CN102538305A - 带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法及*** - Google Patents

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王小华
沈新荣
麻剑锋
吴平
章威军
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Abstract

本发明涉及中央空调控制技术，旨在提供一种带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法及***。该方法是在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置；以压缩机流出的具有较高压力能的液态制冷剂作为工作介质，从全液体透平装置的进口到出口完成膨胀做功，将释放出的压力能用于推动压缩机或者相连的其它动力装置运行。本发明创新地提出空调***专用多合一机组的实现方法，将***产能回用做***的动力。该***在全液体透平装置效率的条件下，最大程度回收介质压力能用于推动压缩机的旋转。可以与废热回收、变频运行等运行优化控制相匹配，形成中央空调运行节能的完整体系。

Description

带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法及***
技术领域
本发明涉及中央空调控制技术，旨在构建一种全新的、具有能量自平衡特征的中央空调***。
背景技术
随着国家的改革开放、经济及第三产业的发展，全国各城市兴建了一大批公共建筑。这些高档的大型公共建筑一般都采用中央空调、冷热水供应、高速电梯等现代化的建筑设备来保证室内环境的要求。根据报导当前，我国拥有的大型公共建筑占地为5个多亿m2。耗电量达到70～100w/m2，为住宅的10～20倍，是建筑能源消耗的高密度区域。而其中中央空调耗能占到这类建筑耗能的40～60％，且呈增加的趋势。从其特征可知，这类建筑具有巨大的节能潜力。
能源问题正成为世界各国最棘手的问题之一。随着我国经济的高速发展，许多城市出现了电力紧张等能源问题。建筑能耗在总能耗中占有很大的比例，而空调能耗又是建筑能耗中的大户。随着能源供应的日趋紧张及人们对室内热环境、室内空气品质的要求愈来愈高，迫切要求在保持空调区域舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。
现行的关于中央空调***节能研究的开展，主要集中在两个大的方面：其一，通过措施改善建筑结构的维护结构，使其具有节能的特征：如对外墙、外窗的改造，将从环境无端浪费的能量降到最低程度；其二，通过中央空调***本身的改进来节能：包括运行管理节能、过渡季节环境潜能的利用、强化控制环节、冷热回收、多能源形式引入(各类型热泵的引入)以及***变频技术等等。
由于空调***各设备全年运行时间特征不同与设计工况，如制冷主机大部分时间是运行在部分负荷的工况下，其运行电耗与设计工况必然不同，各设备的能耗特征各不相同。相关文献的统计表明，对于中央空调***而言，末端的风机盘管运行能耗所占比例最高；其次是制冷机，其后其次为冷冻水***和冷却水***。这些分析表明，对于既定的中央空提***，其运行优化控制必须是有重点的、按照不同比例开展的***性工程，单独对其中任何一个环节进行节能控制都是不合理的。
对于中央空调的节能而言，***性节能的理念已得到越来越多的关注。就整个传统的中央空调***而言，节能研究的开展从目前的趋势来看主要分为如下几个重要环节：
1)用能管理体系的建立(包括分项计量、***运行能效实时监测分析、远程服务体系和专家***，即物联网用能管理体系)；
2)智能平衡输配***的建立(整个***运行优化控制的最关键环节之一)；
3)硬件技术发展(主要指***的变频技术，包括冷机、冷冻水和冷却水***、供风***)；
4)蓄能技术发展及应用(蓄冷热调峰)；
5)冷热回收技术的推广；
6)热湿分制技术的应用；
7)大温差***、提高冷冻水供水温度、终端用户室温限定以及分时分区等理念的引入；
8)二次泵***的推行；
9)多能源接入技术的发展(风能、土壤能、太阳能、生物质能及热泵技术)；
也或者说一个完整的中央空调运行优化管理***，应该具备上述几个基本特征。当然在实际应用过程中，需要根据实际的情况将上述环节的功能进行相应的组合，以达到一定程度的节能减排效果。相信随着各相关学科(流体力学、传热学、计算流体力学、计算传热学等以及控制学)、实验技术以及***控制技术(都包括软件、硬件，对于控制技术还应该包括模糊控制和人工智能控制技术)的发展，中央空调的***性节能会补充新的特征，从而进一步完善，但客观方便的管理、运行过程中的持续优化以及整体节能减排的实现，是中央空调技术配合楼宇节能趋势，所必须具备的最基本特征。
但是，上述所有的涉及到中央空调***运行节能的措施和方法，在基本的***框架上，都沿袭了传统的中央空调的固有特征，只是从不同角度提高这一***的运行效率以及废能的回收利用率，并没有在形式上对中央空调制冷***的特征上有任何改进，这中间就存在着一种潜在的能源浪费。
中央空调(含热泵)是采用基于卡诺循环或逆卡诺循环原理的、对应能量迁移转换和输配的过程。发展到今天，基本的组成元素依然是：压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器，并配有冷却***。在可持续性发展及环境污染恶化的大形势下，各种节能减排的方案已针对这一传统的运行模式开展，全面回收***的废热和废冷。并采用各种变频策略，通过各种控制技术，并配合环境温度的变化来控制***运行能耗。这些基于能量回收和按需供给的方法，为中央空调***的运行优化作出了非常大的贡献。
但是从***本身而言，尤其是对于大中型中央空调***而言，尽管压缩机出口工艺介质温度对应的热量被以加热生活用水的方法得到相应效率条件下的回用，但是另外一项参数所对应的能量并未得到最大程度的利用——压缩机出口工艺介质的压力能。采用传统的中央空调构架，这些压力能通过膨胀阀被无端浪费掉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法及***。
为解决其技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法，是在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置；以压缩机流出的具有较高压力能的液态制冷剂作为工作介质，从全液体透平装置的进口到出口完成膨胀做功，将释放出的压力能用于推动压缩机或者相连的其它动力装置运行。
本发明进一步提供了带全液体透平装置的能量自平衡中央空调***，包括分别通过管路与压缩机连接的冷凝器和蒸发器，在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置，冷凝器出口通过管路连接至全液体透平装置的入口，蒸发器入口通过管路连接至全液体透平装置的出口。
本发明中，所述全液体透平装置具有多级运行的透平机，各级透平机的出口均通过管路连接至蒸发器入口，各管路上设有阀门。
本发明中，在连接压缩机和冷凝器的管路上设有用于制取热水的换热器。
本发明中，在连接压缩机和冷凝器的管路上设有用于回收废热的热泵装置。
本发明中，所述冷凝器通过管路与冷却***相连。
本发明中，所述冷却***是水冷却塔。
本发明的实现原理是：
针对中央空调***的实现基本原理，提出在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置。该装置的工作介质是从压缩机流出的(可以经过相应的换热环节提取废热)具有较高压力能的液态制冷剂，从进口到出口完成膨胀做功。从而将原始的被浪费掉的压力能，被回用于推动压缩机或者其它相关动力装置的运行。此处提出热动联产，全液体透平装置的应用在于推动轴的旋转辅助电机的运转，从而降低能量的浪费。采用该方法，可形成中央空调***专用的多合一机组(最少为三合一：电机、压缩机和全液体透平装置)，从而将传统的膨胀阀这一能量浪费的机械机构排除到***之外，形成具有能量自平衡特征的中央空调***。
同时本发明对于所采用的全液体透平而言，也采用多级运转的方法与冷量的变化相匹配，即可以从中间级抽取具有相应品质的制冷介质进入到蒸发器中，也就是说本发明具有与变频制冷相匹配的运行工艺。
由于实际运行的变工况问题以及设计余量问题的存在，必须考虑的是在何时的负荷状态下机组的高效运行。尽管有了能量自平衡的特征，但在实际多变的工况条件下如何能起到运行优化节能，则是需要在此框架下进一步考虑的问题。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
创新地提出空调***专用多合一机组的实现方法，将***产能回用做***的动力。该***在全液体透平装置效率的条件下，最大程度回收介质压力能用于推动压缩机的旋转。为电机减负或者说能量回收的设计工况效率，将取决于全液体透平装置的效率。从根本上来讲，该方法自然可以与废热回收、变频运行等运行优化控制相匹配，形成中央空调运行节能的完整体系。
附图说明
图1本发明的中央空调主机***示意图。
附图标记：1电机，2压缩机、3冷凝器、4冷却塔、5全液体透平装置、6蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实现方法进行详细表述。
首先低压气态冷媒被压缩机2加压进入冷凝器3并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器3中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔4上。释放到大气中去。
在压缩机2出口可以对接板式或其它形式换热器，将高品位热能取走制取生活用热水。也可与热泵装置对接完成废热的回收；此工艺不属于本发明的研究范围，但表明本发明可与热回收工艺无缝对接；另一方面，冷凝器3的热热回收也可以接入。
随后，冷凝器3中的高压液态冷媒在流经全液体透平装置5时膨胀做功，辅助推动轴的旋转来带动压缩机2减少电机1的负荷，并将***所产生的压力能及时回收于***本身，完成中央空调***能量的自平衡。全液体透平装置5具有多级运行的透平机，在某一级处按照对应出口压力的变化形成气液混合物进入蒸发器6。其后，冷媒在蒸发器6中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器6中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机2；如此循环往复。
全液体透平装置5的设计根据原有空调对应压缩机2出口以及蒸发器6入口压力的取值，以及对应设计工况下冷媒流量来选型。对于实际运行多变工况条件下蒸发器6入口压力需求的改变，在全液体透平装置5框架中可采用多级运行、中间抽取的概念，在不同级的出口处选择对应工况的压力。

Claims (7)

1.一种带全液体透平装置的能量自平衡中央空调实现方法，其特征在于，是在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置；以压缩机流出的具有较高压力能的液态制冷剂作为工作介质，从全液体透平装置的进口到出口完成膨胀做功，将释放出的压力能用于推动压缩机或者相连的其它动力装置运行。
2.带全液体透平装置的能量自平衡中央空调***，包括分别通过管路与压缩机连接的冷凝器和蒸发器，其特征在于，在压缩机出口同轴或通过变速箱连接全液体透平装置，冷凝器出口通过管路连接至全液体透平装置的入口，蒸发器入口通过管路连接至全液体透平装置的出口。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述全液体透平装置具有多级运行的透平机，各级透平机的出口均通过管路连接至蒸发器入口，各管路上设有阀门。
4.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，在连接压缩机和冷凝器的管路上设有用于制取热水的换热器。
5.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，在连接压缩机和冷凝器的管路上设有用于回收废热的热泵装置。
6.根据权利要求2或3所述的***，其特征在于，所述冷凝器通过管路与冷却***相连。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述冷却***是水冷却塔。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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