CN107741075A - 一种蓄冰供暖两用节能空调装置 - Google Patents

一种蓄冰供暖两用节能空调装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄冰供暖两用节能空调装置，采用水冷冷水机组和节能板冰机组合，节能板冰机采用吹胀式蒸发器和热气旁通加压回流连续融冰装置，分别构成制冰蓄冰、制冷、制热三种循环***，夏季可以蓄冰供冷为电网削峰填谷、冬季可以提取水冰相变潜热高效洁净供暖，能够大幅提高供冷供暖综合效率，省电费，省投资，尤其能够低成本改造水冷冷水机组为高效节能环保的蓄冰制冷制热一体化装置。

Description

一种蓄冰供暖两用节能空调装置
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其是一种蓄冰供暖两用节能空调装置。
背景技术
在广大的冬冷夏热地区，大型建筑现在还普遍采用水冷冷水机组制冷和锅炉供暖两套独立装置，夏季制冷机组运行而供暖装置闲置，冬季供暖装置运行而制冷机组闲置，双重成本，综合投资很大。水冷冷水机组是高效节能的制冷装置，是大型建筑物的首选，因为建筑物的制冷负荷大，制冷机组配置需要满足夏季最大制冷负荷，配置功率大，投资大；而且因为没有低温热源，不能用于制热供暖，冬季则完全闲置。空气源热泵机组可以夏季制冷冬季制热，但是与水冷冷水机组比较，夏季制冷能力低，能效比低，耗能，运行费用高，投资大，而且因为建筑物的供冷负荷比供热负荷大很多，全负荷供冷采用空气源热泵供冷既不经济，投资也更大；空气源热泵机组冬季低温工况下制热效率低下，设计工况还必须满足当地极端低温条件，机组配置功率大，还必须不断除霜，总体效率很低，用户投资成本非常高。水源热泵是高效节能的制冷供暖装置，但是需要大量10℃-25℃的温水资源，在冬季，北方地区10℃以上温水资源严重不足，目前水源热泵的大规模应用受到非常严格的限制。水变为冰可以放出大量0℃的相变潜热，相当于同质量80℃温差的水的显热，也相当于8倍10℃温差的水量的显热热量；冬季，10℃以上的温水资源缺乏，0℃以上未结冰的地表冷水（江河湖海水、中水）资源却比较丰富，可以采用制冰机来进水排冰，提取高热能密度的水冰相变潜热作为低品位热源。常规制冰机如板冰机、片冰机、块冰机等冬季可以提取水冰相变潜热，夏季也可以在晚上低价谷电时段制冰蓄冰，但是制冰名义工况蒸发温度在-18℃以下，冷凝温度45℃以上，能耗很高，投资很大，经济性差。常规板冰机采用管板式换热器或板片式换热器，管板式换热器或板片式换热器采用钎焊或激光焊接制作，成本昂贵。目前，常规板冰机通常采用热氟冲霜融冰脱冰，机组制冰循环***间歇运行，效率低，而且对压缩机及其制冷***的要求很高，***配置成本过高。故现有技术有待改进和发展。。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种采用水冷冷水机组和节能板冰机组合，制冰蓄冰、制冷、制热共用1套组合装置，可以分别低成本高效实现制冰蓄冰、制冷和制热三种循环***的蓄冰供暖两用节能空调装置。
本发明的技术解决方案是： 一种蓄冰供暖两用节能空调装置，主要包括水冷冷水机组、节能板冰机、冷却塔、空调末端，它还包括***内相连接的管道、阀门及检测控制***，采用水冷冷水机组和节能板冰机组合，采用控制阀门，可以分别构成制冰蓄冰、制冷和制热三种循环***，所述节能板冰机采用吹胀式蒸发器，在所述水冷冷水机组和所述节能板冰机各自运行范围内，制冰蓄冰、制冷和制热都在高效区间。
所述水冷冷水机组是常规产品，也可以用水源热泵或热回收风冷冷水机组等代替。所述节能板冰机采用热气旁通加压回流连续融冰装置，所述节能板冰机蒸发器分为多组并联，每组蒸发器采用多片吹胀式蒸发器并联，每组蒸发器都有热气旁通支路，融霜阀连接压缩机出口，泵连接高压储液器，压缩机、融霜阀、蒸发器组、回流储液器、回流泵、高压储液器依次连接构成所述热气旁通支路，通过阀门开关控制切换，各组蒸发器制冰、融冰脱冰交替进行，需要融冰脱冰的蒸发器组从压缩机出口引入旁通热气，融冰产生的液体制冷剂经过回流储液器收集后由回流泵加压流入制冷主循环中的高压储液器，融冰脱冰过程对制冷主循环***运行中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响很小，整机运行连续稳定高效，提高节能板冰机的制冰能力和运行效率；每片所述节能板冰机吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，折边上有固定孔，三面固定，防止吹胀式蒸发器的变形。
所述制冷循环***是所述水冷冷水机组的常规工况，所述节能板冰机不运行，所述水冷冷水机组独立运行，其中包括冷冻水供冷回路和冷却水冷却回路；所述冷冻水供冷回路由所述水冷冷水机组蒸发器、所述空调末端相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，由冷冻水泵提供动能，冷冻水在所述水冷冷水机组蒸发器与所述空调末端之间换热循环，为所述空调末端提供冷量；所述冷却水冷却回路由所述水冷冷水机组冷凝器、所述冷却塔相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，由冷却水泵提供动能，冷却水在所述水冷冷水机组冷凝器和所述冷却塔之间循环换热，由所述冷却塔向环境散发热量；在本发明装置中，一般所述制冷循环***仅作为蓄冰供冷的辅助冷源。
所述制冰蓄冰循环***采用所述水冷冷水机组和所述节能板冰机串联，其中包括冷冻水串联回路和冷却水冷却回路；所述冷冻水串联回路由所述水冷冷水机组蒸发器、所述节能板冰机冷凝器相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，冷冻水由冷冻水泵提供动能，在所述水冷冷水机组蒸发器与所述节能板冰机冷凝器之间循环换热；所述冷却水冷却回路由所述水冷冷水机组冷凝器、所述冷却塔相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，冷却水由冷却水泵提供动能，在所述水冷冷水机组冷凝器和所述冷却塔之间循环换热，由所述冷却塔向环境散发热量；所述制冰蓄冰循环***的工况在所述水冷冷水机组和所述节能板冰机各自运行范围内，优选的所述制冰蓄冰循环***的名义工况为，所述水冷冷水机组蒸发器进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组冷凝器进水温度30℃，出水温度35℃；所述节能板冰机蒸发器制冷剂蒸发温度-8℃，所述节能板冰机冷凝器进水温度7℃，出水温度12℃，采用优选的名义工况，所述节能板冰机投资小效率高，可以降低综合投资成本减少电耗；一般所述制冰蓄冰循环***在晚上低价谷电时段运行，冰储存于蓄冰槽，白天高峰时段融冰为空调末端供冷，可以大幅节省运行费用。
所述制热循环***采用所述水冷冷水机组和所述节能板冰机串联，其中包括冷冻水串联回路和冷却水供暖回路；所述冷冻水串联回路由所述水冷冷水机组蒸发器、所述节能板冰机冷凝器相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，冷冻水由冷冻水泵提供动能，冷冻水在所述水冷冷水机组蒸发器和所述节能板冰机冷凝器之间循环换热；所述冷却水供暖回路由所述水冷冷水机组冷凝器、所述空调末端相互之间连接构成封闭循环回路，控制阀门开关，冷却水由冷却水泵提供动能，冷却水在所述水冷冷水机组冷凝器和所述空调末端之间循环换热，为空调末端提供热量；所述制热循环***的工况在所述水冷冷水机组和所述节能板冰机各自运行范围内，优选的所述制热循环***的名义工况为，所述水冷冷水机组蒸发器进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组冷凝器进水温度40℃，出水温度45℃；所述节能板冰机蒸发器制冷剂蒸发温度-8℃，所述节能板冰机冷凝器进水温度7℃，出水温度12℃；所述节能板冰机蒸发器分组轮流制冰脱冰，所述节能板冰机制出的冰经过破碎后可以混入水中泵送取水水源处，水源可以是江河湖海或中水水道等；所述制热循环***的所述节能板冰机可以利用来源广泛的10℃以下的冻水，提取水冰相变潜热作为低品位热源，而且运行效率与环境温度无关，即使在-50℃环境温度下，其COP也能高达3以上，对于严寒地区高效洁净供暖具有重要现实意义。
本发明的有益效果是：制冰蓄冰制冷制热共用1套组合装置，夏季可以蓄冰供冷为电网削峰填谷、冬季可以提取水冰相变潜热高效洁净供暖，能够大幅提高供冷供暖综合效率和能源利用率，节省运行费用，提高设备利用率，大幅节省综合投资成本，尤其能够低成本改造目前海量的水冷冷水机组为高效节能环保的蓄冰制冷制热一体化装置。
附图说明
图1本发明结构示意图；
附图标记说明： 1.水冷冷水机组；11.A冷凝器；12.冷冻水泵；13.冷却水泵；14.B蒸发器；2.冷却塔；21.C阀门；22.D阀门；3.空调末端；31.E阀门；32.F阀门；33.G阀门；34.H阀门；4.节能板冰机；41.J阀门；42.K蒸发器；43.M冷凝器；200.冷却水冷却回路；300.冷却水供暖回路；310.冷冻水供冷回路；400.冷冻水串联回路。
具体实施方式
实施例：参阅图1，一种蓄冰供暖两用节能空调装置，主要包括水冷冷水机组1、节能板冰机4、冷却塔2、空调末端3，它还包括***内相连接的管道、泵、阀门及检测控制***，采用水冷冷水机组1和节能板冰机4组合，采用控制阀门，可以分别构成制冰蓄冰、制冷和制热三种循环***。在所述水冷冷水机组1和所述节能板冰机4各自运行范围内，采用优选的名义工况，制冰蓄冰、制冷和制热都在高效区间。所述水冷冷水机组1是常规产品。所述节能板冰机4是在常规板冰机基础上进行改进，所述节能板冰机4的K蒸发器42采用吹胀式蒸发器，吹胀式蒸发器是采用双层铝板复合而成的换热器，是将一定规格的铝板表面处理后，在铝板对合面上用止焊剂印上蒸发管道的图样，再将复合面板经热轧接合处理，再用氮气进行吹胀，复合铝板中直接形成中空的制冷剂流道，具有质轻、耐腐蚀、导热效率高、寿命长、流道设计灵活、易量产、成本低、无毒、废料易于回收等特点，每片所述节能板冰机4吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，U形折边底边上有固定孔，三面固定，防止吹胀式蒸发器的变形；所述节能板冰机4采用热气旁通加压回流连续融冰装置，参考专利申请《一种热气旁通加压回流连续除霜装置》，所述节能板冰机4的K蒸发器42分为多组并联，每组蒸发器采用多片吹胀式蒸发器并联，每组蒸发器都有热气旁通支路，所述热气旁通支路融霜阀连接压缩机出口，回流泵连接高压储液器，压缩机、融霜阀、蒸发器组、回流储液器、回流泵、高压储液器依次连接构成所述热气旁通支路；运行过程中通过阀门开关控制切换，可以分别连通制热主循环***或所述热气旁通支路，各组蒸发器制冰、融冰脱冰交替进行；一组蒸发器组处于制冰模式时，通过阀门开关控制，所述制热主循环***导通，所述热气旁通支路关闭，所述制热主循环***液体制冷剂流入蒸发器组，制冷剂在蒸发器组中蒸发，气体去压缩机吸入口；一组蒸发器处于融冰脱冰模式时，通过阀门开关控制，该蒸发器组所述制热主循环***关闭，所述热气旁通支路导通，所述热气旁通支路从压缩机出口引入高压热气，控制旁通高压热气流量，平滑压缩机出口制冷剂气体压力变化，高压热气在该蒸发器组中冷凝液化，液体制冷剂经回流储液器用泵加压流入膨胀阀前的高压储液器，保障膨胀阀的稳定精确控制；完成融冰脱冰后，通过阀门开关控制，所述制热主循环***导通，所述热气旁通支路关闭，该蒸发器组恢复制冰模式；融冰脱冰过程对制冰主循环***运行中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响很小，对压缩机及其制冷***要求低，整机运行连续稳定高效，提高节能板冰机4的制冰能力和运行效率，降低***成本。
制冷循环***是水冷冷水机组1的常规循环***，其中包括冷冻水供冷回路310和冷却水冷却回路200，所述冷冻水供冷回路310由所述水冷冷水机组1的B蒸发器14、所述空调末端3相互之间连接构成封闭循环回路；所述冷却水冷却回路200由所述水冷冷水机组1的A冷凝器11、所述冷却塔2相互之间连接构成封闭循环回路。所述水冷冷水机组1独立运行，打开H阀门34、G阀门33、C阀门21、D阀门22，关闭E阀门31、F阀门32、J阀门41，冷冻水由冷冻水泵12提供动能，从水冷冷水机组1的B蒸发器14去空调末端3，换热后水温升高，回B蒸发器14制冷降低温度，再从B蒸发器14去空调末端3，形成循环，为空调末端3提供冷量；冷却水由冷却水泵13提供动能，在A冷凝器11和冷却塔2之间循环换热，由所述冷却塔2向环境散发热量；所述水冷冷水机组1制冷名义工况，所述水冷冷水机组1的B蒸发器14进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组1的A冷凝器11进水温度30℃，出水温度35℃；一般制冷循环***仅作为蓄冰供冷的补充冷源。
所述制冰蓄冰循环***采用所述水冷冷水机组1和所述节能板冰机4串联运行，其中包括冷冻水串联回路400和所述冷却水冷却回路200；所述冷冻水串联回路400由所述水冷冷水机组1的B蒸发器14、所述节能板冰机4的M冷凝器43相互之间连接构成封闭循环回路；所述冷却水冷却回路200由所述水冷冷水机组1的A冷凝器11、所述冷却塔2相互之间连接构成封闭循环回路；打开C阀门21、D阀门22、J阀门41，关闭E阀门31、F阀门32、G阀门33、H阀门34，冷冻水由所述冷冻水泵12提供动能，从所述水冷冷水机组1的B蒸发器14去所述节能板冰机4的M冷凝器43，换热后水温升高，回所述水冷冷水机组1的B蒸发器14制冷降低温度，再从所述水冷冷水机组1的B蒸发器14去节能板冰机4的M冷凝器43，形成循环；冷却水由所述冷却水泵13提供动能，在所述A冷凝器11和所述冷却塔2之间循环换热，由所述冷却塔2向环境散发热量；所述水冷冷水机组1制冰蓄冰名义工况为，所述水冷冷水机组1的B蒸发器14进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组1的A冷凝器11进水温度30℃，出水温度35℃；所述节能板冰机4的制冰蓄冰名义工况为，所述K蒸发器42制冷剂蒸发温度-8℃，所述M冷凝器43进水温度7℃，出水温度12℃，比常规工况常规板冰机提高制冰能力50%以上，EER提高约50%，可以节省投资50%以上，减少电耗30%以上。一般制冰蓄冰循环***在晚上低价谷电时段运行，冰储存于蓄冰槽，白天高峰时段融冰为空调末端3供冷，可以大幅节省运行费用。
所述制热循环***采用所述水冷冷水机组1和所述节能板冰机4串联运行，其中包括所述冷冻水串联回路400和冷却水供暖回路300，所述冷冻水串联回路400由所述水冷冷水机组1的B蒸发器14、所述节能板冰机4的M冷凝器43相互之间连接构成封闭循环回路；所述冷却水供暖回路300由所述水冷冷水机组1的A冷凝器11、所述空调末端3相互之间连接构成封闭循环回路；打开E阀门31、F阀门32、J阀门41，关闭C阀门21、D阀门22、G阀门33、H阀门34，冷冻水由所述冷冻水泵12提供动能，从所述水冷冷水机组1的B蒸发器14去所述节能板冰机4的M冷凝器43，换热后水温升高，回所述水冷冷水机组1的B蒸发器14制冷降低温度，再从所述水冷冷水机组1的B蒸发器14去节能板冰机4的M冷凝器43，形成循环；冷却水由冷却水泵13提供动能，从所述水冷冷水机组1的A冷凝器11去空调末端2，换热后水温降低,回所述水冷冷水机组1的A冷凝器11吸热升高温度，再从所述水冷冷水机组1的A冷凝器11去所述空调末端2，形成循环，为所述空调末端2提供热量；所述水冷冷水机组1制热名义工况为，所述水冷冷水机组1的B蒸发器14进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组1的A冷凝器11进水温度40℃，出水温度45℃；所述节能板冰机4的制热名义工况为，所述K蒸发器42制冷剂蒸发温度-8℃，所述节能板冰机4的M冷凝器43进水温度7℃，出水温度12℃，比常规工况板冰机提高制热能力50%以上，COP提高约50%，可以节省投资50%以上，减少电耗30%以上。所述节能板冰机4制出的冰经过破碎后可以作为副产品销售，也可以与水混合泵送取水水源处。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种蓄冰供暖两用节能空调装置，主要包括水冷冷水机组、节能板冰机、冷却塔、空调末端，它还包括***内相连接的管道、阀门及检测控制***，其特征在于，采用水冷冷水机组和节能板冰机组合，采用控制阀门，可以分别构成制冰蓄冰、制冷和制热三种循环***，所述节能板冰机采用吹胀式蒸发器。
2.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，制冰蓄冰循环***采用所述水冷冷水机组和所述节能板冰机串联，其中包括冷冻水串联回路和冷却水冷却回路；所述冷冻水串联回路由所述水冷冷水机组蒸发器、所述节能板冰机冷凝器相互之间连接构成封闭循环回路；所述冷却水冷却回路由所述水冷冷水机组冷凝器、所述冷却塔相互之间连接构成封闭循环回路。
3.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，所述制冰蓄冰循环***的工况在所述水冷冷水机组和所述节能板冰机各自运行范围内，优选的所述制冰蓄冰循环***的名义工况为，所述水冷冷水机组蒸发器进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组冷凝器进水温度30℃，出水温度35℃；所述节能板冰机蒸发器制冷剂蒸发温度-8℃，所述节能板冰机冷凝器进水温度7℃，出水温度12℃。
4.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，所述制热循环***采用所述水冷冷水机组和所述节能板冰机串联，其中包括所述冷冻水串联回路和冷却水供暖回路；所述冷冻水串联回路由所述水冷冷水机组蒸发器、所述节能板冰机冷凝器相互之间连接构成封闭循环回路；所述冷却水供暖回路由所述水冷冷水机组冷凝器、所述空调末端相互之间连接构成封闭循环回路。
5.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，所述制热循环***的工况在所述水冷冷水机组和所述节能板冰机各自运行范围内，优选的所述制热循环***的名义工况为，所述水冷冷水机组蒸发器进水温度12℃，出水温度7℃，所述水冷冷水机组冷凝器进水温度40℃，出水温度45℃；所述节能板冰机蒸发器制冷剂蒸发温度-8℃，所述节能板冰机冷凝器进水温度7℃，出水温度12℃。
6.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，所述节能板冰机采用热气旁通加压回流连续融冰装置，所述节能板冰机蒸发器分为多组并联，每组蒸发器采用多片吹胀式蒸发器并联，每组蒸发器都有热气旁通支路，融霜阀连接压缩机出口，回流泵连接高压储液器，压缩机、融霜阀、蒸发器组、回流储液器、回流泵、高压储液器依次连接构成所述热气旁通支路。
7.根据权利要求1所述的一种蓄冰供暖两用节能空调装置，其特征在于，每片所述节能板冰机所述吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，折边上有固定孔。
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