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雙冷源三管制空調系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510741042.5

申請日:

2015.11.04

公開號:

CN105240958A

公開日:

2016.01.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):F24F 3/00登記生效日:20181220變更事項:專利權人變更前權利人:杭州綠程節能科技有限公司變更后權利人:杭州綠程機電有限公司變更事項:地址變更前權利人:310000 浙江省杭州市上城區480號變更后權利人:310000 浙江省杭州市江干區大世界五金城3幢228室|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F24F 3/00申請日:20151104|||公開
IPC分類號: F24F3/00; F24F11/02 主分類號: F24F3/00
申請人: 杭州綠程節能科技有限公司
發明人: 李志剛; 田向寧; 陳永攀; 田佳寧; 李寧
地址: 310000浙江省杭州市上城區480號
優先權:
專利代理機構: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224 代理人: 黃燕
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510741042.5

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.01.08|||2017.10.17|||2016.02.10|||2016.01.13

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種雙冷源三管制空調系統,包括空調末端和冷源系統,冷源系統包括:高溫冷源;低溫冷源;高溫冷源和低溫冷源出口分別與帶有低溫分水器的供水管相連,供水管出口與空調末端的冷源入口相連;空調末端中風機盤管的冷源出口通過低溫回水管與低溫冷源入口相連;所述低、高溫回水管之間設有帶有閥門的支路;其余空調末端的冷源出口通過高溫回水管與高溫冷源的入口相連;高溫冷源出口同時與低溫冷源入口相連。本發明在保證整個空調冷水機組總容量不變的前提條件下,通過合理分配高低溫機組承擔空調負荷的比例,最大限度提高高溫機組的承擔的負荷比例,大大降低了整個空調系統冷負荷的能耗,是一種節能型的空調系統。

權利要求書

權利要求書
1.  一種雙冷源三管制空調系統,包括空調末端,以及對空調末端提供冷量的冷源系統,其特征在于,所述冷源系統包括:
高溫冷源,供水溫度為10-16℃,回水溫度為15-21℃,供回水溫差為5-11℃;
低溫冷源,供水溫度為4-10℃,回水溫度為9-15℃,供回水溫差為5-11℃;
所述高溫冷源和低溫冷源出口分別通過帶有閥門的支路與帶有低溫分水器的供水管相連,供水管出口與空調末端的冷源入口相連;
所述空調末端中風機盤管的低溫表冷器出口通過設有帶有低溫集水器的低溫回水管與低溫冷源入口相連;所述低溫回水管和高溫回水管之間設有帶有閥門的支路;其余空調末端的高溫表冷器出口通過帶有高溫集水器的高溫回水管與高溫冷源的入口相連;
所述高溫冷源出口同時通過帶有閥門的支路與低溫冷源入口相連。

2.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,所述高溫冷源的供回水溫差為5-8℃;所述低溫冷源的供回水溫差為5-8℃。

3.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,所述高溫冷源供水溫度為13±1℃,回水溫度為18±1℃;所述低溫供水溫度為7±1℃,回水溫度為12±1℃。

4.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,所述低溫分水器與高溫集水器或低溫集水器之間設有帶有流量傳感器、第一閥門組的第一旁通管;所述第一閥門組受控于所述高溫冷源或低溫冷源:
所述高溫冷源單獨運行時,所述第一旁通管將低溫分水器和高溫集水器單獨導通,所述高溫冷源內機組開啟數量受控于所述流量傳感器的流量反饋信號;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述第一旁通管將低溫分水器和低溫集水器單獨導通,所述低溫冷源內機組開啟數量受控于所述流量傳感器的流量反饋信號。

5.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,所述高溫回水管與高溫冷源入口之間的管路上設有高溫冷凍水一級泵機組;所述低溫回水管與低溫冷源入口之間的管路上設有低溫冷凍水一級泵機組。

6.  根據權利要求5所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,還包括檢測供回水管之間壓差的壓差傳感器;
所述低溫分水器與高溫集水器或低溫集水器之間設有帶有流量傳感器、第一閥門組、電動調節閥的第一旁通管;所述第一閥門組受控于所述高溫冷源和低溫冷源;
所述高溫冷源單獨運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與高溫回水管之間壓差信號,同時第一閥門組中受高溫冷源控制的閥門開啟,所述高溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述高溫冷凍水一級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第一閥門組組中受低溫冷源控制的閥門開啟,所述低溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述低溫冷凍水一級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟。

7.  根據權利要求5所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,所述供水管上設有冷凍水二級泵機組;
還包括檢測供回水管之間壓差的壓差傳感器;
所述供水管與高溫回水管或低溫回水管之間設有帶有電動調節閥和第二閥門組的第二旁通管;所述第二閥門組受控于所述高溫冷源和低溫冷源;
所述高溫冷源單獨運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與高溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受高溫冷源控制的閥門開啟,所述冷凍水二級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述冷凍水二級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開 啟;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受低溫冷源控制的閥門開啟,所述冷凍水二級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述冷凍水二級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟。

8.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,還包括對室內外溫度和濕度進行檢測的溫度傳感器和濕度傳感器;所述高溫冷源和低溫冷源同時受控于該溫度傳感器和濕度傳感器。

9.  根據權利要求1所述的雙冷源三管制空調系統,其特征在于,還包括對室內溫度進行檢測的溫度傳感器以及對室內濕度進行檢測的濕度傳感器,所述高溫冷源和低溫冷源同時受控于該溫度傳感器和濕度傳感器。

說明書

說明書雙冷源三管制空調系統
技術領域
本發明屬于中央集中空調設計技術領域,具體是設計一種雙冷源三管制空調系統。
背景技術
中央空調系統根據冷熱管道的設置方式,可分為兩管制系統和四管制系統。所謂兩管制系統是指冷熱源利用同一組供回水管為末端裝置的盤管提供空調冷水或熱水的系統。所謂四管制是指冷熱源分別通過各自的供回水管路,為末端裝置的冷盤管和熱盤管分別提供空調冷水和熱水的系統稱為四管制系統,系統中共有四根輸送管路。
兩管制系統的特點是:冷熱源交替使用(季節切換),不能同時向末端裝置的冷盤管和熱盤管分別提供空調冷水和熱水,適用于建筑物功能較單一、舒適性要求相對較低的場所。投資相對較低。
如圖1為典型的四管制一級泵空調系統,如圖2為典型的四管制二級泵空調系統,四管制系統的特點是:冷熱源可同時使用,末端裝置內可以配置冷、熱兩組盤管,以實現向末端裝置同時供應空調冷水和熱水,可以對空氣進行冷卻除濕——再熱處理,滿足相對濕度的要求。此外,在分內外區的或者供冷供熱需求不同的房間,通過配置冷熱盤管或者單冷盤管等措施,完全可以實現“各取所需”的愿望。因此,四管制系統適用于對室內空氣參數要求較高的場合,有時甚至是一種必要的手段。但是投資比較高。
目前,不論四管制和還是兩管制空調水系統,空調冷源一般的供水溫度均為7℃,回水溫度12℃,供回水溫差5℃。空調冷源的性能系數COP值(電動壓縮式冷水機組的性能系數定義為冷水機組制冷量與輸入功率之間的比值;吸收式冷水機組的性能系數定義為獲得的制冷量與消耗的熱量之比。)一般只有3.8~5.6。
現有空調系統,普遍采用溫濕度耦合的控制方法。夏季,采用冷凝除 濕方式實現空氣的降溫與除濕處理,同時去除建筑的顯熱負荷和潛熱負荷。一般情況下,利用7℃的冷凍水將干球溫度為35.7℃的空氣(濕球溫度28.5℃)處理到干球溫度為16.4℃(相對濕度為90%)。7℃冷凍水吸熱升高到12℃。因此,空調冷源的蒸發溫度一般設計為4℃,冷凝溫度一般為40℃(考慮到冷卻水的供回水溫度為32/37℃),根據逆卡諾循環,冷源理想的制冷系數COP為7.694,目前效率最高的冷源在改工況下的最大COP值(電動壓縮式冷水機組的性能系數定義為冷水機組制冷量與輸入功率之間的比值;吸收式冷水機組的性能系數定義為獲得的制冷量與消耗的熱量之比。)也只能達到5.6,即為理想值的72.8%。
目前提高冷源COP的途徑主要是從通過提高壓縮機的壓縮效率、尋找適宜的制冷劑、改善換熱條件等方面進行改進,但是隨著技術的發展,這些方面的改進越來越接近瓶頸期,同時,提高冷源COP需要的投入代價越來越高,提高冷源COP似乎到了盡頭。
尋找一種新的方法來提高冷源COP的途徑迫在眉睫,眾所周知,冷源在冷凝溫度不變的條件下,冷源的出水溫度與冷源的COP值成正比。因此,在空調系統冷源制冷量不變的前提下,為了提高冷源的COP而提高冷源的出水溫度。若冷源的出水溫度一旦全部提高,空調系統的除濕能力將大大降低,這種通過犧牲舒適度來節能的方式不是一種最佳的措施。
發明內容
本發明另辟蹊徑,從調整冷源的供水溫度出發,提供了一種既不降低空調系統的舒適度,又能降低空調系統冷源能耗的雙冷源三管制空調系統,該系統通過高低溫冷源結合運行,降低能耗的同時,提高了空調系統的制冷性能。
一種雙冷源三管制空調系統,包括空調末端,以及對空調末端提供冷量的冷源系統,所述冷源系統包括:
高溫冷源,供水溫度為10-16℃,回水溫度為15-21℃,供回水溫差為5-11℃;
低溫冷源,供水溫度為4-10℃,回水溫度為9-15℃,供回水溫差為 5-11℃;
所述高溫冷源和低溫冷源出口分別通過帶有閥門的支路與帶有低溫分水器的供水管相連,供水管出口與空調末端的冷源入口相連;
所述空調末端中風機盤管的低溫表冷器的出口通過設有帶有低溫集水器的低溫回水管與低溫冷源入口相連;所述低溫回水管和高溫回水管之間設有帶有閥門的支路;其余空調末端的高溫表冷器出口通過帶有高溫集水器的高溫回水管與高溫冷源的入口相連;
所述高溫冷源出口同時通過帶有閥門的支路與低溫冷源入口相連。
本發明中,所謂“雙冷源”,指一個空調系統中有兩種不同的蒸發溫度的冷源。在雙冷源四管制空調系統中,出水溫度相對較低的冷源稱之為“低溫冷源”,一般4~0℃,其COP值一般只有3.8~5.6,出水溫度相對較高的冷源稱之為“高溫冷源”,一般為10~21℃,其COP值可高達8~9以上。在雙冷源四管制空調系統中,高溫冷源和低溫冷源共同承擔空調系統冷負荷,降低了能耗。
實際運行時,優先開啟高溫冷源,此時,僅僅由高溫冷源單獨對空調末端提供冷量;當高溫冷源無法滿足末端冷量需要時,此時需要同時開啟高溫冷源和低溫冷源,同時高溫冷源出口與供水管之間的支路關閉,經過高溫冷源的冷凍水進入到低溫冷源中,然后冷卻后的冷凍水再進入到室內供冷。本發明采用高低溫冷源協同工作,進一步提高了空調性能,降低能耗。
作為優選,所述高溫冷源的供回水溫差為5-8℃;所述低溫冷源的供回水溫差為5-8℃。所述低溫冷源的供回水溫差為5-8℃;更進一步優選為:所述高溫冷源的供回水溫差為5-6℃;所述低溫冷源的供回水溫差為5-6℃。采用該技術方案,有利于保證空調系統的降溫除濕能力。
作為優選,所述低溫冷源和高溫冷源并聯設置,通過同一或者不同的冷卻塔進行冷卻。低溫冷源和高溫冷源均可采用多臺并聯的冷源機組。各冷源機組均配置有單獨的控制閥門,可單獨開啟和關閉。
作為優選,所述高溫冷源供水溫度為13±3℃,回水溫度為18±3℃;所述低溫冷源供水溫度為7±3℃,回水溫度為12±3℃。作為進一步優選, 所述高溫冷源供水溫度為13±1℃,回水溫度為18±1℃;所述低溫供水溫度為7±1℃,回水溫度為12±1℃。
本發明中,空調末端一般包括風機盤管、新風機組、空調機組等中的一種或多種。
作為優選,所述空調末端包括風機盤管,風機盤管的低溫表冷器出口與低溫冷源入口之間設有低溫回水管;所述低溫回水管和高溫回水管之間設有帶有閥門的支路。當僅高溫冷源運行時,此時低溫回水管和高溫回水管之間的支路導通,風機盤管冷源出口出來的回水合并進入到高溫冷源進行冷卻;當高溫冷源和低溫冷源同時運行時,風機盤管的低溫表冷器出口通過低溫回水管直接回到低溫冷源中冷卻。
作為優選,所述低溫分水器與高溫集水器或低溫集水器之間設有帶有流量傳感器和第一閥門組的第一旁通管;所述第一閥門組受控于所述高溫冷源或低溫冷源:
所述高溫冷源單獨運行時,所述第一旁通管將低溫分水器和高溫集水器單獨導通(第一閥門組中特定的閥門被高溫冷源的運行信號觸發),所述高溫冷源內機組開啟數量受控于所述流量傳感器的流量反饋信號;例如,當所述流量傳感器檢測的流量信號大于高溫冷源中單臺機組的流量時,關閉高溫冷源中的某一機組;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述第一旁通管將低溫分水器和低溫集水器單獨導通(與上述“特定的閥門”相對,第一閥門組中其余特定的閥門被高溫冷源的運行信號觸發),所述低溫冷源內機組開啟數量受控于所述流量傳感器的流量反饋信號。例如,當所述流量傳感器檢測的流量信號大于低溫冷源中單臺機組的流量時,關閉低溫冷源中的某一機組。
作為進一步優選,所述第一旁通管上同時設有壓差旁通閥,當壓差滿足要求時,壓差旁通閥開啟,第一旁通管導通。
該技術方案中,所述的第一旁通管可以為單獨的兩個管路,分別設置在低溫分水器與低溫集水器之間,和低溫分水器和高溫集水器之間,此時流量傳感器和壓差旁通閥也為兩組,兩個旁通管上各設有控制閥門,通過 冷源的運行信號實時的導通對應的第一旁通管;當然,所述的第一旁通管也可以是主分支結構,即主管入口與低溫分水器相連,主管上設置所述的流量傳感器和壓差旁通閥,此時流量傳感器和壓差旁通閥設置一組即可,支管上設有閥門組,通過支管分別連接高溫集水器和低溫集水器相連,閥門組可以是分別設置在相應管路上的控制閥門,通過高低溫冷源的運行信號,實時的打開相應的控制閥門。
以僅高溫冷源運行的工況為例,當供需平衡狀態下,高溫分水器和高溫集水器之間的旁通管中流量為零,當空調末端負載發生變化或者控制滯后時,旁通管中有流量變化。當旁通管中流量超過高溫冷源中的單臺機組的流量時,說明冷量供應遠遠超出了需求,在這種情況選擇關閉某一或者某幾臺機組,直接的節省了冷源的能耗。
當室內空調負荷降低到一定程度,高溫冷源單獨運行,此時關閉低溫冷源,與常規單冷源兩管制空調系統相比,采用能耗更低的高溫冷源供冷,空調系統的冷源能耗大大降低。若高溫冷源采用自然冷源,此時雙冷源三管制空調系統的冷源能耗為0。通過研究發現,室內空調負荷常年長時間處于低負荷工況下,若此時采用高溫冷源單獨供冷,那么,空調系統冷源的年耗電量將大大降低。
本發明即可采用一級泵驅動系統,也可采用二級泵驅動系統。
作為優選,所述高溫回水管與高溫冷源入口之間的管路上設有高溫冷凍水一級泵機組;所述低溫回水管與低溫冷源入口之間的管路上設有低溫冷凍水一級泵機組。高溫冷凍水一級泵機組、低溫冷凍水一級泵機組即可選擇定頻泵也可選擇變頻泵。
當選擇一級泵驅動系統,一級泵采用變頻泵時,作為優選,所述空調系統還包括檢測供回水管之間壓差的壓差傳感器;
所述低溫分水器與高溫集水器或低溫集水器之間設有帶有流量傳感器、第一閥門組、電動調節閥的第一旁通管;所述第一閥門組受控于所述高溫冷源和低溫冷源;
所述高溫冷源單獨運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與高溫回 水管之間壓差信號,同時第一閥門組中受高溫冷源控制的閥門開啟,所述高溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述高溫冷凍水一級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟;此時第一旁通管將供水管與高溫回水管導通,高溫冷凍水一級泵從變頻運行轉變為定頻運行;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第一閥門組中受低溫冷源控制的閥門開啟,所述低溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述低溫冷凍水一級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟,此時第一旁通管將供水管與低溫回水管導通,低溫冷凍水一級泵從變頻運行轉變為定頻運行;
上述技術方案中,所述“高溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組”或“所述低溫冷凍水一級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組”主要是指:高、低溫冷凍水一級泵機組根據壓差的大小,調整自身轉速,從而調節流量大小;例如高溫供、回水管路或者低溫供、回水管路之間的壓力差增大時,說明末端需求降低,此時需要降低高、低溫冷凍水一級泵機組的轉速,反之,提高所述低溫冷凍水一級泵機組的轉速;
一級泵系統中,所述電動調節閥可直接受控于高溫冷凍水一級泵機組或低溫冷凍水一級泵機組輸出的電信號,也可受壓差傳感器的壓差信號,此時需要將壓差信號轉換為控制電信號。
當選用一級泵驅動系統時,一級泵采用定頻泵時,所述高溫回水管上設有高溫冷凍水一級泵機組;所述低溫回水管路上設有低溫冷凍水一級泵機組;所述高溫冷凍水一級泵機組和低溫冷凍水一級泵機組為定頻泵機組。采用一級定頻泵機組,可對高低溫冷源提供穩定的冷凍水,保證高低溫冷源的最佳性能。
當選用二級泵驅動系統時,作為優選,所述供水管上設有冷凍水二級泵機組;
還包括檢測供回水管之間壓差的壓差傳感器;
所述供水管與高溫回水管或低溫回水管之間設有帶有電動調節閥和第二閥門組的第二旁通管;所述第二閥門組受控于所述高溫冷源和低溫冷源;
所述高溫冷源單獨運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與高溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受高溫冷源控制的閥門開啟,所述冷凍水二級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述冷凍水二級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟,此時,冷凍水二級泵從變頻運行轉變為定頻運行第二旁通管將供水管與高溫回水管導通,將多余的冷媒直接與換熱后的冷媒合并,返回高溫冷源;
所述高溫冷源和低溫冷源同時運行時,所述壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受低溫冷源控制的閥門開啟,所述冷凍水二級泵機組為受控于所述壓差傳感器的變頻水泵機組;所述電動調節閥在所述冷凍水二級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟,此時冷凍水二級泵從變頻運行轉變為定頻運行,第二旁通管將供水管與低溫回水管導通,將多余的冷媒直接與換熱后的冷媒合并,返回高、低溫冷源。
二級泵系統中,所述電動調節閥可直接受控于冷凍水二級泵機組的電信號,也可受壓差傳感器的壓差信號,此時需要將壓差信號轉換為控制電信號。
作為優選,還包括對室內外溫度和濕度進行檢測的溫度傳感器和濕度傳感器;所述高溫冷源和低溫冷源同時受控于該溫度傳感器和濕度傳感器。根據室外溫度和濕度可選擇性的開啟高溫冷源、低溫冷源,或者同時開啟高、低溫冷源。作為進一步優選,可以根據室外溫度以及末端負載量,通過調節閥或者泵機組調整高低溫冷源的供冷比例。
作為優選,還包括對室內溫度進行檢測的溫度傳感器以及對室內濕度進行檢測的濕度傳感器,所述高溫冷源和低溫冷源同時受控于該溫度傳感器和濕度傳感器。可以通過回風溫度和空氣濕度對高溫冷源和低溫冷源承擔的負荷比例進行控制,保證空調性能最優化。
在雙冷源空調系統中,高溫冷源承擔的空調負荷比例越大,整個空調系統的能耗越小,但是高溫冷源的比例越高,空調系統的除濕能力越小。但是,單純為降低整個空調系統的能耗而無限制的提高高溫冷源承擔空調負荷的比例,當室內濕負荷較大時,雙冷源空調系統將不能滿足室內的濕負荷需求,雙冷源三管制空調系統根據室內濕負荷適當的調整高溫冷源和低溫承擔空調系統的比例。
在雙冷源空調系統中,空調末端控制系統采用反饋控制系統,末端空調系統通過測定回風溫度和濕度來分配高溫冷源和低溫冷源承擔空調系統承擔的比例。雙冷源三管制空調系統的控制原理為:優先全部打開高溫冷源供冷。若回風溫度和濕度低于設定值,此時逐漸降低高溫冷源的供冷量,直至回風溫濕度達到設定值;若回風溫度和濕度高于設定值,此時逐漸打開低溫冷源供冷,直至回風溫濕度達到設定值。高溫冷源和低溫冷源的供冷量可通過高溫冷源和低溫冷源出口處冷媒的流量進行控制。
本發明中,各參數、元件、管路的名稱中出現的“水”(例如供/回水溫度、高/低溫供/回水管路、高/低溫冷凍水一/二級泵機組等),對空調系統的冷媒沒有任何限定作用,本發明的空調系統中,可采用的冷媒既包括水,也包括其他載冷劑和水的混合物或者也可選擇其他任何可作為載冷劑的介質。
本發明所指雙冷源三管制空調系統與傳統四管制空調系統有本質區別。首先,供回水溫度不同,傳統三管制空調系統中熱水供回水溫度遠遠高于本發明中的高溫冷凍水供回水水溫,傳統空調系統中熱水供回水溫度一般為60~45℃,回水溫度為55~40℃,而本發明中的高溫冷源的供水溫度一般為13±3℃,回水溫度一般為18±3℃。其次,用途不同,傳統四管制空調系統中冷凍水用于對空氣進行降溫除濕,熱水系統用于對空氣的再熱或加熱,該系統的能耗較大,而雙冷源空調系統中,高低溫冷凍水均用于對空氣的除濕降溫,無再熱負荷,空調系統的能耗較小。最后,雙冷源三管制空調系統不僅可以實現空氣耦合的降溫除濕過程,又可以實現空氣解耦的降溫除濕過程。
與原空調系統相比,本發明的有益效果體現在:
(1)與原單冷源空調系統相比,本發明在保證整個空調冷水機組總容量不變的前提條件下,通過合理分配高低溫機組承擔空調負荷的比例,最大限度提高高溫機組的承擔的負荷比例,大大降低了整個空調系統冷負荷的能耗,是一種節能型的空調系統。
(2)由于空調系統的供回水溫差大大提高,在相同制冷量的條件下,空調系統的流量大大降低,輸送系統的能耗大大降低。
(3)過渡季節,當末端濕負荷下降時,整個空調系統的可采用高效高溫冷源供冷,大大降低了空調系統。
附圖說明
圖1為現有技術中單冷源四管制一級泵空調系統的結構示意圖;
圖2為現有技術中單冷源四管制二級泵空調系統的結構示意圖;
圖3為本發明的雙冷源三管制空調系統的一級泵空調系統的結構示意圖;
圖4為本發明的雙冷源三管制空調系統的二級泵空調系統的結構示意圖。
上述附圖中:
SP-供水管、、HRP-高溫回水管、CRP-低溫回水管路、HPI-高溫冷凍水一級泵機組、CPI-低溫冷凍水一級泵機組、CBVI-第一低溫電控閥、HBVI-第一高溫電控閥、F.M-流量傳感器、PBV-壓差旁通閥、BPI-第一旁通管、BPII-第二旁通管、HBVII-第二高溫電控閥、CBVII-第二低溫電控閥、CBVIII-第三低溫電控閥、HBVIII-第三高溫電控閥、CBVIV-第四低溫電控閥、HBVIV-第四高溫電控閥、ECV-電動調節閥、PS-壓差傳感器、CWPI-第一冷卻水泵、CWPII-第二冷卻水泵。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明:
本發明中所指的冷源可以是自然冷源如江河湖海等地表水、地下水等等直接作為高低溫冷源。雙冷源并聯三管制空調水系統分為冷源并聯三管 制一次泵空調水系統和冷源并聯三管制二次泵空調水系統。
實施例1:雙冷源并聯三管制一級泵空調水系統
如圖3所示,雙冷源并聯三管制一級泵空調水系統的空調冷源由高溫冷源和低溫冷源共同組成,高溫冷源和低溫冷源之間采用并聯的方式;高溫冷源和低溫冷源均由冷卻塔冷卻;冷卻塔出口的冷卻水經過第一冷卻水泵CWPI、第二冷卻水泵CWPII分別對高溫冷源和低溫冷源提供冷卻冷量。
高溫冷源的供水溫度為10-16℃,回水溫度為15-21℃,供回水溫差為5-11℃;低溫冷源的供水溫度為4-10℃,回水溫度為9-15℃,供回水溫差為5-11℃;高溫冷源和低溫冷源可根據需要有一臺或多臺冷源機組組成,采用多臺冷源機組的情況比較常見。
空調系統的高溫輸送系統包括供水管SP、設置在供水管SP上與高溫冷源出口連通的低溫分水器(低溫分水器出口分別與各空調末端的冷源入口連通)、高溫回水管HRP、設置在高溫回水管HRP上與各空調末端冷源出口連通的高溫集水器、與高溫集水器出口連通的高溫冷凍水一級泵機組HPI;低溫輸送系統和高溫輸送系統共用一條供水管SP,低溫輸送系統包括供水管SP、設置在供水管SP上與低溫冷源出口連通的低溫分水器(低溫分水器出口分別與各空調末端的冷源入口連通)、低溫回水管路CRP、設置在低溫回水管路CRP上與各空調末端冷源出口連通的低溫集水器、與低溫集水器主出口連通的低溫冷凍水一級泵機組CPI。
低溫冷源和高溫冷源的出口均是通過帶有閥門的支路與供水管SP相連;比如,低溫冷源的出口通過帶有第一低溫電控閥CBVI的支路I與供水管SP相連,高溫冷源的出口通過帶有第一高溫電控閥HBVI的支路II與供水管SP相連;
低溫分水器與高溫集水器或低溫集水器之間設有帶有流量傳感器F.M、壓差旁通閥PBV和第一閥門組的第一旁通管BPI;第一閥門組受控于高溫冷源或低溫冷源,第一閥門組包括第二高溫電控閥HBVII和第二低溫電控閥CBVII,第二高溫電控閥HBVII位于第一旁通管BPI與高溫分水器相連的支路上,第二低溫電控閥CBVII位于第一旁通管BPI與低溫分水器相連的支路上:
高溫冷源單獨運行時,此時第二高溫電控閥HBVII接收到高溫冷源運行觸發信號,將所在支路導通,第一旁通管BPI將低溫分水器和高溫集水器單獨導通,流量傳感器F.M用于檢測低溫分水器和高溫集水器之間的旁通流量,此時高溫冷源內機組開啟數量受控于流量傳感器F.M的流量反饋信號;例如,當流量傳感器F.M檢測的流量信號大于高溫冷源中單臺機組的流量時,關閉高溫冷源中的某一機組,同時其對應的第一高溫電控閥在流量傳感器F.M控制下同步的關閉。
高溫冷源和低溫冷源同時運行時,第二低溫電控閥CBVII接收到低溫冷源運行的觸發信號,將所在支路導通,第一旁通管將低溫分水器和低溫集水器單獨導通,流量傳感器F.M用于檢測低溫分水器和低溫集水器之間的旁通流量,此時低溫冷源內機組開啟數量受控于流量傳感器F.M的流量反饋信號。例如,當流量傳感器F.M檢測的流量信號大于低溫冷源中單臺機組的流量時,關閉低溫冷源中的某一機組,同時其對應的第一低溫電控閥在流量傳感器F.M控制下同步的關閉。
上述高溫冷凍水一級泵機組HPI和低溫冷凍水一級泵CPI即可采用定頻泵組,也可采用變頻泵組;當采用定頻泵時,結構如圖3所示。
當采用變頻泵組時,在圖3的基礎上,還需要增加壓差傳感器;此時,供水管和高溫回水管HRP或低溫回水管CRP之間設有壓差檢測旁路,壓差檢測旁路上同時通過支路分別與高溫回水管路HRP和低溫回水管路CRP相連,支路為兩條,一條支路與高溫回水路HRP相連,另一條支路與低溫回水管CRP相連,與高溫回水管HRP相連的支路上設有高溫壓差電控閥,與低溫回水管CRP相連的支路上設有低溫壓差電控閥;
第一旁通管BPI上同時設有電動調節閥;
高溫冷源單獨運行時,壓差檢測旁路上與高溫回水管對應的高溫壓差電控閥打開,壓差傳感器用于檢測供水管SP與高溫回水管HRP之間壓差信號,同時第二高溫電控閥接收到高溫冷源運行的觸發信號,第二高溫電控閥開啟,第一旁通管導通,高溫冷凍水一級泵機組為受控于壓差傳感器的變頻水泵機組;比如,當壓差傳感器壓差信號增加時,則降低水泵轉速,反之則增加水泵轉速,當僅有一臺變頻水泵在工作,且該變頻水泵已經工 作在最低頻率時,電動調節閥開啟。
高溫冷源和低溫冷源同時運行時,壓差檢測旁路上與低溫回水管對應的低溫壓差電控閥打開,第一旁通管導通,壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第一閥門組中受低溫冷源控制的第二低溫電控閥開啟,低溫冷凍水一級泵機組為受控于壓差傳感器的變頻水泵機組;電動調節閥在低溫冷凍水一級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟。
本發明的空調末端,可采用現有的末端系統,本實例中,空調末端包括一體式單盤管風機盤管、一體式單盤管新風機組、一體式三盤管空調機組、一體式雙盤管空調機組,其中一體式單盤管風機盤管中只有低溫表冷段,該低溫表冷段入口(即冷源入口)與供水管相連,該低溫表冷段出口(即冷源出口)與低溫回水管相連,同時通過支路III與高溫冷源入口相連,支路III上設有第三低溫電控閥CBVIII,在高溫冷源單獨運行時,該支路導通,此時一體式單盤管風機盤管的出口與高溫冷源入口直接相連;
一體式單盤管新風機組中僅設有高溫表冷段,高溫表冷段入口與供水管SP相連;高溫表冷段出口與高溫回水管HRP相連;一體式三盤管空調機組和一體式雙盤管空調機組均設有低溫表冷段、中間段和高溫表冷段,其中低溫表冷淡入口與供水管SP相連,出口與中間段和高溫表冷段依次相連,高溫表冷段出口與高溫回水管HRP相連;空調末端系統的具體結構可參見專利文獻(申請公布號CN102620360A)。
同時高溫冷源出口也通過支路IV與低溫冷源入口相連;支路IV上設有第三高溫電控閥HBVIII,當高溫冷源和低溫冷源同時運行時,該支路導通,實現高溫冷源和低溫冷源的串聯,此時第三高溫電控閥HBVIII受控于流量傳感器F.M,根據流量傳感器F.M的流量信號調整高溫冷源中開啟機組數量。
本實施例的技術方案實際運行時:
優先開啟高溫冷源,此時第一高溫電控閥HBVI導通,第三低溫電控閥CBVIII導通,第一旁通管BPI中的第二高溫電控閥HBVII開啟;空調末端系統出來的冷媒均進入高溫冷源中制冷,系統正常供冷工況時,當水 系統末端流量(或者末端負荷)不斷減少時,供水管SP與高溫回水管HRP之間的壓力升高,第一旁通管將壓差旁通閥PBV在滿足壓差要求時導通;壓差傳感器實時監測供水管SP和高溫回水管HRP之間的壓差信號;壓差傳感器的壓差信號發生變化時,高溫冷凍水一級泵機組HPI根據供回水管間壓差信號調節變頻水泵的頻率,進而改變流量;當高溫冷凍水一級泵機組HPI中只剩一臺變頻水泵工作,且變頻水泵變頻至下限時,打開第一旁通管的電動調節閥,第一旁通管導通;壓差旁通閥PBV在壓差作用下開啟,開始壓差旁通,并根據主機進水溫度及進出水溫差,優化主機工況,確保主機高效節能運行。
當水系統末端流量(或者末端負荷)不斷減少時,低溫分水器和高溫集水器之間第一旁通管BPI上的流量逐漸增加,第一旁通管BPI上流量傳感器F.M檢測到旁通流量大于單臺高溫冷源機組流量時,第一流量傳感器F.M給予高溫冷源機組一個關閉信號,關閉一臺高溫冷源機組,同時該機組對應的第一高溫電控閥HBVI關閉。
當高溫冷源無法滿足空調末端需要時,此時第一高溫電控閥HBVI關閉,第三高溫電控閥HBVIII打開,流量傳感器F.M的反饋信號用于控制第一低溫電控閥CBVI;第三低溫電控閥CBVIII關閉;第二低溫電控閥CBVII打開,第一旁通管BPI將低溫分水器和高溫集水器導通,流量傳感器F.M用于檢測低溫分水器和高溫集水器旁通流量;壓差傳感器用于檢測供水管SP和低溫回水管CRP之間的壓差;第四低溫電控閥打開,當電動調節閥觸發時,第一旁通管將供水管路和低溫回水管導通。
實施例2:雙冷源并聯三管制二級泵空調水系統
如圖4所示,與實施例1不同,本系統中,采用二級泵系統,供水管SP上設有冷凍水二級泵機組PII;
同樣設置有檢測供回水管之間壓差的壓差傳感器PS,壓差傳感器PS的連接方式和工作原理等同實施例1;
供水管SP與高溫回水管HRP或低溫回水管CRP之間設有帶有電動調節閥ECV和第二閥門組的第二旁通管BPII,第二旁通管BPII分別通過支路與高溫回水管HRP和低溫回水管CRP相連,與高溫回水管HRP相連 的支路上設有第四高溫電控閥HBVIV,與低溫回水管CRP相連的支路上設有第四低溫電控閥CBVIV;第二閥門組受控于高溫冷源和低溫冷源;
低溫壓差電控閥CPBV和高溫壓差電控閥HPBV的設置方式同實施例1;第一旁通管BPI上各閥門和傳感器的工作方式同實施例1。
第二旁通管在冷凍水二級泵機組PII單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟;
冷凍水二級泵機組PII等工作方式和控制方式均可參考實施例1;高溫冷凍水一級泵機組和低溫冷凍水一級泵機組均為定頻泵;不再根據壓差信號等調整;
高溫冷源單獨運行時,高溫壓差電控閥HPBV導通,壓差傳感器用于檢測供水管與高溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受高溫冷源控制的第四高溫電控閥HBVIV開啟,冷凍水二級泵機組PII為受控于壓差傳感器的變頻水泵機組;電動調節閥在冷凍水二級泵機組PII單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟;
高溫冷源和低溫冷源同時運行時,低溫壓差電控閥CPBV開啟,壓差傳感器用于檢測供水管與低溫回水管之間壓差信號,同時第二閥門組中受低溫冷源控制的第四低溫電控閥CBVIV開啟,冷凍水二級泵機組PII為受控于壓差傳感器的變頻水泵機組;電動調節閥在所述冷凍水二級泵機組單泵運行、且該單泵在最低頻率下工作時開啟。針對實施例1和實施例2,以供水溫度為14℃、高溫冷源回水溫度為19℃、低溫冷源回水溫度為12℃為例描述采用二級泵機組和僅采用一級泵機組的供冷工況如下:
對于采用二級泵機組的空調系統,其中二級泵機組工作如下:
高溫冷源生產出14℃的高溫冷凍水經過低溫分水器分流后,由冷凍水二級泵機組PII送至空調系統的末端冷源入口,經雙冷源專用空調末端機組過換熱后變成19℃的高溫冷凍水回水經過高溫集水器收集后,由高溫冷凍水一級泵機組HPI統一送至高冷冷源的蒸發器,如此循環;
當高溫冷源和低溫冷源串聯同時運行時,高溫冷源的冷凍水經過支路IV與低溫回水管出來的冷凍水均進入到低溫冷源中,低溫冷源生產出7℃的低溫冷凍水經過低溫分水器分流后,由低溫冷凍水二級泵機組CPII送 至空調系統的冷源入口,經雙冷源專用空調末端機組過換熱后變成12℃的低溫冷凍水回水經過低溫集水器收集后,由低溫冷凍水一級泵機組CPI統一送至低冷冷源的蒸發器,如此循環。
對于采用一級泵機組的空調系統,其中一級泵機組工作如下:
高溫冷源生產出14℃的高溫冷凍水經過低溫分水器分流后,由高溫冷凍水一級泵機組HPI送至空調系統的末端冷源入口,經雙冷源專用空調末端機組過換熱后變成19℃的高溫冷凍水回水經過高溫集水器收集后,由高溫冷凍水一級泵機組HPI統一送至高冷冷源的蒸發器,如此循環;
當當高溫冷源和低溫冷源串聯同時運行時,高溫冷源的冷凍水經過支路IV與低溫回水管出來的冷凍水均進入到低溫冷源中,低溫冷源生產出7℃的低溫冷凍水經過低溫分水器分流后,由低溫冷凍水一級泵機組CPI送至空調系統的末端冷源入口,經雙冷源專用空調末端機組過換熱后變成12℃的低溫冷凍水回水經過低溫集水器收集后,由低溫冷凍水一級泵機組CPI統一送至低冷冷源的蒸發器,如此循環。
上述技術方案中,可根據室外溫度,選擇需要開啟高溫冷源或者需要開啟低溫冷源,例如當室外溫度高于35℃時,天氣較為炎熱,為取得較好的制冷效果,可僅開啟低溫冷源;當室外溫度低于35℃,高于30℃時,可將低溫冷源和高溫冷源同時開啟;當室外溫度低于30℃時,僅需開啟高溫冷源即可,采用上述運行模式進一步降低空調系統的能耗。
過渡季節高溫機組供冷工況:
在空調過渡季節,由于空調系統的冷負荷大大降低,此時整個空調系統的切換至高溫機組供冷工況,高溫機組的出水溫度與高低溫機組同時供冷工況中高溫機組的出水溫度相同。
另外,若低溫機組發生故障,此時整個空調系統的切換至高溫機組供冷工況,所有回水進入高溫冷源工作,高溫機組根據末端機組的需求供冷,此時高溫機組的出水溫度與低溫機組相同。
以某實際工程中空調房間的冷負荷數據為例,進一步驗證雙冷源三管制的空調系統的節能率。
室外氣象參數為:夏季空調室外干球溫度35.6℃,夏季空調室外濕球 溫度27.9℃。室內設計參數為:夏季室內設計溫度26℃,相對濕度55%,露點送風狀態點溫度16.5℃,相對濕度;低溫冷源供回水溫度為7/12℃時的COP取5.6,高溫冷源供水溫度與被冷卻空氣最小溫差Δt取3℃;空調房間的總送風量為最小送風量,即送風狀態點為露點送風狀態點時的送風量。詳見表1;
表1雙冷源三管制空調系統的冷源綜合能效比EER

由表1可以得出:在給定新風比的條件下,雙冷源三管制的空調系統的冷源能效比與單冷源溫濕耦合的空調系統冷源能效比相比(常規單冷源溫濕度耦合的空調系統的冷源能效比只有5.6),雙冷源三管制空調系統的最大能效比可達到7.48,可提高30%左右,也即是空調系統冷源的能耗可降低30%左右。

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雙冷源三 管制 空調 系統
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