CN205174624U - 双冷源三管制空调系统 - Google Patents

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李志刚
田向宁
陈永攀
田佳宁
李宁
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Abstract

本实用新型公开了一种双冷源三管制空调系统,包括空调末端和冷源系统,冷源系统包括:高温冷源;低温冷源;高温冷源和低温冷源出口分别与带有低温分水器的供水管相连,供水管出口与空调末端的冷源入口相连;空调末端中风机盘管的冷源出口通过低温回水管与低温冷源入口相连;所述低、高温回水管之间设有带有阀门的支路;其余空调末端的冷源出口通过高温回水管与高温冷源的入口相连;高温冷源出口同时与低温冷源入口相连。本实用新型在保证整个空调冷水机组总容量不变的前提条件下,通过合理分配高低温机组承担空调负荷的比例,最大限度提高高温机组的承担的负荷比例,大大降低了整个空调系统冷负荷的能耗,是一种节能型的空调系统。

Description

双冷源三管制空调系统
技术领域
本实用新型属于中央集中空调设计技术领域,具体是设计一种双冷源三管制空调系统。
背景技术
中央空调系统根据冷热管道的设置方式,可分为两管制系统和四管制系统。所谓两管制系统是指冷热源利用同一组供回水管为末端装置的盘管提供空调冷水或热水的系统。所谓四管制是指冷热源分别通过各自的供回水管路,为末端装置的冷盘管和热盘管分别提供空调冷水和热水的系统称为四管制系统,系统中共有四根输送管路。
两管制系统的特点是:冷热源交替使用(季节切换),不能同时向末端装置的冷盘管和热盘管分别提供空调冷水和热水,适用于建筑物功能较单一、舒适性要求相对较低的场所。投资相对较低。
如图1为典型的四管制一级泵空调系统,如图2为典型的四管制二级泵空调系统,四管制系统的特点是:冷热源可同时使用,末端装置内可以配置冷、热两组盘管,以实现向末端装置同时供应空调冷水和热水,可以对空气进行冷却除湿——再热处理,满足相对湿度的要求。此外,在分内外区的或者供冷供热需求不同的房间,通过配置冷热盘管或者单冷盘管等措施,完全可以实现“各取所需”的愿望。因此,四管制系统适用于对室内空气参数要求较高的场合,有时甚至是一种必要的手段。但是投资比较高。
目前,不论四管制和还是两管制空调水系统,空调冷源一般的供水温度均为7℃,回水温度12℃,供回水温差5℃。空调冷源的性能系数COP值(电动压缩式冷水机组的性能系数定义为冷水机组制冷量与输入功率之间的比值;吸收式冷水机组的性能系数定义为获得的制冷量与消耗的热量之比。)一般只有3.8~5.6。
现有空调系统,普遍采用温湿度耦合的控制方法。夏季,采用冷凝除湿方式实现空气的降温与除湿处理,同时去除建筑的显热负荷和潜热负荷。一般情况下,利用7℃的冷冻水将干球温度为35.7℃的空气(湿球温度28.5℃)处理到干球温度为16.4℃(相对湿度为90%)。7℃冷冻水吸热升高到12℃。因此,空调冷源的蒸发温度一般设计为4℃,冷凝温度一般为40℃(考虑到冷却水的供回水温度为32/37℃),根据逆卡诺循环,冷源理想的制冷系数COP为7.694,目前效率最高的冷源在改工况下的最大COP值(电动压缩式冷水机组的性能系数定义为冷水机组制冷量与输入功率之间的比值;吸收式冷水机组的性能系数定义为获得的制冷量与消耗的热量之比。)也只能达到5.6,即为理想值的72.8%。
目前提高冷源COP的途径主要是从通过提高压缩机的压缩效率、寻找适宜的制冷剂、改善换热条件等方面进行改进,但是随着技术的发展,这些方面的改进越来越接近瓶颈期,同时,提高冷源COP需要的投入代价越来越高,提高冷源COP似乎到了尽头。
寻找一种新的方法来提高冷源COP的途径迫在眉睫,众所周知,冷源在冷凝温度不变的条件下,冷源的出水温度与冷源的COP值成正比。因此,在空调系统冷源制冷量不变的前提下,为了提高冷源的COP而提高冷源的出水温度。若冷源的出水温度一旦全部提高,空调系统的除湿能力将大大降低,这种通过牺牲舒适度来节能的方式不是一种最佳的措施。
实用新型内容
本实用新型另辟蹊径,从调整冷源的供水温度出发,提供了一种既不降低空调系统的舒适度,又能降低空调系统冷源能耗的双冷源三管制空调系统,该系统通过高低温冷源结合运行,降低能耗的同时,提高了空调系统的制冷性能。
一种双冷源三管制空调系统,包括空调末端,以及对空调末端提供冷量的冷源系统,所述冷源系统包括:
高温冷源,供水温度为10-16℃,回水温度为15-21℃,供回水温差为5-11℃;
低温冷源,供水温度为4-10℃,回水温度为9-15℃,供回水温差为5-11℃;
所述高温冷源和低温冷源出口分别通过带有阀门的支路与带有低温分水器的供水管相连,供水管出口与空调末端的冷源入口相连;
所述空调末端中风机盘管的低温表冷器的出口通过设有带有低温集水器的低温回水管与低温冷源入口相连;所述低温回水管和高温回水管之间设有带有阀门的支路;其余空调末端的高温表冷器出口通过带有高温集水器的高温回水管与高温冷源的入口相连;
所述高温冷源出口同时通过带有阀门的支路与低温冷源入口相连。
本实用新型中,所谓“双冷源”,指一个空调系统中有两种不同的蒸发温度的冷源。在双冷源四管制空调系统中,出水温度相对较低的冷源称之为“低温冷源”,一般4~0℃,其COP值一般只有3.8~5.6,出水温度相对较高的冷源称之为“高温冷源”,一般为10~21℃,其COP值可高达8~9以上。在双冷源四管制空调系统中,高温冷源和低温冷源共同承担空调系统冷负荷,降低了能耗。
实际运行时,优先开启高温冷源,此时,仅仅由高温冷源单独对空调末端提供冷量;当高温冷源无法满足末端冷量需要时,此时需要同时开启高温冷源和低温冷源,同时高温冷源出口与供水管之间的支路关闭,经过高温冷源的冷冻水进入到低温冷源中,然后冷却后的冷冻水再进入到室内供冷。本实用新型采用高低温冷源协同工作,进一步提高了空调性能,降低能耗。
作为优选,所述高温冷源的供回水温差为5-8℃;所述低温冷源的供回水温差为5-8℃。所述低温冷源的供回水温差为5-8℃;更进一步优选为:所述高温冷源的供回水温差为5-6℃;所述低温冷源的供回水温差为5-6℃。采用该技术方案,有利于保证空调系统的降温除湿能力。
作为优选,所述低温冷源和高温冷源并联设置,通过同一或者不同的冷却塔进行冷却。低温冷源和高温冷源均可采用多台并联的冷源机组。各冷源机组均配置有单独的控制阀门,可单独开启和关闭。
作为优选,所述高温冷源供水温度为13±3℃,回水温度为18±3℃;所述低温冷源供水温度为7±3℃,回水温度为12±3℃。作为进一步优选,所述高温冷源供水温度为13±1℃,回水温度为18±1℃;所述低温供水温度为7±1℃,回水温度为12±1℃。
本实用新型中,空调末端一般包括风机盘管、新风机组、空调机组等中的一种或多种。
作为优选,所述空调末端包括风机盘管,风机盘管的低温表冷器出口与低温冷源入口之间设有低温回水管;所述低温回水管和高温回水管之间设有带有阀门的支路。当仅高温冷源运行时,此时低温回水管和高温回水管之间的支路导通,风机盘管冷源出口出来的回水合并进入到高温冷源进行冷却;当高温冷源和低温冷源同时运行时,风机盘管的低温表冷器出口通过低温回水管直接回到低温冷源中冷却。
作为优选,所述低温分水器与高温集水器或低温集水器之间设有带有流量传感器和第一阀门组的第一旁通管;所述第一阀门组受控于所述高温冷源或低温冷源:
所述高温冷源单独运行时,所述第一旁通管将低温分水器和高温集水器单独导通(第一阀门组中特定的阀门被高温冷源的运行信号触发),所述高温冷源内机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号;例如,当所述流量传感器检测的流量信号大于高温冷源中单台机组的流量时,关闭高温冷源中的某一机组;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述第一旁通管将低温分水器和低温集水器单独导通(与上述“特定的阀门”相对,第一阀门组中其余特定的阀门被高温冷源的运行信号触发),所述低温冷源内机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号。例如,当所述流量传感器检测的流量信号大于低温冷源中单台机组的流量时,关闭低温冷源中的某一机组。
作为进一步优选,所述第一旁通管上同时设有压差旁通阀,当压差满足要求时,压差旁通阀开启,第一旁通管导通。
该技术方案中,所述的第一旁通管可以为单独的两个管路,分别设置在低温分水器与低温集水器之间,和低温分水器和高温集水器之间,此时流量传感器和压差旁通阀也为两组,两个旁通管上各设有控制阀门,通过冷源的运行信号实时的导通对应的第一旁通管;当然,所述的第一旁通管也可以是主分支结构,即主管入口与低温分水器相连,主管上设置所述的流量传感器和压差旁通阀,此时流量传感器和压差旁通阀设置一组即可,支管上设有阀门组,通过支管分别连接高温集水器和低温集水器相连,阀门组可以是分别设置在相应管路上的控制阀门,通过高低温冷源的运行信号,实时的打开相应的控制阀门。
以仅高温冷源运行的工况为例,当供需平衡状态下,高温分水器和高温集水器之间的旁通管中流量为零,当空调末端负载发生变化或者控制滞后时,旁通管中有流量变化。当旁通管中流量超过高温冷源中的单台机组的流量时,说明冷量供应远远超出了需求,在这种情况选择关闭某一或者某几台机组,直接的节省了冷源的能耗。
当室内空调负荷降低到一定程度,高温冷源单独运行,此时关闭低温冷源,与常规单冷源两管制空调系统相比,采用能耗更低的高温冷源供冷,空调系统的冷源能耗大大降低。若高温冷源采用自然冷源,此时双冷源三管制空调系统的冷源能耗为0。通过研究发现,室内空调负荷常年长时间处于低负荷工况下,若此时采用高温冷源单独供冷,那么,空调系统冷源的年耗电量将大大降低。
本实用新型即可采用一级泵驱动系统,也可采用二级泵驱动系统。
作为优选,所述高温回水管与高温冷源入口之间的管路上设有高温冷冻水一级泵机组;所述低温回水管与低温冷源入口之间的管路上设有低温冷冻水一级泵机组。高温冷冻水一级泵机组、低温冷冻水一级泵机组即可选择定频泵也可选择变频泵。
当选择一级泵驱动系统,一级泵采用变频泵时,作为优选,所述空调系统还包括检测供回水管之间压差的压差传感器;
所述低温分水器与高温集水器或低温集水器之间设有带有流量传感器、第一阀门组、电动调节阀的第一旁通管;所述第一阀门组受控于所述高温冷源和低温冷源;
所述高温冷源单独运行时,所述压差传感器用于检测供水管与高温回水管之间压差信号,同时第一阀门组中受高温冷源控制的阀门开启,所述高温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述高温冷冻水一级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启;此时第一旁通管将供水管与高温回水管导通,高温冷冻水一级泵从变频运行转变为定频运行;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第一阀门组中受低温冷源控制的阀门开启,所述低温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述低温冷冻水一级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启,此时第一旁通管将供水管与低温回水管导通,低温冷冻水一级泵从变频运行转变为定频运行;
上述技术方案中,所述“高温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组”或“所述低温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组”主要是指:高、低温冷冻水一级泵机组根据压差的大小,调整自身转速,从而调节流量大小;例如高温供、回水管路或者低温供、回水管路之间的压力差增大时,说明末端需求降低,此时需要降低高、低温冷冻水一级泵机组的转速,反之,提高所述低温冷冻水一级泵机组的转速;
一级泵系统中,所述电动调节阀可直接受控于高温冷冻水一级泵机组或低温冷冻水一级泵机组输出的电信号,也可受压差传感器的压差信号,此时需要将压差信号转换为控制电信号。
当选用一级泵驱动系统时,一级泵采用定频泵时,所述高温回水管上设有高温冷冻水一级泵机组;所述低温回水管路上设有低温冷冻水一级泵机组;所述高温冷冻水一级泵机组和低温冷冻水一级泵机组为定频泵机组。采用一级定频泵机组,可对高低温冷源提供稳定的冷冻水,保证高低温冷源的最佳性能。
当选用二级泵驱动系统时,作为优选,所述供水管上设有冷冻水二级泵机组;
还包括检测供回水管之间压差的压差传感器;
所述供水管与高温回水管或低温回水管之间设有带有电动调节阀和第二阀门组的第二旁通管;所述第二阀门组受控于所述高温冷源和低温冷源;
所述高温冷源单独运行时,所述压差传感器用于检测供水管与高温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受高温冷源控制的阀门开启,所述冷冻水二级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述冷冻水二级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启,此时,冷冻水二级泵从变频运行转变为定频运行第二旁通管将供水管与高温回水管导通,将多余的冷媒直接与换热后的冷媒合并,返回高温冷源;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受低温冷源控制的阀门开启,所述冷冻水二级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述冷冻水二级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启,此时冷冻水二级泵从变频运行转变为定频运行,第二旁通管将供水管与低温回水管导通,将多余的冷媒直接与换热后的冷媒合并,返回高、低温冷源。
二级泵系统中,所述电动调节阀可直接受控于冷冻水二级泵机组的电信号,也可受压差传感器的压差信号,此时需要将压差信号转换为控制电信号。
作为优选,还包括对室内外温度和湿度进行检测的温度传感器和湿度传感器;所述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。根据室外温度和湿度可选择性的开启高温冷源、低温冷源,或者同时开启高、低温冷源。作为进一步优选,可以根据室外温度以及末端负载量,通过调节阀或者泵机组调整高低温冷源的供冷比例。
作为优选,还包括对室内温度进行检测的温度传感器以及对室内湿度进行检测的湿度传感器,所述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。可以通过回风温度和空气湿度对高温冷源和低温冷源承担的负荷比例进行控制,保证空调性能最优化。
在双冷源空调系统中,高温冷源承担的空调负荷比例越大,整个空调系统的能耗越小,但是高温冷源的比例越高,空调系统的除湿能力越小。但是,单纯为降低整个空调系统的能耗而无限制的提高高温冷源承担空调负荷的比例,当室内湿负荷较大时,双冷源空调系统将不能满足室内的湿负荷需求,双冷源三管制空调系统根据室内湿负荷适当的调整高温冷源和低温承担空调系统的比例。
在双冷源空调系统中,空调末端控制系统采用反馈控制系统,末端空调系统通过测定回风温度和湿度来分配高温冷源和低温冷源承担空调系统承担的比例。双冷源三管制空调系统的控制原理为:优先全部打开高温冷源供冷。若回风温度和湿度低于设定值,此时逐渐降低高温冷源的供冷量,直至回风温湿度达到设定值;若回风温度和湿度高于设定值,此时逐渐打开低温冷源供冷,直至回风温湿度达到设定值。高温冷源和低温冷源的供冷量可通过高温冷源和低温冷源出口处冷媒的流量进行控制。
本实用新型中,各参数、元件、管路的名称中出现的“水”(例如供/回水温度、高/低温供/回水管路、高/低温冷冻水一/二级泵机组等),对空调系统的冷媒没有任何限定作用,本实用新型的空调系统中,可采用的冷媒既包括水,也包括其他载冷剂和水的混合物或者也可选择其他任何可作为载冷剂的介质。
本实用新型所指双冷源三管制空调系统与传统四管制空调系统有本质区别。首先,供回水温度不同,传统三管制空调系统中热水供回水温度远远高于本实用新型中的高温冷冻水供回水水温,传统空调系统中热水供回水温度一般为60~45℃,回水温度为55~40℃,而本实用新型中的高温冷源的供水温度一般为13±3℃,回水温度一般为18±3℃。其次,用途不同,传统四管制空调系统中冷冻水用于对空气进行降温除湿,热水系统用于对空气的再热或加热,该系统的能耗较大,而双冷源空调系统中,高低温冷冻水均用于对空气的除湿降温,无再热负荷,空调系统的能耗较小。最后,双冷源三管制空调系统不仅可以实现空气耦合的降温除湿过程,又可以实现空气解耦的降温除湿过程。
与原空调系统相比,本实用新型的有益效果体现在:
(1)与原单冷源空调系统相比,本实用新型在保证整个空调冷水机组总容量不变的前提条件下,通过合理分配高低温机组承担空调负荷的比例,最大限度提高高温机组的承担的负荷比例,大大降低了整个空调系统冷负荷的能耗,是一种节能型的空调系统。
(2)由于空调系统的供回水温差大大提高,在相同制冷量的条件下,空调系统的流量大大降低,输送系统的能耗大大降低。
(3)过渡季节,当末端湿负荷下降时,整个空调系统的可采用高效高温冷源供冷,大大降低了空调系统。
附图说明
图1为现有技术中单冷源四管制一级泵空调系统的结构示意图;
图2为现有技术中单冷源四管制二级泵空调系统的结构示意图;
图3为本实用新型的双冷源三管制空调系统的一级泵空调系统的结构示意图;
图4为本实用新型的双冷源三管制空调系统的二级泵空调系统的结构示意图。
上述附图中:
SP-供水管、、HRP-高温回水管、CRP-低温回水管路、HPI-高温冷冻水一级泵机组、CPI-低温冷冻水一级泵机组、CBVI-第一低温电控阀、HBVI-第一高温电控阀、F.M-流量传感器、PBV-压差旁通阀、BPI-第一旁通管、BPII-第二旁通管、HBVII-第二高温电控阀、CBVII-第二低温电控阀、CBVIII-第三低温电控阀、HBVIII-第三高温电控阀、CBVIV-第四低温电控阀、HBVIV-第四高温电控阀、ECV-电动调节阀、PS-压差传感器、CWPI-第一冷却水泵、CWPII-第二冷却水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明:
本实用新型中所指的冷源可以是自然冷源如江河湖海等地表水、地下水等等直接作为高低温冷源。双冷源并联三管制空调水系统分为冷源并联三管制一次泵空调水系统和冷源并联三管制二次泵空调水系统。
实施例1:双冷源并联三管制一级泵空调水系统
如图3所示,双冷源并联三管制一级泵空调水系统的空调冷源由高温冷源和低温冷源共同组成,高温冷源和低温冷源之间采用并联的方式;高温冷源和低温冷源均由冷却塔冷却;冷却塔出口的冷却水经过第一冷却水泵CWPI、第二冷却水泵CWPII分别对高温冷源和低温冷源提供冷却冷量。
高温冷源的供水温度为10-16℃,回水温度为15-21℃,供回水温差为5-11℃;低温冷源的供水温度为4-10℃,回水温度为9-15℃,供回水温差为5-11℃;高温冷源和低温冷源可根据需要有一台或多台冷源机组组成,采用多台冷源机组的情况比较常见。
空调系统的高温输送系统包括供水管SP、设置在供水管SP上与高温冷源出口连通的低温分水器(低温分水器出口分别与各空调末端的冷源入口连通)、高温回水管HRP、设置在高温回水管HRP上与各空调末端冷源出口连通的高温集水器、与高温集水器出口连通的高温冷冻水一级泵机组HPI;低温输送系统和高温输送系统共用一条供水管SP,低温输送系统包括供水管SP、设置在供水管SP上与低温冷源出口连通的低温分水器(低温分水器出口分别与各空调末端的冷源入口连通)、低温回水管路CRP、设置在低温回水管路CRP上与各空调末端冷源出口连通的低温集水器、与低温集水器主出口连通的低温冷冻水一级泵机组CPI。
低温冷源和高温冷源的出口均是通过带有阀门的支路与供水管SP相连;比如,低温冷源的出口通过带有第一低温电控阀CBVI的支路I与供水管SP相连,高温冷源的出口通过带有第一高温电控阀HBVI的支路II与供水管SP相连;
低温分水器与高温集水器或低温集水器之间设有带有流量传感器F.M、压差旁通阀PBV和第一阀门组的第一旁通管BPI;第一阀门组受控于高温冷源或低温冷源,第一阀门组包括第二高温电控阀HBVII和第二低温电控阀CBVII,第二高温电控阀HBVII位于第一旁通管BPI与高温分水器相连的支路上,第二低温电控阀CBVII位于第一旁通管BPI与低温分水器相连的支路上:
高温冷源单独运行时,此时第二高温电控阀HBVII接收到高温冷源运行触发信号,将所在支路导通,第一旁通管BPI将低温分水器和高温集水器单独导通,流量传感器F.M用于检测低温分水器和高温集水器之间的旁通流量,此时高温冷源内机组开启数量受控于流量传感器F.M的流量反馈信号;例如,当流量传感器F.M检测的流量信号大于高温冷源中单台机组的流量时,关闭高温冷源中的某一机组,同时其对应的第一高温电控阀在流量传感器F.M控制下同步的关闭。
高温冷源和低温冷源同时运行时,第二低温电控阀CBVII接收到低温冷源运行的触发信号,将所在支路导通,第一旁通管将低温分水器和低温集水器单独导通,流量传感器F.M用于检测低温分水器和低温集水器之间的旁通流量,此时低温冷源内机组开启数量受控于流量传感器F.M的流量反馈信号。例如,当流量传感器F.M检测的流量信号大于低温冷源中单台机组的流量时,关闭低温冷源中的某一机组,同时其对应的第一低温电控阀在流量传感器F.M控制下同步的关闭。
上述高温冷冻水一级泵机组HPI和低温冷冻水一级泵CPI即可采用定频泵组,也可采用变频泵组;当采用定频泵时,结构如图3所示。
当采用变频泵组时,在图3的基础上,还需要增加压差传感器;此时,供水管和高温回水管HRP或低温回水管CRP之间设有压差检测旁路,压差检测旁路上同时通过支路分别与高温回水管路HRP和低温回水管路CRP相连,支路为两条,一条支路与高温回水路HRP相连,另一条支路与低温回水管CRP相连,与高温回水管HRP相连的支路上设有高温压差电控阀,与低温回水管CRP相连的支路上设有低温压差电控阀;
第一旁通管BPI上同时设有电动调节阀;
高温冷源单独运行时,压差检测旁路上与高温回水管对应的高温压差电控阀打开,压差传感器用于检测供水管SP与高温回水管HRP之间压差信号,同时第二高温电控阀接收到高温冷源运行的触发信号,第二高温电控阀开启,第一旁通管导通,高温冷冻水一级泵机组为受控于压差传感器的变频水泵机组;比如,当压差传感器压差信号增加时,则降低水泵转速,反之则增加水泵转速,当仅有一台变频水泵在工作,且该变频水泵已经工作在最低频率时,电动调节阀开启。
高温冷源和低温冷源同时运行时,压差检测旁路上与低温回水管对应的低温压差电控阀打开,第一旁通管导通,压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第一阀门组中受低温冷源控制的第二低温电控阀开启,低温冷冻水一级泵机组为受控于压差传感器的变频水泵机组;电动调节阀在低温冷冻水一级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启。
本实用新型的空调末端,可采用现有的末端系统,本实例中,空调末端包括一体式单盘管风机盘管、一体式单盘管新风机组、一体式三盘管空调机组、一体式双盘管空调机组,其中一体式单盘管风机盘管中只有低温表冷段,该低温表冷段入口(即冷源入口)与供水管相连,该低温表冷段出口(即冷源出口)与低温回水管相连,同时通过支路III与高温冷源入口相连,支路III上设有第三低温电控阀CBVIII,在高温冷源单独运行时,该支路导通,此时一体式单盘管风机盘管的出口与高温冷源入口直接相连;
一体式单盘管新风机组中仅设有高温表冷段,高温表冷段入口与供水管SP相连;高温表冷段出口与高温回水管HRP相连;一体式三盘管空调机组和一体式双盘管空调机组均设有低温表冷段、中间段和高温表冷段,其中低温表冷淡入口与供水管SP相连,出口与中间段和高温表冷段依次相连,高温表冷段出口与高温回水管HRP相连;空调末端系统的具体结构可参见专利文献(申请公布号CN102620360A)。
同时高温冷源出口也通过支路IV与低温冷源入口相连;支路IV上设有第三高温电控阀HBVIII,当高温冷源和低温冷源同时运行时,该支路导通,实现高温冷源和低温冷源的串联,此时第三高温电控阀HBVIII受控于流量传感器F.M,根据流量传感器F.M的流量信号调整高温冷源中开启机组数量。
本实施例的技术方案实际运行时:
优先开启高温冷源,此时第一高温电控阀HBVI导通,第三低温电控阀CBVIII导通,第一旁通管BPI中的第二高温电控阀HBVII开启;空调末端系统出来的冷媒均进入高温冷源中制冷,系统正常供冷工况时,当水系统末端流量(或者末端负荷)不断减少时,供水管SP与高温回水管HRP之间的压力升高,第一旁通管将压差旁通阀PBV在满足压差要求时导通;压差传感器实时监测供水管SP和高温回水管HRP之间的压差信号;压差传感器的压差信号发生变化时,高温冷冻水一级泵机组HPI根据供回水管间压差信号调节变频水泵的频率,进而改变流量;当高温冷冻水一级泵机组HPI中只剩一台变频水泵工作,且变频水泵变频至下限时,打开第一旁通管的电动调节阀,第一旁通管导通;压差旁通阀PBV在压差作用下开启,开始压差旁通,并根据主机进水温度及进出水温差,优化主机工况,确保主机高效节能运行。
当水系统末端流量(或者末端负荷)不断减少时,低温分水器和高温集水器之间第一旁通管BPI上的流量逐渐增加,第一旁通管BPI上流量传感器F.M检测到旁通流量大于单台高温冷源机组流量时,第一流量传感器F.M给予高温冷源机组一个关闭信号,关闭一台高温冷源机组,同时该机组对应的第一高温电控阀HBVI关闭。
当高温冷源无法满足空调末端需要时,此时第一高温电控阀HBVI关闭,第三高温电控阀HBVIII打开,流量传感器F.M的反馈信号用于控制第一低温电控阀CBVI;第三低温电控阀CBVIII关闭;第二低温电控阀CBVII打开,第一旁通管BPI将低温分水器和高温集水器导通,流量传感器F.M用于检测低温分水器和高温集水器旁通流量;压差传感器用于检测供水管SP和低温回水管CRP之间的压差;第四低温电控阀打开,当电动调节阀触发时,第一旁通管将供水管路和低温回水管导通。
实施例2:双冷源并联三管制二级泵空调水系统
如图4所示,与实施例1不同,本系统中,采用二级泵系统,供水管SP上设有冷冻水二级泵机组PII;
同样设置有检测供回水管之间压差的压差传感器PS,压差传感器PS的连接方式和工作原理等同实施例1;
供水管SP与高温回水管HRP或低温回水管CRP之间设有带有电动调节阀ECV和第二阀门组的第二旁通管BPII,第二旁通管BPII分别通过支路与高温回水管HRP和低温回水管CRP相连,与高温回水管HRP相连的支路上设有第四高温电控阀HBVIV,与低温回水管CRP相连的支路上设有第四低温电控阀CBVIV;第二阀门组受控于高温冷源和低温冷源;
低温压差电控阀CPBV和高温压差电控阀HPBV的设置方式同实施例1;第一旁通管BPI上各阀门和传感器的工作方式同实施例1。
第二旁通管在冷冻水二级泵机组PII单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启;
冷冻水二级泵机组PII等工作方式和控制方式均可参考实施例1;高温冷冻水一级泵机组和低温冷冻水一级泵机组均为定频泵;不再根据压差信号等调整;
高温冷源单独运行时,高温压差电控阀HPBV导通,压差传感器用于检测供水管与高温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受高温冷源控制的第四高温电控阀HBVIV开启,冷冻水二级泵机组PII为受控于压差传感器的变频水泵机组;电动调节阀在冷冻水二级泵机组PII单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启;
高温冷源和低温冷源同时运行时,低温压差电控阀CPBV开启,压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受低温冷源控制的第四低温电控阀CBVIV开启,冷冻水二级泵机组PII为受控于压差传感器的变频水泵机组;电动调节阀在所述冷冻水二级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启。针对实施例1和实施例2,以供水温度为14℃、高温冷源回水温度为19℃、低温冷源回水温度为12℃为例描述采用二级泵机组和仅采用一级泵机组的供冷工况如下:
对于采用二级泵机组的空调系统,其中二级泵机组工作如下:
高温冷源生产出14℃的高温冷冻水经过低温分水器分流后,由冷冻水二级泵机组PII送至空调系统的末端冷源入口,经双冷源专用空调末端机组过换热后变成19℃的高温冷冻水回水经过高温集水器收集后,由高温冷冻水一级泵机组HPI统一送至高冷冷源的蒸发器,如此循环;
当高温冷源和低温冷源串联同时运行时,高温冷源的冷冻水经过支路IV与低温回水管出来的冷冻水均进入到低温冷源中,低温冷源生产出7℃的低温冷冻水经过低温分水器分流后,由低温冷冻水二级泵机组CPII送至空调系统的冷源入口,经双冷源专用空调末端机组过换热后变成12℃的低温冷冻水回水经过低温集水器收集后,由低温冷冻水一级泵机组CPI统一送至低冷冷源的蒸发器,如此循环。
对于采用一级泵机组的空调系统,其中一级泵机组工作如下:
高温冷源生产出14℃的高温冷冻水经过低温分水器分流后,由高温冷冻水一级泵机组HPI送至空调系统的末端冷源入口,经双冷源专用空调末端机组过换热后变成19℃的高温冷冻水回水经过高温集水器收集后,由高温冷冻水一级泵机组HPI统一送至高冷冷源的蒸发器,如此循环;
当当高温冷源和低温冷源串联同时运行时,高温冷源的冷冻水经过支路IV与低温回水管出来的冷冻水均进入到低温冷源中,低温冷源生产出7℃的低温冷冻水经过低温分水器分流后,由低温冷冻水一级泵机组CPI送至空调系统的末端冷源入口,经双冷源专用空调末端机组过换热后变成12℃的低温冷冻水回水经过低温集水器收集后,由低温冷冻水一级泵机组CPI统一送至低冷冷源的蒸发器,如此循环。
上述技术方案中,可根据室外温度,选择需要开启高温冷源或者需要开启低温冷源,例如当室外温度高于35℃时,天气较为炎热,为取得较好的制冷效果,可仅开启低温冷源;当室外温度低于35℃,高于30℃时,可将低温冷源和高温冷源同时开启;当室外温度低于30℃时,仅需开启高温冷源即可,采用上述运行模式进一步降低空调系统的能耗。
过渡季节高温机组供冷工况:
在空调过渡季节,由于空调系统的冷负荷大大降低,此时整个空调系统的切换至高温机组供冷工况,高温机组的出水温度与高低温机组同时供冷工况中高温机组的出水温度相同。
另外,若低温机组发生故障,此时整个空调系统的切换至高温机组供冷工况,所有回水进入高温冷源工作,高温机组根据末端机组的需求供冷,此时高温机组的出水温度与低温机组相同。
以某实际工程中空调房间的冷负荷数据为例,进一步验证双冷源三管制的空调系统的节能率。
室外气象参数为:夏季空调室外干球温度35.6℃,夏季空调室外湿球温度27.9℃。室内设计参数为:夏季室内设计温度26℃,相对湿度55%,露点送风状态点温度16.5℃,相对湿度;低温冷源供回水温度为7/12℃时的COP取5.6,高温冷源供水温度与被冷却空气最小温差Δt取3℃;空调房间的总送风量为最小送风量,即送风状态点为露点送风状态点时的送风量。详见表1;
表1双冷源三管制空调系统的冷源综合能效比EER
由表1可以得出:在给定新风比的条件下,双冷源三管制的空调系统的冷源能效比与单冷源温湿耦合的空调系统冷源能效比相比(常规单冷源温湿度耦合的空调系统的冷源能效比只有5.6),双冷源三管制空调系统的最大能效比可达到7.48,可提高30%左右,也即是空调系统冷源的能耗可降低30%左右。

Claims (9)

1.一种双冷源三管制空调系统,包括空调末端,以及对空调末端提供冷量的冷源系统,其特征在于,所述冷源系统包括:
高温冷源,供水温度为10-16℃,回水温度为15-21℃,供回水温差为5-11℃;
低温冷源,供水温度为4-10℃,回水温度为9-15℃,供回水温差为5-11℃;
所述高温冷源和低温冷源出口分别通过带有阀门的支路与带有低温分水器的供水管相连,供水管出口与空调末端的冷源入口相连;
所述空调末端中风机盘管的低温表冷器出口通过设有带有低温集水器的低温回水管与低温冷源入口相连;所述低温回水管和高温回水管之间设有带有阀门的支路;其余空调末端的高温表冷器出口通过带有高温集水器的高温回水管与高温冷源的入口相连;
所述高温冷源出口同时通过带有阀门的支路与低温冷源入口相连。
2.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,所述高温冷源的供回水温差为5-8℃;所述低温冷源的供回水温差为5-8℃。
3.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,所述高温冷源供水温度为13±1℃,回水温度为18±1℃;所述低温供水温度为7±1℃,回水温度为12±1℃。
4.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,所述低温分水器与高温集水器或低温集水器之间设有带有流量传感器、第一阀门组的第一旁通管;所述第一阀门组受控于所述高温冷源或低温冷源:
所述高温冷源单独运行时,所述第一旁通管将低温分水器和高温集水器单独导通,所述高温冷源内机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述第一旁通管将低温分水器和低温集水器单独导通,所述低温冷源内机组开启数量受控于所述流量传感器的流量反馈信号。
5.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,所述高温回水管与高温冷源入口之间的管路上设有高温冷冻水一级泵机组;所述低温回水管与低温冷源入口之间的管路上设有低温冷冻水一级泵机组。
6.根据权利要求5所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,还包括检测供回水管之间压差的压差传感器;
所述低温分水器与高温集水器或低温集水器之间设有带有流量传感器、第一阀门组、电动调节阀的第一旁通管;所述第一阀门组受控于所述高温冷源和低温冷源;
所述高温冷源单独运行时,所述压差传感器用于检测供水管与高温回水管之间压差信号,同时第一阀门组中受高温冷源控制的阀门开启,所述高温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述高温冷冻水一级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第一阀门组组中受低温冷源控制的阀门开启,所述低温冷冻水一级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述低温冷冻水一级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启。
7.根据权利要求5所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,所述供水管上设有冷冻水二级泵机组;
还包括检测供回水管之间压差的压差传感器;
所述供水管与高温回水管或低温回水管之间设有带有电动调节阀和第二阀门组的第二旁通管;所述第二阀门组受控于所述高温冷源和低温冷源;
所述高温冷源单独运行时,所述压差传感器用于检测供水管与高温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受高温冷源控制的阀门开启,所述冷冻水二级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述冷冻水二级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启;
所述高温冷源和低温冷源同时运行时,所述压差传感器用于检测供水管与低温回水管之间压差信号,同时第二阀门组中受低温冷源控制的阀门开启,所述冷冻水二级泵机组为受控于所述压差传感器的变频水泵机组;所述电动调节阀在所述冷冻水二级泵机组单泵运行、且该单泵在最低频率下工作时开启。
8.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,还包括对室内外温度和湿度进行检测的温度传感器和湿度传感器;所述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。
9.根据权利要求1所述的双冷源三管制空调系统,其特征在于,还包括对室内温度进行检测的温度传感器以及对室内湿度进行检测的湿度传感器,所述高温冷源和低温冷源同时受控于该温度传感器和湿度传感器。
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WO2019192543A1 (zh) * 2018-04-04 2019-10-10 李社红 一种能源梯级利用的三管制中央空调水系统

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