专利名称：冰浆蓄冷中央空调系统的制作方法
技术领域：
本发明属于中央空调系统，具体是一种用冰浆作为储能载体转移白天高峰电力负荷到夜 间低谷电力负荷的节能环保中央空调系统。
背景技术：
近年来，尽管我国电力工业发展较快，但在一些经济发达地区用电仍很紧张，成为制约 当地经济发展的瓶颈，特别是夏季空调用电量已经普遍超过电力总负荷的三分之一，少数城
市甚至接近50%,与之形成鲜明对比的是电网在夜间挥发量可高达50%左右，电力需求在时 间上的不均衡，是造成电力紧张非常重要的原因，那么主要原因又在空调上。同时，城市生 活、商业用电的快速增长，特别是夏季用电负荷的骤增，使得城市电网已远不能适应。因此， "节约高峰电力"已成为政府和电力管理部门致力于缓解电力紧缺的重要和长远的措施之 一，并通过制定用电优惠政策等经济手段以推动电力"削峰填谷"的实现。
可以说蓄冷技术就是适应这种需要而诞生的一项应用于空调节能的高新技术，利用夜晚 的多余电、低价电蓄冷，到白天用电高峰时融冰，将所储存冷量释放出来，缓解高峰用电压 力，满足建筑供冷需求，实现白天空调使用少耗电或"零耗电"。应用结果显示，可为用户 节省20—30%左右的电费。对于国家而言，减少了为应付白天用电高峰而追加的投入，少发 电，少烧煤，少排放，又提高了夜间电能的利用效率。蓄冷技术的普及推广不仅能极大促进 国家电能结构的调整，还能为国家减少大量的原煤资源浪费，同时又可以减少大量的二氧化 碳、二氧化硫等排放物。
基于此，蓄冷空调已得到社会的认可。目前发达国家60%以上的建筑物都已使用蓄冷空 调，我国也于2004年在全国范围出台实施电价峰谷差政策，例如深圳现在蓄冷空调谷期电价 为0.28元/千瓦时，峰谷电价比超过了4倍，并将不断拉大峰谷电价差，支持"移峰填谷" 技术应用和推广，部分地区政府已出台强制性政策，要求3万平米以上的新增建筑必须使用 蓄冷空调。
蓄冷技术作为一类重要的能源利用技术，近来获得了很大发展，目前国内市场上已有多 家从事蓄冷的相关公司。
以北京佩尔优公司为代表的水蓄冷公司，水蓄冷的优点是无须增加和改动原有的制冷系 统，只需增加和利用现有的消防蓄水池储冷即可，新建和改造成本低，但水蓄冷的蓄冷密较低(约为冰蓄冷的1/6 10)，如果蓄冷量相同的情况下水蓄冷罐体积是冰蓄冷罐体积的6 10倍，因此蓄冷罐太大，只能在一些有较大空间场地的地方使用，如飞机场，应用受到一定的局限。
共晶盐蓄冷主要是法国的CIAT公司在推广，国内一些机构如清华大学、中科院广州能源研究所等也开发了一些相变材料，优点是系统简单和应用方便，缺点是相变材料蓄冷性能和寿命会逐步衰减，存在使用寿命到期更换等问题，再加上本身成本较贵和更换成本，所以目前应用较少。
从国内外的蓄冷应用情况来看，最普遍的还是冰蓄冷，它占到总蓄冷系统数量的95%以上，目前我国已有的蓄冰空调工程99%都属于静态蓄冰技术。
冰蓄冷根据制冰方式又分为静态制冰和动态制冰。静态蓄冰空调主要是以静态方式制冰，即在盘管外或盛冰容器(冰球、冰板)内结冰，冰本身始终处于相对静止状态。它需要对应蓄冷量的盘管、冰球、冰板和大量的载冷剂来制冷，及制冰和蓄冰为一体。动态制冰方式，则是制冰和蓄冰分开进行，使水生成冰晶或冰浆，且冰晶、冰浆可以用泵输送。
但目前大量采用的静态制冰又存在以下缺点，由于冰本身处于静止状态，随着制冰时间的增长，冰厚度就会慢慢增加，冰的热阻效应就越来越明显，冰本身的传热性能和冰厚度成反比，导至制冰中后期制冷主机制冷效率严重下降，直接带来能源利用效率的下降。
静态蓄冰空调制冰和蓄冰为一体，蓄冷量跟盘管数量或冰球、冰板数量成正比关系，后果是蓄冷量越大投资成本也越大，从投资成本考虑所以转移高峰负荷是有限的，通常约为最高总冷负荷的20% 30%，而且还存在载冷剂泄漏和盘管、冰球、冰板制造成本高等问题。
发明内容
本发明目的是推出一种基于动态制冰技术的冰浆蓄冷中央空调系统，以解决现有静态蓄冰中央空调的不足。
冰浆蓄冷中央空调系统是把制冷、换热、制冰、储冰、用冷等组件分开设置的中央空调系统，为提高制冰效率和降低系统成本为目的。主要换热系统采用换热效率较高的液液板式热交换器，彻底解决静态制冰冰层热阻导至制冷主机制冷效率下降问题。制冰在水温降至零摄氏度以下后在冰浆发生器内单独进行，生成的冰浆由管道输送至蓄冰罐储存。本发明供冷为大温差送水、低温送风提供了条件。具有制冰周期中始终处于最佳换热效率段的特点，还具有无盘管、无冰球、无冰板、融冰快、负荷跟随性好、蓄冰罐设置灵活、冰浆可以用泵远距离输送、出水温度低、出水温度恒定等优点。为了实现上述目的本发明的技术特征为
冰浆蓄冷中央空调系统主要由冷源系统、制冰系统、蓄冰罐、供冷系统、控制系统、配管等组成。其主要特征为冷源系统与制冰系统采用管路构成闭式载冷循环系统，管路中充满有不冻液；蓄冰罐与制冰系统采用塑料或不锈钢管道构成开式水循环系统；供冷系统与
蓄冰罐采用塑料或不锈钢管道也构成另一开式水循环系统。冷量通过不冻液循环管路从制冷主机传递给制冰板式换热器，制冰板式换热器后端还接有冰浆发生器并用配管联接至蓄冰罐。本发明所采用的技术方案为
本发明所述冷源系统由制冷主机、冷却塔、冷却泵、不冻液泵、膨胀水箱、管路等组成。制冷主机、过滤器、不冻液泵、依次用配管串联并与制冰系统的制冰板式换热器构成一个闭式不冻液循环系统，管路最高处设有排气阀，以及不冻液泵进口端设有与膨胀水箱联接的管路。不冻液循环管路中充满有不冻液，不冻液可以是乙二醇水溶液或其它在-8"C左右不冻结的液体。
所述制冷主机为双工况机组，可以是双工况离心机组或双工况螺杆机组，能提供常规空
调工况7"C的冷冻水和制冰工况-3'C左右的不冻液。
所述制冰系统由冷冻水泵、预热系统、冰水分离器、制冰板式换热器、冰桨发生器、配
管依次串联构成。蓄冰罐(TC的冷冻水经冷冻水泵和预热系统预热为0. 2'C至0. 5'C冷冻水送至冰水分离器进入制冰板式换热器，0.2'C至0. 5'C冷冻水与-3"C左右不冻液经制冰板式换热
器降至成-rc至-3'c的冷冻水送入冰浆发生器生成冰晶与冷冻水的混合物-一 冰浆，此冰浆经
配管输送至蓄冰罐储存，冷冻水进入再循环制冰，制冰通常在夜间电力低谷期进行。
所述预热系统可以是用水泵进口处的负压经过管道抽吸专门设置的预热蓄水罐内1(TC至1『C热水，蓄水罐热水源来自蓄冰罐被末端系统换热后的冷冻水，冷冻水泵进口与蓄水罐之间串联有单向阀和两通电动调节阀，两通电动调节阀开度由控制系统跟据制冰板式换热器进
口温度所决定；或利用冷冻水泵进出口压差产生旁路自循环水流跟制冷主机冷却水冷凝器压差行成的循环水流组成预热系统，换热器可以是板式换热器、管壳式换热器或其它形式的换热器；也可以是上述两种系统结合构成的预热系统。
本发明所述的蓄冰罐可以为任意形状、任意大少、任意结构、任意能装水的容器、开式或闭式，相互串联或并联组成，也可以是单独的一个独立槽罐，可以是置于房间内、室外或埋于地下。每个罐顶部设有一个或多个进水口，底部设有出水口，出水口设有防止冰晶流出的滤网，较大罐体顶部设置有冰浆分配器和洒水系统。
所述供冷系统由冷冻水泵、供冷板式换热器、依次由管路串联组成，并与蓄冰罐构成冷冻水回路；冷水泵、末端、膨胀水箱配管组成另一闭式循环冷水回路。供冷通常在白天进行， 融冰供冷主要在白天电力高峰期进行，春秋季多余冰浆部份可以提供电力平段期供冷，夏季 融冰供冷不足部份由主机提供。 、
本发明优点和有益效果
冰浆蓄冷中央空调系统采用换热和制冰分开、分步进行，消除了冰层热阻的对制冰效率 的影响，具有循环系统结构简单、蓄冰罐要求低、不冻液用量少、安全性高、主机制冷效率 高的优点。
所生成冰浆中冰晶为雪花形状，具有与水接触表面大融冰快的特点，所以在融冰供冷和
联合供冷周期内能稳定提供rc左右低温冷冻水，相对常规中央空调大大减小了配管直径和 末端风机功率，还实现了大温差供水和低温送风，降低了用户初投资和能耗。
夏季高峰供冷期可以是制冷主机与融冰联合供冷，为减小大楼制冷主机总装机容量带来 了条件，对于新建工程冰浆蓄冷中央空调系统制冷主机约为常规中央空调主机的三分之二， 又进一步降低了用户对主机的初投资。
本发明还具有平衡电网高峰低谷电力负荷功能，减少了国家对电厂和输配电设施的投入, 减少了二氧化碳排放量，也为用户减少了电力增容费等，利用峰谷电价差降低了空调总运行 成本，为国家和用户带来了具大的社会效益和经济效益。
图i本发明主要组成方框图
图2本发明实施例系统示意图(单蓄冰罐) 图3本发明实施例系统示意图(多蓄冰罐)
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述(但不仅限于此两种实施例) 实施例l:
如图2所示，该实施例为单蓄冰罐工程案例，并采用空调回水和冷却水相结合预热系统,
冰浆蓄冷中央空调系统制冷主机1采用麦克维尔双工况螺杆机组，可以提供-9"C至9'C冷冻 水，冷却水进出口并联设置有预热板式换热器7和冷却塔9，在冷却塔9出口管路中设置有 过滤器和阀门以及冷却水泵8。制冷主机1冷冻水进出口并联有制冰板式换热器3，管路中串联有载冷泵2、过滤器、阀门和填充有25%左右乙二醇水溶液，载冷泵2进口处设置有膨胀水箱19，夜晚制冰过程中制冷主机设置为-3T:出水温度，白天供冷设置为7"出水温度。
为保证制冰稳定运行，制冰板式换热器3进口需要提供高于ot:不含冰晶的冷冻水，所以在冷冻水管路中串联有冰水分离器17和冷冻水泵6，冷冻水泵6进出口并联有预热板式换热器7，在闭环管路中串联两通电动调节阀13。为提高冰浆蓄冷中央空调系统整体能源利用效率，设置有蓄水罐IO，蓄水罐10底部开有出水口并通过配管经截止阀、单向阀ll、两通电动调节阀12与冷冻水泵6进口配管相联。两通电动调节阀12和两通电动调节阀13受控制系统工作模式和液位传感器28跟温度传感器18的信号数据控制，两通电动调节阀为互补运行模式，及一个为开另一个则为关，制冰预热过程中优先使用蓄水罐10内的热水，用完及转为预热板式换热器供热。
为提高换热效率，制冰板式换热器3两种流体采用逆向流动，蓄冰罐5内冷冻水经制冰板式换热器3降至-2'C经配管输送至冰浆发生器4，生成雪花状冰晶与水的混合物，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上设置有电动阀25。
制冰板式换热器3出口处设置有温度传感器20，用于检测冷冻水降温后的温度。
蓄冰罐5下部设置有检测液位的液位传感器14，主要用于测量蓄冰罐5内总液位。
本实施例供冷系统采用上游串联和共用冷冻水泵模式，以节省投资，冷冻水管路上串联有供冷板式换热器21,供冷板式换热器21上并联有电动阀16,供冷时电动阀16关闭，制冰时电动阀16开启，冷冻水管路上还设置有冷量计15，用于检测单位小时输出的总冷量，供冷末端冷水管路上并联有风机盘管29a、 29b、 29c等，风机盘管数量跟据大楼情况而定，冷水管路上还设置有冷水泵22以及膨胀水箱23。
空调末端负荷回来的12"C至18'C的热水经供冷板式换热器21换热给冷冻水回路，经大曲率管24和电动阀27优先进入蓄水罐10,待蓄水罐10上液位传感器28检测到设定液位后关闭电动阀27，打开电动阀25进入蓄冰罐5融冰供冷。
实施例2:
如图3所示，该实施例为多蓄冰罐工程案例，主要部份与实施例l相同，冰浆蓄冷中央空调系统制冷主机1采用麦克维尔双工况螺杆机组，可以提供-9'C至9t:冷冻水，冷却水进出口并联设置有预热板式换热器7和冷却塔9，在冷却塔9出口管路中设置有过滤器和阀门以及冷却水泵8。制冷主机1冷冻水进出口并联有制冰板式换热器3，管路中串联有载冷泵2、过滤器、阀门和填充有25%左右乙二醇水溶液，载冷泵2进口处设置有膨胀水箱19，夜间制冰过程中制冷主机设置为-3'C出水温度，白天供冷设置为7'C出水温度。
8为保证制冰稳定运行，制冰板式换热器3进口需要提供高于0'C不含冰晶的冷冻水，所以在冷冻水管路中串联有冰水分离器17和冷冻水泵6，冷冻水泵6进出口并联有预热板式换热器7，在闭环管路中串联两通电动调节阀13。为提高冰浆蓄冷中央空调系统整体能源利用效率，设置有蓄水罐IO，蓄水罐10底部开有出水口通过配管经截止阀、单向阀ll、两通电动调节阀12与冷冻水泵6进口相联。两通电动调节阀12和两通电动调节阀13受控制系统工作模式和液位传感器28跟温度传感器18的信号数据控制，两通电动调节阀为互补运行模式，及一个为开另一个则为关，制冰预热过程中优先使用蓄水罐IO内的热水，用完及转为预热板式换热器供热。
为提高换热效率，制冰板式换热器3两种流体采用逆向流动，蓄冰罐5内冷冻水经制冰板式换热器3降至-2r经配管输送至冰浆发生器4，生成雪花状冰晶与水的混合物，再由大曲率配管24输送至蓄冰罐5a、 5b、 5c，当设在蓄冰罐5a 、 5b、 5c中的冰量传感器检测冰满后及关闭对应的电动阀25a、 25b、 25c。
制冰板式换热器3出口处设置有温度传感器20,用于检测冷冻水降温后的温度。
蓄冰罐5a下部设置有检测液位的液位传感器14，主要用于测量蓄冰罐内总液位。
本实施例供冷系统采用上游串联和共用冷冻水泵模式，以节省投资，冷冻水管路上串联有供冷板式换热器21，供冷板式换热器21上并联有电动阀16，供冷时电动阀16关闭，制冰时电动阀16开启，冷冻水管路上还设置有冷量计15，用于检测单位小时输出的总冷量，供冷末端冷水管路上并联有风机盘管29a、 29b、 29c等，风机盘管数量跟据大楼情况而定，冷水管路上还设置有冷水泵22以及膨胀水箱23。
空调末端负荷回来的12'C至18'C的热水经供冷板式换热器21换热给冷冻水回路，经大曲率管24和电动阀27优先进入蓄水罐10,待蓄水罐10上液位传感器28检测到设定液位后关闭电动阀27,打开电动阀25a、 25b、 25c进入蓄冰罐5a 、 5b、 5c融冰供冷。
权利要求
1.冰浆蓄冷中央空调系统主要由冷源系统、制冰系统、蓄冰罐、供冷系统、控制系统、配管等组成。其主要特征为冷源系统与制冰系统采用管路构成闭式载冷循环系统，管路中充满有不冻液；蓄冰罐与制冰系统采用塑料或不锈钢管道构成开式水循环系统；供冷系统与蓄冰罐采用塑料或不锈钢管道也构成另一开式水循环系统，冷量通过不冻液循环管路从制冷主机传递给制冰板式换热器，制冰板式换热器后端还接有冰浆发生器并用配管联接至蓄冰罐。
2. 根据权利要求1所述的冰浆蓄冷中央空调系统，其特征为冷源系统由制冷主机、冷却塔、 冷却泵、不冻液泵、膨胀水箱、管路等组成。制冷主机、过滤器、不冻液泵、依次用管路 串联并与制冰系统的制冰板式换热器构成一个闭式不冻液循环系统，管路最高处设有排气 阀，以及不冻液泵进口端设有与膨胀水箱联接的管路。不冻液循环管路中充满有不冻液，不冻液可以是乙二醇水溶液或其它在-8r左右不冻结的液体。
3. 根据权利要求2所述的制冷主机，其特征为所述制冷主机为双工况机组，可以是双工况离心机组或双工况螺杆机组，能提供常规空调工况7T:的冷冻水和制冰工况-3。C左右的不 冻液。
4. 根据权利要求1所述的冰浆蓄冷中央空调系统，其特征为制冰系统由冷冻水泵、预热系统、冰水分离器、制冰板式换热器、冰浆发生器、配管依次串联构成。蓄冰罐(TC的冷冻 水经冷冻水泵和预热系统预热为0. 2'C至0. 5'C冷冻水送至冰水分离器进入制冰板式换热 器，0.2'C至0.5'C冷冻水与-3'C左右不冻液经制冰板式换热器降至成-rC至-3。C的冷冻 水送入冰浆发生器生成冰晶与冷冻水的混合物一-冰桨，此冰浆经配管输送至蓄冰罐储存， 冷冻水进入再循环制冰，制冰通常在夜间电力低谷期进行。
5. 根据权利要求4所述的预热系统，其特征为预热系统可以是用水泵进口处的负压经过管 道抽吸专门设置的预热蓄水罐内l(TC至18'C热水，蓄水罐热水源来自蓄冰罐被末端系统 换热后的冷冻水，冷冻水泵进口与蓄水罐之间串联有单向阀和两通电动调节阀，两通电动 调节阀开度由控制系统跟据制冰板式换热器进口温度所决定；或利用冷冻水泵进出口压差 产生旁路自循环水流跟制冷主机冷却水冷凝器压差行成的循环水流组成预热系统，换热器 可以是板式换热器、管壳式换热器或其它形式的换热器；也可以是上述两种系统结合构成的预热系统。
6. 根据权利要求1所述的冰浆蓄冷中央空调系统，其特征为蓄冰罐可以为任意形状、任意 大少、任意结构、任意能装水的容器、开式或闭式，相互串联或并联组成，也可以是单独 的一个独立槽罐，可以是置于房间内、室外或埋于地下。每个罐顶部设有一个或多个进水口，底部设有出水口，出水口设有防止冰晶流出的滤网，较大罐体顶部设置有冰浆分配器 和洒水系统。
7.根据权利要求1所述的冰浆蓄冷中央空调系统，其特征为供冷系统由冷冻水泵、供冷板 式换热器、依次由管路串联组成，并与蓄冰罐构成冷冻水回路；冷水泵、末端、膨胀水箱 配管组成另一闭式循环冷水回路。供冷通常在白天进行，融冰供冷主要在白天电力高峰期 进行，春秋季多余冰浆部份可以提供电力平段期供冷，夏季融冰供冷不足部份由主机提供。
全文摘要
本发明属于中央空调系统，具体是一种用冰浆作为储能载体，转移白天电力高峰负荷到夜间电力低谷的节能中央空调系统，它主要由制冷主机、板式换热器、冰浆发生器、蓄冰罐、水泵、控制系统等组成。其主要功能是提供1℃左右的低温送水和15℃左右的低温送风，减小大楼制冷主机总装机容量和减小冷水管直径以及末端风机电机功率，平衡电网高峰低谷电力负荷，利用峰谷电价差降低空调运行成本和降低电力增容费及初投资等。
文档编号F24F5/00GK101629748SQ20091010860
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者岩 刘, 刚 敬, 涛 杨, 汪健斌, 王仕华, 谢一鹏 申请人:深圳力合节能技术有限公司;深圳清华大学研究院;深圳力合孵化器发展有限公司