專利名稱：冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于中央空調系統(tǒng)，具體是一種用冰漿作為儲能載體轉移白天高峰電力負荷到夜 間低谷電力負荷的節(jié)能環(huán)保中央空調系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，盡管我國電力工業(yè)發(fā)展較快，但在一些經濟發(fā)達地區(qū)用電仍很緊張，成為制約 當?shù)亟洕l(fā)展的瓶頸，特別是夏季空調用電量已經普遍超過電力總負荷的三分之一，少數(shù)城
市甚至接近50%,與之形成鮮明對比的是電網在夜間揮發(fā)量可高達50%左右，電力需求在時 間上的不均衡，是造成電力緊張非常重要的原因，那么主要原因又在空調上。同時，城市生 活、商業(yè)用電的快速增長，特別是夏季用電負荷的驟增，使得城市電網已遠不能適應。因此， "節(jié)約高峰電力"已成為政府和電力管理部門致力于緩解電力緊缺的重要和長遠的措施之 一，并通過制定用電優(yōu)惠政策等經濟手段以推動電力"削峰填谷"的實現(xiàn)。
可以說蓄冷技術就是適應這種需要而誕生的一項應用于空調節(jié)能的高新技術，利用夜晚 的多余電、低價電蓄冷，到白天用電高峰時融冰，將所儲存冷量釋放出來，緩解高峰用電壓 力，滿足建筑供冷需求，實現(xiàn)白天空調使用少耗電或"零耗電"。應用結果顯示，可為用戶 節(jié)省20—30%左右的電費。對于國家而言，減少了為應付白天用電高峰而追加的投入，少發(fā) 電，少燒煤，少排放，又提高了夜間電能的利用效率。蓄冷技術的普及推廣不僅能極大促進 國家電能結構的調整，還能為國家減少大量的原煤資源浪費，同時又可以減少大量的二氧化 碳、二氧化硫等排放物。
基于此，蓄冷空調已得到社會的認可。目前發(fā)達國家60%以上的建筑物都已使用蓄冷空 調，我國也于2004年在全國范圍出臺實施電價峰谷差政策，例如深圳現(xiàn)在蓄冷空調谷期電價 為0.28元/千瓦時，峰谷電價比超過了4倍，并將不斷拉大峰谷電價差，支持"移峰填谷" 技術應用和推廣，部分地區(qū)政府已出臺強制性政策，要求3萬平米以上的新增建筑必須使用 蓄冷空調。
蓄冷技術作為一類重要的能源利用技術，近來獲得了很大發(fā)展，目前國內市場上已有多 家從事蓄冷的相關公司。
以北京佩爾優(yōu)公司為代表的水蓄冷公司，水蓄冷的優(yōu)點是無須增加和改動原有的制冷系 統(tǒng)，只需增加和利用現(xiàn)有的消防蓄水池儲冷即可，新建和改造成本低，但水蓄冷的蓄冷密較低(約為冰蓄冷的1/6 10)，如果蓄冷量相同的情況下水蓄冷罐體積是冰蓄冷罐體積的6 10倍，因此蓄冷罐太大，只能在一些有較大空間場地的地方使用，如飛機場，應用受到一定的局限。
共晶鹽蓄冷主要是法國的CIAT公司在推廣，國內一些機構如清華大學、中科院廣州能源研究所等也開發(fā)了一些相變材料，優(yōu)點是系統(tǒng)簡單和應用方便，缺點是相變材料蓄冷性能和壽命會逐步衰減，存在使用壽命到期更換等問題，再加上本身成本較貴和更換成本，所以目前應用較少。
從國內外的蓄冷應用情況來看，最普遍的還是冰蓄冷，它占到總蓄冷系統(tǒng)數(shù)量的95%以上，目前我國已有的蓄冰空調工程99%都屬于靜態(tài)蓄冰技術。
冰蓄冷根據(jù)制冰方式又分為靜態(tài)制冰和動態(tài)制冰。靜態(tài)蓄冰空調主要是以靜態(tài)方式制冰，即在盤管外或盛冰容器(冰球、冰板)內結冰，冰本身始終處于相對靜止狀態(tài)。它需要對應蓄冷量的盤管、冰球、冰板和大量的載冷劑來制冷，及制冰和蓄冰為一體。動態(tài)制冰方式，則是制冰和蓄冰分開進行，使水生成冰晶或冰漿，且冰晶、冰漿可以用泵輸送。
但目前大量采用的靜態(tài)制冰又存在以下缺點，由于冰本身處于靜止狀態(tài)，隨著制冰時間的增長，冰厚度就會慢慢增加，冰的熱阻效應就越來越明顯，冰本身的傳熱性能和冰厚度成反比，導至制冰中后期制冷主機制冷效率嚴重下降，直接帶來能源利用效率的下降。
靜態(tài)蓄冰空調制冰和蓄冰為一體，蓄冷量跟盤管數(shù)量或冰球、冰板數(shù)量成正比關系，后果是蓄冷量越大投資成本也越大，從投資成本考慮所以轉移高峰負荷是有限的，通常約為最高總冷負荷的20% 30%，而且還存在載冷劑泄漏和盤管、冰球、冰板制造成本高等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是推出一種基于動態(tài)制冰技術的冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有靜態(tài)蓄冰中央空調的不足。
冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)是把制冷、換熱、制冰、儲冰、用冷等組件分開設置的中央空調系統(tǒng)，為提高制冰效率和降低系統(tǒng)成本為目的。主要換熱系統(tǒng)采用換熱效率較高的液液板式熱交換器，徹底解決靜態(tài)制冰冰層熱阻導至制冷主機制冷效率下降問題。制冰在水溫降至零攝氏度以下后在冰漿發(fā)生器內單獨進行，生成的冰漿由管道輸送至蓄冰罐儲存。本發(fā)明供冷為大溫差送水、低溫送風提供了條件。具有制冰周期中始終處于最佳換熱效率段的特點，還具有無盤管、無冰球、無冰板、融冰快、負荷跟隨性好、蓄冰罐設置靈活、冰漿可以用泵遠距離輸送、出水溫度低、出水溫度恒定等優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術特征為
冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)主要由冷源系統(tǒng)、制冰系統(tǒng)、蓄冰罐、供冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配管等組成。其主要特征為冷源系統(tǒng)與制冰系統(tǒng)采用管路構成閉式載冷循環(huán)系統(tǒng)，管路中充滿有不凍液；蓄冰罐與制冰系統(tǒng)采用塑料或不銹鋼管道構成開式水循環(huán)系統(tǒng)；供冷系統(tǒng)與
蓄冰罐采用塑料或不銹鋼管道也構成另一開式水循環(huán)系統(tǒng)。冷量通過不凍液循環(huán)管路從制冷主機傳遞給制冰板式換熱器，制冰板式換熱器后端還接有冰漿發(fā)生器并用配管聯(lián)接至蓄冰罐。本發(fā)明所采用的技術方案為
本發(fā)明所述冷源系統(tǒng)由制冷主機、冷卻塔、冷卻泵、不凍液泵、膨脹水箱、管路等組成。制冷主機、過濾器、不凍液泵、依次用配管串聯(lián)并與制冰系統(tǒng)的制冰板式換熱器構成一個閉式不凍液循環(huán)系統(tǒng)，管路最高處設有排氣閥，以及不凍液泵進口端設有與膨脹水箱聯(lián)接的管路。不凍液循環(huán)管路中充滿有不凍液，不凍液可以是乙二醇水溶液或其它在-8"C左右不凍結的液體。
所述制冷主機為雙工況機組，可以是雙工況離心機組或雙工況螺桿機組，能提供常規(guī)空
調工況7"C的冷凍水和制冰工況-3'C左右的不凍液。
所述制冰系統(tǒng)由冷凍水泵、預熱系統(tǒng)、冰水分離器、制冰板式換熱器、冰槳發(fā)生器、配
管依次串聯(lián)構成。蓄冰罐(TC的冷凍水經冷凍水泵和預熱系統(tǒng)預熱為0. 2'C至0. 5'C冷凍水送至冰水分離器進入制冰板式換熱器，0.2'C至0. 5'C冷凍水與-3"C左右不凍液經制冰板式換熱
器降至成-rc至-3'c的冷凍水送入冰漿發(fā)生器生成冰晶與冷凍水的混合物-一 冰漿，此冰漿經
配管輸送至蓄冰罐儲存，冷凍水進入再循環(huán)制冰，制冰通常在夜間電力低谷期進行。
所述預熱系統(tǒng)可以是用水泵進口處的負壓經過管道抽吸專門設置的預熱蓄水罐內1(TC至1『C熱水，蓄水罐熱水源來自蓄冰罐被末端系統(tǒng)換熱后的冷凍水，冷凍水泵進口與蓄水罐之間串聯(lián)有單向閥和兩通電動調節(jié)閥，兩通電動調節(jié)閥開度由控制系統(tǒng)跟據(jù)制冰板式換熱器進
口溫度所決定；或利用冷凍水泵進出口壓差產生旁路自循環(huán)水流跟制冷主機冷卻水冷凝器壓差行成的循環(huán)水流組成預熱系統(tǒng)，換熱器可以是板式換熱器、管殼式換熱器或其它形式的換熱器；也可以是上述兩種系統(tǒng)結合構成的預熱系統(tǒng)。
本發(fā)明所述的蓄冰罐可以為任意形狀、任意大少、任意結構、任意能裝水的容器、開式或閉式，相互串聯(lián)或并聯(lián)組成，也可以是單獨的一個獨立槽罐，可以是置于房間內、室外或埋于地下。每個罐頂部設有一個或多個進水口，底部設有出水口，出水口設有防止冰晶流出的濾網，較大罐體頂部設置有冰漿分配器和灑水系統(tǒng)。
所述供冷系統(tǒng)由冷凍水泵、供冷板式換熱器、依次由管路串聯(lián)組成，并與蓄冰罐構成冷凍水回路；冷水泵、末端、膨脹水箱配管組成另一閉式循環(huán)冷水回路。供冷通常在白天進行， 融冰供冷主要在白天電力高峰期進行，春秋季多余冰漿部份可以提供電力平段期供冷，夏季 融冰供冷不足部份由主機提供。 、
本發(fā)明優(yōu)點和有益效果
冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)采用換熱和制冰分開、分步進行，消除了冰層熱阻的對制冰效率 的影響，具有循環(huán)系統(tǒng)結構簡單、蓄冰罐要求低、不凍液用量少、安全性高、主機制冷效率 高的優(yōu)點。
所生成冰漿中冰晶為雪花形狀，具有與水接觸表面大融冰快的特點，所以在融冰供冷和
聯(lián)合供冷周期內能穩(wěn)定提供rc左右低溫冷凍水，相對常規(guī)中央空調大大減小了配管直徑和 末端風機功率，還實現(xiàn)了大溫差供水和低溫送風，降低了用戶初投資和能耗。
夏季高峰供冷期可以是制冷主機與融冰聯(lián)合供冷，為減小大樓制冷主機總裝機容量帶來 了條件，對于新建工程冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)制冷主機約為常規(guī)中央空調主機的三分之二， 又進一步降低了用戶對主機的初投資。
本發(fā)明還具有平衡電網高峰低谷電力負荷功能，減少了國家對電廠和輸配電設施的投入, 減少了二氧化碳排放量，也為用戶減少了電力增容費等，利用峰谷電價差降低了空調總運行 成本，為國家和用戶帶來了具大的社會效益和經濟效益。


圖i本發(fā)明主要組成方框圖
圖2本發(fā)明實施例系統(tǒng)示意圖(單蓄冰罐) 圖3本發(fā)明實施例系統(tǒng)示意圖(多蓄冰罐)
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述(但不僅限于此兩種實施例) 實施例l:
如圖2所示，該實施例為單蓄冰罐工程案例，并采用空調回水和冷卻水相結合預熱系統(tǒng),
冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)制冷主機1采用麥克維爾雙工況螺桿機組，可以提供-9"C至9'C冷凍 水，冷卻水進出口并聯(lián)設置有預熱板式換熱器7和冷卻塔9，在冷卻塔9出口管路中設置有 過濾器和閥門以及冷卻水泵8。制冷主機1冷凍水進出口并聯(lián)有制冰板式換熱器3，管路中串聯(lián)有載冷泵2、過濾器、閥門和填充有25%左右乙二醇水溶液，載冷泵2進口處設置有膨脹水箱19，夜晚制冰過程中制冷主機設置為-3T:出水溫度，白天供冷設置為7"出水溫度。
為保證制冰穩(wěn)定運行，制冰板式換熱器3進口需要提供高于ot:不含冰晶的冷凍水，所以在冷凍水管路中串聯(lián)有冰水分離器17和冷凍水泵6，冷凍水泵6進出口并聯(lián)有預熱板式換熱器7，在閉環(huán)管路中串聯(lián)兩通電動調節(jié)閥13。為提高冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)整體能源利用效率，設置有蓄水罐IO，蓄水罐10底部開有出水口并通過配管經截止閥、單向閥ll、兩通電動調節(jié)閥12與冷凍水泵6進口配管相聯(lián)。兩通電動調節(jié)閥12和兩通電動調節(jié)閥13受控制系統(tǒng)工作模式和液位傳感器28跟溫度傳感器18的信號數(shù)據(jù)控制，兩通電動調節(jié)閥為互補運行模式，及一個為開另一個則為關，制冰預熱過程中優(yōu)先使用蓄水罐10內的熱水，用完及轉為預熱板式換熱器供熱。
為提高換熱效率，制冰板式換熱器3兩種流體采用逆向流動，蓄冰罐5內冷凍水經制冰板式換熱器3降至-2'C經配管輸送至冰漿發(fā)生器4，生成雪花狀冰晶與水的混合物，再由大曲率配管24以及分配器26送至蓄冰罐5，大曲率配管24上設置有電動閥25。
制冰板式換熱器3出口處設置有溫度傳感器20，用于檢測冷凍水降溫后的溫度。
蓄冰罐5下部設置有檢測液位的液位傳感器14，主要用于測量蓄冰罐5內總液位。
本實施例供冷系統(tǒng)采用上游串聯(lián)和共用冷凍水泵模式，以節(jié)省投資，冷凍水管路上串聯(lián)有供冷板式換熱器21,供冷板式換熱器21上并聯(lián)有電動閥16,供冷時電動閥16關閉，制冰時電動閥16開啟，冷凍水管路上還設置有冷量計15，用于檢測單位小時輸出的總冷量，供冷末端冷水管路上并聯(lián)有風機盤管29a、 29b、 29c等，風機盤管數(shù)量跟據(jù)大樓情況而定，冷水管路上還設置有冷水泵22以及膨脹水箱23。
空調末端負荷回來的12"C至18'C的熱水經供冷板式換熱器21換熱給冷凍水回路，經大曲率管24和電動閥27優(yōu)先進入蓄水罐10,待蓄水罐10上液位傳感器28檢測到設定液位后關閉電動閥27，打開電動閥25進入蓄冰罐5融冰供冷。
實施例2:
如圖3所示，該實施例為多蓄冰罐工程案例，主要部份與實施例l相同，冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)制冷主機1采用麥克維爾雙工況螺桿機組，可以提供-9'C至9t:冷凍水，冷卻水進出口并聯(lián)設置有預熱板式換熱器7和冷卻塔9，在冷卻塔9出口管路中設置有過濾器和閥門以及冷卻水泵8。制冷主機1冷凍水進出口并聯(lián)有制冰板式換熱器3，管路中串聯(lián)有載冷泵2、過濾器、閥門和填充有25%左右乙二醇水溶液，載冷泵2進口處設置有膨脹水箱19，夜間制冰過程中制冷主機設置為-3'C出水溫度，白天供冷設置為7'C出水溫度。
8為保證制冰穩(wěn)定運行，制冰板式換熱器3進口需要提供高于0'C不含冰晶的冷凍水，所以在冷凍水管路中串聯(lián)有冰水分離器17和冷凍水泵6，冷凍水泵6進出口并聯(lián)有預熱板式換熱器7，在閉環(huán)管路中串聯(lián)兩通電動調節(jié)閥13。為提高冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)整體能源利用效率，設置有蓄水罐IO，蓄水罐10底部開有出水口通過配管經截止閥、單向閥ll、兩通電動調節(jié)閥12與冷凍水泵6進口相聯(lián)。兩通電動調節(jié)閥12和兩通電動調節(jié)閥13受控制系統(tǒng)工作模式和液位傳感器28跟溫度傳感器18的信號數(shù)據(jù)控制，兩通電動調節(jié)閥為互補運行模式，及一個為開另一個則為關，制冰預熱過程中優(yōu)先使用蓄水罐IO內的熱水，用完及轉為預熱板式換熱器供熱。
為提高換熱效率，制冰板式換熱器3兩種流體采用逆向流動，蓄冰罐5內冷凍水經制冰板式換熱器3降至-2r經配管輸送至冰漿發(fā)生器4，生成雪花狀冰晶與水的混合物，再由大曲率配管24輸送至蓄冰罐5a、 5b、 5c，當設在蓄冰罐5a 、 5b、 5c中的冰量傳感器檢測冰滿后及關閉對應的電動閥25a、 25b、 25c。
制冰板式換熱器3出口處設置有溫度傳感器20,用于檢測冷凍水降溫后的溫度。
蓄冰罐5a下部設置有檢測液位的液位傳感器14，主要用于測量蓄冰罐內總液位。
本實施例供冷系統(tǒng)采用上游串聯(lián)和共用冷凍水泵模式，以節(jié)省投資，冷凍水管路上串聯(lián)有供冷板式換熱器21，供冷板式換熱器21上并聯(lián)有電動閥16，供冷時電動閥16關閉，制冰時電動閥16開啟，冷凍水管路上還設置有冷量計15，用于檢測單位小時輸出的總冷量，供冷末端冷水管路上并聯(lián)有風機盤管29a、 29b、 29c等，風機盤管數(shù)量跟據(jù)大樓情況而定，冷水管路上還設置有冷水泵22以及膨脹水箱23。
空調末端負荷回來的12'C至18'C的熱水經供冷板式換熱器21換熱給冷凍水回路，經大曲率管24和電動閥27優(yōu)先進入蓄水罐10,待蓄水罐10上液位傳感器28檢測到設定液位后關閉電動閥27,打開電動閥25a、 25b、 25c進入蓄冰罐5a 、 5b、 5c融冰供冷。
權利要求
1.冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)主要由冷源系統(tǒng)、制冰系統(tǒng)、蓄冰罐、供冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配管等組成。其主要特征為冷源系統(tǒng)與制冰系統(tǒng)采用管路構成閉式載冷循環(huán)系統(tǒng)，管路中充滿有不凍液；蓄冰罐與制冰系統(tǒng)采用塑料或不銹鋼管道構成開式水循環(huán)系統(tǒng)；供冷系統(tǒng)與蓄冰罐采用塑料或不銹鋼管道也構成另一開式水循環(huán)系統(tǒng)，冷量通過不凍液循環(huán)管路從制冷主機傳遞給制冰板式換熱器，制冰板式換熱器后端還接有冰漿發(fā)生器并用配管聯(lián)接至蓄冰罐。
2. 根據(jù)權利要求1所述的冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)，其特征為冷源系統(tǒng)由制冷主機、冷卻塔、 冷卻泵、不凍液泵、膨脹水箱、管路等組成。制冷主機、過濾器、不凍液泵、依次用管路 串聯(lián)并與制冰系統(tǒng)的制冰板式換熱器構成一個閉式不凍液循環(huán)系統(tǒng)，管路最高處設有排氣 閥，以及不凍液泵進口端設有與膨脹水箱聯(lián)接的管路。不凍液循環(huán)管路中充滿有不凍液，不凍液可以是乙二醇水溶液或其它在-8r左右不凍結的液體。
3. 根據(jù)權利要求2所述的制冷主機，其特征為所述制冷主機為雙工況機組，可以是雙工況離心機組或雙工況螺桿機組，能提供常規(guī)空調工況7T:的冷凍水和制冰工況-3。C左右的不 凍液。
4. 根據(jù)權利要求1所述的冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)，其特征為制冰系統(tǒng)由冷凍水泵、預熱系統(tǒng)、冰水分離器、制冰板式換熱器、冰漿發(fā)生器、配管依次串聯(lián)構成。蓄冰罐(TC的冷凍 水經冷凍水泵和預熱系統(tǒng)預熱為0. 2'C至0. 5'C冷凍水送至冰水分離器進入制冰板式換熱 器，0.2'C至0.5'C冷凍水與-3'C左右不凍液經制冰板式換熱器降至成-rC至-3。C的冷凍 水送入冰漿發(fā)生器生成冰晶與冷凍水的混合物一-冰槳，此冰漿經配管輸送至蓄冰罐儲存， 冷凍水進入再循環(huán)制冰，制冰通常在夜間電力低谷期進行。
5. 根據(jù)權利要求4所述的預熱系統(tǒng)，其特征為預熱系統(tǒng)可以是用水泵進口處的負壓經過管 道抽吸專門設置的預熱蓄水罐內l(TC至18'C熱水，蓄水罐熱水源來自蓄冰罐被末端系統(tǒng) 換熱后的冷凍水，冷凍水泵進口與蓄水罐之間串聯(lián)有單向閥和兩通電動調節(jié)閥，兩通電動 調節(jié)閥開度由控制系統(tǒng)跟據(jù)制冰板式換熱器進口溫度所決定；或利用冷凍水泵進出口壓差 產生旁路自循環(huán)水流跟制冷主機冷卻水冷凝器壓差行成的循環(huán)水流組成預熱系統(tǒng)，換熱器 可以是板式換熱器、管殼式換熱器或其它形式的換熱器；也可以是上述兩種系統(tǒng)結合構成的預熱系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)，其特征為蓄冰罐可以為任意形狀、任意 大少、任意結構、任意能裝水的容器、開式或閉式，相互串聯(lián)或并聯(lián)組成，也可以是單獨 的一個獨立槽罐，可以是置于房間內、室外或埋于地下。每個罐頂部設有一個或多個進水口，底部設有出水口，出水口設有防止冰晶流出的濾網，較大罐體頂部設置有冰漿分配器 和灑水系統(tǒng)。
7.根據(jù)權利要求1所述的冰漿蓄冷中央空調系統(tǒng)，其特征為供冷系統(tǒng)由冷凍水泵、供冷板 式換熱器、依次由管路串聯(lián)組成，并與蓄冰罐構成冷凍水回路；冷水泵、末端、膨脹水箱 配管組成另一閉式循環(huán)冷水回路。供冷通常在白天進行，融冰供冷主要在白天電力高峰期 進行，春秋季多余冰漿部份可以提供電力平段期供冷，夏季融冰供冷不足部份由主機提供。
全文摘要
本發(fā)明屬于中央空調系統(tǒng)，具體是一種用冰漿作為儲能載體，轉移白天電力高峰負荷到夜間電力低谷的節(jié)能中央空調系統(tǒng)，它主要由制冷主機、板式換熱器、冰漿發(fā)生器、蓄冰罐、水泵、控制系統(tǒng)等組成。其主要功能是提供1℃左右的低溫送水和15℃左右的低溫送風，減小大樓制冷主機總裝機容量和減小冷水管直徑以及末端風機電機功率，平衡電網高峰低谷電力負荷，利用峰谷電價差降低空調運行成本和降低電力增容費及初投資等。
文檔編號F24F5/00GK101629748SQ20091010860
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者巖 劉, 剛 敬, 濤 楊, 汪健斌, 王仕華, 謝一鵬 申請人:深圳力合節(jié)能技術有限公司;深圳清華大學研究院;深圳力合孵化器發(fā)展有限公司