CN107490116B - 精简高效水蓄冷系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水蓄冷系统技术领域,具体涉及一种精简高效水蓄冷系统及其工作方法。该精简高效水蓄冷系统在电价低谷时蓄冷,在峰值及平时段放冷；在蓄冷阶段,第一控制阀打开,第二控制阀关闭，整个水池内的水都通过充分对流循环蓄冷；在放冷阶段,第三控制阀打开,第四控制阀关闭,利用整个水池中的水循环来放冷；补充供冷阶段,当整个水池中的水温度上升达到一定值时,关闭第一控制阀和第三控制阀,打开第二控制阀和第四控制阀，并启动制冷主机系统,此时，通过小容量缓冲水池中的水循环补充供冷。本方案涉及的结构简单、性能稳定、效益高、控制阀门少、投资小、操控技术难度小、水流量控制要求低。

Description

精简高效水蓄冷系统及其工作方法
技术领域
本发明属于水蓄冷系统技术领域，具体涉及精简高效水蓄冷系统及其工作方法。
背景技术
水蓄冷技术主要是利用峰谷电价差，低谷时蓄冷、峰及平时段放冷，来降低空调系统运行费用，水是自然界常见物质中比热最大、且资源丰富的物质，充分利用有效资源，响应国家号召，合理提高经济效益的重要途径。
中国文献公开了很多种水蓄冷、冰蓄冷方案，其中水蓄冷方案包括小流量大温差的斜温层式、管路连接复杂的迷宫式等；采用以上方式的缺点在于：系统复杂、转换阀门多、循环水泵多、投资大、运行程序控制点位多、操作难度大、水流量控制要求非常高等；尤其是还要装有大量的布水器，且布水器的分水均匀度调试的难度相当大，比例调节阀门和变频水泵控制都要经过 DDC 或 PLC 综合分析，且还难以完成控制到最佳工作状态；冰蓄冷方案更是要求选用双工况制冷主机、防止冰的反常膨胀损坏蓄水池,同样还需融冰均匀、保障融冰时水滞留的时间、温度要求精确，以及氯化钠低温盐水等装置。另外还导致放冷同时又蓄冷和放冷时又旁通直供冷的不良现象，制冷主机在有效放冷阶段不能彻底退出停止运行等等。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种精简高效水蓄冷系统，针对错峰用电，利用峰谷电价差，低谷时蓄冷、峰值及平时段放冷，降低空调或制冷系统运行费用；通过简化系统工况转换、简化操作流程、减少常规的蓄冷方案投资成本，达到具有蓄冷、放冷、边蓄冷边放冷、及补充(或称维持)供冷的多种主要条件工况，并保证在峰值及平时段放冷量不足的情况下，又能极大程度上满足直冷的方式，且具有设备投资少、系统简单、运行稳定可靠、制冷效果好、经济效益明显、技术难 度小等优点，为国家节约更多的能源，具有广阔发展的前景和深远的意义。
一种精简高效水蓄冷系统，包括水池、制冷主机系统、未端或板换、循环泵组、控制阀门和控制系统组成，所述水池包括混水池、中间水池和缓冲水池，所述混水池和所述中间水池之间底部连通，所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部连通，所述缓冲水池出口端分别通过管路连接制冷主机以及未端或板换，所述制冷主机以及未端或板换通过回水管道，均连通至所述混水池以及所述缓冲水池顶部位置；位于管路上靠近所述混水池位置设有第一控制阀和第三控制阀，位于管 路上靠近所述缓冲水池位置设有第二控制阀和第四控制阀，所述第一 控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀为手动阀或电动阀。
优选地，连接第一控制阀处的管路和连接第三控制阀处的管路均固定设置于混水池顶部位置。
优选地，连接第二控制阀处的管路和连接第四控制阀处的管路均固定设置于缓冲水池上部位置。
优选地，所述混水池和所述中间水池之间底部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
优选地，所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
优选地，位于所述混水池上部的两条管路为半开式水槽，或者位于所述混水池上部的两条管路上均匀布置有若干个孔，或者位于所述混水池上部的两条管路上设有若干个分支管路，形成喷洒。
优选地，还包括定时控制器和安装于所述中间水池中的温度传感器；定时控制器、温度传感器分别与报警器电性连接；当定时控制器处在白天触点接通、串联接入的温度传感器检测到水温高于设定温度时触点接通，则报警器发出报警信号，实现通知人工转换阀门和启动制冷主机系统，或者实现第一控制阀关闭、第三控制阀关闭，第二控制阀打开、第四控制阀打开，并启动制冷主机系统的自动转换控制和运行。
优选地，一个容器在其中间加装挡板形成底部连通的所述混水池和所述中间水池。
优选地，若干个容器，通过底部和顶部间隔连通，形成如所述混水池和所述中间水池之间相同的连通方式。
一种上述精简高效水蓄冷系统的工作方法，在电价低谷时蓄冷，在峰值及平时段放冷；在蓄冷阶段，第一控制阀打开，第二控制阀关闭，整个水池内的水都通过充分对流循环蓄冷；在放冷阶段，第三控制阀打开，第四控制阀关闭，利用整个水池中的水循环来放冷；补充供冷阶段，当整个水池中的水温度上升达到一定值时，关闭第一控制阀和第三控制阀，打开第二控制阀和第四控制阀，并启动制冷主机系统，此时，通过小容量缓冲水池中的水循环补充供冷。
本发明的优点在于：针对错峰用电，利用峰谷电价差，低谷时蓄冷、峰值及平时段放冷，降低空调或制冷系统运行费用；通过简化系统工况转换、简化操作流程、减少常规的蓄冷方案投资成本，达到并满足具有蓄冷、放冷、边蓄冷边放冷、以及补充(或称维持)供冷的各种条件工况，并保证在峰值及平时段放冷量不足的情况下，又能极大程度上满足直冷的方式，根据设计保温蓄冷水池的容量和放冷的供需冷量，可以在放冷时段完全退出制冷主机、冷却泵组、冷冻泵组、冷却水塔运行，而且在蓄冷运行时段，主机可满负荷运行、冷却水泵、冷冻水泵不需变频、不需控制流量、冷却水塔夜晚冷却效果更好，可以通过定时控制器白天常闭触点和中间水池中温度控制器水温上升后接通的触点信号，连接至制冷主机外接远程启动控制，来完成启动制冷泵组及制冷主机系统全自动工作。真正具有设备投资少、系统简单、运行可靠、制冷效果好、经济效益明显、技术难度小等优点。
附图说明
图 1 是本发明一种精简高效水蓄冷系统原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例只用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例一，一种精简高效水蓄冷系统，如图 1 所示，包括水池、制冷主机系统、未端或板换、循环泵组、控制阀门和控制系统组成，所述水池包括混水池 5、中间水池 6和缓冲水池 7，所述混水池和所述中间水池之间底部连通，所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部连通，所述缓冲水池出口端通过第一管路 8 连接制冷主机，所述缓冲水池出口端通过第二管路 9 连接未端或板换，所述制冷主机以及未端或板换通过回水管道，均连通至所述混水池以及所述缓冲水池顶部位置；位于管路上靠近所述混水池位置设有第一控制阀1 和第三控制阀 3，位于管路上靠近所述缓冲水池位置设有第二控制阀 2 和第四控制阀4，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀为手动阀或电动阀。
本发明中，连接第一控制阀处的管路 10 和连接第三控制阀处的管路 10 均固定设置于混水池顶部位置。
本发明中，连接第二控制阀处的管路和连接第四控制阀处的管路均固定设置于缓冲水池上部位置。
本发明中，所述混水池和所述中间水池之间底部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
本发明中，所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
本发明中，位于所述混水池上部的两条管路为半开式水槽，或者位于所述混水池上部的两条管路上均匀布置有若干个孔，或者位于所述混水池上部的两条管路上设有若干个分支管路，形成喷洒。
本发明中，还包括定时控制器和安装于所述中间水池中的温度传感器；定时控制器、温度传感器分别与报警器电性连接；当定时控制器处在白天触点接通、串联接入的温度传感器检测到水温高于设定温度时触点接通，则报警器发出报警信号，实现通知人工转换阀门和启动制冷主机系统，或者实现第一控制阀关闭、第三控制阀关闭，第二控制阀打开、第四控制阀打开，并启动制冷主机系统的自动转换控制和运行。
本发明中，一个容器在其中间加装挡板形成底部连通的所述混水池和所述中间水池。
本发明中，若干个容器，通过底部和顶部间隔连通，形成如所述混水池和所述中间水池之间相同的连通方式。
一种上述精简高效水蓄冷系统的工作方法，在电价低谷时蓄冷，在峰值及平时段放冷；在蓄冷阶段，第一控制阀打开，第二控制阀关闭，整个水池内的水都通过充分对流循环蓄冷；在放冷阶段，第三控制阀打开，第四控制阀关闭，利用整个水池中的水循环来放冷；补充供冷阶段，当整个水池中的水温度上升达到一定值时，关闭第一控制阀和第三控制阀，打开第二控制阀和第四控制阀，并启动制冷主机系统，此时，通过小容量缓冲水池中的水循环补充供冷。
为达到发明内容所述目的，本发明采用的技术方案如下：
1.保温蓄冷水池根据空调未端所管辖区域面积，保证或综合考虑蓄冷能力达到放冷时段主机尽量不工作的目的，确定蓄冷水池大小，并可采用多池或分隔成多格的办法，而且因不损耗水也不改变水质，完全可以与消防蓄水池容积共享，只要保证水池内的水充分循环对流，设计容量参数计算方式可参考下表：
主机、蓄冷池、冷热负荷计算
吸收或放出温差 水比热 4.2KJ/(Kg.℃)=1Kcal/( kg.℃) 蓄冷水量 M3/h =1000kg/h（ L） 温差 损耗 总热功 : Q吸=Q放cm△t(Kcal/h) 吸收或放出冷热量 1KW=860Kcal/h（ KW） 按未端平均0.1KW/M2/8h有效面积 (㎡ ) 主机 1560KW容量蓄冷工作时间 ( h)
4/9℃ 1 1800000 5 1.0 9000000 10465.1 13081.4 6.7
4/10℃ 1 1800000 6 1.0 10800000 12558.1 15697.7 8.1
4/12℃ 1 1800000 8 1.0 14400000 16744.2 20930.2 10.7
因未端设备容量有限，当气温30℃以上时，放冷水温至9℃，气温30℃以下时，放冷水温至12℃。
2.具体放冷时段水温上升达到多少度转换阀门和启动制冷主机，将根据空调未端设计容量和现场环境温度需求调整。
3.因为Q吸＝Q放cm△t，所以根据水的比热原理，总之不管空调或设备未端回水如何与水池的冷冻水混合，只要有足够容量的水、蓄足了额定的冷量，保证蓄冷水池的水能均匀对流的情况下，蓄了多少冷量，就能放出多少冷量(当然没计保温水池损耗)，前提只要满足机组安全运行与未端交换环境所需条件；且当未端交换设备环境因素与交换能力和参数相同时，不管其他花费昂贵代价配置大量布水器方式的小流量大温差也好,安装复杂的迷宫式也好，在蓄冷水池的水温差相同的情况下，有效蓄冷和放出的冷量是相等的。
4.如图 1 所示中的第一控制阀和第三控制阀出水管路采用分散洒水到水池的方式更可确保水池内的形成对流而达到水温均匀；第二控制阀和第四控制阀处出水管路因缓冲水池容量小而可直接流入缓冲水池，不需分散口。
5.通过图 1 中的放冷泵 9，供至未端或板换的冷冻水，可不通过板换直接供到未端设备，并在空调未端或设备最高位处加装保温开式集水箱(当然如果水池在楼顶的情况下更不需要板换和开式集水箱)，这样可减少因板换损失的温差来提高更多的放冷时间和效益，但是会提搞高放冷水泵的扬程和加大回水管的管径，所以如果有条件的话，也可通过供回水管的温差来调节第三控制阀或第四控制阀的开启度，而不通过板换进行二次交换的方式来达到最高效率。
6.切换开启，关闭第一控制阀和第三控制阀的条件是：在放冷时段(或一个简单的定时控制就可完成)，当水池中的水温上升，放冷条件不能满足空调未端或设备交换所需时，通过中间水池中温度传感器检测达到设定值后，将启动制冷主机+制冷泵+配套冷却系统，通过小容量缓冲水池供冷，且此时的制冷主机制冷设定温度可控制在常规7℃(主机有菜单可预设，或可人工手动设置)，以避免在峰或平时段造成不必要的浪费；其余时间第一控制阀和第三控制阀开启(常开)，第二控制阀和第四控制阀关闭(常闭)，不管制冷主机开机与待机都不影响。
7.电网峰值或平时段为放冷工况，只需运行放冷泵；其他制冷主机系统、冷冻泵组、冷却泵组、冷却塔等都可完全停止，不需启动；可以节约常规直供冷中冷却水泵、冷却塔等空闲运行，以及其他蓄冷方式中的多台水泵运行，从而节约运行费用，当温度传感器在电网峰值或平时检测到接近预设点温度时，可通过自动或手动(报警后，手动开启)切换阀门后控制启动冷却水塔、冷却水泵、冷冻泵、制冷主机。
本发明同样适用于蓄热工况和工业冷冻、冷却系统方案。具有设计和操作简单、投资成本少、技术难度低等优点。
如图 1 所示，是本发明精简水蓄冷系统的原理图，第一控制阀和第三控制阀为常开阀门，第二控制阀和第四控制阀为常闭阀门，不管白天黑夜还是制冷主机开或停都是处在这种状态下；唯一只有当电网峰或平时，且水池温度上升达到上限(10～14℃可调)才切换第一控制阀和第三控制阀关闭，第二控制阀和第四控制阀开启，启动制冷主机系统及配套泵组系统实现补充(也可称维持供冷、缓冲供冷、及直供冷)供冷的功能，并限制冷冻水只在小容量的缓冲水池的循环，且制冷主机可以根据机组自带功能设定为 7℃，以免在峰值或平时段发生不必要的蓄冷工况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种精简高效水蓄冷系统，包括水池、制冷主机系统、未端或板换、循环泵组、控制阀门和控制系统组成，其特征在于：所述水池包括混水池、中间水池和缓冲水池，所述混水池和所述中间水池之间底部连通，所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部连通，所述缓冲水池出口端分别通过管路连接制冷主机以及未端或板换，所述制冷主机以及未端或板换分别通过回水管道，均连通至所述混水池以及所述缓冲水池顶部位置；位于所述制冷主机的回水管道上靠近所述混水池位置设有第一控制阀、位于所述未端或板换的回水管道上靠近所述混水池位置设有第三控制阀，位于所述制冷主机的回水管道上靠近所述缓冲水池位置设有第二控制阀、位于所述未端或板换的回水管道上靠近所述缓冲水池位置设有第四控制阀，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀和所述第四控制阀为手动阀或电动阀，连接第一控制阀处的管路和连接第三控制阀处的管路均固定设置于混水池顶部位置，连接第二控制阀处的管路和连接第四控制阀处的管路均固定设置于缓冲水池上部位置；位于所述混水池上部的两条管路为半开式水槽，或者位于所述混水池上部的两条管路上均匀布置有若干个孔，或者位于所述混水池上部的两条管路上设有若干个分支管路，形成喷洒；还包括定时控制器和安装于所述中间水池中的温度传感器；定时控制器、温度传感器分别与报警器电性连接；当定时控制器处在白天触点接通、串联接入的温度传感器检测到水温高于设定温度时触点接通，则报警器发出报警信号，实现第一控制阀关闭、第三控制阀关闭，第二控制阀打开、第四控制阀打开，并启动制冷主机系统的自动转换控制和运行；一个容器在其中间加装挡板形成底部连通的所述混水池和所述中间水池。
2.根据权利要求1所述的精简高效水蓄冷系统，其特征在于：所述混水池和所述中间水池之间底部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
3.根据权利要求1所述的精简高效水蓄冷系统，其特征在于：所述中间水池和所述缓冲水池之间顶部位置采用通孔、隙缝或管道连通。
4.根据权利要求1所述精简高效水蓄冷系统，其特征在于：若干个容器，通过底部和顶部间隔连通，形成如所述混水池和所述中间水池之间相同的连通方式。
5.一种根据权利要求1所述精简高效水蓄冷系统的工作方法，其特征在于：在电价低谷时蓄冷，在峰值及平时段放冷；在蓄冷阶段，第一控制阀打开，第二控制阀关闭，整个水池内的水都通过充分对流循环蓄冷；在放冷阶段，第三控制阀打开，第四控制阀关闭，利用整个水池中的水循环来放冷；补充供冷阶段，当整个水池中的水温度上升达到一定值时，关闭第一控制阀和第三控制阀，打开第二控制阀和第四控制阀，并启动制冷主机系统，此时，通过小容量缓冲水池中的水循环补充供冷。
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