直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统及其运行方法

摘要

本发明属于制冷技术领域，并公开了直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统及其运行方法。该系统包括制冷主机、蓄冷水槽、冷冻水循环泵、冷冻水供给泵、放冷泵、混合阀和分流阀。该运行方法包括蓄冷水槽的冷端放出的冷冻水与来自分流阀的用户回水的一部分混合后经放冷泵和冷冻水供给泵向用户供放。根据本发明，通过控制系统各组件的打开或关闭可实现不同的蓄冷与放冷工况。通过蓄冷水槽和制冷主机协同放冷可提高蓄冷水槽的冷量利用率和放冷效率；通过用户回水与蓄冷水槽冷冻水混合的方式供冷可降低相关阀门的故障率；本发明的系统取消了板式换热器的使用，从而降低了整个系统的成本且提高了空间利用率。

说明书

技术领域

本发明属于制冷技术领域，并公开了一种水蓄冷空调系统及其运行方法。 更具体地，本发明公开了直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统及其运行方 法。

背景技术

我国历年建筑能耗在总能耗中的比例是20％左右，其中暖通空调的能耗约 占建筑能耗的85％。空调的能耗体现出明显的季节性，对建筑全年和每天的电 负荷峰谷分布起到决定性作用。暖通空调结合蓄能技术合理运行，夜间蓄冷， 白天峰期放冷，是实现电网负荷“移峰填谷”的有效手段，峰谷电价政策与蓄 能技术的相互配合是空调用户节约能耗费用的有效途径。

目前较为成熟并有相应商业规模的蓄冷技术主要是水蓄冷和冰蓄冷技术， 水蓄冷技术由于其结构和运行相对简单，对空调主机无特殊要求，适合于既有 空调系统的改造，因此得到业界的广泛青睐。

水蓄冷系统与空调主机的联合运行方式直接影响到主机的效率和蓄冷能 力，同时也决定了满足用户负荷需求的可调节性。目前的水蓄冷系统与中央空 调联合运行存在多种形式，蓄冷过程或向用户提供冷量时采用板式换热器的案 例有很多，板式换热器虽然能够保证相关管路电动阀门的安全性、可靠性和调 节性，减少管路阀门的维修率，但是板式换热器降低了蓄冷或供冷效率的同时， 增加了设备投资和空间的占用。对于不采用板式换热器的系统，蓄冷水槽热端 入口的电动阀承受的压差较大，负荷的变化要求电动阀门有较高灵敏度和较快 的反应能力进行调节，因此阀门的电动执行机构故障率较高。而且现有系统无 法同时适用于低温机和中温机的情况，限制了根据用户负荷调节冷冻水水温。

发明内容

本发明要解决的技术间题在于，针对现有技术中采用板式换热器降低了蓄 冷或放冷效率且增加了设备投资和空间占用、未采用板式换热器时电动阀故障 率高、以及无法同时适用低温机和中温机的缺陷，提供蓄冷或放冷效率高、设 备成本低、空间利用率高、阀门故障率低以及低温机和中温机均适用于制冷主 机的直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统及其运行方法。

本发明解决其技术间题通过以下技术方案得以实现：根据本发明的一个方 面，提供直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统，包括制冷主机、蓄冷水槽、 冷冻水循环泵、冷冻水供给泵、放冷泵、第一截止阀、第二截止阀和第三截止 阀；所述冷冻水循环泵的出口经所述第一截止阀与所述制冷主机的入口连接， 所述制冷主机的出口经所述第二截止阀后一路连接所述冷冻水供给泵的入口、 另一路经所述第三截止阀连接所述蓄冷水槽的冷端；所述蓄冷水槽的热端连接 所述冷冻水循环泵的入口，所述蓄冷水槽的冷端还设有混合放冷旁路，所述混 合放冷旁路上设有所述放冷泵，所述放冷泵的出口与所述冷冻水供给泵的入口 连接，

其中，所述混合放冷旁路上还设有混合阀，所述混合阀连接有分流阀，所 述分流阀的入口连接储存有用户回水的集水缸，所述混合阀的出口与所述放冷 泵的入口连接，所述混合阀的入口分别与所述蓄冷水槽的冷端和所述分流阀的 第一出口连接，以混合所述蓄冷水槽释放的冷冻水与所述用户回水的一部分， 形成为用户供冷的混合冷冻水。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统中，所述分流阀的第二出口 分别与所述蓄冷水槽的热端和所述冷冻水循环泵(3)的入口连接。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统中，所述制冷主机包括至少 两台冷水机，在所述至少两台冷水机之间设有至少一个调节阀。

根据本发明的另一方面，提供直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运 行方法，其中，所述运行方法包括制冷主机蓄冷工况和蓄冷水槽混合放冷工况； 其中，

所述制冷主机蓄冷工况包括：关闭冷冻水供给阀、分流阀、混合阀和放冷 阀，开启冷冻水循环泵、制冷主机、蓄冷水槽、第一截止阀、第二截止阀和第 三截止阀，所述制冷主机经所述第二截止阀和所述第三截止阀向所述蓄冷水槽 提供冷冻水；

所述蓄冷水槽混合放冷工况包括：关闭所述冷冻水循环阀、所述制冷主机、 所述第一截止阀、所述第二截止阀和所述第三截止阀，开启所述蓄冷水槽、所 述冷冻水供给阀、所述分流阀、所述混合阀和所述放冷阀，所述蓄冷水槽的冷 端放出的冷冻水与来自所述分流阀的用户回水的一部分混合后形成混合冷冻 水，所述混合冷冻水经所述放冷泵和所述冷冻水供给泵为用户供冷。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，在所述蓄冷 水槽混合放冷工况中，来自所述分流阀的用户回水的另一部分进入所述蓄冷水 槽的热端。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，所述运行方 法还包括蓄冷水槽和制冷主机联合放冷工况：关闭所述第三截止阀；所述混合 冷冻水流经所述放冷泵与来自所述制冷主机的冷冻水混合，然后经所述冷冻水 供给泵为用户供冷。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，在所述蓄冷 水槽和制冷主机联合放冷工况中，来自所述分流阀的用户回水的另一部分分别 进入所述蓄冷水槽的热端和经所述冷冻水循环泵进入所述制冷主机。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，所述运行方 法还包括制冷主机蓄冷放冷工况：关闭所述分流阀、所述混合阀和所述放冷阀， 开启冷冻水循环泵、制冷主机、蓄冷水槽、冷冻水供给泵、第一截止阀、第二 截止阀和第三截止阀，所述制冷主机输出的冷冻水分别经所述第二截止阀和所 述第三截止阀向所述蓄冷水槽提供冷冻水和经所述冷冻水供给泵为用户供冷。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，在所述制冷 主机蓄冷放冷工况中，来自所述分流阀的用户回水的另一部分与所述蓄冷水槽 的热端出水共同经所述冷冻水循环泵进入所述制冷主机。

在上述直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的运行方法中，所述运行方 法还包括制冷主机放冷工况：关闭所述蓄冷水槽、第三截止阀、混合阀和放冷 阀，开启所述制冷主机、冷冻水循环泵、冷冻水供给泵、分流泵、第一截止阀 和第二截止阀，所述制冷主机输出的冷冻水经所述冷冻水供给泵为用户供冷， 来自所述分流阀的用户回水经所述冷冻水循环泵进入所述制冷主机。

实施本发明可获得以下有益效果：(1)通过蓄冷水槽和制冷主机协同为用 户供冷，可合理分配制冷主机和蓄冷水槽的放冷量，从而提高蓄冷水槽的冷量 利用率和放冷效率；(2)采用用户回水与蓄冷水槽冷冻水混合的方式供冷不仅 可实现与用户负荷更为匹配的放冷，而且可使蓄冷水槽热端的压力差有效降 低，进而降低相关阀门的故障率，使系统的运行维护费用得到有效控制；(3) 本发明的系统在提高了蓄冷和放冷效率的同时取消了板式换热器，从而降低了 整个系统的成本且提高了空间利用率。本发明的水蓄冷空调系统效率高、灵活 性高且成本低；本发明的系统运行方法实施方便、运行简便有效。

附图说明

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。附图中：

图1是根据本发明的直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统的结构示意 图；

图2是根据本发明的蓄冷水槽混合放冷工况示意图；

图3是根据本发明的制冷主机蓄冷工况示意图；

图4是根据本发明的蓄冷水槽和制冷主机联合放冷工况示意图；

图5是根据本发明的制冷主机蓄冷放冷工况示意图；以及

图6是根据本发明的制冷主机放冷工况示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1为根据本发明的直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系统 的结构示意图。该系统包括制冷主机1、蓄冷水槽2、冷冻水循环泵3、冷冻 水供给泵4、放冷泵5、第一截止阀V1、第二截止阀V2和第三截止阀V3； 冷冻水循环泵3的出口经第一截止阀V1与制冷主机1的入口连接，制冷主机 1的出口经第二截止阀V2后一路连接冷冻水供给泵4的入口、另一路经第三 截止阀V3连接蓄冷水槽2的冷端；蓄冷水槽2的热端连接冷冻水循环泵3的 入口，蓄冷水槽2的冷端还设有混合放冷旁路，该混合放冷旁路上设有放冷泵 5，放冷泵5的出口与冷冻水供给泵4的入口连接。根据本发明，该混合放冷 旁路上还设有混合阀6，混合阀6连接有分流阀7，分流阀7的入口与储存用 户回水的集水缸连接，混合阀6的出口与放冷泵5的入口连接，混合阀6的入 口分别与蓄冷水槽2的冷端和分流阀7的第一出口连接，以混合蓄冷水槽2 释放的冷冻水与用户回水的一部分，形成为用户供冷的混合冷冻水。

这里将制冷主机1、第二截止阀V2、第三截止阀V3和蓄冷水槽2形成的 通路称为蓄冷旁路。即蓄冷水槽2的冷端分为蓄冷旁路L1和混合放冷旁路L2。 本发明的蓄冷水槽2优选使用自然分层蓄冷水槽。

本发明中，如图1所示的水蓄冷空调系统可实现直接蓄冷。例如，由制冷 主机1为蓄冷水槽2提供冷冻水，或者由制冷主机1为蓄冷水槽2提供冷冻水 且同时向用户供冷。如图1所示的水蓄冷空调系统可实现混合放冷。例如，蓄 冷水槽2冷端放出的冷冻水与来自分流阀7的用户回水的一部分混合后向用户 供冷，或者蓄冷水槽2的冷端放出的冷冻水与来自分流阀7的用户回水混合后 经5放冷泵与来自制冷主机1的冷冻水混合，然后向用户供冷。另外，如图1 所示的水蓄冷空调系统可实现直接放冷。例如，由制冷主机1将冷冻水提供给 用户，从而实现放冷。以上多种工况可使本发明的水蓄冷系统适应不同的用户 负荷要求，显著提高蓄冷和放冷效率，增强本发明系统的灵活性。

另外，分流阀7的第二出口还分别与蓄冷水槽2的热端和冷冻水循环泵3 的入口连接，其作用在于，在蓄冷水槽2或制冷主机1放冷的情况下采用用户 回水分别为蓄冷水槽和制冷主机补充适量的水，保持系统内的水平衡。以下在 各具体工况详细说明分流阀7输出的用户回水如何保持系统内的水平衡。

在图1中制冷主机1由两个冷水机11和12组成。与现有技术相比，本发 明的另一优点在于，组成制冷主机1的冷水机之间还可设置至少一个调节阀， 例如图1所示的调节阀V4。通过调节阀的设置可使上述冷水机实现串联、并 联或串并联的运行方式，增强制冷主机的可调节性。更重要的是，这样设置的 制冷主机的多台(例如两台)冷水机可以都是低温机或可以是低温机与中温机 的合理搭配。应该理解，本发明并不限制构成制冷主机的冷水机的数量，在满 足成本、空间和蓄冷放冷效率的前提下，本领域技术人员可根据实际情况选择 任一数量、任一类型的冷水机。

以下结合附图2-6详细说明本发明的直接蓄冷和混合放冷的水蓄冷空调系 统的运行方法。

参考图2，图2是根据本发明的蓄冷水槽混合放冷工况示意图。此时制冷 机组停止运行，冷冻水循环阀、制冷主机、第一截止阀、第二截止阀和第三截 止阀均关闭；蓄冷水槽2经混合放冷旁路L2向用户供冷。蓄冷水槽2的冷端 放冷，放出的冷冻水与来自分流阀7的用户回水的一部分在混合阀6内混合， 形成混合冷冻水，混合冷冻水经放冷泵5和冷冻水供给泵4向用户供冷，同时 用户回水的另一部分通过分流阀7的另一出口进入蓄冷水槽2的热端，以保持 系统的水平衡环境。

与现有技术相比，通过用户回水的分流在一定程度上降低了蓄冷水槽热端 电动阀门两端承受的压力差，保证了相应阀门运行的安全性和调节的灵活性。 另外，这种混合放冷方式可根据用户需求在节能条件下实现满足用户负荷要求 的放冷。

参考图3，图3是根据本发明的制冷主机蓄冷工况示意图。此时制冷主机 1经蓄冷旁路L1向蓄冷水槽2提供冷冻水。具体地，冷冻水供给阀、分流阀、 混合阀和放冷阀均关闭；制冷主机1产生的冷冻水依次流经第二截止阀V2和 第三截止阀V3后进入蓄冷水槽2的冷端。同时，蓄冷水槽1热端出水经冷冻 水循环泵3进入制冷主机1。

由于本发明的系统中避免了使用板式换热器，因此上述蓄冷过程冷冻水无 需通过换热器，能耗降至最小。事实上，由于系统中无板式换热器，放冷过程 的能耗也得到有效控制。系统效率整体上得到提高。

参考图4，图4是根据本发明的蓄冷水槽和制冷主机联合放冷工况示意图。 此时蓄冷系统的蓄冷旁路关闭，即关闭第三截止阀V3。蓄冷水槽2的冷端放 出的冷冻水与来自分流阀7的用户回水的一部分在混合阀6内混合形成混合冷 冻水，该混合冷冻水流经放冷泵5后与来自制冷主机1的冷冻水混合，然后经 冷冻水供给泵4向用户供冷。应该注意的是，混合冷冻水与制冷主机1的冷冻 水混合后必须达到用户的负荷要求。这可通过对分流阀7的控制来实现。

与此同时，除了集水缸8内储存的用户回水的一部分与蓄冷水箱2的冷冻 水混合外，其内储存的用户回水的另一部分分别进入蓄冷水槽2的热端和制冷 主机1。其中，为保证整个系统各部件的平衡，与制冷主机1提供的冷冻水等 量的用户回水经冷冻水循环泵3回到制冷主机1，余下部分的用户回水进入蓄 冷水槽2的热端，这部分回到蓄冷水槽2热端的用户回水的量等于蓄冷水槽2 冷端放出的冷冻水的量。

采用蓄冷水槽和制冷主机联合放冷的方式是本发明灵活性的另一体现。通 过这种方式可合理分配制冷主机和蓄冷水槽的放冷量，提高蓄冷水槽的冷量利 用率和放冷效率，以最大程度地实现“移峰填谷”用电，节省运行费用。

参考图5，图5是根据本发明的制冷主机蓄冷放冷工况示意图。此时关闭 混合放冷旁路和分流阀，即关闭混合阀和放冷阀以及分流阀。制冷主机1输出 的冷冻水分为两条支路，一条支路向用户供冷，另一支路经蓄冷旁路L1向蓄 冷水槽2提供冷冻水。同时，蓄冷水槽2的热端出水和来自分流阀7的用户回 水的另一部分一同经冷冻水循环泵3进入制冷主机1。此时对应开启冷冻水循 环泵3、制冷主机1、蓄冷水槽2、冷冻水供给泵4、第一截止阀V1、第二截 止阀V2和第三截止阀V3。

参考图6，图6是根据本发明的制冷主机放冷工况示意图。此时蓄冷水槽 停止运行，第三截止阀、混合阀和放冷阀均关闭，制冷主机1输出的冷冻水直 接经冷冻水供给泵4提供给用户，同时集水缸8内的用户回水均经冷冻水循环 泵3回到制冷主机1。

图2-6为本发明的水蓄冷空调系统的示例性运行方式。从上述具体示例可 看出，本发明的系统可适用于多种用户负荷需求。例如，当放冷量要求高时可 采用蓄冷水槽和制冷主机联合供冷；当放冷量要求低时可采用制冷主机蓄冷放 冷或蓄冷水槽放冷。这种灵活性和可调节性正好满足目前所希望的“移峰填谷” 用电，在保证了系统蓄冷和放冷效率的前提下可进一步提高系统的综合效力， 使运行费用得到有效控制。

综上所述，本发明具有以下优点：(1)通过蓄冷水槽和制冷主机协同为用 户供冷，可合理分配制冷主机和蓄冷水槽的放冷量，从而提高蓄冷水槽的冷量 利用率和放冷效率；(2)采用用户回水与蓄冷水槽冷冻水混合的方式供冷不仅 可实现与用户负荷更为匹配的放冷，而且可使蓄冷水槽热端的压力差有效降 低，进而降低相关阀门的故障率，使系统的运行维护费用得到有效控制；(3) 本发明的系统在提高了蓄冷和放冷效率的同时取消了板式换热器，从而降低了 整个系统的成本且提高了空间利用率。本发明的水蓄冷空调系统效率高、灵活 性高且成本低；本发明的系统运行方法实施方便、运行简便有效。