CN100436978C - 一种多贮水槽水蓄能***及其使用方法 - Google Patents

一种多贮水槽水蓄能***及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多贮水槽水蓄能***及其使用方法，属于节能技术。多贮水槽水蓄能***包括至少两个贮水槽、冷(热)水机组和换热器，贮水槽内设有上布水器和下布水器，所述的上、下布水器分别并联后再分别与冷(热)水机组和换热器相连；所述上、下布水器的水管上分别设有调节阀；冷(热)水机组的进水管上设有充能泵；换热器的进水管上设有释能泵，贮水槽内设有温度传感器。本发明可以实现多个贮水槽并联同时蓄能，不用频繁切换贮水槽；冷(热)水机组可以满荷运转，运行效率高、节能；每个贮水槽的流量较小，布水容易；运行过程只需一次布水，分层发生紊乱的机会小；各贮水槽的位置不受严格限制，灵活性强；各贮水槽的充能释能容易做到同步。

Description

一种多贮水槽水蓄能***及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种利用水蓄能的节能***，特别涉及一种有多个贮水槽的水蓄能***，本发明还涉及多贮水槽水蓄能***的使用方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，冬天需要热源，夏天需要冷源的空气调节技术使用愈来愈普遍。通常情况下，空调***的电力负荷昼重夜轻，与电网其它负荷争峰让谷，是造成电网峰谷负荷差的主要因素之一。为保证电网的安全、合理和经济运行，鼓励用户调荷，实现“移峰填谷”，国家实行峰谷分时电价。
蓄能(冷或热)技术是应用于峰谷分时电价制度下的一种调荷技术。它将用户在夜间电价低谷时段所制的冷或热储存起来，于电价高峰时段再释放出来，从而达到电网“移峰填谷”，用户节约电费的双赢目的。
热量的贮存与释放是该技术的核心。水蓄能以水为蓄能介质，利用水温变化时所吸收和释放的显热进行热量储存。
温度自然分层水蓄能技术利用高温水密度小，易于悬浮于上层，低温水密度大，易于沉积于下层的性质来实现同一贮存罐中冷水与热水的自然分隔，无须人工隔离设施，结构极为简单。水蓄能技术的核心是如何阻止或抑制不同水温贮存水之间的混合与热交换。水的导热系数不大，只要分层稳定，其间的热交换就不大。而保证分层稳定的关键在于冷、热端的布水装置能否使水流以密度流的形式均匀缓慢地流入贮水槽内。显然进出贮水槽的水流量越大，布水强度(单位布水面积的流量)越大，对槽内水体的扰动越大，越易发生冷热水的混合，蓄能效率越差。
为了扩大空调***的蓄能容量，通常希望有一个足够大容积的贮水槽，但实际应用中受条件限制无法建设一个容积足够大的贮水槽，只能用多个贮水槽来代替。现有技术对此有两种处理方法：
1.各贮水槽分别蓄能。以蓄冷为例，先给第一个水槽充冷，完成后再给第二个水槽充冷，依次顺序进行；放冷时同样。如此运行，缺点有二：1)在切换贮水槽时，需要频繁操作，易于出错；2)相对于单个贮水槽，冷源或热源的功率一般偏大，满负荷时工作流量偏大，使得布水效果和蓄能效率变差，若为此降低功率工作，又会使冷(热)源电效率降低。
2.各贮水槽串联蓄能：即第一个贮水槽的热端与第二个贮水槽的冷端相连，第二个贮水槽的热端又与第三个贮水槽的冷端相连，依次顺序相连。充冷时冷水自第一个槽的冷端流入，温水自最后一个槽的热端流出，直至冷水充满全部贮水槽，完成充冷过程。如此运行，缺点有三：1)串联流量对于每一个贮水槽可能都偏大，使得布水效果比较差；2)水流反复经过各贮水槽的布水器，大大增加了冷热水混合的机会，显著降低蓄能效率；3)如果各串联贮水槽为开式***，则各贮水槽内的水流须依靠水位差驱动，上游贮水槽的水位高度必须高于下流贮水槽，但充冷(热)和放冷(热)两种工况下水流的方向正好相反，对贮水槽的水位梯度有完全相反的要求，结果造成排列在两端的贮水槽水位在两种工况下相差较大，为布水器的设计和安装增加困难，同时还浪费了部分贮存空间；如果各串联贮水槽为封闭***，则各槽体必须采用承压设计，成本大大增加。
在现有技术中，未见有将贮水槽并联同时或同步蓄能的方式，其原因在于：
1.由于各蓄能贮水槽为开式常压容器，其自由液面均与大气相通，因此多贮水槽并联蓄能***是一具有多个与大气相通自由液面的复杂开式流体***。在充、释能过程中，由于流体流经各贮水槽布水器产生的压降不同，各贮水槽的自由液面高度会发生显著的变化。水位过分升高时，会产生溢流，水位过分降低时，会露出上布水装置，引起水泵吸空。因此为保证正常工作，各蓄能贮水槽在并联同步运行过程中必须使水位不发生过大波动。
2.在各蓄能贮水槽并联同步运行过程中，如果各蓄能贮水槽不能严格同步完成充、释能，将降低贮水槽的体积利用率。以蓄冷为例，充冷时由先完成充冷的贮水槽热端流出的冷水会使冷水机因进水温度过低而报警停机，使得进度落后的贮水槽无法继续完成充冷过程，造成蓄冷体积的浪费；放冷时由先完成放冷的贮水槽冷端流出的高温水会使供冷管路温度急剧上升，而被迫停止放冷，使得进度落后的贮水槽无法继续完成放冷过程，造成蓄冷量的浪费。因此在充能和释能过程中，为稳定出水温度，提高蓄能效率，必须使各蓄能贮水槽同步充、释能。
以上技术难点在现有技术中未能有效解决，因此多贮水槽并联同步充、释能的方式未能得到应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种运行效率高、运行成本低，控制方便、蓄能容量大的多贮水槽并联蓄能***及该***的使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多贮水槽水蓄能***，包括至少两个贮水槽、冷水机组或热水机组、换热器，所述贮水槽内设有上布水器和下布水器，所述各贮水槽的上布水器并联后分别与冷水机组或热水机组及换热器相连；所述各贮水槽的下布水器并联后分别与冷水机组或热水机组及换热器相连；所述各贮水槽的上布水器和下布水器的进出水管路上分别设有调节阀；所述冷(热)水机组与并联后的所述贮水槽之间的管路上设有充能泵；所述换热器与并联后的所述贮水槽之间的管路上设有释能泵；所述贮水槽内设有多个温度传感器，所述多个温度传感器在贮水槽内自上至下均匀间隔排列。
所述贮水槽内设有水位传感器。
所述温度传感器、水位传感器和调节阀分别通过数据线连接到控制计算机上。
所述多个贮水槽之间设有连通管。
本发明还提供一种多贮水槽水蓄能***的使用方法，充能时，由充能泵将从冷(热)水机组出来的水通过进水布水器注入贮水槽，由出水布水器将水排出送往冷(热)水机组；释能时，由释能泵将贮水槽中的水通过出水布水器吸出，送往换热器，由换热器返回后由进水布水器送回到贮水槽，所述贮水槽并联连接，并且其中至少两个贮水槽同时或同步充、释能。
在所述贮水槽并联同时或同步充、释能时，当各贮水槽的水位出现偏差时，通过贮水槽之间的连通管交换流量，能够使各贮水槽之间的水位减小差距。
若贮水槽内的水位出现较大偏差，通过下述方式纠正水位偏差：开大水位较低的贮水槽的进水布水器管路上的调节阀，同时关小水位较低的贮水槽的出水布水器管路上的调节阀；或者关小水位较高的贮水槽的进水布水器管路上的调节阀，同时开大水位较高的贮水槽的出水布水器管路上的调节阀。
所述贮水槽的水位由设在贮水槽内的水位传感器获得。
各并联贮水槽同步充、释能，能够使***达到最佳蓄能状态。为实现各贮水槽同步，可以在各并联贮水槽的布水器管路上分别安装流量计，调节各贮水槽布水器管路上的调节阀，使各贮水槽的流量之比等于各贮水槽的容积之比，这样就能做到各贮水槽同步完成充能或释能。
通过贮水槽内的温度传感器测出贮水槽内各层的水温，根据测得的水温计算出贮水槽的实时蓄能量，该实时蓄能量与贮槽最大蓄能量的百分比(蓄能百分比)可表征该贮水槽充能或释能的进度。在所述并联贮水槽同步使用时，当各贮水槽的蓄能百分比出现偏差时，表明各贮水槽充、释能进度不同步：充能时，蓄能量百分比高表明充能进度超前；释能时，蓄能量百分比高表明释能进度落后。当各贮水槽的蓄能量百分比不一致时，开大进度落后的贮水槽的进水布水器和出水布水器上的调节阀或者关小进度超前的贮水槽的进水布水器和出水布水器上的调节阀，可以纠正***的不同步程度。
本发明的有益效果是，可以实现多个温度自然分层贮水槽并联蓄能，与各贮水槽分别或串联蓄能相比，在同样***需求的情况下，各贮水槽并联的蓄能流量只是串联或独立工作方式的几分之一，其布水效果和蓄能效率显著提高；运行过程只需一次布水，分层发生紊乱的机会大大减小；各贮水槽的位置不受严格限制，灵活性强。通过调节阀来控制各贮水槽的进水量和出水量，从而调节各贮水槽之间的水位平衡和蓄能量的平衡，达到充能或释能同步的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的一种水蓄冷时的实施例的结构原理图。
图中：1.充冷泵，2.上布水器，3.放冷截止阀，4.冷水机组，5.下布水器，6.温度传感器，7.充冷截止阀，8.调节阀，9.连通管，10.放冷泵，11.换热器，12.水位传感器。
具体实施方式
如图1所示实施例，该水蓄冷空调***有两个贮水槽，两个贮水槽内分别设有上布水器2、下布水器5、水位传感器12和温度传感器6，温度传感器6有多个，从上到下均匀分布在贮水槽的各水层。两个贮水槽的上布水器2并联后分成两路，一路接冷水机组4，另一路接换热器11；两个贮水槽的下布水器5并联后分成两路，一路接冷水机组4，另一路接换热器11；冷水机组4的进水端和出水端的管路上分别设有充冷泵1和充冷截止阀7；换热器11的进水端和出水端的管路上分别设有放冷泵10和放冷截止阀3；两个贮水槽的上、下布水器2、5的水管上分别设有调节阀8；两个贮水槽之间设有连通管9。
上述***的运行过程如下：
充冷时，放冷泵10和放冷截止阀3关闭，充冷泵1和充冷截止阀7打开，由冷水机组4制冷，获得较低温度的冷水，将冷水通过贮水槽的下布水器5注入贮水槽；同时，温水从贮水槽的上布水器2排出贮水槽，进入冷水机组4获得冷量，此时，下布水器5为进水布水器，上布水器2为出水布水器。在充冷过程中，如果两个贮水槽的水位出现偏差，一般情况下，当这种偏差较小时，两个贮水槽之间的连通管9可以使两个贮水槽之间的水位平衡，如果偏差较大时，需要采取以下措施：开大水位较低的贮水槽的进水布水器(即下布水器5)上的调节阀8，同时关小水位较低的贮水槽的出水布水器(即上布水器2)上的调节阀8；或者关小水位较高的贮水槽的进水布水器(即下布水器5)上的调节阀8，同时开大水位较高的贮水槽的出水布水器(即上布水器2)上的调节阀8，使两个贮水槽的水位恢复平衡。当然，以上两种措施也可以同时采用。在充冷过程中，由温度传感器6测得贮水槽内各层的水温，计算出贮水槽已经储存的冷量，从而得到已储存冷量与该贮水槽可储存的总冷量的百分比(储冷量百分比)，以此作为两个贮水槽充冷进度的标尺。当一个贮水槽的储冷量百分比低于另一个贮水槽时，表明其充冷进度落后于另一个贮槽。此时可以通过开大该贮水槽的进水布水器(即下布水器5)和出水布水器(即上布水器2)上的调节阀8；或者关小另一个贮水槽的进水布水器(即下布水器5)和出水布水器(即上布水器2)上的调节阀8，来恢复两个贮水槽的充冷同步。当然，以上两种措施也可以同时采用。
当两个贮水槽的储冷量百分比接近100％，从上布水器出来的水温已低至某一预设值，充冷即告结束，依次关闭冷水机组4，充冷泵1和充冷截止阀7。
放冷时，放冷泵10和放冷截止阀3打开，充冷泵1和充冷截止阀7关闭，由放冷泵10将水从贮水槽中抽出，在换热器11进换热，然后返回贮水槽，此时，上布水器2为进水布水器，下布水器5为出水布水器。在放冷过程中，如果两个贮水槽的水位出现偏差，一般情况下，当这种偏差较小时，两个贮水槽之间的连通管9可以使两个贮水槽之间的水位平衡，如果偏差较大时，需要采取以下措施：开大水位较低的贮水槽的进水布水器(即上布水器2)上的调节阀8，同时关小水位较低的贮水槽的出水布水器(即下布水器5)上的调节阀8；或者关小水位较高的贮水槽的进水布水器(即上布水器2)上的调节阀8，同时开大水位较高的贮水槽的出水布水器(即下布水器5)上的调节阀8，使两个贮水槽的水位恢复平衡。当然，以上两种措施也可以同时采用。在放冷过程中，由温度传感器6测得贮水槽内各层的水温，计算出贮水槽内还剩余的冷量，从而得到剩余冷量与该贮水槽储存的总冷量的百分比(蓄冷量百分比)，以此作为两个贮槽放冷进度的标尺。当一个贮水槽的蓄冷量百分比高于另一个贮水槽时，表明其放冷进度落后于另一个贮槽。此时可以通过开大该贮水槽的进水布水器(即上布水器2)和出水布水器(即下布水器5)上的调节阀8；或者关小另一个贮水槽的进水布水器(即上布水器2)和出水布水器(即下布水器5)上的调节阀8，来恢复两个贮水槽的放冷同步。当然，以上两种措施也可以同时采用。
当两个贮水槽的蓄冷量百分比接近于零，从下布水器5出来的水温升高到某一预设值(一般为换热器的最高工作温度)，放冷即告结束，依次关闭放冷泵10和放冷截止阀3。
为了实现自动控制，可将温度传感器6、水位传感器12、调节阀8等与计算机相连，由计算机来控制上述操作，省去人工控制的麻烦。
本发明的水蓄能***在蓄热时的原理与蓄冷时相似，只是在充热时，上布水器2为进水布水器，下布水器5为出水布水器；放热时，下布水器5为进水布水器，上布水器2为出水布水器；通过温度传感器6得到贮水槽内各层的水温后，计算出各贮水槽的蓄热量百分比(实际储存的热量与该贮水槽可储存总热量之比)来控制***的运行，保证各贮水槽的充热或放热同步。

Claims (9)

1、一种多贮水槽水蓄能***，包括至少两个贮水槽、冷水机组或热水机组、换热器，所述贮水槽内设有上布水器和下布水器，其特征在于：所述各贮水槽的上布水器并联后分别与冷水机组或热水机组及换热器相连；所述各贮水槽的下布水器并联后分别与冷水机组或热水机组及换热器相连；所述各贮水槽的上布水器和下布水器的进出水管路上分别设有调节阀；所述冷水机组或热水机组与并联后的所述贮水槽之间的管路上设有充能泵；所述换热器与并联后的所述贮水槽之间的管路上设有释能泵；所述贮水槽内设有多个温度传感器，所述多个温度传感器在贮水槽内自上至下均匀间隔排列。
2、根据权利要求1所述的多贮水槽水蓄能***，其特征在于：所述贮水槽内设有水位传感器。
3、根据权利要求2所述的多贮水槽水蓄能***，其特征在于：所述温度传感器、水位传感器和调节阀分别通过数据线连接到控制计算机上。
4、根据权利要求1、2或3所述的多贮水槽水蓄能***，其特征在于：所述多个贮水槽之间设有连通管。
5、一种多贮水槽水蓄能***的使用方法，充能时，由充能泵将从冷水机组或热水机组出来的水通过进水布水器注入贮水槽，由出水布水器将水排出送往冷水机组或热水机组；释能时，由释能泵将贮水槽中的水通过出水布水器吸出，送往换热器，由换热器返回后由进水布水器送回到贮水槽，其特征在于：所述贮水槽并联连接，并且其中至少两个贮水槽同时或同步使用。
与、根据权利要求5所述的多贮水槽水蓄能***的使用方法，其特征在于：在所述贮水槽同时或同步使用时，若贮水槽内的水位出现较大偏差，开大水位较低的贮水槽的进水布水器上的调节阀，同时关小水位较低的贮水槽的出水布水器上的调节阀；或者关小水位较高的贮水槽的进水布水器上的调节阀，同时开大水位较高的贮水槽的出水布水器上的调节阀。
7、根据权利要求6所述的多贮水槽水蓄能***的使用方法，其特征在于：所述贮水槽的水位由设在贮水槽内的水位传感器获得。
8、根据权利要求5所述的多贮水槽水蓄能***的使用方法，其特征在于：在所述贮水槽同步使用时，通过贮水槽内的温度传感器测出贮水槽内各层的水温，根据测得的水温计算出贮水槽的实时蓄能量，以此实时蓄能量与贮水槽最大蓄能量的百分比作标尺比较各贮水槽的充、释能进度，充能时，蓄能量百分比高表明充能进度超前；释能时，蓄能量百分比高表明释能进度落后，当各贮水槽的蓄能量百分比不一致时，可通过开大进度落后的贮水槽的进水布水器和出水布水器上的调节阀或者关小进度超前的贮水槽的进水布水器和出水布水器上的调节阀来恢复同步。
9、根据权利要求5所述的多贮水槽水蓄能***的使用方法，其特征在于：在所述贮水槽的一个布水器的进出水管路上安装有流量计和调节阀，由所述流量计和调节阀共同调节，使各贮水槽的流量之比等于各贮水槽的容积之比，以实现各贮水槽同步充、释能。
10、根据权利要求5～9之任意一项所述的多贮水槽水蓄能***的使用方法，其特征在于：当各贮水槽的水位出现误差时，通过贮水槽之间的连通管交换流量，使各贮水槽之间的水位平衡。
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