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CN104613577A - 内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法 - Google Patents

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CN104613577A CN201510019333.3A CN201510019333A CN104613577A CN 104613577 A CN104613577 A CN 104613577A CN 201510019333 A CN201510019333 A CN 201510019333A CN 104613577 A CN104613577 A CN 104613577A
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Abstract

本发明提供了一种内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法，所述内融冰冰蓄冷空调系统包括冷却塔、单工况制冰冷冻机、蓄冰槽、热交换器、制冷机组、末端设备、阀门和相应的循环泵。本发明旨在利用所述单工况制冰冷冻机代替现有冰蓄冷空调系统中的低效率双工况冷冻机，其只负责在夜间电力低谷时段制冰蓄冷，而日间负荷由效率高的制冷机组和蓄冰槽联合承担，提高了日间供冷系统的运行效率，降低了制冷系统的配电功率，减少了供冷系统的运行费用，此外，本发明具有五种运行模式，控制更为简单可靠，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及制冷空调技术领域，特别涉及一种内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法。
背景技术
冰蓄冷空调系统利用夜间低谷电力进行制冰蓄冷，在日间电力高峰时段融冰放冷，可以削峰填谷，平衡电网负荷，减少削峰电站的建设费用与减少对环境的污染，具有很好的经济效益和社会效益。
然而，现有采用冰蓄冷空调系统的公共建筑均采用部分负荷蓄冰方式，即冰蓄冷空调系统由具有制冰及制冷功能的双工况冷冻机、蓄冰装置和常规工况基载主机构成，双工况冷冻机为了适用制冰和制冷二种工况，在配置压缩机、换热器等部件时，只能以制冰工况为主，造成制冷时的机组运行性能COP(制冷能效比)值远低于单制冷工况冷冻机组；此外，双工况冷冻机需通过热交换器和载冷剂循环泵进行换热以间接供应冷水，致使供冷系统COP值较低，耗电量较大，装机功率高，增加了变配电系统容量，运行费用较高；另外，在日间供冷时，双工况冷冻机、蓄冰装置和常规工况基载主机需联合运行，运行模式较多，控制系统复杂。
此外，冰蓄冷空调系统有多种形式，其中盘管内融冰冰蓄冷空调系统因其蓄冰率高、融冰供冷温度稳定、投资少、控制简单，同时对系统的防腐及静压问题的处理都较为简便、经济，因此在冰蓄冷空调中得到广泛的应用。如果对内融冰冰蓄冷空调系统进行改善，提高其运行效率，降低能耗，简化控制，具有良好的经济效益和社会效益。
因而，为克服现有的冰蓄冷空调系统双工况冷冻机运行效率低、能耗高和系统控制复杂的缺点，迫切需要提出一种内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法，以便能够提高现有冰蓄冷空调系统的运行效率，降低其能耗，且系统控制更为简单。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运行效率高、能耗低、控制简单的内融冰冰蓄冷空调系统，以克服现有冰蓄冷空调系统运行效率低、能耗高、控制复杂的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种控制上述内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种内融冰冰蓄冷空调系统，其包括冷却水循环系统、蓄冷及放冷系统和空调冷水循环系统；
所述冷却水循环系统包括冷却塔、单工况制冰冷冻机、制冷机组、冷却水泵、第一阀门和第二阀门；所述单工况制冰冷冻机和所述制冷机组均包括依次连接的制冷压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器；所述冷却塔、所述单工况制冰冷冻机冷凝器和所述制冷机组冷凝器依次连接形成回路，其中，所述单工况制冰冷冻机冷凝器和所述制冷机组冷凝器并联；所述冷却水泵设置于与所述冷却塔连接的总管上；所述第一阀门和所述第二阀门分别设置于与所述单工况制冰冷冻机冷凝器、所述制冷机组冷凝器连接的分管上；
所述蓄冷系统包括依次连接形成回路的单工况制冰冷冻机蒸发器、载冷剂循环泵和蓄冰槽，还包括设置于所述单工况制冰冷冻机蒸发器处的第三阀门；所述放冷系统包括依次连接形成回路的热交换器、载冷剂循环泵和蓄冰槽，还包括设置于所述热交换器处的第四阀门；其中，所述载冷剂循环泵设置于所述蓄冰槽入口处；
所述空调冷水循环系统包括依次连接形成回路的末端设备、制冷机组蒸发器和热交换器，其中，所述制冷机组蒸发器和所述热交换器并联；并还包括设置于所述热交换器处的第五阀门、所述制冷机组蒸发器处的第六阀门和所述制冷机组蒸发器与所述热交换器并联后总管上的冷冻水泵。
此外，本发明还提供了一种控制上述内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门和所述载冷剂循环泵，并关闭所述第二阀门、所述制冷机组、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门，以运行单独制冰蓄冷工况。
或者，开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述载冷剂循环泵、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述制冷机组、所述第二阀门和所述第六阀门，并关闭所述第四阀门和第五阀门，以运行制冰蓄冷与供冷工况。
或者，开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第二阀门、所述制冷机组、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第四阀门、所述载冷剂循环泵、所述第五阀门和所述第六阀门，并关闭所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机和所述第三阀门，以运行融冰放冷与制冷联合供冷工况。
或者，开启所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第五阀门、所述第四阀门和所述载冷剂循环泵，并关闭所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述第二阀门、所述第六阀门和所述制冷机组，以运行单独融冰放冷工况。
或者，开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述制冷机组、所述第二阀门和所述第六阀门，并关闭所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述载冷剂循环泵、所述第四阀门和所述第五阀门，以运行制冷机组单独供冷工况。
针对上述内融冰冰蓄冷空调系统的进一步改进，所述载冷剂循环泵既是蓄冷循环泵，又是放冷循环泵。
进一步的，所述冷却水泵和所述冷冻水泵为循环泵。
进一步的，所述冷却水泵为两个时，其分别设置于与所述单工况制冰冷冻机冷凝器、所述制冷机组冷凝器连接的分管上。
进一步的，其分别设置于与所述制冷机组蒸发器、所述热交换器连接的分管上。
综上所述，本发明提供的一种内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法，具有以下有益效果：
首先，所述单工况制冰冷冻机只负夜间制冰蓄冷，而效率高的所述制冷机组和所述蓄冰槽负责日间供冷，提高了冰蓄冷系统供冷的COP值，降低了制冷系统的配电功率，节约了变配电系统的投资，降低了运行能耗和费用；
其次，所述单工况制冰冷冻机和所述蓄冰槽只负责夜间制冰蓄冷，而效率高的所述制冷机组和所述蓄冰槽负责日间供冷，克服了现有的冰蓄冷空调系统双工况冷冻机在配置压缩机、热交换器等部件时需要兼顾制冰工况和制冷工况的缺点，提高了制冰冷冻机的COP值；
此外，所述蓄冰槽和所述制冷机组负责日间供冷，克服了现有的冰蓄冷空调系统日间供冷时需双工况冷冻机、蓄冰槽和常规制冷机组联合运行供冷的缺点，降低了制冷系统的能耗，且运行设备和模式减少，控制变得更简单。
附图说明
图1是本发明实施例的内融冰冰蓄冷空调系统整体结构示意图；
图2为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的冷却水循环系统结构示意图；
图3为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的蓄冷系统及放冷系统结构示意图；
图4为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的空调冷水循环系统结构示意图；
图5是本发明实施例的内融冰冰蓄冷空调系统整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1至图5为本发明的实施例，首先请参阅图1。如图1所示，本发明提供的内融冰冰蓄冷空调系统，包括冷却水循环系统100、蓄冷系统200、放冷系统300和空调冷水循环系统400。
接着参阅图2，图2为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的冷却水循环系统100的结构，其包括冷却水管101、冷却塔102、单工况制冰冷冻机103、制冷机组104、冷却水泵P12、第一阀门V1和第二阀门V2，其中，单工况制冰冷冻机103包括依次连接形成回路的制冷压缩机103-1、冷凝器103-2、节流装置103-3和蒸发器103-4，相应的，制冷机组104包括依次连接形成回路的制冷压缩机104-1、冷凝器104-2、节流装置104-3和蒸发器104-4。这里需要说明的是，由于单工况制冰冷冻机103只负责夜间制冰蓄冷，因此，其部件的配置与制冷机组104有所不同，使得单工况制冰冷冻机103只适用于制冰工况，由此，系统配电功率减少，变配电系统投资减少。
如图2所示，所述冷却水管101将冷却塔102出口、单工况制冰冷冻机103的冷凝器103-2入口和制冷机组104的冷凝器104-2入口连接，并将冷却塔102入口、单工况制冰冷冻机103的冷凝器103-2出口和制冷机组104的冷凝器104-2出口连接，其中，冷凝器103-2和冷凝器104-2并联；同时，冷却水泵P12设置于与冷却塔102连接的冷却水管101的总管上，或者可如图5所示，将冷却水泵P1、P2分别设置于与冷凝器103-2、冷凝器104-2连接的冷却水管101的分管上，以确保冷却水泵P1或P2检修时，系统仍可正常运作，当然，冷却水泵P1或P2还可以再并联多个作为备用；另外，将第一阀门V1和第二阀门V2分别设置于与冷凝器103-2、冷凝器104-2连接的冷却水管101的分管上。
进一步的，如图1和5所示，单工况制冰冷冻机103和制冷机组104共用1个冷却塔102，以节省配电设备，降低运行成本。
本实施例中，图2所示冷却水循环系统100的工作流程为：开启第一阀门V1和第二阀门V2，冷却塔102制取的冷却水由冷却水泵P12输送至单工况制冰冷冻机103的冷凝器103-2和制冷机组104的冷凝器104-2，冷却水吸热升温后回到冷却塔102进行散热降温，此处，冷却塔102的散热能力根据制冷机组104制冷量确定。
接着参阅图3，图3为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的蓄冷系统200及放冷系统300的结构。其中，蓄冷系统200包括通过蓄冷管路201依次连接形成回路的单工况制冰冷冻机蒸发器103-4、载冷剂循环泵P3和蓄冰槽202，并且进一步包括设置于蒸发器103-4处的第三阀门V3；此外，放冷系统300包括通过放冷管路301依次连接形成回路的热交换器302、载冷剂循环泵P3和蓄冰槽202，并进一步包括设置于热交换器302处的第四阀门V4；其中，载冷剂循环泵P3设置于蓄冰槽202入口处。此处，本发明并不限定蓄冰槽202的盘管结构，可以根据需要进行选择。另外，本发明所述的载冷剂最好选择乙二醇水溶液，或者其它的在盘管冰蓄冷空调系统中使用的载冷剂，以保证系统安全的运行。
本实施例中，图3所示蓄冷系统200的工作流程为：开启第三阀门V3，并关闭第四阀门V4，载冷剂通过单工况制冰冷冻机103的蒸发器103-4降温后，由载冷剂循环泵P3输送至蓄冰槽202吸热，升温后回至单工况制冰冷冻机103的蒸发器103-4，从而完成制冰蓄冷循环；所示放冷系统300的工作流程为：开启第四阀门V4，并关闭第三阀门V3，载冷剂通过热交换器302吸热升温后，由载冷剂循环泵P3输送至蓄冰槽202放热降温，再回至热交换器302吸热，从而完成融冰放冷循环。
接着参阅图4，图4为图1所示内融冰冰蓄冷空调系统的空调冷水循环系统400的结构，其包括冷冻水管401、末端设备402、热交换器302和制冷机组104，进一步包括设置于热交换器302处的第五阀门V5和制冷机组104蒸发器104-4处的第六阀门V6；其中，所述冷冻水管401将末端设备402出口、热交换器302入口和制冷机组104的蒸发器104-4入口连接，并将末端设备402入口、热交换器302出口和制冷机组104蒸发器104-4出口连接，同时，制冷机组104的蒸发器104-4和热交换器302并联；此外，空调冷水循环系统400还包括设置于制冷机组104蒸发器104-4与热交换器302并联后冷冻水管401总管上的冷冻水泵P45，或者可如图5所示，将冷冻水泵P4、P5分别设置于与制冷机组104蒸发器104-4、热交换器302连接的冷冻水管401的分管上，这样可保证冷动水泵P4或P5检修时，系统仍可正常运作，当然，冷冻水泵P4、P5还可以再并联多个作为备用。
本实施例中，图4所示空调冷水循环系统400的工作流程为：开启第五阀门V5和第六阀门V6，制冷机组104和热交换器302制备的冷水，由冷冻水泵P45输送至末端设备402，吸热升温后回至制冷机组104蒸发器104-4和热交换器302。
进一步的，为了克服循环系统的压力降，图1所示的冷却水泵P12和冷冻水泵P45，或图5所示的冷却水泵P1、P2和冷冻水泵P4、P5均为循环泵；其中，为了节省能耗，所有循环泵也可采用变频控制。此外，载冷剂循环泵P3兼作蓄冷循环泵和放冷循环泵，这样可简化系统控制，进一步降低制冷系统的配电功率，节约变配电系统的投资。另外，本发明所述的阀门可选择电动二通阀，因为其可靠性好，安装方便且经济。
在此，基于图1和图5所示内融冰冰蓄冷空调系统，本发明具有单独制冰蓄冷、制冰蓄冷与制冷机组104供冷、融冰放冷与制冷机组104联合供冷、单独融冰放冷和制冷机组104单独供冷五种运行模式，现以图1所示内融冰冰蓄冷空调系统为例，分别对这五种运行模式进行说明。
在单独制冰蓄冷模式下，开启冷却塔102、冷却水泵P12、第一阀门V1、单工况制冰冷冻机103、第三阀门V3和载冷剂循环泵P3，并关闭第二阀门V2、制冷机组104、末端设备402、冷冻水泵P45、第四阀门V4、第五阀门V5和第六阀门V6。在该模式下，冷却水泵P12将冷却水输送至单工况制冰冷冻机103的冷凝器103-2，冷却水吸热升温后送至冷却塔102进行降温，形成冷却水循环，载冷剂循环泵P3将载冷剂送至蓄冰槽202进行制冰蓄冷，载冷剂升温后送至单工况制冰冷冻机103的蒸发器103-4进行降温，形成一个制冰蓄冷循环。
在制冰蓄冷与制冷机组104供冷模式下，开启冷却塔102、冷却水泵P12、第一阀门V1、单工况制冰冷冻机103、第三阀门V3、载冷剂循环泵P3、末端设备402、冷冻水泵P45、第六阀门V6、制冷机组104和第二阀门V2，并关闭第四阀门V4和第五阀门V5。在制冰蓄冷模式下，冷却水泵P12将冷却水输送至单工况制冰冷冻机103的冷凝器103-2，冷却水吸热升温后送至冷却塔102进行降温，形成冷却水循环，同时载冷剂循环泵P3将低温载冷剂送至蓄冰槽202进行制冰蓄冷，载冷剂升温后送至单工况制冰冷冻机103的蒸发器103-4进行降温，形成一个制冰蓄冷循环；在制冷机组供冷模式下，冷却水泵P12将冷却水输送至制冷机组104的冷凝器104-2，冷却水吸热升温后送至冷却塔102进行降温形成冷却水循环，与此同时，冷冻水泵P45将冷冻水送至制冷机组104的蒸发器104-4进行降温，再送至末端设备402供冷，形成空调供冷循环。
在融冰放冷与制冷机组104联合供冷模式下，开启冷却塔102、冷却水泵P12、第二阀门V2、制冷机组104、末端设备402、冷冻水泵P45、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6和载冷剂循环泵P3，并关闭第一阀门V1、单工况制冰冷冻机103和第三阀门V3。在融冰放冷模式下，载冷剂循环泵P3将载冷剂送至蓄冰槽202进行降温放冷，再送至热交换器302进行换热升温，形成一个融冰放冷循环；相应的，在制冷机组供冷模式下，冷却水泵P12将冷却水输送至制冷机组104的冷凝器104-2，冷却水吸热升温后送至冷却塔102进行降温，形成冷却水循环，相应的，冷冻水泵P45将冷冻水送至制冷机组104的蒸发器104-4进行降温，再送至末端设备402供冷，形成空调供冷循环。
在单独融冰放冷模式下，开启末端设备402、冷冻水泵P45、第四阀门V4、第五阀门V5和载冷剂循环泵P3，并关闭冷却塔102、冷却水泵P12、第一阀门V1、单工况制冰冷冻机103、第三阀门V3、第二阀门V2、第六阀门V6和制冷机组104。在该模式下，载冷剂循环泵P3将载冷剂送至蓄冰槽202进行降温放冷，再送至热交换器302进行换热升温，形成一个融冰放冷循环，同时，冷冻水泵P45将空调冷冻水送至热交换器302进行换热降温，再送至末端设备402供冷，形成融冰放冷循环。
在制冷机组104单独供冷模式下，开启冷却塔102、冷却水泵P12、末端设备402、冷冻水泵P45、制冷机组104、第六阀门V6和第二阀门V2，并关闭第一阀门V1、单工况制冰冷冻机103、第三阀门V3、载冷剂循环泵P3、第四阀门V4和第五阀门V5。在该模式下，冷却水泵P12将冷却水输送至制冷机组104的冷凝器104-2，冷却水吸热升温后送至冷却塔102进行降温，形成冷却水循环；同时，冷冻水泵P45将冷冻水送至制冷机组104的蒸发器104-4进行降温，再送至末端设备402供冷，形成空调供冷循环。
综上所述，本发明提供的一种内融冰冰蓄冷空调系统及其运行方法：由于单工况制冰冷冻机103只负夜间制冰蓄冷，而效率高的制冷机组104和蓄冰槽202负责日间供冷，提高了冰蓄冷系统供冷的COP值，降低了制冷系统的配电功率，节约了变配电系统的投资；此外，本发明克服了现有的冰蓄冷空调系统双工况制冰冷冻机在配置压缩机、热交换器等部件时需要兼顾制冰工况和制冷工况的缺点，提高了制冰冷冻机的COP值；另外，本发明还克服了现有的冰蓄冷空调系统日间供冷时需双工况冷冻机、蓄冰槽和常规制冷机组联合运行供冷的缺点，降低了制冷系统的能耗，且运行设备及模式减少，控制变得更简单。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种内融冰冰蓄冷空调系统，其特征在于：包括冷却水循环系统、蓄冷及放冷系统和空调冷水循环系统；
所述冷却水循环系统包括冷却塔、单工况制冰冷冻机、制冷机组、冷却水泵、第一阀门和第二阀门；所述单工况制冰冷冻机和所述制冷机组均包括依次连接的制冷压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器；所述冷却塔、所述单工况制冰冷冻机冷凝器和所述制冷机组冷凝器依次连接形成回路，其中，所述单工况制冰冷冻机冷凝器和所述制冷机组冷凝器并联；所述冷却水泵设置于与所述冷却塔连接的总管上；所述第一阀门和所述第二阀门分别设置于与所述单工况制冰冷冻机冷凝器、所述制冷机组冷凝器连接的分管上；
所述蓄冷系统包括依次连接形成回路的单工况制冰冷冻机蒸发器、载冷剂循环泵和蓄冰槽，还包括设置于所述单工况制冰冷冻机蒸发器处的第三阀门；所述放冷系统包括依次连接形成回路的热交换器、载冷剂循环泵和蓄冰槽，还包括设置于所述热交换器处的第四阀门；其中，所述载冷剂循环泵设置于所述蓄冰槽入口处；
所述空调冷水循环系统包括依次连接形成回路的末端设备、制冷机组蒸发器和热交换器，其中，所述制冷机组蒸发器和所述热交换器并联，并还包括设置于所述热交换器处的第五阀门、所述制冷机组蒸发器处的第六阀门和所述制冷机组蒸发器与所述热交换器并联后总管上的冷冻水泵。
2.如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统，其特征在于：所述载冷剂循环泵既是蓄冷循环泵，又是放冷循环泵。
3.如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统，其特征在于：所述冷却水泵和所述冷冻水泵为循环泵。
4.如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统，其特征在于：所述冷却水泵为两个时，其分别设置于与所述单工况制冰冷冻机冷凝器、所述制冷机组冷凝器连接的分管上。
5.如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统，其特征在于：所述冷冻水泵为两个时，其分别设置于与所述制冷机组蒸发器、所述热交换器连接的分管上。
6.一种控制如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门和所述载冷剂循环泵，并关闭所述第二阀门、所述制冷机组、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门，以运行单独制冰蓄冷工况。
7.一种控制如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述载冷剂循环泵、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述制冷机组、所述第二阀门和所述第六阀门，并关闭所述第四阀门和所述第五阀门，以运行制冰蓄冷与供冷工况。
8.一种控制如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第二阀门、所述制冷机组、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第四阀门、所述载冷剂循环泵、所述第五阀门和所述第六阀门，并关闭所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机和所述第三阀门，以运行融冰放冷与制冷联合供冷工况。
9.一种控制如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第五阀门、所述第四阀门和所述载冷剂循环泵，并关闭所述冷却塔、所述冷却水泵、所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述第六阀门、所述第二阀门和所述制冷机组，以运行单独融冰放冷工况。
10.一种控制如权利要求1所述的内融冰冰蓄冷空调系统运行的方法，其特征在于：开启所述冷却塔、所述冷却水泵、所述末端设备、所述冷冻水泵、所述第二阀门、所述第六阀门和所述制冷机组，并关闭所述第一阀门、所述单工况制冰冷冻机、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述载冷剂循环泵，以运行制冷机组单独供冷工况。
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