专利名称：相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种建筑环境与设备工程技术领域的供冷系统，具体是一种相变 蓄冷型独立除湿的地板供冷系统。
背景技术：
地板辐射供冷技术是在地板采暖技术基础上逐渐发展起来的，其可行性已得到越 来越多的认证。具有节能、舒适性强、转移峰值电耗、便于单户控制与热计量等优点。然而 目前地板供冷系统还存在的着很多问题，主要集中于1.能耗问题目前地板供冷系统和 新风系统多采用空气作为冷热源，采用同一制冷机组制取的同种温度的低温冷冻水进行辐 射供冷和新风除湿，使得机组能效比较低，利用地位热源能力差，能源利用率低，运行费用 较高。2.新风的再加热问题新风经除湿后送风温度过低，直接送入室内会造成人体不舒 适感，目前通常采用加热器再热新风，以消耗多余电能为代价。近年来，随着全球工业的高速发展和用电结构的改变，制冷空调耗电量不断增长， 空调能耗已占全国耗电量的15%左右。我国电力供应紧张，由于空调用电集中，加重了高峰 用电负荷，夏季用电高峰时，空调用电量甚至达到城镇总用电量的40%。据电力专家介绍， 在夏季用电高峰期，空调的用电量占到家庭总用电的65%。空调不仅耗电巨大，而且其用 电高峰往往与城市用电高峰相重叠，从而加剧了峰谷供电的不平衡，使得峰期供电不足的 矛盾更加严峻。目前，仍没有一种地板供冷系统能够做到高效利用自身能量，改善机组运行 工况，以更少的电能消耗达到更大的热舒适性能，这在一定程度上限制了地板空调在家庭 中的推广应用。目前的相变蓄冷技术主要应用于常规电力驱动的空调系统。相变蓄冷通常 是指通过相变材料的相变将制冷设备在电价低谷时所制的冷量储存起来，在空调高峰负荷 时段部分或全部的把冷量释放出来供冷，从而达到减少制冷安装容量和节省运行电费的目 的。相变蓄冷过程近似于等温过程，相变潜热较显热大得多，蓄冷设备的体积小，易于控制。经过对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为200810023234. 2，发明名称 为基于热湿独立处理的冷水机组及其空气处理方法，公开了一种基于地板辐射供冷和辅 助风机盘管除湿的空气处理方法，其具体方法是冷水机组的压缩机具有双吸气压力，冷水 机组有两个蒸发器，分别制取不同温度冷冻水，第一蒸发器制取高温冷冻水，供给地板辐射 盘管，用于承担室内主要冷负荷；第二蒸发器制取低温冷冻水，供给辅助风机盘管，用于承 担室内湿负荷和小部分冷负荷。该专利主要是针对地板辐射供冷房间的空气热湿处理的改 进，通过辅助风机盘管消除室内湿负荷，使室内空气的露点温度低于地板表面温度，保证地 板辐射供冷过程不出现“结露”问题。但是这种方法不能解决地板辐射供冷系统的能耗问 题，仍然需要耗散多余能量为送风加热，并且由于地板盘管和风机盘管的冷冻水来自同一 压缩机系统，故仍然不能将热湿处理完全分离，无法满足用户单独制冷或者单独除湿的需 求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系 统，使其实现供冷系统温湿度的独立控制，操作可控灵活，提高制冷机组的能效比；实现相变蓄 冷技术和地板辐射供冷技术有效的结合，缓解供电紧张，提高电能的使用效率；实现冷凝热的 回收，缓解热污染现象，减少电能消耗，改善冷凝器的工况；最终实现节能环保的目的。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括两个压缩机、两个冷凝器、两个 蒸发器、相变蓄冷装置、地板辐射盘管、两个风机、换热器、送风散流器和排风口，其中第一压缩机的输出端接第一冷凝器的第一输入端，第一冷凝器的第一输出端接第 一节流阀的输入端，第一节流阀的输出端接第一蒸发器的第一输入端，第一蒸发器的第一 输出端接第一压缩机的输入端，第一冷凝器的第二输出端接第一风机的输入端，第一风机 的输出端接换热器的第一输入端，换热器的第一输出端接冷凝器的第二输入端，排风口接 第二风机的输入端，第二风机的输出端接第一蒸发器的第二输入端，第一蒸发器的第二输 出端接换热器的第二输入端，换热器的第二输出端接散流器，第二压缩机的输出端接第二 冷凝器的输入端，第二冷凝器的输出端接第二节流阀的输入端，第二节流阀的输出端接第 二蒸发器的第一输入端，第二蒸发器的第一输出端接第二压缩机的输入端，第二蒸发器的 第二输入端接地板辐射盘管的输出端，第二蒸发器的第二输出端接第一水泵的输入端，第 一水泵的第一输出端接第一截止阀的输入端，第一截止阀的输出端接地板辐射盘管的输入 端，第一水泵的第二输出端接第二截止阀的输入端，第二截止阀的输出端接第二水泵的输 入端，第二水泵的输出端接相变蓄冷装置的输入端，相变蓄冷装置的输出端接地板辐射盘 管的输出端。所述的第一冷凝器的第一输入端与第一输出端所输送的工质均为常用制冷剂 (如似90)，制冷剂依次流经第一冷凝器、第一节流阀、第一蒸发器、第一压缩机所形成的闭 合回路实现第一制冷循环；所述的第一冷凝器的第二输入端所输入的工质为未加热的空气(约为35°C )，其 第二输出端所输出的工质为加热后的空气(约为45°C )。所述的第二冷凝器的第一输入端与第一输出端所输送的工质以及工质实现制冷 循环的途径与第一冷凝器完全相同且第二冷凝器的制冷剂流量大于第一冷凝器。称通过此 过程实现的制冷循环为第二制冷循环。本装置通过以下方式工作第一制冷循环由第一压缩机、第一冷凝器、第一节流阀 和第一蒸发器组成，工作原理与蒸汽压缩式制冷循环的工作原理完全一致循环的开始，制 冷剂在第一压缩机中被压缩成高温高压的气体，由第一冷凝器的第一输入端进入，在第一 冷凝器管道内冷凝放热变成常温高压液体，经第一输出端输送至第一节流阀，经第一节流 阀降压，成为低温低压的气液两相流，再自第一蒸发器的第一输入端进入蒸发器内，在管道 内汽化成低温低压制冷剂气体，气体流回第一压缩机再度被压缩成高温高压的制冷剂气体 并输出，如此循环往复，实现了第一制冷循环过程，整个过程制冷剂的流动由第一压缩机的 抽压作用提供动力。在第一蒸发器，制冷剂汽化吸热产生冷量，这部分冷量被经过其第二输 入、输出端管道的送风经壁面换热而携带，送风被冷却除湿，含湿量降低，送入室内，实现了 对室内湿负荷的处理。将室内回风从排风口吸入风管，另从室外将一股新风从管道上某一 处风口引入风管，在风道内回风与新风混合后进入蒸发器，在蒸发器中被冷却除湿，除湿后的蒸发器送风进入换热器，在换热器中与经冷凝热加热的冷凝器送风进行热交换，蒸发器 送风升温至适宜的送风温度(21°C )后，经散流器送入室内，冷凝器送风的温度降低(约至 35°C )后被输送回冷凝器。第二制冷循环由第二压缩机、第二冷凝器、第二节流阀和第二蒸 发器组成，四大部件之间制冷剂的循环方式与相态变化与第一制冷循环完全相同，仅制冷 剂流量高于第一制冷循环。在第二蒸发器内，制冷剂汽化吸热产生冷量，这部分冷量被其第 二输入、输出端管道内的冷冻水经换热所携带，换热后冷冻水的温度由23 ^TC降至16 18°C，以降温后的冷冻水作为冷量的载体送入室内，如此实现了向室内供冷。相对一般地板 供冷系统制取的冷冻水，16 18°C的冷冻水温度较高，故本发明所述第二制冷循环可实现 高温制冷。打开第一截止阀，关闭第二截止阀，使得第二蒸发器制取的冷冻水经地板辐射盘 管输送到室内，与人体辐射换热；打开第二截止阀，关闭第一截止阀，使得第二蒸发器制取 的冷冻水进入相变蓄冷装置，此时冷冻水的流向为冷冻水由第二截止阀流向相变蓄冷装 置，冷冻水向相变材料释放冷量后温度升高后被送回蒸发器，相变材料以相变的形式储存 冷量，放冷过程为相变材料释放冷量，冷量经地板盘管水循环输送到室内。放冷过程冷冻水 的流向与蓄冷过程相反冷冻水由相变蓄冷装置流向第二截止阀。本发明实现了独立新风与地板供冷技术的结合，将房间夏季的冷负荷和湿负荷有 效分离，第二制冷循环所产生的制冷量经第二蒸发器传递给冷冻水送入房间，只承担房间 的冷负荷，而房间全部的湿负荷由第一制冷循环处第一蒸发器通过对新风的冷却除湿来处 理。这样的改进一方面实现了对温度和湿度的独立控制，对用户来说，操作更加可控灵活， 即在无需调节温度仅需改变湿度的过渡季节或在房间需要新风的时候，用户仅需开启第一 制冷循环的第一压缩机和相关水泵，实现了对电能的节约；另一方面，将机组分离后，第二 制冷循环机组制取的冷冻水温度约为16 18°C，这使得蒸发器蒸发温度大大提高，从而提 高第二制冷循环机组的运行能效比，提高了电能的使用效率；通过第一蒸发器的除湿来消 除室内湿负荷，使室内空气的露点温度低于地板表面温度，在地板盘管中通以16 18°C的 高温冷冻水，基本保证地板辐射供冷过程不出现“结露”问题，本发明采用相变蓄冷材料，夏 季可在夜间制取冷冻水，相变蓄冷材料通过蓄冷过程将冷量储存起来，在白天，相变蓄冷材 料进行吸热过程释放冷量，通过冷冻水的循环回路将冷量送入室内。夜间相对于白天电价 较低，并且夜间冷凝温度低，制冷机组运行工况相对白天较好，能效比较高，此时充分利用 低电价和高能效比这两个有利因素制冷并进行存储，有利于缓解供电紧张，并提高了电能 的使用效率；本发明对冷凝热进行回收，在第一冷凝器的第二输出端设置一个风机，通过风 管将被冷凝热加热的冷凝器送风引入换热器，在换热器中与新风进行全热交换，将余热进 行回收，可缓解热污染现象，以空气的全热交换代替传统的电加热器来加热送风，减少不必 要的电能消耗，同时降低冷凝器的工作温度，起到了改善冷凝工况的作用。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例装置包括第一压缩机1、第二压缩机2、第一冷凝器3、第二 冷凝器4、第一蒸发器5、第二蒸发器6、相变蓄冷装置7、地板辐射盘管8、第一风机9、第二 风机10、换热器11、散流器12、排风口 13、第一水泵14和第二水泵15。其中第一压缩机 1的输出端接第一冷凝器3的第一输入端16，第一冷凝器3的第一输出端17接第一节流阀 18的输入端，第一节流阀18的输出端接第一蒸发器5的第一输入端19，第一蒸发器5的第 一输出20端接第一压缩机1的输入端，第一冷凝器3的第二输出端21接第一风机9的输 入端，第一风机9的输出端接换热器11的第一输入端22，换热器11的第一输出端23接第 一冷凝器3的第二输入端M，排风口 13接第二风机10的输入端，第二风机10的输出端接 第一蒸发器5的第二输入端25，第一蒸发器5的第二输出端沈接换热11器的第二输入端 27，换热器11的第二输出端观接散流器12，第二压缩机2的输出端接第二冷凝器4的输入 端，第二冷凝器4的输出端接第二节流阀四的输入端，第二节流阀四的输出端接第二蒸发 器6的第一输入端30，第二蒸发器6的第一输出端31接第二压缩机2的输入端，第二蒸发 器6的第二输入端32接地板辐射盘管8的输出端，第二蒸发器6的第二输出端33接第一 水泵14的输入端，第一水泵14的第一输出端34接第一截止阀35的输入端，第一截止阀35 的输出端接地板辐射盘管8的输入端，第一水泵14的第二输出端36接第二截止阀37的输 入端，第二截止阀37的输出端接第二水泵15的输入端，第二水泵15的输出端接相变蓄冷 装置7的输入端，相变蓄冷装置7的输出端接地板辐射盘管8的输出端。本装置通过以下方式工作第一制冷循环由第一压缩机1、第一冷凝器3、第一节 流阀18和第一蒸发器5组成，工作原理与蒸汽压缩式制冷循环的工作原理完全一致。循环 的开始，制冷剂在第一压缩机1中被压缩成高温高压的气体，由第一冷凝器的3第一输入 端进入，在第一冷凝器3管道内冷凝放热变成常温高压液体，经第一输出端输送至第一节 流阀18降压，成为低温低压的气液两相流，再自第一蒸发器5的第一输入端进入，在管道 内汽化成低温低压制冷剂气体，气体流回第一压缩机1再度被压缩成高温高压的制冷剂气 体并输出，如此循环往复，实现了第一制冷循环过程。在第一蒸发器5，制冷剂汽化吸热产 生冷量，这部分冷量被其第二输入、输出端管道内的送风经壁面换热而携带，送风被冷却除 湿，含湿量降低送入室内，实现了对室内湿负荷的处理。室内回风从排风口 13被吸入风管， 另从室外将一股新风从管道上某一处风口弓I入风管，在风道内与新风混合后进入第一蒸发 器5，在第一蒸发器5中被冷却除湿，除湿后的蒸发器送风进入换热器11，在换热器11中与 经冷凝热加热的冷凝器送风进行热交换，蒸发器送风升温至适宜的送风温度(21°C )后经 散流器12以适当的风速送入室内，冷凝器送风的温度降低后被输送回第一冷凝器3。第二 制冷循环由第二压缩机2、第二冷凝器4、第二节流阀四和第二蒸发器6组成，四大部件之 间制冷剂的循环方式与相态变化与第一制冷循环完全相同，仅制冷剂流量高于第一制冷循 环。在第二蒸发器6内，制冷剂汽化吸热产生冷量，这部分冷量被其第二输入、输出端管道 内的冷冻水经换热所携带，换热后冷冻水的温度由23 ^TC降至16 18°C，以降温后的 冷冻水作为冷量的载体送入室内，如此实现了向室内供冷。打开第一截止阀36，关闭第二截 止阀38，使得第二蒸发器6制取的冷冻水经地板辐射盘管8输送到室内，与人体辐射换热； 打开第二截止阀38，关闭第一截止阀36，使得第二蒸发器6制取的冷冻水进入相变蓄冷装 置7，冷冻水向相变材料释放冷量后温度升高后被送回第二蒸发器6，相变材料以相变的形式储存冷量，放冷过程为相变材料释放冷量，冷量经地板盘管8水循环输送到室内。目前一般的地板供冷系统仅由一个风冷冷水机组制取冷却水。夏季，机组提供7°C 的冷水送入空调房间，它一方面提供新风除湿所需的低温冷水，一方面提供房间制冷所需 的低温能量，是典型的温湿度一体处理系统。机组提供的7°C冷水，因人体舒适度和室内结 露的原因不能直接送入室内的地盘管，需要与回水混合温度升高到16 18°C才能送入室 内，冷热水混合引起了一部分可用能损失；送风在低温下被除湿，但直接送入的冷风和工作 区的温度分层特性可能会引起人体不舒适，因此还需电加热器对空气进一步加热温度升高 到20°C以上才能送入室内。从一般地板辐射供冷系统的夏季运行过程可以看出，机组花费 了较大电能得到的低温冷冻水，制冷机组蒸发温度低，制冷系数仅为3 4。制取的高品质 能量却不能直接利用，经过与回水的混合才能送入室内，故又包含了能量在换热过程中的 不可逆损失，能量损耗比较大。另外，送风用电加热器再热的加热量也是一处不小的能量消
^^ ο本发明相对于以往的地板辐射供冷系统节能优越性显著，主要体现在1、将温室独立控制理念与地板辐射供冷系统结合。将房间的湿度和温度分别交给 第一制冷循环和第二制冷循环独立控制，一方面使得第二制冷循环蒸发温度得以提高，有 效提高机组的制冷系数(如以R290作为制冷剂，以18°C为蒸发温度，以50°C为冷能温度， 计算第二制冷循环机组的COP可达5. M，相对一般地板辐射供冷系统COP为3 4要高得 多)；另一方面避免了冷热水混合造成的可用能损失，从而大大提高了能源利用率。2、对冷凝热量的集中回收并用于送风再加热。一般地板辐射供冷系统制冷机组冷 凝器产生的热量全部散入外环境，造成热污染；用电加热器为送风再热，额外增加了电能的 耗费。本发明将原系统加以改善，将冷凝热回收用以送风再加热，以低品位能源的回收利用 替代了低位能源的排放和高位能源的不必要消耗，同时解决了上述两个问题，避免热污染， 减少能耗。3、利用相变蓄冷材料储存冷量，有效利用夜间低价电能，提高系统的经济性。同时 可有效提高制冷机组的蒸发温度和COP值，从而改善系统的能量利用效率。
权利要求
1.一种相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统，包括两个压缩机、两个冷凝器、两个 蒸发器、相变蓄冷装置、地板辐射盘管、两个风机、换热器、送风散流器和排风口，其特征在 于第一压缩机的输出端接第一冷凝器的第一输入端，第一冷凝器的第一输出端接第一节 流阀的输入端，第一节流阀的输出端接第一蒸发器的第一输入端，第一蒸发器的第一输出 端接第一压缩机的输入端，第一冷凝器的第二输出端接第一风机的输入端，第一风机的输 出端接换热器的第一输入端，换热器的第一输出端接冷凝器的第二输入端，排风口接第二 风机的输入端，第二风机的输出端接第一蒸发器的第二输入端，第一蒸发器的第二输出端 接换热器的第二输入端，换热器的第二输出端接散流器，第二压缩机的输出端接第二冷凝 器的输入端，第二冷凝器的输出端接第二节流阀的输入端，第二节流阀的输出端接第二蒸 发器的第一输入端，第二蒸发器的第一输出端接第二压缩机的输入端，第二蒸发器的第二 输入端接地板辐射盘管的输出端，第二蒸发器的第二输出端接第一水泵的输入端，第一水 泵的第一输出端接第一截止阀的输入端，第一截止阀的输出端接地板辐射盘管的输入端， 第一水泵的第二输出端接第二截止阀的输入端，第二截止阀的输出端接第二水泵的输入 端，第二水泵的输出端接相变蓄冷装置的输入端，相变蓄冷装置的输出端接地板辐射盘管 的输出端。
2.根据权利要求1所述的相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统，其特征是，所述的第 一冷凝器的第一输入端与第一输出端所输送的工质均为常用制冷剂，制冷剂依次流经第一 冷凝器、第一节流阀、第一蒸发器、第一压缩机所形成的闭合回路实现第一制冷循环。
3.根据权利要求1所述的相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统，其特征是，所述的第 一冷凝器的第二输入端所输入的工质为未加热的空气，其第二输出端所输出的工质为加热 后的空气。
4.根据权利要求1所述的相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统，其特征是，所述的第 二冷凝器的第一输入端与第一输出端所输送的工质以及工质实现制冷循环的途径与第一 冷凝器完全相同且第二冷凝器的制冷剂流量大于第一冷凝器。称通过此过程实现的制冷循 环为第二制冷循环。
全文摘要
一种建筑环境与设备工程技术领域的相变蓄冷型独立除湿的地板供冷系统，包括两个压缩机、两个冷凝器、两个蒸发器、相变蓄冷装置、地板辐射盘管、两个风机、换热器、送风散流器和排风口。实现供冷系统温湿度的独立控制，操作可控灵活，提高制冷机组的能效比；实现相变蓄冷技术和地板辐射供冷技术有效的结合，缓解供电紧张，提高电能的使用效率；实现冷凝热的回收，缓解热污染现象，减少电能消耗，改善冷凝器的工况；最终实现节能、环保的目的。
文档编号F24F5/00GK102147136SQ20111009932
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者李悦, 杨燕, 王晓霖, 翟晓强, 裴海涛 申请人:上海交通大学