一种区域供冷系统及其冷量梯级利用方法

摘要

本发明提供一种区域供冷系统，其包括冷冻水二次管路的冷冻水供水管、冷冻水回水管及新风表冷器、回风表冷器，所述新风表冷器、回风表冷器各自独立，冷冻水供水管连接回风表冷器的进水口，冷冻水回水管连接新风表冷器的出水口，回风表冷器的冷冻水出水口与新风表冷器的冷冻水进口相连通。本发明通过新的末端设备的用冷方式来加大冷冻水二次管路的供回水温度差，从而降低冷冻水二次管路的冷损、泵的能耗以及管路的初投资，同时还可以扩大冷冻水的经济输送距离，扩大区域供冷系统的供冷面积与规模，提高经济效益与能源利用效率。

说明书

                            技术领域

本发明涉及区域供冷系统节能技术，具体是指一种区域供冷系统及其冷量梯级利用方法。

                            背景技术

我国的能源人均占有量远远低于世界平均水平，现阶段我国能源使用需求增长快，供需矛盾尖锐。解决我国目前能源困境的唯一的办法是科学用能，提高能源利用效率。我国建筑能耗占全国总能耗的30％，单位能耗远高于发达国家；建筑使用能耗中暖通空调系统用能占65％，生活热水用能占15％。暖通空调系统的节能是建筑节能的关键。

区域供冷系统具有能源利用效率高、制冷设备装机容量小、运行管理人员少、环保、有利于能源梯级利用、建筑美观性和空间利用率的提高等特点。区域供冷系统自从20世纪60年代问世以来，在世界各地的应用很广泛。尤其是从20世纪90年代初以来，区域供冷的发展更为迅速。我国的区域供冷技术也呈现良好的发展势态。

随着我国大力开发和引进天然气资源，优化我国的能源结构等政策的实施，作为天然气最高效、最经济的利用方式的燃气分布式能源系统必将得到快速的发展。另一方面，随着我国城市化进程的加快、人民生活水平的提高以及全球气候的变暖，供冷负荷与需求增长强劲，必将极大的促进区域供冷系统在我国的发展。燃气分布式能源系统+区域供冷系统是解决我国能源供需矛盾的有效途径，二者具有良好的发展前景。

虽然区域供冷系统有着诸多的优势，但相对常规中央空调系统多出了下面的能耗与费用：区域供冷系统的冷冻水二次管路(即由中央制冷站到用户之间的冷冻水的输送管网)的冷损、二次泵的能耗、二次管路的初投资以及施工费用。另外，冷冻水的经济输送距离由于冷损以及泵的能耗的原因受到限制，目前一般的经济输送距离在1.6km。因此，对于区域供冷系统而言，其冷冻水二次管路的冷损与二次泵的能耗以及二次管路的初投资削弱了其优势。也是关系到该系统能否推广的关键问题。

目前的区域供冷的冷冻水的二次管路的供回水温度差最大约为10℃。其末端设备的用冷方式有两种：

(1)集中式空调系统

集中式空调系统一般用在商场、图书馆、餐厅、影剧院等大空间的场所。该系统的末端设备的用冷方式为：新风和回风先混合，再经过表冷器处理至所需要的温度与湿度，然后送到空调房间内。

(2)风机盘管+新风空调系统

风机盘管+新风空调系统用在宾馆、办公楼等场所。该系统的末端设备的用冷方式为：各个房间内的回风由设置在房间内的风机盘管(表冷器)进行冷却除湿，而新风一般是每层由一台或几台新风机组(表冷器)集中冷却除湿后送入各个房间，处理新风和回风的表冷器的冷冻水供、回水温度相同。

冷冻水二次管路的冷损与二次泵的能耗都会随冷冻水流量的减少而降低。因此通过加大二次管路的供回水温差，可降低二次管路的冷损与二次泵的能耗。要提高二次管路的供回水的温差，必须通过采用新的技术，对传统的末端设备用冷方式进行改进才有可能实现。

                        发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种区域供冷系统，其可提高二次管路的供回水温差，从而降低二次管路的冷损与二次泵的能耗。

本发明的目的还在于提供上述区域供冷系统的冷量梯级利用方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本区域供冷系统，其包括冷冻水二次管路的冷冻水供水管、冷冻水回水管及新风表冷器、回风表冷器，所述新风表冷器、回风表冷器各自独立，所述冷冻水供水管连接回风表冷器的进水口，冷冻水回水管连接新风表冷器的出水口，所述回风表冷器的冷冻水出水口与新风表冷器的冷冻水进口相连通。

上述区域供冷系统的冷量梯级利用方法，是指将新风与回风通过各自独立的新风表冷器、回风表冷器进行冷却，冷冻水二次管路的冷冻水先通过冷冻水供水管进入回风表冷器与温度低、含湿量小回风进行换热后，再进入新风表冷器与温度高、含湿量大的新风进行换热，最后进入冷冻水回水管。从而在同样的室内热、湿负荷，并维持相同的舒适性的前提下，实现将冷冻水回水温度提高，流量降低。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明是从科学用能，温度对口，梯级利用的角度，通过新的末端设备的用冷方式来加大冷冻水二次管路的供回水温度差，从而降低冷冻水二次管路的冷损、泵的能耗以及管路的初投资，同时还可以扩大冷冻水的经济输送距离，扩大区域供冷系统的供冷面积与规模，提高经济效益与能源利用效率。

                            附图说明

图1是传统的集中式空调系统的末端用冷方式示意图；

图2是传统的风机盘管+新风空调系统末端用冷方式示意图；

图3是本发明一种区域供冷系统的末端用冷方式示意图。

                          具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

图1是传统的集中式空调系统的末端用冷方式示意图；

图2是传统的风机盘管+新风空调系统末端用冷方式示意图；

图3是本发明一种区域供冷系统的末端用冷方式示意图；

如图3所示，本区域供冷系统，其包括冷冻水二次管路的冷冻水供水管1、冷冻水回水管2及新风表冷器3、回风表冷器4，新风表冷器3、回风表冷器4各自独立，冷冻水供水管1连接回风表冷器4的进水口，冷冻水回水管2连接新风表冷器3的出水口，回风表冷器4的冷冻水出水口与新风表冷器3的冷冻水进口相连通。

本区域供冷系统是这样进行冷量梯级利用的：将新风与回风通过各自独立的新风表冷器3、回风表冷器4进行冷却，冷冻水二次管路的冷冻水先通过冷冻水供水管1进入回风表冷器4与温度低、含湿量小回风进行换热后，再进入新风表冷器3与温度高、含湿量大的新风进行换热，最后进入冷冻水回水管2。从而在同样的室内热、湿负荷，并维持相同的舒适性的前提下，实现将冷冻水回水温度提高，流量降低。

具体设计参数及计算过程如下：区域供冷系统冷冻水二次管路的原设计参数：供水温度为T_s1＝3.5℃，回水温度为T_h1＝13.5℃，供回水温度差ΔT₁＝10℃。二次管路输送冷量30000kW，冷冻水管内径600mm，水的流速2.54m/s，采用厚度为90mm的聚氨脂保温，埋地管中心距离地面1.6m，供回水管中心的水平距离1m。二次泵2台，每台流量1290m³/h，扬程30m，功率140kW。

通过采用本发明一种区域供冷系统的末端用冷方式后，供水温度不变(T_s2＝3.5℃)，将回水温度提高到T_h2＝18.5℃，供回水温度差加大至ΔT₂＝15℃。现计算二次管路供回水温差加大后，二次管路的管径、二次泵的功率以及二次管路的冷损的变化。

(1)冷冻水二次管路的管径

冷冻水二次管路的局部阻力取沿程阻力的20％。当二次管路的流量变化时，设钢管当量粗糙度不变，通过调整管径的办法维持管路的总阻力不变(即ΔP₁＝ΔP₂)。管径与流量的变化的关系可由流体力学的相关公式推导出：

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设对应于ΔT₁＝10℃时的冷冻水的体积流量为L₁(m³/s)，则当ΔT₂＝15℃时，其体积流量为L₂＝0.667L₁(m³/s)，d₂＝0.857d₁＝0.857×600＝514mm。因此，当冷冻水二次管路的温度由10℃升高到15℃后，流量减少33.3％；通过调整管径的方法维持总阻力不变，管径减小14.3％。

(2)二次泵功率

当冷冻水二次管路的温度由10℃升高到15℃后，由于通过调整管径的方法维持管路的总阻力不变，故二次泵的扬程与效率可按不变化来考虑。二次泵的电功率的变化规律为：N₂＝0.667N₁，即二次泵的功率减小了33.3％。流量变化后还采用2台二次泵，每台泵的参数改变为：流量860m³/h，扬程30m，功率93.4kW。

(3)二次管路的冷损

区域供冷系统二次管路的冷损包括两部分：通过管道传向土壤的冷损(ΔQ₁)以及水泵的输入功率导致的冷损(ΔQ₂)。

通过管道传向土壤的冷损(ΔQ₁)随管内冷冻水的温差的加大以及管径的减小而减小。

经计算得供/回水温度为3/13℃(ΔT₁＝10℃)时，ΔQ₁＝202.6kW，当区域供冷系统的回水温度提高到18℃，供水温度不变(ΔT₂＝15℃)时，ΔQ₁‘＝152.7kW。二次管路的供回水温差加大后，通过管道传向土壤的冷损ΔQ₁减小24.6％。

水泵的输入功率导致的冷损ΔQ₂随水泵输入功率的减小而减小。冷冻水的供回水温差为10℃时，二次泵的总功率为280kW；冷冻水的供回水温差为15℃时，二次泵的总功率为186.8kW，ΔQ₂减少33.3％。

当冷冻水二次管路的温度由10℃升高到15℃后，区域供冷系统二次管路的总冷损由482.6kW降低为339.5kW，减少了29.6％。

如上所述，便可较好地实现本发明。