CN109059154A - 一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，包括制冷***、蓄冷***和冷量分配***，制冷***通过蓄冷***向冷量分配***提供冷量，制冷***还可将多余的冷量储存在蓄冷***中，当蓄冷***储存的冷量足够多时，由蓄冷***向冷量分配***提供冷量。另外，本发明还提供了控制方法，通过判断蓄冷***储存的冷量多少来启停制冷***，并以此来切换向冷量分配***提供冷量的方式。本发明通过一套集冷量生产、输送、分配和调节为一体的***为分散的末端负载提供冷量，减少了相关设备，有利于设备的集中管理，节省成本，降低投资费用，同时通过控制方法调节制冷***的启停，以便于按需调节制冷量，降低能耗。

Description

一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***及其控制方法
技术领域
本发明涉及中央空调技术领域，尤其涉及一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***及其控制方法。
背景技术
近年来，国内商业综合体作为一种商业房地产形式迅速增长，其所用的空调带来的能耗也随之迅猛增加。商业综合体是指集购物商场、酒店、公寓、办公、娱乐休闲等区域为一体的大型建筑物，这类建筑物特点是建筑面积大、功能多、业态复杂。对于商业综合体的空调来说，它的特点是：购物商场和办公场所白天负荷大而夜间负荷小；公寓和休闲场所白天负荷小而夜间负荷大；酒店24小时负荷基本上处于设计负荷的20％～80％左右。目前还没有一套经济性好、投资少、适合商业综合体复杂业态的中央空调***。目前的做法是：设计和安装多套独立空调***等分散冷源以满足商业综合体不同功能区域的需求。但这种做法有下列几个缺点：
1.成本高。主要体现在以下几个方面：a.分散冷源的中央空调***增加了商业综合体的机房安装面积，从而造成机房建筑成本高；b.由于各个空调***独立，无法做到相互错峰使用、共享冷源，这种各自独立的冷源***增大了空调配电设备、空调***管路、制冷机组、水泵等的投资；c.由于商业综合体内空调***数量多，所以管理维护工作量大、人工费用和维护成本高。
2.摊派费用高。由于机房建筑成本高、空调***的初投资大，商业综合体用户或者租户的摊派费用高。
3.能耗高。目前商业综合体内部多个分散的、多种形式的独立空调***注重的是满足使用要求，对它的制冷效率及节能要求通常不会重点考虑，无法做到商业综合体中央空调***能耗、能效的整体优化。调查数据表明：商业综合体空调***的能耗很高，其中有35％～45％的能耗是由于这种分散的、多种形式的空调***的设计缺陷、设备选型不合理和使用管理问题而造成的。
因此，针对目前上述商业综合体分散冷源的空调***缺点的改进具有重要意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，该***集冷量生产、输送、分配和调节为一体，减少空调***相关设备，降低投资与运维成本，同时通过控制***启停以及利用多余冷量来适应不同的冷量需求，提高能效比，降低能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，包括制冷***、蓄冷***和冷量分配***，所述制冷***通过所述蓄冷***与所述冷量分配***连接；
所述蓄冷***包括贮冷器、第一温度传感器、第二温度传感器、进水温度传感器和出水温度传感器，所述贮冷器长度方向的两端分别设有第一进水口和第一出水口，所述贮冷器的侧面靠近所述第一出水口的一端分别设有第二进水口，所述贮冷器的侧面靠近所述第一进水口的一端分别设有第二出水口，所述进水温度传感器和出水温度传感器分别安装在所述第一进水口和第一出水口，所述第一温度传感器安装在所述贮冷器的侧面并且位于所述第一出水口和所述第二进水口之间，所述第二温度传感器安装在所述贮冷器的侧面并且位于所述第一进水口和所述第二出水口之间；
所述制冷***包括冷冻水进口、冷冻水出口和冷冻水泵，所述冷冻水进口与所述第二出水口连接，所述冷冻水出口通过冷冻水泵与所述第二进水口连接；
所述冷量分配***包括若干个末端组，每个所述末端组包括末端负载和末端水泵，所述末端负载为商业场所和/或酒店和/或公寓和/或办公场所，所述末端水泵进口与所述第一出水口连接，所述末端水泵出口与所述末端负载进口连接，所述末端负载出口与所述第一进水口连接；
所述贮冷器内部充满蓄冷介质，所述蓄冷介质的流动状态均为层流态。
作为上述技术方案的改进，所述制冷***还包括冷却水进口、冷却水出口、冷却水泵和冷却塔，所述冷却水进口与所述冷却塔出水口连接，所述冷却水出口通过冷却水泵与所述冷却塔进水口连接。
作为上述技术方案的改进，所述末端组还包括电磁式冷热能量表。
一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***控制方法，用于上述一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，所述方法包括：
获取第一温度传感器检测到的温度T22、第二温度传感器检测到的温度T23、进水温度传感器检测到的温度T24和出水温度传感器检测到的温度T25；
设定实际蓄冷量为Q，最高设定蓄冷量为Qcmax，最低设定蓄冷量为Qcmin；
在制冷***运行过程中，当T23＝T25时，若Q≥Qcmax，标记为第一实际蓄冷量Q21，则制冷***停止运行，由蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持运行状态；
在制冷***待机状态下，当T22＝T24时，若Q＜Qcmin时，标记为第二实际蓄冷量Q22，则制冷***启动运行，由制冷***通过蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持待机状态。
作为上述技术方案的改进，所述实际蓄冷量Q依据以下公式计算得出：
Q＝ρ×V×Cpw×Δt，其中ρ为蓄冷介质的密度；V蓄冷介质体积；Cpw为蓄冷介质的比热容；Δt为第一进水口(211)和第一出水口(212)水温差。
本发明的有益效果有：
本发明通过一套集冷量生产、输送、分配和调节为一体的***为分散的末端负载提供冷量，减少了相关设备，有利于设备的集中管理，节省成本，降低投资费用，同时通过控制方法调节制冷***的启停，以便于按需调节制冷量，降低能耗。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是制冷***运行过程中贮冷器内部流体流动的示意图；
图3是贮冷器储冷时内部流体流动的示意图；
图4是制冷***待机状态下贮冷器释冷时流体流动的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明提供的一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，包括制冷***、蓄冷***和冷量分配***，所述制冷***通过所述蓄冷***与所述冷量分配***连接；
所述蓄冷***包括贮冷器21、第一温度传感器22、第二温度传感器23、进水温度传感器24和出水温度传感器25，所述贮冷器21长度方向的两端分别设有第一进水口211和第一出水口212，所述贮冷器21的侧面靠近所述第一出水口212的一端分别设有第二进水口213，所述贮冷器21的侧面靠近所述第一进水口211的一端分别设有第二出水口214，所述进水温度传感器24和出水温度传感器25分别安装在所述第一进水口211和第一出水口212，所述第一温度传感器22安装在所述贮冷器21的侧面并且位于所述第一出水口212和所述第二进水口213之间，所述第二温度传感器23安装在所述贮冷器21的侧面并且位于所述第一进水口211和所述第二出水口214之间；
所述制冷***包括冷冻水进口11、冷冻水出口12、冷却水进口13、冷却水出口14、冷冻水泵15、冷却水泵16和冷却塔17，所述冷冻水进口11与所述第二出水口214连接，所述冷冻水出口12通过冷冻水泵15与所述第二进水口213连接，所述冷却水进口13与所述冷却塔17出水口连接，所述冷却水出口14通过冷却水泵16与所述冷却塔17进水口连接；
制冷***运行时，高温冷冻水从冷冻水进口11进入***中，***内的制冷剂吸收高温冷冻水的热量使其变成为低温冷冻水，并从冷冻水出口12排出***，同时制冷剂将其吸收的热量传递给冷却水，吸收了制冷剂热量的冷却水自冷却水出口14出来后进入到冷却塔17中，将其吸收的热量排到大气环境中，得到冷却之后的冷却水又从冷却水进口13进入到***中的换热场所与制冷剂进行热量交换。
所述冷量分配***包括若干个末端组3，每个所述末端组3包括末端负载31和末端水泵32，所述末端水泵32进口与所述第一出水口212连接，所述末端水泵32出口与所述末端负载31进口连接，所述末端负载31出口与所述第一进水口211连接；
所述贮冷器21内部充满蓄冷介质，所述蓄冷介质的流动状态均为层流态，此层流态的流动是基于贮冷器内部流体的流速低而建立的，其特点是流体作层状流动，流体质点沿着与容器中心轴平行的方向作平滑直线运动，有利于调节贮冷器内部的冷热流体在互不混合的情况下在贮冷器的各个进出口之间作层流流动，以实现***的不同运行模式。
大部分中央空调的制冷***设置在建筑物地下室或者屋顶上，为方便安装制冷***，在本实施例中，所述贮冷器21为圆柱形卧式容器，由于圆柱形卧式容器可以通过调节轴向尺寸来满足容器内容积的要求，因此其高度可以满足建筑物地下室的层高要求，同时，与立式容器相比，卧式容器上的各管口距离安装地面不高，更有利于制冷***的管道连接。
由于末端负载31在不同时段所需冷量不相同，为满足其冷量调节的需求，在本实施例中，所述末端水泵32为变频水泵，变频水泵通过调节变频电机的转速来调节供给末端负载的冷冻水流量，以满足末端负载31不同的冷量需求，例如末端负载31的负荷增加时，变频水泵提高变频电机的转速来增加冷冻水流量从而增加供给末端负载31的制冷量，与普通水泵通过阀门节流来实现流量的调节方式相比，变频水泵具有调节及时、精准以及节能的优点。
为了能够计量各个末端负载各自消耗的冷量，以便通过消耗的冷量来结算空调使用费，在本实施例中，所述末端组3还包括电磁式冷热能量表34，电磁式冷热能量表包括流量传感器和供回水温度传感器，根据末端组3中流量传感器的流量信号和配对温度传感器检测的供回水温度信号，以及水流经的时间计算并显示该末端组3所释放或吸收的热量。
为便于按需调节制冷量，降低能耗，本发明提供一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***控制方法，用于控制上述一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，所述方法包括：
获取第一温度传感器22检测到的温度T22、第二温度传感器23检测到的温度T23、进水温度传感器24检测到的温度T24和出水温度传感器25检测到的温度T25；
设定实际蓄冷量为Q，最高设定蓄冷量为Qcmax，最低设定蓄冷量为Qcmin；
在制冷***运行过程中，当T23＝T25时，若Q≥Qcmax，标记为第一实际蓄冷量Q21，则制冷***停止运行，由蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持运行状态；
在制冷***待机状态下，当T22＝T24时，若Q＜Qcmin时，标记为第二实际蓄冷量Q22，则制冷***启动运行，由制冷***通过蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持待机状态。
所述实际蓄冷量Q依据以下公式计算得出：
Q＝ρ×V×Cpw×Δt，其中ρ为蓄冷介质的密度；V蓄冷介质体积；Cpw为蓄冷介质的比热容；Δt为第一进水口211和第一出水口212水温差。
本发明具体的工作过程如下：
在本实施例中，蓄冷介质为水，设定制冷***的制冷量为Q1，冷冻水泵15的水流量为M1，每个末端负载31的需冷量为Qi，每个末端水泵32的水流量为Mi，冷量分配***的需冷量为Q3＝∑Qi，冷量分配***的水流量为M3＝∑Mi；
所述Qi、Mi、Q3和M3均为根据末端负载的负荷变化而变化的可变参数；
所述Qi与所述Mi成正比关系，即Qi增大时Mi增大，Qi减小时Mi减小；
所述Q3与所述M3成正比关系，即Q3增大时M3增大，Q3减小时M3减小；
所述第二进水口213和第二出水口214的水流量均为M1，所述第一进水口211和第一出水口212的水流量均为M3；
如图2所示，在制冷***运行过程中，若制冷***的制冷量完全提供给冷量分配***的需冷量而没有多余的冷量储存在贮冷器21，即Q1＝Q3，M1＝M3，说明所有末端负载均处于工作状态或者是满负荷状态，则在单位时间内，流量为M3的高温冷冻水自冷量分配***出来从第一进水口211进入贮冷器21内部，然后流量为M1的高温冷冻水从第二出水口214离开贮冷器21进入制冷***，在制冷***中高温冷冻水经过降温成为符合设定温度的低温冷冻水，流量为M1的所述低温冷冻水从第二进水口213进入贮冷器21内部，然后流量为M1的低温冷冻水从第一出水口212离开贮冷器21进入冷量分配***中，如此反复循环之后，在贮冷器21内部形成一条连接第一进水口211与第二出水口214的高温冷冻水流动通道以及一条连接第二进水口213与第一出水口212的低温冷冻水流动通道，同时在高温冷冻水流动通道和低温冷冻水流动通道之间形成一个高低温水过渡区域215，所述过渡区域215内的水处于静止状态，所述第二温度传感器23位于过渡区域215内。
在上述过程中，由于第二温度传感器23检测到的温度T23＞出水温度传感器25检测到的温度T25，所以制冷***保持运行状态。
如图3所示，在制冷***运行过程中，若制冷***的制冷量除了提供给冷量分配***的需冷量之外还有多余的冷量ΔQ储存在贮冷器21，即Q1＝Q3+ΔQ，M1＝M3+ΔM，说明有些末端负载处于工作状态而有些没有在运行或者有些末端负载处于满负荷状态而有些则是部分负荷状态，末端***总的负荷较制冷***的制冷量小，例如购物商场和办公场所白天负荷大而夜间负荷小；公寓和休闲场所白天负荷小而夜间负荷大，则在单位时间内，流量为M3的高温冷冻水自冷量分配***出来从第一进水口211进入贮冷器21内部，然后流量为M1的高温冷冻水从第二出水口214离开贮冷器21进入制冷***，此时由于M1＝M3+ΔM，即进入制冷***的高温冷冻水流量除了来自冷量分配***的以外还从贮冷器21储存的高温冷冻水中抽取ΔM流量进入制冷***，在制冷***中高温冷冻水经过降温成为符合设定温度的低温冷冻水，流量为M1的所述低温冷冻水从第二进水口213进入贮冷器21内部，然后流量为M3的低温冷冻水从第一出水口212离开贮冷器21进入冷量分配***中，此时由于M1＝M3+ΔM，即离开贮冷器21的低温冷冻水流量只有M3，还剩余ΔM留在贮冷器内部21，如此反复循环之后，贮冷器内部21的高温冷冻水会逐渐减少，低温冷冻水会逐渐增多，同时所述过渡区域215在多余低温冷冻水推动和冷冻水泵15抽吸的作用下会朝着第二出水口214方向移动并且所述过渡区域215的范围逐渐缩小直至消失。
上述过程中，过渡区域215消失之后，当第二温度传感器23检测到的温度T23＝T25，若此时实际蓄冷量Q≥Qcmax，说明T24与T25均符合设定的温度，则制冷***停止运行，否则制冷***保持运行状态。
如图4所示，当第二温度传感器23检测到的温度T23＝T25，且实际蓄冷量Q≥Qcmax时，制冷***停止运行，冷量分配***的需冷量Q3由蓄存在蓄冷***中的实际蓄冷量Q提供，说明冷量分配***的负荷较小，例如深夜时段仅有休闲场所和酒店的部分负荷，如果此时让制冷***在低容量范围(10％～60％)运行的话，其能效比低，能耗高。因此为了降低能耗，需由蓄冷***供冷，具体过程为：在单位时间内，流量为M3的高温冷冻水自冷量分配***出来从第一进水口211进入贮冷器21内部，在高低温冷冻水交界处会形成一个交界面216，由于水流动状态为层流态，所以所述交界面216两端的高低温水不会混合在一起，在各个末端水泵32的抽吸和推动作用下，所述交界面216朝着第一出水口212方向移动，并使低温冷冻水通过第一出水口212离开贮冷器21进入冷量分配***中，如此反复循环之后，在贮冷器21内部高温冷冻水会逐渐增多，低温冷冻水会逐渐减少。
上述过程中，当T22＝T24时，若此时实际蓄冷量Q＜Qcmin，说明T24与T25均符合设定的温度，则制冷***启动运行，由制冷***通过蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持待机状态。
在本实施例中，上述实际蓄冷量Q是由控制器根据温度传感器测得的温度值以及工作介质的密度、比热容和体积等参数按照上述公式自动计算得出的，需要说明的是，工作介质的密度和比热容是由使用者根据所使用的具体介质的特性来设定，体积V则是由贮冷器的结构所确定并固化在控制器里的参数。所述控制器为工业领域常用的控制装置，如PLC可编程控制器。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，其特征在于：包括制冷***、蓄冷***和冷量分配***，所述制冷***通过所述蓄冷***与所述冷量分配***连接；
所述蓄冷***包括贮冷器(21)、第一温度传感器(22)、第二温度传感器(23)、进水温度传感器(24)和出水温度传感器(25)，所述贮冷器(21)长度方向的两端分别设有第一进水口(211)和第一出水口(212)，所述贮冷器(21)的侧面靠近所述第一出水口(212)的一端分别设有第二进水口(213)，所述贮冷器(21)的侧面靠近所述第一进水口(211)的一端分别设有第二出水口(214)，所述进水温度传感器(24)和出水温度传感器(25)分别安装在所述第一进水口(211)和第一出水口(212)，所述第一温度传感器(22)安装在所述贮冷器(21)的侧面并且位于所述第一出水口(212)和所述第二进水口(213)之间，所述第二温度传感器(23)安装在所述贮冷器(21)的侧面并且位于所述第一进水口(211)和所述第二出水口(214)之间；
所述制冷***包括冷冻水进口(11)、冷冻水出口(12)和冷冻水泵(15)，所述冷冻水进口(11)与所述第二出水口(214)连接，所述冷冻水出口(12)通过冷冻水泵(15)与所述第二进水口(213)连接；
所述冷量分配***包括若干个末端组(3)，每个所述末端组(3)包括末端负载(31)和末端水泵(32)，所述末端负载(31)为商业场所和/或酒店和/或公寓和/或办公场所，所述末端水泵(32)进口与所述第一出水口(212)连接，所述末端水泵(32)出口与所述末端负载(31)进口连接，所述末端负载(31)出口与所述第一进水口(211)连接；
所述贮冷器(21)内部充满蓄冷介质，所述蓄冷介质的流动状态均为层流态。
2.根据权利要求1所述的一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，其特征在于：所述制冷***还包括冷却水进口(13)、冷却水出口(14)、冷却水泵(16)和冷却塔(17)，所述冷却水进口(13)与所述冷却塔(17)出水口连接，所述冷却水出口(14)通过冷却水泵(16)与所述冷却塔(17)进水口连接。
3.根据权利要求1所述的一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，其特征在于：所述末端组(3)还包括电磁式冷热能量表(34)。
4.一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***控制方法，其特征在于：用于控制权利要求1～3任意一项所述一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***，所述方法包括：
获取第一温度传感器(22)检测到的温度T22、第二温度传感器(23)检测到的温度T23、进水温度传感器(24)检测到的温度T24和出水温度传感器(25)检测到的温度T25；
设定实际蓄冷量为Q，最高设定蓄冷量为Qcmax，最低设定蓄冷量为Qcmin；
在制冷***运行过程中，当T23＝T25时，若Q≥Qcmax，标记为第一实际蓄冷量Q21，则制冷***停止运行，由蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持运行状态；
在制冷***待机状态下，当T22＝T24时，若Q＜Qcmin时，标记为第二实际蓄冷量Q22，则制冷***启动运行，由制冷***通过蓄冷***向冷量分配***提供冷量，否则制冷***保持待机状态。
5.根据权利要求4所述的一种商业综合体共享冷源用供蓄冷***控制方法，其特征在于：所述实际蓄冷量Q依据以下公式计算得出：
Q＝ρ×V×Cpw×Δt，其中ρ为蓄冷介质的密度；V蓄冷介质体积；Cpw为蓄冷介质的比热容；Δt为第一进水口(211)和第一出水口(212)水温差。
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