CN114251861A - 一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调 - Google Patents

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毛同芹
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晁海英
李九江
曾献庭
杨世恒
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Abstract

本发明涉及一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，包括设置在高层建筑中的二氧化碳循环管路，所述高层建筑为分层结构，每层包括多个室内空间，所述室内空间设置有室内机，所述室内机并联设置，每个室内机的入口端和/或出口端设置有第一节流阀，每层建筑的管道上设置有第二节流阀；所述二氧化碳循环管路连接到利用二氧化碳作为单一循环工质的单级二氧化碳循环系统。其有益效果是：以天然环保工质二氧化碳为唯一制冷工质，由于二氧化碳密度小、粘度小，压差大，相比现有的中央空调系统，以二氧化碳为工质的中央空调在垂直高度上能够为更高的楼层供冷或供热，在平面楼层运用上能够循环更远的距离，能够带动更多的室内机工作。

Description

一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调
技术领域
本发明涉及中央空调领域，特别涉及高层建筑用单级二氧化碳中央空调。
背景技术
高层建筑中，不管是采用氟利昂或者氨作为制冷工质，由于该些制冷介质密度大、粘度大，压差小的特点，室内机和室外机安装落差小，配管距离短，限制了使用范围；导致所带末端个数较少，现有的解决方式是由空调系统配套的水介质输能装置对房间实施制冷与制热的冷暖系统，由于冷暖空调系统自身产生的压力无法将制冷剂输送到高层楼房的房间中直接制冷与制热，必需依靠最廉价的水介质来协助输能，即协助输送冷暖空调系统产生的制冷量(制冷功率)或制热量(制热功率)进入高层的空调房间。需要设置大功率水泵，耗电量多。而且为了便于控制，采用独立的空调主机系统，这将导致工程造价高，系统运行管理分散，建筑空调总能耗增加。
随着国际社会对节能减排、环境保护方面的关注度不断加强，氟利昂制冷剂的淘汰步伐也随之加快，二氧化碳作为一种安全、环保的制冷剂，具有广泛的应用前景和可观的经济价值。申请人致力于以二氧化碳作为制冷工质的研究，经过多年的研究，将二氧化碳作为制冷工质，可以运用在高层建筑中央空调领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以天然环保工质二氧化碳为唯一制冷工质、结构简单、能够拖带更多室内机的高层建筑用单级二氧化碳中央空调。
本发明提供的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其技术方案为：
一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，包括设置在高层建筑中的二氧化碳循环管路，所述高层建筑为分层结构，每层包括多个室内空间，所述室内空间设置有室内机，所述室内机并联设置或者串联设置，每个室内机的入口端和/或出口端设置有第一节流阀，每层建筑的管道上设置有第二节流阀；所述二氧化碳循环管路连接到利用二氧化碳作为单一循环工质的单级二氧化碳循环系统。
优选地，所述单级二氧化碳循环系统还包括依次连接的压缩机、室外换热器和储液器。
优选地，所述单级二氧化碳循环系统还包括第一四通换向阀和第二四通换向阀，所述第一四通换向阀的四个接口分别与压缩机吸气端、压缩机排气端、室外换热器、室内机连接；第二四通换向阀的四个接口分别与室外换热器、储液器进液口、储液器出液口、室内机连接通；
在制热模式下，第一四通换向阀将压缩机排气端和室内机导通，将室外换热器与压缩机吸气端导通；第二四通换向阀将室外换热器与储液器导通，将储液器与室内机导通；二氧化碳介质流向为依次经过压缩机、第一四通换向阀、室内机、储液器、第二四通换向阀、室外换热器，完成制热；
在制冷模式下，第一四通换向阀将压缩机排气端和室外换热器吸气端导通，将室内机出口端与压缩机吸气端导通；第二四通换向阀将室外换热器出口端与储液器入口端导通，将储液器出口端与室内机入口端导通，二氧化碳介质的流向为依次经过压缩机、第一四通换向阀、室外换热器、第二四通换向阀、储液器、室内机，完成制冷。
优选地，所述储液器与所述第二四通换向阀的管道上设置有单向溢流阀；
所述室外换热器与所述第二四通换向阀之间的管道上设置有第三节流阀。
优选地，所述室外换热器包括封闭壳体、换热片、水雾化装置和抽气设备，所述水雾化装置设置在所述封闭壳体内部，所述换热片设置在所述封闭壳体的内部，所述水雾化装置用于将液态水雾化后喷向所述换热片，所述抽气设备设置在所述封闭壳体外部，所述抽气设备用于抽走水汽，并在所述封闭壳体内形成负压。
优选地，所述调压装置靠近所述水雾化装置设置，通过调压装置通入的气体与分散并悬浮在负压环境的封闭壳体的腔体内的水雾形成气溶胶，换热片通过与水雾进行辐射换热，将热量带走；水蒸气和未蒸发的水雾直接排放到大气中。
优选地，所述水雾化装置是超声波雾化器，所述超声波雾化器包括超声波雾化片，所述超声波雾化片配合超声波将水雾化。
优选地，所述室内机包括护板、翅片、长管、U型管、进口和出口，所述长管分别穿套多块翅片，所述护板位于多块翅片的端面，所述U型管与两根长管连接，冷媒从进口进入之后，在长管和U型管构成的循环管路中循环制热或制冷，最后由出口流出，所述室内机的冷媒进口段的二氧化碳流通面的横截面积大于所述室内机冷媒出口段的二氧化碳流通面的横截面积。
优选地，所述室内机的长管和U型管的管径相同，所述进口段由两根以上的管并联形成，所述出口段为一根管。
优选地，所述换热片的外表面设置有辐射散热涂料层，和/或所述封闭壳体的外壁设置有隔热涂料层。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明的多联机中央空调系统以天然环保工质二氧化碳为唯一制冷工质，由于二氧化碳密度小、粘度小，压差大，相比现有的中央空调系统，本发明的以二氧化碳为工质的中央空调在垂直高度上能够为更高的楼层供冷或供热，在平面楼层运用上能够循环更远的距离，能够带动更多的室内机工作。本发明的中央空调，相对于传统空调，效率能够提高2倍以上，能够节能50％以上。
附图说明
图1为本发明实施例的高层建筑用单级二氧化碳中央空调结构示意图。
图2为室外换热器结构示意图。
图3为图2中的A区域局部放大区结构示意图。
图4为本发明实施例的室内机端面示意图。
图5为本发明实施例的室内机立体结构示意图。
图中：1、室内机；11、护板；12、翅片；13、长管；14、U型管；15、进口；16、出口；17、一分二进口段；18、二合一出口段；2、第一节流阀；3、第二节流阀；4、压缩机；5、室外换热器；50、封闭壳体；51、换热片；52、水雾化装置；53、抽气设备；54、调压装置；55、辐射散热涂料层；56、隔热涂料层；A、局部放大区；6、储液器；7、第一四通换向阀；8、第二四通换向阀；9、第三节流阀；10、单向阀。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1所示，本实施例的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，包括设置在高层建筑中的二氧化碳循环管路，所述高层建筑为分层结构，每层包括多个室内空间，所述室内空间设置有室内机1，所述室内机1并联设置或者串联设置，每个室内机1的入口端和/或出口端设置有第一节流阀2，每层建筑的管道上设置有第二节流阀3；所述二氧化碳循环管路连接到利用二氧化碳作为单一循环工质的单级二氧化碳循环系统。单级的含义是区别于复叠系统，只用二氧化碳进行循环，无需复叠。本发明的多联机中央空调系统以天然环保工质二氧化碳为唯一制冷工质，由于二氧化碳密度小、粘度小，压差大，相比现有的中央空调系统，本发明的以二氧化碳为工质的中央空调在垂直高度上能够为更高的楼层供冷或供热，在平面楼层运用上能够循环更远的距离，能够带动更多的室内机工作。通过调节压缩机4的吸气压力和电子膨胀阀的开度来调节末端制冷的温度，调温范围可达到-25℃-30℃。第一节流阀2和第二节流阀3可以单独打开或关闭每个制冷空间或者楼层的供冷或供热。
参见图1所示，所述单级二氧化碳循环系统包括压缩机4、第一四通换向阀7、室外换热器5、第二四通换向阀8和储液器6，所述第一四通换向阀7的四个接口分别与压缩机4吸气端、压缩机4排气端、室外换热器5、室内机1连接；第二四通换向阀8的四个接口分别与室外换热器5、储液器6进液口、储液器6出液口、室内机1连接通。图1为在制热模式下的连接示意图，在制热模式下，第一四通换向阀7将压缩机4排气端和室内机1导通，将室外换热器5与压缩机4吸气端导通；第二四通换向阀8将室外换热器5与储液器6导通；将储液器6与室内机1导通；二氧化碳介质流向为依次经过压缩机4、第一四通换向阀7、室内机1、储液器6、第二四通换向阀8、室外换热器5，完成制热。在制冷模式下，第一四通换向阀7将压缩机4排气端和室外换热器5吸气端导通，将室内机1出口端与压缩机4吸气端导通；第二四通换向阀8将室外换热器5出口端与储液器6入口端导通，将储液器6出口端与室内机1入口端导通，二氧化碳介质的流向为依次经过压缩机4、第一四通换向阀7、室外换热器5、第二四通换向阀8、储液器6、室内机1，完成制冷。具体地，所述储液器6与所述第二四通换向阀8的管道上设置有单向阀10。单向阀10只能够单向流通，还同时具有压力调节作用，可使中央空调中的压力始终保持在适宜的范围内，确保系统高效运行。所述室外换热器5与所述第二四通换向阀8之间的管道上设置有第三节流阀9，优选电子膨胀阀组，具有节流降压作用。
参见图2所示，所述室外换热器5包括封闭壳体50、换热片51、水雾化装置52和抽气设备53，所述水雾化装置52设置在所述封闭壳体50内部，所述换热片51设置在所述封闭壳体50的内部，所述水雾化装置52用于将液态水雾化后喷向所述换热片51，所述抽气设备53设置在所述封闭壳体50外部，所述抽气设备53用于抽走水汽，并在所述封闭壳体50内形成负压。所述调压装置54靠近所述水雾化装置52设置，通过调压装置54通入的气体与分散并悬浮在负压环境的封闭壳体50的腔体内的水雾形成气溶胶，换热片51通过与水雾进行辐射换热，将热量带走。换热腔内气溶胶里的水微团在吸收换热片51内制冷剂辐射热时由大微团逐渐分解为小微团，气溶胶由大微团分解为小微团的过程，会吸收热量，从而将二氧化碳制冷剂冷凝液化，而且气溶胶在由大微团分解为小微团的整个过程是动态连续的。而且，水不会污染环境，环保的同时，降低了成本。换热方式有对流、传导、辐射三种方式，本发明换热件中的高温二氧化碳为辐射热量将气溶胶内的小微团分解带走热量的换热方式，换热效率大大提高。本发明的中央空调，相对于传统空调，效率能够提高2倍以上，能够节能50％以上。
优选地，所述水雾化装置52是超声波雾化器，所述超声波雾化器包括超声波雾化片，所述超声波雾化片配合超声波将水雾化。超声波雾化水本身就具有去垢功能，避免换热件表面结垢。水蒸气和未蒸发的水雾直接排放到大气中。换热完成的水不循环，不回收，直接排放到大气中，由于气溶胶分解过程中，主要将热量转换为内能，排出的水汽温度不高，不会产生热岛效应。
需要特别说明的是，与现有的风冷式换热器与蒸发冷换热器原理不同，本发明的室外换热器5为在负压条件下，利用气溶胶在辐射热的情况下由大微团逐渐分解为小微团进行换热，高温高湿条件也不影响换热，可以在不同气候条件下正常使用。此外，由于水雾化成雾滴后体积变小，因此更容易四散飘动，这就使雾滴的流动性加快，能够快速与室外换热器5完成热交换；且小体积的雾滴在直接接触换热的过程中又有大部分吸热蒸发为蒸汽，大大提高了制冷效率。
参见图3所示，作为一种优选，所述换热片51的外表面设置有辐射散热涂料层55，涂覆有辐射散热涂料的换热片强化了辐射换热，提升换热效率。辐射散热涂料是一种能够辐射走物体热量并隔热防水的涂料，涂料散热不受周围介质影响，涂料散热可以在真空环境中使用，涂料在起到辐射降温的同时，也有很好的自洁性、绝缘性、防腐性、防水性、抗酸碱的特点。该种涂料都是具有较高的对可见光和近红外光反射率、较高的热红外发射率、高温稳定性、良好的物理性能、化学性能和施工性能的纳米材料构成，从而达到高效辐射降温隔热的目的。辐射散热涂料由于基料的材质和膜层内结构的作用，膜面的热辐射发射率可达90％左右，能把膜面吸热蓄积的热能以辐射的方式发射出去。如果空间温度大于膜面温度，一方面膜面向外辐射热量加快，另一方面干膜层内的纳米空心陶瓷微珠组成的真空腔体群能形成有效的隔热屏障，可减少30％以上的热量传导。所述封闭壳体50的外壁设置有隔热涂料层56。由于隔热涂料中含有真空微珠，这种真空微珠可以起到隔热保温的作用，同时能将太阳中的热量反射出去，反射率高达90％。隔热涂料具有防水、防火、阻燃、绝缘、耐磨、抗酸碱、重量轻、施工方便、使用寿命长等特点。通过设置辐射散热涂料层55和隔热涂料层56，室外换热器5的换热效率高，受外界自然风的温度和湿度影响较小。
参见图4和图5所示，作为一种优选，所述室内机包括护板11、护板12、长管13、U型管14、进口15和出口16，所述长管13分别穿套多块护板12，所述护板11位于多块护板12的端面，所述U型管14与相邻的两根所述长管13连接，充分的利用空间，设计较合理，进一步的提高了铜管的制冷效果，冷媒从进口15进入之后，在长管13和U型管14构成的循环管路中循环制热或制冷，最后由出口16流出，所述室内机的冷媒进口段的二氧化碳流通面的横截面积大于所述室内机冷媒出口段的二氧化碳流通面的横截面积。所述护板11具有固定和保护护板12不变形的作用。
具体地，所述进口段的内管径大于出口段的内管径，横截面增大。或者所述室内机的长管13和U型管14的管径相同，所述进口段由两根以上(含两根)的管并联形成，两根管并联使得二氧化碳流通面的横截面积增大一倍。由于制备的管径相同，只是改变连接关系，制造成本低，为一种优选的方式。进口15连接到室内机后一管分多管(例如一分二进口段17、一分三进口段)，在室内机的内部又多管合一管(例如二合一出口段18、三合一出口段)。
具体地，所述长管13和U型管14是铜管，铜管属于传导热好的材料；所述室内机包括三排铜管，右侧两排铜管在进口15端相连通，在另一个端面将该两排铜管汇聚到一条管路并连接到左侧的一排铜管，之后经出口16排出，空调风依次吹过出口段的铜管、进口段的铜管，以图4为例从左往右吹，制冷效果更好。护板12采用铜箔材质，使空气更加顺畅地流通，增加了护板12的导通性，从根本上保障了换热的可靠性，提高了室内机的换热效果；
由于二氧化碳空调系统中的二氧化碳压差大、流速快，通过将室内机的冷媒进口段的二氧化碳流通面的横截面积大于所述室内机冷媒出口段的二氧化碳流通面的横截面积，二氧化碳液体通过管路进入大流通面的室内机，在面积大的进口段的压差变小，流速变慢，使得二氧化碳液体蒸发更充分，最后进入与进口相同管道直径的出口16，恢复原有的二氧化碳压差和流速。通过上述改进，室内机能够将所有液态二氧化碳充分蒸发，进入压缩机的二氧化碳都是气体，不会导致二氧化碳压缩机4损坏。本发明的室内机在具有更好蒸发效果的情况下，保证了系统安全。本发明的室内机安装拆卸和使用都比较方便，实用性较强。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：包括设置在高层建筑中的二氧化碳循环管路，所述高层建筑为分层结构，每层包括多个室内空间，所述室内空间设置有室内机，所述室内机并联设置或者串联设置，每个室内机的入口端和/或出口端设置有第一节流阀，每层建筑的管道上设置有第二节流阀；所述二氧化碳循环管路连接到利用二氧化碳作为单一循环工质的单级二氧化碳循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述单级二氧化碳循环系统还包括依次连接的压缩机、室外换热器和储液器。
3.根据权利要求2所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述单级二氧化碳循环系统还包括第一四通换向阀和第二四通换向阀，所述第一四通换向阀的四个接口分别与压缩机吸气端、压缩机排气端、室外换热器、室内机连接；第二四通换向阀的四个接口分别与室外换热器、储液器进液口、储液器出液口、室内机连接通；
在制热模式下，第一四通换向阀将压缩机排气端和室内机导通，将室外换热器与压缩机吸气端导通；第二四通换向阀将室外换热器与储液器导通，将储液器与室内机导通；二氧化碳介质流向为依次经过压缩机、第一四通换向阀、室内机、储液器、第二四通换向阀、室外换热器，完成制热；
在制冷模式下，第一四通换向阀将压缩机排气端和室外换热器吸气端导通，将室内机出口端与压缩机吸气端导通；第二四通换向阀将室外换热器出口端与储液器入口端导通，将储液器出口端与室内机入口端导通，二氧化碳介质的流向为依次经过压缩机、第一四通换向阀、室外换热器、第二四通换向阀、储液器、室内机，完成制冷。
4.根据权利要求3所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述储液器与所述第二四通换向阀的管道上设置有单向溢流阀；
所述室外换热器与所述第二四通换向阀之间的管道上设置有第三节流阀。
5.根据权利要求2所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述室外换热器包括封闭壳体、换热片、水雾化装置和抽气设备，所述水雾化装置设置在所述封闭壳体内部，所述换热片设置在所述封闭壳体的内部，所述水雾化装置用于将液态水雾化后喷向所述换热片，所述抽气设备设置在所述封闭壳体外部，所述抽气设备用于抽走水汽，并在所述封闭壳体内形成负压。
6.根据权利要求5所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述调压装置靠近所述水雾化装置设置，通过调压装置通入的气体与分散并悬浮在负压环境的封闭壳体的腔体内的水雾形成气溶胶，换热片通过与水雾进行辐射换热，将热量带走；水蒸气和未蒸发的水雾直接排放到大气中。
7.根据权利要求5所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述水雾化装置是超声波雾化器，所述超声波雾化器包括超声波雾化片，所述超声波雾化片配合超声波将水雾化。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述室内机包括护板、翅片、长管、U型管、进口和出口，所述长管分别穿套多块翅片，所述护板位于多块翅片的端面，所述U型管与两根长管连接，冷媒从进口进入之后，在长管和U型管构成的循环管路中循环制热或制冷，最后由出口流出，所述室内机的冷媒进口段的二氧化碳流通面的横截面积大于所述室内机冷媒出口段的二氧化碳流通面的横截面积。
9.根据权利要求8所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述室内机的长管和U型管的管径相同，所述进口段由两根以上的管并联形成，所述出口段为一根管。
10.根据权利要求5所述的一种高层建筑用单级二氧化碳中央空调，其特征在于：所述换热片的外表面设置有辐射散热涂料层，和/或所述封闭壳体的外壁设置有隔热涂料层。
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