CN2706704Y - 节能型中央空调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种节能型中央空调装置，包括用于提供空气调节所需要的冷(热)水源的主机、用于把机组冷冻水输送到空气处理设备或末端冷冻水装置、用于对空气进行降温、加热、加湿、除湿以及净化过滤的末端装置和用于对机组、空气处理设备与空调过程进行人工或自动调节与监控的空调控制装置；所述空调控制装置实时采集动态变化数据，并进行处理，得出按需供冷的最佳动态运行指令，控制中央空调装置主机运行；中央空调装置主机部分负荷工况时，采用“蓄冷运行”或“放冷运行”两种工作模式之一，所述中央空调主机在蓄冷运行模式下高效运行，在放冷运行模式下停止运行。该装置可广泛用于各类型中央空调装置，达到节省电能、降低消耗的作用，具有明显的社会效益和经济效益。

Description

节能型中央空调装置

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调装置，尤其是涉及一种可节约能源的中央空调装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，使用中央空调装置的酒店、写字楼、大型场馆等场所越来越广泛。由于中央空调装置在设计上，多以峰值气候条件和负荷容量为依据进行计算、选型。而装置实际运行中，随着季节、时间和使用空间散热量的变化，全年绝大多数时间实际负荷远远低于设计值。以酒店为例：空调负荷一般包括：①建筑围护结构传热量(含太阳辐射热)；②照明、冰箱、热水壶等电器散热量；③人体散热量；④新风负荷和动力设备散热量等。建筑传热量和新风负荷是随室外气象参数而变化；酒店人流量也是一个很大的变量。由于大堂、会议厅、餐厅、歌舞厅和客房等不同功能空间的使用时间、使用率不同。诸多因素形成空调负荷随时间不断变化。

某酒店日负荷曲线图3所示：

从图3可见，酒店空调在部分负荷下运转时间频率较多，且低负荷分布不均匀，在过渡季节或夏季时均有可能出现。因此几乎所有中央空调装置，都长期处于部分负荷状况下工作。如果仅靠空调装置设备已具有的负荷调节方式节能，其节电量与耗电量相比效果甚微。目前中央空调装置设备运行，普遍由人工操作。由于人工调节的不精确性、不及时性和不稳定性，造成中央空调装置能耗增加。且人工成本加大。

目前，中央空调节能方式有：制冷剂、水泵变频、余热回收和蓄冷等四种。

①制冷剂：通过更换冷水机组制冷剂方式节省耗电量。据称所有冷水机组使用某种制冷剂后均有节能效果，但该制冷剂价格昂贵。同时，冷水机组的生产厂对其产品使用的制冷剂都有明确规定，不建议随便更换新品种的制冷剂。

②水泵变频：根据变流量装置空调末端冷冻水量需要量减少，通过调低水泵电机工作频率，降低运行电流达到减少能耗目的。它受频率调节范围所限。循环水量减小到一定程度，不仅影响主机制冷效率，甚至造成保护停机。

③余热回收：利用制冷剂冷凝高温，经换热器回收热量，加热用水，节省加热冷水能源，此适用于需要供热水的场合，而不适用较低排气温度的冷水机组。

④冰蓄冷技术：冰蓄冷是通过建造蓄冰池来实现冰球相变吸收和释放冷量。该方式需增加结构投资和使用专门机组。适用于新建、且有峰、谷电价政策的地区(实为耗能降费方案)。

可见目前应用较多的制冷剂、水泵变频、余热回收节能技术，均只是针对中央空调装置的某个局部进行改造。但是即使采用了全热交换、水泵变频、余热回收等方式，中央空调装置在使用过程中，中央空调的冷水机组常常处于部分负荷状态连续运行，而冷却水泵和冷却水塔仍然按机组满负荷时需要的高能耗运行状态连续运行。分析可知，空调冷水机组(或压缩机)制冷量通常负荷较高(例如70～90％)时能效比COP(COP-制冷量与耗电量之比值)值最高，在低于70～90％负荷时，COP值下降，空调装置能效比在低负荷时大幅度降低，导致在同等制冷量下，较低负荷时耗电量比高负荷时高得多，因此，能耗高、浪费大的情况仍没有解决。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种节能型中央空调装置，解决了部分负荷时引起能耗高、浪费大的问题。

本实用新型的目的是这样实现的，一种节能型中央空调装置，包括用于提供空气调节所需要的冷(热)水源的主机、用于把机组冷冻水输送到空气处理设备或末端冷冻水装置、用于对空气进行降温、加热、加湿、除湿以及净化过滤的末端装置和用于对机组、空气处理设备与空调过程进行人工或自动调节与监控的空调控制装置；其特征在于：所述空调控制装置实时采集动态变化数据，并进行处理，得出按需供冷的最佳动态运行指令，控制中央空调装置主机运行；中央空调装置主机部分负荷工况时，采用“蓄冷运行”或“放冷运行”两种工作模式之一，所述中央空调主机在蓄冷运行模式下高能效比运行，在放冷运行模式下停止运行。

实施本实用新型的一种节能型中央空调装置，基于先进的数字化多点分布式空气温度数据采集、由计算机实施的处理、运算、控制程序，动态调节冷冻供、回水温度，使冷水机组、冷却水泵和冷却水塔处于高能效比、满负荷运行或间歇停机状态工作的智能节电控制装置。该装置能有效提高空调制冷装置的综合能效比，克服了现有节电方式的不足。该装置可广泛用于各类型中央空调装置，达到节省电能、降低消耗的作用，具有明显的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型节能型中央空调装置实施例一的部件连接示意图；

图2为实施例二的运行模式图；

图3为某酒店日负荷曲线图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，一种中央空调装置，包括主机、冷冻水装置、末端装置和空调控制装置组成，若主机采用水冷冷(热)水机组，还包括冷却水装置。所述冷水机组包括冷却水输出端、冷却水输入端、冷冻水输入端和冷冻水输出端。所述主机功能是提供空气调节所需要的冷(热)水源，其组成可以是冷水机组、溴化锂吸收式制冷机组等制冷设备。所述冷却水装置作用为把机组热量输送到冷却塔，并将热量散发到空气中，其组成包括冷却水泵、冷却水塔、管道等，所述冷却水塔中设置有风扇、水冷式冷凝器等装置；所述冷冻水装置，其功能是把机组冷冻水输送到空气处理设备或末端，为一种水力管路装置，包括冷冻泵、管道，还可以包括蓄冷罐、集水器、分水器等。所述末端装置，其功能是对空气进行降温、加热、加湿、除湿以及净化过滤，组成形式可以是风机盘管、风柜、组合式空调机组、新风机组等，每种末端设备主要由换热器、风机、过滤网及机壳等组成，制冷时，来自外部的冷水进入换热器与室内循环空气进行热交换，使空气温度降低，达到空气调节的目的；制热时，来自外部的热水进入换热器与室内循环空气进行热交换，使空气温度升高，达到空气调节的目的。进入换热器的冷(热)水源自空调主机；为达到所需的空气品质，如恒温、恒湿、高洁净度等要求，末端设备中将增加相应的装置和控制设备。空调控制装置其功能是在空调装置运行中，对机组、空气处理设备与空调过程进行人工或自动调节与监控，常规控制装置包括传感元件、执行与调节机构。本实用新型所述的中央空调装置可以通过计算机进行管理和监控。所述冷冻水装置包括有冷冻水泵，所述主机的冷冻水输出端和所述冷冻水装置的输入端通过管路相连，所述冷冻水装置的输出端与所述末端装置的输入端通过管路相连。所述冷水机组的冷却水输出端与所述冷却水塔的输入端通过管路连接，所述冷却水塔的输出端与所述冷却水泵的输入端通过管路连接，所述冷却水泵的输出端与所述冷水机组的输入端通过管路相连。

本实用新型所述中央空调装置的制冷原理为，制冷压缩机将低温低压的制冷剂蒸气压缩成高温高压蒸气后，排入水冷式冷凝器；冷却水将冷凝器的高温高压蒸气冷却成高压常温液体，冷却水在冷凝器中吸收热量后，由冷却水泵将冷却水循环送至冷却塔，在冷却塔与空气进行热交换，被空气冷却；冷凝器中的高压常温制冷剂液体经膨胀阀节流后降压进入蒸发器中沸腾蒸发，吸收由冷冻水从用户端带回的热量，成为低温低压的蒸汽，这些低温低压的制冷剂蒸气再回到压缩机，重复上述过程，达到连续制冷不断地向空调区域提供循环冷水的目的。简而言之，三个循环：制冷剂循环系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统。

本实用新型所述的中央空调装置，由计算机根据大量实时采集的不同季节气侯引起温度升降、室内人流量等因素造成负荷动态变化数据进行的处理，得出按需供冷的最佳动态运行指令，将冷水机组、冷却水泵和冷却水塔实时调控为“蓄冷运行和放冷运行”崭新工况模式，利用计算机程序系统，控制中央空调设备在高能效比状况下运行。中央空调装置蓄冷运行时，冷水机组、冷却水泵和冷却水塔均以高速档运行，因此，在此状态下，空调装置保持高COP值；放冷运行时，除冷冻水泵变频运行外，冷水机组、冷却水泵和冷却水塔等均停止工作，用蓄积在空调循环冷动水装置中的冷量继续为装置供冷，整个空调装置亦处于一种节能的工作状态。

由于空调装置COP值在70～90％时最高，所以当主机保持在较高负荷下运转，而中央空调装置却处于低负荷需求状态时，除一部分满足空调空间冷量需要外，富余部分制冷量采用蓄冷方式。此时，将低负荷时主机运行工况，改变为蓄冷和放冷两个运行阶段，使主机在蓄冷阶段高能效比运行，将富余冷量储蓄起来；在放冷阶段主机停止制冷，用所储冷量为装置供冷。

由于空调冷冻水装置中含有数十乃至数百吨水，水是比热容较大的物质之一，1吨水温度降低1度即需要0.33冷吨冷量。当在7～8度温差条件下，冷冻水装置储蓄冷量可达数百冷吨之多，加上管道、末端设备表冷器蓄冷能力，相当于冷水机组在90％负荷下运转40分钟至1小时的制冷量。建筑物中所有物品，除围护结构传热面和人体表面以外，其它内墙面以及物体表面均具有蓄冷能力。围护结构的绝热能力，使室外热量传到室内的时间为1.65h，它的蓄冷能量除维持房间温度稳定外，也为冷冻水大温差运行提供了稳定的保障。

为了避免空调冷冻水温度低于设定值，本实用新型所述的中央空调装置还增加了蓄能设备，例如为储冷罐，根据空调装置大小的不同，确定储冷罐的容积和数量。所述冷冻水装置、所述蓄能装置、所述末端装置顺次连接，具体为：所述冷水机组的冷冻水输出端与所述分水器的输入端相连，所述分水器的输出端一部分与末端装置的输入端相连，另一部分连接储冷罐，所述末端装置的输出端与冷冻水泵相连，所述冷冻水泵的输出端与所述冷水机组的冷冻水输入端相连；所述储冷罐的输出端与所述末端装置的输入端相连。当中央空调装置处于高负荷工作状态下时，储冷罐不工作；随着空调装置主机不停地高负荷运转，满足空调空间所需的制冷量后，空调装置即处于部分负荷需求状态，富余部分制冷量即蓄存在空调冷冻水装置中；当空调冷冻水温达到设定值时，空调冷冻水装置关闭；储冷罐开始工作，空调装置主机仍高负荷运转，产生的冷量即储存在储冷罐中，直至储冷罐中蓄冷介质的温度开始下降，当达到设定值后，空调装置主机等装置停止运行；空调装置进入放冷运行阶段，由空调冷冻水装置为空调区域提供冷量；空调冷冻水装置水温逐渐升高，当高于设定值时，空调装置主机等装置仍为停止运行的状态，由储冷罐为空调区域提供冷量；直至储冷罐温度也高于设定值后，空调装置主机等装置才开始运行，空调装置进入蓄冷运行阶段。空调装置进入放冷运行阶段时，整套装置是非常节能的，而且，此阶段每次往往可持续时间超过1小时。

本实用新型所述中央空调装置的控制装置是一种新型的中央空调节电智能控制装置。它可以专为新的楼宇中央空调装置设计，也可以根据用户现有中央空调装置选用设备和运行工况特点“量身定做”。该装置可根据对室内、外温度、人流量和其它散热因素的在线监测数据，自动处理采集数据、计算负荷量，自动调控冷水机组、冷却水泵、冷却水塔等设备的运行状态。避免人为不能及时、准确操控装置所造成的能源浪费。同时，合理调节冷冻水出水初温，控制冷水机组在高效率工况下运行。所述空调控制装置与实施数据处理和运算的计算机电路相连，所述空调控制装置与所述的主机电路相连，所述空调控制装置与冷冻水装置以及末端装置电路连接，所述空调控制装置与冷却水装置电路连接。

本实用新型所述中央空调装置的控制装置基本原理核心是控制空调装置在部分负荷时，将冷水机组低负荷、低效率的运行状态，调整为制冷装置在高负荷、高效率状态下运行。将其运行状态分为蓄冷和放冷两个运行阶段。控制装置主要由中央运算处理系统、数据采集系统、联动控制系统、流量调节系统、自动计量系统和远程监控管理系统等六大系统组成，所述数据采集系统、联动控制系统、流量调节系统、自动计量系统和远程监控管理系统与中央运算处理系统进行电路连接。

采用本实用新型所述中央空调装置与采用变频节能方式的中央空调装置比较对照效果如下表：

末端工况		常偏离设计工况	偏小于设计工况	自动趋近设计工况
					总体节能率		基准	5％	20％
操作	操作	手动开停机	手动开停机	程序化开停机
					安全	隐患时自动停机	不动作	隐患时自动停机
	对设备影响	冷冻水流量	基准	平方倍减小					不变/平方倍减小
冷却水流量					基准	平方倍减小	不变
		冷水机组	上载级实时变化	同改造前				上载级数变化小
启停次数					3～4h/次	同改造前	设备允许范围内
		喘振	正常时不会	会导致				不会

依据中央空调蓄冷式智能节电系统标准，本公司组织了对“福州金源国际大饭店”的采用本实用新型所述中央空调装置的运行进行了检测，检测结果如下：

建筑面积：81400M2           装机冷量：2400RT

单机组制冷量：600RT         机组数量：4台

单位面积冷量：148W/M2       冷冻水泵功率：75KW

满载系统能效比：COP值＞4    冷却水泵功率：90KW

月节电量＞60000KW/hr        系统节电率：20.23％

由上表及上例可知，采用本实用新型所述中央空调装置，节能效果是非常好的，总体节能率可达20％左右。同时，本实用新型既可用于新工程设计，还可以用于对原有中央空调装置的改造，适用性非常广。

实施例二：

本实施例与实施例一不同之处在于，主机采用多台冷水机组。

如图2所示，实施例二的运行模式为：

当空调装置负荷增加时，空调主机的运行顺序为：

第一步：一台机蓄冷运行；

第二步：一台机高负载运行；

第三步：二台机蓄冷运行；

第四步：二台机高负载运行；

第五步：三台机蓄冷运行；

第六步：三台机高负载运行……

当空调装置负荷减少时，空调主机的运行顺序为：

第一步：三台机高负载运行；

第二步：三台机蓄冷运行；

第三步：二台机高负载运行；

第四步：二台机蓄冷运行；

第五步：一台机高负载运行；

第六步：一台机蓄冷运行。

所述联动控制系统与主机、泵、冷却塔、流量调节装置电路连接，联动控制系统根据指令控制主机、泵、冷却塔、流量调节装置的工作状态。高负载运行时，主机在工作状态较高负载工况下连续运转；蓄冷运行：主机循环在蓄冷和放冷两个阶段。

Claims (10)

1、一种节能型中央空调装置，包括用于提供空气调节所需要的冷热水源的主机、用于把机组冷冻水输送到空气处理设备或末端的冷冻水装置、用于对空气进行降温、加热、加湿、除湿以及净化过滤的末端装置和用于对机组、空气处理设备与空调过程进行人工或自动调节与监控的空调控制装置；所述冷冻水装置包括有冷冻水泵，所述主机的冷冻水输出端和所述冷冻水装置的输入端通过管路相连，所述冷冻水装置的输出端与所述末端装置的输入端通过管路相连，其特征在于：所述主机为一种冷水机组，所述冷水机组包括冷却水输出端、冷却水输入端、冷冻水输入端和冷冻水输出端；所述中央空调装置还包括用于把机组热量散发到空气中的冷却水装置，所述冷却水装置包括冷却水泵、冷却水塔和管道，所述冷水机组的冷却水输出端与所述冷却水塔的输入端通过管路连接，所述冷却水塔的输出端与所述冷却水泵的输入端通过管路连接，所述冷却水泵的输出端与所述冷水机组的输入端通过管路相连，所述冷却水塔中设置有风扇、水冷式冷凝器；所述空调控制装置与冷却水装置电路连接。

2、根据权利要求1所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述空调控制装置与实施数据处理和运算的计算机电路相连，所述空调控制装置与所述的主机电路相连，所述空调控制装置与冷冻水装置以及末端装置电路连接，所述空调控制装置实时采集动态变化数据，并进行处理，得出按需供冷的最佳动态运行指令，控制中央空调装置主机运行。

3、根据权利要求1所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述的中央空调装置包括蓄能装置，所述冷冻水装置、所述蓄能装置、所述末端装置顺次连接。

4、根据权利要求1至3中任何一项所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述中央空调装置主机部分负荷工况时，采用“蓄冷运行”或“放冷运行”两种工作模式之一，所述中央空调主机在蓄冷运行模式下高能效比运行，在放冷运行模式下停止运行；所述冷水机组的冷却水输出端与所述冷却水塔的输入端连接，所述冷却水塔的输出端与所述冷却水泵的输入端连接，所述冷却水泵的输出端与所述冷水机组的冷却水输入端相连，所述中央空调装置蓄冷运行时，冷水机组、冷却水泵和冷却水塔均高能效比运行。

5、根据权利要求4所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述节能型中央空调装置还包括分水器，所述冷水机组的冷冻水输出端与所述分水器的输入端相连，所述分水器的输出端一部分与末端装置的输入端相连，另一部分连接蓄能装置，所述末端装置的输出端与冷冻水泵相连，所述冷冻水泵的输出端与所述冷水机组的冷冻水输入端相连；所述中央空调装置放冷运行时，除冷冻水泵变频运行外，冷水机组、冷却水泵和冷却水塔等均停止工作，空调系统用蓄积在所述节能型中央空调冷冻水装置中的冷量继续供冷。

6、根据权利要求4或5所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述冷冻水泵通过管道和冷水机组连接，所述冷冻水泵为变频水泵。

7、权利要求6所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述蓄能设备为储冷罐，所述冷水机组的冷冻水输出端与所述分水器的输入端相连，所述分水器的输出端一部分与末端装置的输入端相连，另一部分连接储冷罐，所述末端装置的输出端与冷冻水泵相连，所述冷冻水泵的输出端与所述冷水机组的冷冻水输入端相连；所述储冷罐的输出端与所述末端装置的输入端相连，根据所述节能型中央空调装置大小的不同，确定所述储冷罐的容积和数量，所述储冷罐和冷冻水装置通过管道相连接接通。

8、据权利要求7所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述冷水机组的冷却水输出端与所述冷却水塔的输入端相连、所述冷却水塔的输出端与所述冷却水泵的输入端相连，所述冷却水泵的输出端与所述冷水机组的冷却水输入端相连，所述冷水机组的冷冻水输出端与所述分水器的输入端相连，所述分水器的输出端一部分与末端装置的输入端相连，另一部分连接蓄能装置，所述末端装置的输出端与冷冻水泵相连，所述冷冻水泵的输出端与所述冷水机组的冷冻水输入端相连；所述中央空调装置蓄冷运行初始，中央空调装置高负荷工作，储冷罐不工作；空调装置处于部分负荷需求状态，富余部分制冷量即蓄存在所述节能型中央空调的所述冷冻水装置中；当空调冷冻水温达到设定值时，空调冷冻水装置关闭；储冷罐开通工作，空调装置主机仍高负荷运转，产生的冷量即储存在储冷罐中；储冷罐中蓄冷介质的温度开始下降，当达到设定值后，所述主机、所述冷却水装置、所述冷冻装置停止运行；空调装置进入放冷运行阶段，由所述冷冻水装置为空调区域提供冷量；所述冷冻水装置水温逐渐升高，当高于设定值时，由所述储冷罐为空调区域提供冷量；直至储冷罐温度也高于设定值后，所述主机、所述冷却水装置、所述冷冻装置才开始运行，所述节能型中央空调装置进入蓄冷运行阶段。

9、根据权利要求1或2所述的节能型中央空调装置，其特征在于：控制装置包括中央运算处理系统、数据采集系统、联动控制系统、流量调节系统、自动计量系统和远程监控管理系统，所述数据采集系统、联动控制系统、流量调节系统、自动计量系统和远程监控管理系统与中央运算处理系统进行电路连接。

10、根据权利要求9所述的节能型中央空调装置，其特征在于：所述联动控制系统与主机、泵、冷却塔、流量调节装置电路连接，所述联动控制系统根据指令控制主机、泵、冷却塔、流量调节装置的工作状态。

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