代替空调机组中电能加热，达到制冷剂过冷和降低高品位能浪费的目的。本发明空调系统使用双冷源制冷机组代替两台冷水机组，简化了原有系统，降低系统初投资，通过不同模式切换，使得冷水机组的冷量供给与热湿负荷匹配性强，减少不必要的能源浪费。

Description

一种基于双冷源制冷机组的空调系统
技术领域
本发明涉及一种基于双冷源制冷机组的空调系统，属于空调设备技术领域。
背景技术
辐射空调系统即用辐射冷板作为末端的空调系统，为避免结露造成的室内空气品质问题，辐射冷板末端只能主要用来负责显热负荷，因此目前辐射空调系统多采用辐射冷板末端加新风系统的组合方式。其中辐射冷板利用高温冷冻水主要负责显热负荷，新风系统利用低温冷冻水负责潜热负荷。目前在实验研究和工程实际中，为避免高品位能源的浪费，均采用两套冷热源分别制取高低温冷冻水，用于对辐射冷板和空气处理机组进行供冷，增加了系统的初投资和系统控制难度。此外，空调系统需承担的热湿负荷随季节以及应用场合的不同变化较大，只能以单一模式运行的辐射空调系统不能依据显热负荷和潜热负荷的变化情况做出相应改变，而提供合适匹配的冷量。其结果是易因提供的冷量过多，造成能源的浪费，或因提供冷量不足，导致无法满足室内的舒适性要求。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双冷源制冷机组的空调系统，该空调系统有效解决了现有辐射空调系统存在的采用两套冷水机组以及运行模式单一的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于双冷源制冷机组的空调系统，包括双冷源制冷机组、冷却塔、空调机组和位于室内的冷却顶板；
其中，所述双冷源制冷机组依次包括储液罐、低温套管式蒸发器、高温套管式蒸发器、压缩机和套管式冷凝器，所述套管式冷凝器含有制冷剂回路和冷却水回路，所述低温套管式蒸发器含有冷冻水回路和制冷剂回路，所述高温套管式蒸发器含有冷冻水回路和制冷剂回路，储液罐、低温套管式蒸发器制冷剂回路、高温套管式蒸发器制冷剂回路、压缩机和套管式冷凝器制冷剂回路通过管路连通形成制冷剂循环回路，套管式冷凝器冷却水回路与冷却塔通过管道连通形成冷却水循环回路；
所述空调机组依次包括相互连通的混合段、表冷段、加热段、加湿段和风机段，风机段内设有风机，风机段通过送风风管与室内墙壁上的送风风口连接，混合段通过回风风管与室内墙壁上的回风风口连接，混合段还连接有新风进风管；双冷源制冷机组储液罐出口接入空调机组加热段内的换热盘管进口，加热段内的换热盘管出口接入连通低温套管式蒸发器和/或高温套管式蒸发器的管路中，再经过压缩机和套管式冷凝器制冷剂回路回到储液罐中；双冷源制冷机组低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口接入空调机组的表冷段内换热盘管的进口，表冷段内换热盘管出口接入低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口；双冷源制冷机组高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口与冷却顶板的进口连接，冷却顶板的出口与高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口连接。
进一步优选，所述储液罐出口通过溶液泵和手动阀门接入空调机组加热段内的换热盘管进口，加热段内的换热盘管出口与干燥过滤器入口连接，干燥过滤器出口分成两路，一路通过电子膨胀阀连接至低温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口，一路通过第一截止阀与高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口连接；低温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂出口也分成两路，一路通过第二截止阀与高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口连接，一路通过第三截止阀与压缩机的制冷剂进口连接，高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂出口通过单向阀与压缩机的制冷剂进口连接，压缩机的制冷剂出口连接套管式冷凝器制冷剂回路的制冷剂入口，套管式冷凝器制冷剂回路的制冷剂出口连接储液罐的入口。
进一步优选，所述低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门I与空调机组表冷段内的换热盘管进口连接，表冷段内的换热盘管出口与冷冻水循环水泵I的入口连接，冷冻水循环水泵I的出口接入低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口。
进一步优选，所述高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门II和冷冻水循环水泵II与冷却顶板的进口连接，冷却顶板的出口通过冷冻水循环水泵III和阀门III与高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口连接。
进一步优选，所述套管式冷凝器冷却水回路的冷却水出口通过阀门IV与冷却塔的冷却水入口连接，冷却塔的冷却水出口通过冷却水循环水泵与套管式冷凝器冷却水回路的冷却水进口连接。
进一步优选，所述送风风管中设有第一风量调节阀和第一风阀；所述回风风管中设有回风风机和第三风阀。
进一步优选，所述新风进风管通过第二风量调节阀与混合段连接。
进一步优选，连通高温套管式蒸发器冷冻水回路冷冻水出口与冷却顶板进口的管路上设有补水箱。
进一步优选，所述双冷源制冷机组采用的制冷剂为2-甲基丙烷与丙烷的组合物，组合物中，2-甲基丙烷的质量百分浓度为30％～70％，丙烷的质量百分浓度为30％～70％。
上述基于双冷源制冷机组的空调系统的运行方法，当关闭第一截止阀和第三截止阀，开启第二截止阀，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器制冷剂回路和高温套管式蒸发器制冷剂回路串联接入运行；当开启第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器制冷剂回路和高温套管式蒸发器制冷剂回路并联接入运行；当关闭第一截止阀和第二截止阀，开启第三截止阀，制冷剂循环回路只有低温套管式蒸发器制冷剂回路接入运行；开启第一截止阀，关闭第三截止阀和第二截止阀，制冷剂循环回路只有高温套管式蒸发器制冷剂回路接入运行。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：
首先，本发明空调系统提供多种运行模式，能够满足不同场合下的使用需求；本发明空调系统为满足不同场合对热湿环境的不同要求，利用双冷源制冷机组的多模式切换，耦合空调系统末端，达到满足不同条件下提供不同冷量的要求，同时达到节约能源的目的；
其次，本发明空调系统采用高温制冷剂作为空调机组加热段热媒，从而降低能耗；在低温新风需要加热时，双冷源制冷机组冷凝器出口的高温制冷剂代替电加热，进入空调机组的加热段与处理过的低温新风进行热交换，加热低温新风同时使制冷剂过冷，有效降低能耗，达到节能的目的；
最后，本发明空调系统采用的制冷剂为环保新型制冷剂，在提高空调系统能效比的同时还有利于环保。
附图说明
图1为本发明基于双冷源制冷机组的空调系统的系统原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1所示，本发明基于双冷源制冷机组的空调系统，包括双冷源制冷机组1、冷却塔2、空调机组3和位于室内的冷却顶板6；其中，双冷源制冷机组1依次包括储液罐103、低温套管式蒸发器104、高温套管式蒸发器105、压缩机101和套管式冷凝器102，套管式冷凝器102含有制冷剂回路和冷却水回路，低温套管式蒸发器104含有冷冻水回路和制冷剂回路，高温套管式蒸发器105含有冷冻水回路和制冷剂回路，储液罐103、低温套管式蒸发器104制冷剂回路、高温套管式蒸发器105制冷剂回路、压缩机101和套管式冷凝器102制冷剂回路通过管路连通形成制冷剂循环回路，套管式冷凝器102冷却水回路与冷却塔2通过管道连通形成冷却水循环回路；
空调机组3依次包括相互连通的混合段301、表冷段302、加热段303、加湿段304和风机段305，风机段305内设有风机，风机段305通过送风风管8与室内墙壁上的送风风口4连接，送风风管8中设有第一风量调节阀A和第一风阀A1；混合段301通过回风风管7与室内墙壁上的回风风口5连接，回风风管7中设有回风风机14和第三风阀C，混合段301还连接有新风进风管13，新风进风管13通过第二风量调节阀B与混合段301连接；双冷源制冷机组1储液罐103出口通过溶液泵1014和手动阀门e接入空调机组3加热段303内的换热盘管进口，加热段303内的换热盘管出口与干燥过滤器1012入口连接，干燥过滤器1012出口分成两路，一路通过电子膨胀阀109连接至低温套管式蒸发器104制冷剂回路的制冷剂入口，一路通过第一截止阀106与高温套管式蒸发器105制冷剂回路的制冷剂入口连接；低温套管式蒸发器104制冷剂回路的制冷剂出口也分成两路，一路通过第二截止阀108与高温套管式蒸发器105制冷剂回路的制冷剂入口连接，一路通过第三截止阀107与压缩机101的制冷剂进口连接，高温套管式蒸发器105制冷剂回路的制冷剂出口通过单向阀1010与压缩机101的制冷剂进口连接，压缩机101的制冷剂出口连接套管式冷凝器102制冷剂回路的制冷剂入口，套管式冷凝器102制冷剂回路的制冷剂出口连接储液罐103的入口；双冷源制冷机组1低温套管式蒸发器104冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门I a与空调机组3表冷段302内的换热盘管进口连接，表冷段302内的换热盘管出口与冷冻水循环水泵I11的入口连接，冷冻水循环水泵I11的出口接入低温套管式蒸发器104冷冻水回路的冷冻水进口；双冷源制冷机组1高温套管式蒸发器105)冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门II c和冷冻水循环水泵II9与冷却顶板6的进口连接，冷却顶板6的出口通过冷冻水循环水泵III10和阀门III d与高温套管式蒸发器105冷冻水回路的冷冻水进口连接，连通高温套管式蒸发器105冷冻水回路冷冻水出口与冷却顶板6进口的管路上设有补水箱12；
套管式冷凝器10冷却水回路的冷却水出口通过阀门IV1013与冷却塔2的冷却水入口连接，冷却塔2的冷却水出口通过冷却水循环水泵1011与套管式冷凝器102冷却水回路的冷却水进口连接。
本发明空调系统双冷源制冷机组1中充注的是2-甲基丙烷与丙烷组成的混合制冷剂，其中，2-甲基丙烷的质量百分浓度为30％～70％，丙烷的质量百分浓度为30％～70％，两者的质量浓度之和为100％，该制冷剂能够提高冷水机组的性能，同时也具有良好的环保性，其中2-甲基丙烷的ODP和GWP均为零，同时理论计算表明，使用该制冷剂的空调系统具有较高的能效比。
空调系统的不同运行模式，满足不同热湿负荷条件下的冷量提供，使得供需良好匹配，满足舒适性的前提下，节约能源。本发明的基于双冷源制冷机组的空调系统有四种运行模式：运行模式一：关闭第一截止阀106和第三截止阀107，开启第二截止阀108，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器104制冷剂回路和高温套管式蒸发器105制冷剂回路串联接入运行，适用于当室内的显热负荷和潜热负荷的比例相当且对于两者的控制精度要求不大时；运行模式二：开启第一截止阀106和第三截止阀107，关闭第二截止阀108，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器104制冷剂回路和高温套管式蒸发器105制冷剂回路并联接入运行，该模式下可以对两个蒸发器内制冷剂的流量、流速等分别控制，适用于当室内的显热负荷和潜热负荷的比例相当且对于两者的精度有分别控制要求时；运行模式三：关闭第一截止阀106和第二截止阀108，开启第三截止阀107，制冷剂循环回路只有低温套管式蒸发器104制冷剂回路接入运行，低温套管式蒸发器104制取的低温冷冻水主要用于新风处理机组中，进行潜热负荷的处理，因此适用于当室内潜热负荷较大且对湿度有精度要求而对温度无严格要求时；运行模式四：开启第一截止阀106，关闭第三截止阀107和第二截止阀108，制冷剂循环回路只有高温套管式蒸发器105制冷剂回路接入运行，此时只有高温套管式蒸发器105运行，因为高温套管式蒸发器105制取的高温冷冻水主要用于辐射冷却顶板6末端，进行显热负荷处理，因此适用于室内显热负荷较大而潜热负荷较小或无要求时。
本发明空调系统的双冷源制冷机组1中包括三个电动调节阀(第一截止阀106、第三截止阀107和第二截止阀108)，通过控制电动调节阀的开闭实现空调系统的不同运行模式，满足不同热湿负荷环境要求下的冷量供给；另外，本发明系统制冷机组中使用的是2-甲基丙烷与丙烷组成的新型环保混合制冷剂，该制冷剂在提高系统能效的同时，对环境无污染，使系统更加节能环保；最后，利用双冷源制冷机组1中套管式冷凝器102出口的高温制冷剂代替空调机组3中电能加热，达到制冷剂过冷和降低高品位能的目的。本发明空调系统使用双冷源制冷机组代替两台冷水机组，简化了原有系统，降低系统初投资，通过不同模式切换，使得冷水机组的冷量供给与热湿负荷匹配性强，减少不必要的能源浪费。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：包括双冷源制冷机组、冷却塔、空调机组和位于室内的冷却顶板；
其中，所述双冷源制冷机组依次包括储液罐、低温套管式蒸发器、高温套管式蒸发器、压缩机和套管式冷凝器，所述套管式冷凝器含有制冷剂回路和冷却水回路，所述低温套管式蒸发器含有冷冻水回路和制冷剂回路，所述高温套管式蒸发器含有冷冻水回路和制冷剂回路，储液罐、低温套管式蒸发器制冷剂回路、高温套管式蒸发器制冷剂回路、压缩机和套管式冷凝器制冷剂回路通过管路连通形成制冷剂循环回路，套管式冷凝器冷却水回路与冷却塔通过管道连通形成冷却水循环回路；
所述空调机组依次包括相互连通的混合段、表冷段、加热段、加湿段和风机段，风机段内设有风机，风机段通过送风风管与室内墙壁上的送风风口连接，混合段通过回风风管与室内墙壁上的回风风口连接，混合段还连接有新风进风管；双冷源制冷机组储液罐出口接入空调机组加热段内的换热盘管进口，加热段内的换热盘管出口接入连通低温套管式蒸发器和/或高温套管式蒸发器的管路中，再经过压缩机和套管式冷凝器制冷剂回路回到储液罐中；双冷源制冷机组低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口接入空调机组的表冷段内换热盘管的进口，表冷段内换热盘管出口接入低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口；双冷源制冷机组高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口与冷却顶板的进口连接，冷却顶板的出口与高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口连接。
2.根据权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述储液罐出口通过溶液泵和手动阀门接入空调机组加热段内的换热盘管进口，加热段内的换热盘管出口与干燥过滤器入口连接，干燥过滤器出口分成两路，一路通过电子膨胀阀连接至低温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口，一路通过第一截止阀与高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口连接；低温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂出口也分成两路，一路通过第二截止阀与高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂入口连接，一路通过第三截止阀与压缩机的制冷剂进口连接，高温套管式蒸发器制冷剂回路的制冷剂出口通过单向阀与压缩机的制冷剂进口连接，压缩机的制冷剂出口连接套管式冷凝器制冷剂回路的制冷剂入口，套管式冷凝器制冷剂回路的制冷剂出口连接储液罐的入口。
3.根据权利要求2所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门I与空调机组表冷段内的换热盘管进口连接，表冷段内的换热盘管出口与冷冻水循环水泵I的入口连接，冷冻水循环水泵I的出口接入低温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口。
4.根据权利要求2所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水出口通过阀门II和冷冻水循环水泵II与冷却顶板的进口连接，冷却顶板的出口通过冷冻水循环水泵III和阀门III与高温套管式蒸发器冷冻水回路的冷冻水进口连接。
5.根据权利要求2所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述套管式冷凝器冷却水回路的冷却水出口通过阀门IV与冷却塔的冷却水入口连接，冷却塔的冷却水出口通过冷却水循环水泵与套管式冷凝器冷却水回路的冷却水进口连接。
6.根据权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述送风风管中设有第一风量调节阀和第一风阀；所述回风风管中设有回风风机和第三风阀。
7.根据权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述新风进风管通过第二风量调节阀与混合段连接。
8.根据权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：连通高温套管式蒸发器冷冻水回路冷冻水出口与冷却顶板进口的管路上设有补水箱。
9.根据权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统，其特征在于：所述双冷源制冷机组采用的制冷剂为2-甲基丙烷与丙烷的组合物，组合物中，2-甲基丙烷的质量百分浓度为30％～70％，丙烷的质量百分浓度为30％～70％。
10.一种权利要求1所述的基于双冷源制冷机组的空调系统的运行方法，其特征在于：当关闭第一截止阀和第三截止阀，开启第二截止阀，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器制冷剂回路和高温套管式蒸发器制冷剂回路串联接入运行；当开启第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，制冷剂循环回路为低温套管式蒸发器制冷剂回路和高温套管式蒸发器制冷剂回路并联接入运行；当关闭第一截止阀和第二截止阀，开启第三截止阀，制冷剂循环回路只有低温套管式蒸发器制冷剂回路接入运行；开启第一截止阀，关闭第三截止阀和第二截止阀，制冷剂循环回路只有高温套管式蒸发器制冷剂回路接入运行。
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