空调冷源梯级利用和蓄能的改造方法与装置与流程

本发明涉及一种空调节能改造方法，属于空气调节系统设计与运维领域。

背景技术：

洁净厂房对于送风的温度、湿度、洁净度具有较高要求，目前其空调系统绝大部分采用一次回风的三级净化空调形式，如图1所示。在空调箱中，新风w先经过初效过滤器净化，并与回风n混合至c点，再经过中效过滤器净化后，通过表冷器降温除湿至l点，由于温度过低，需要再热器再热升温后才能到达送风状态点s，然后通过风机和高效过滤器送出，如图2所示。通过以上空气处理过程可知，在表冷器中除湿和降温同时进行，为了达到除湿要求，往往导致经过表冷器后温度过低，需要再热处理，再热过程导致了大量的冷热量抵消，使得空调能耗居高不下，造成了极大的能源浪费，且严重影响了洁净厂房的效益。

为切实降低洁净厂房空调系统能耗，对其空调系统进行节能改造，首先要解决夏季空调冷热抵消(再热)问题。在既有空调系统节能改造过程中，避免再热的方法通常有一次回风改为二次回风、空调箱内增设回热器等。但这些方法都需要对现有空调箱内部结构和空气流程进行改造，不仅工程改造施工量大、造价高、原有系统难以恢复，而且可能影响空调箱净化系统，带来污染风险，因此上述方法在实际的节能改造中难以实施。中国发明专利(申请号：201711471725.9)提出一种通过增设新风机组避免再热的改造方法，但该系统难以实现大温差输配且无法实现蓄能。

针对上述问题，提出一种简便易行、有效避免再热、实现夜间蓄能与大温差输配相结合的节能改造方法，将切实降低空调系统能耗，推动洁净厂房的节能改造，对洁净行业节能减排具有重要意义。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种不改变原有空调箱结构、有效避免再热、实现夜间蓄能和大温差输配相结合的净化空调系统节能改造方法，以解决传统净化空调冷热抵消、输配系统温差小、难以实现蓄能、能耗居高不下的问题，切实推动洁净厂房空调系统节能改造。

技术方案：本发明的空调冷源梯级利用和蓄能的改造方法，包括以下步骤：

1)将已有的空调系统中的空调箱的加热器断开，在空调箱前增设新风处理机组，新风处理机组的出风口通过风管与空调箱进风口连接，新风处理机组包括沿新风进风方向依次设置的初效过滤器、新风处理机组表冷器、中效过滤器和风机；

2)在已有空调系统的冷冻水管路中增设蓄水装置，蓄水装置与已有空调系统的冷水机组并联设置，蓄水装置包括蓄水塔、与所述蓄水塔连接的下出水管、下进水管、上出水管，下出水管、下进水管与原供水管并联设置，下出水管中设置蓄水泵，下进水管中设置第一阀门，上出水管中设置第二阀门，原供水管中设置第三阀门；

3)在空调箱表冷器冷冻水进/出口处增设混水装置，混水装置包括恒温阀、混水泵、混水管，混水管的进口与空调箱表冷器冷冻水出口连接，混水管的出口与空调箱表冷器冷冻水出进口连接，连接处设置恒温阀，混水泵设置在混水管上；

4)已有空调系统的冷冻水总回水管上设置回水总管阀门，原冷水机组后增设二级冷水机组；通过冷冻水路依次连接冷冻水泵、原冷水机组、二级冷水机组、蓄水装置、新风机组表冷器、混水装置、空调箱表冷器和回水总管阀门，构成蓄能大温差冷水输配系统。

进一步地，本发明方法中，步骤1)中增设的新风处理机组通过新风管路与多台空调箱连接。

进一步地，本发明方法中，步骤1)中，如加热器是电加热器，则断开电路，如果是蒸汽加热器或水加热器，则断开蒸汽管路或热水管路。

本发明的一次回风空调系统蓄能大温差输配装置，包括沿新风方向依次设置的新风处理机组、空调箱、沿冷冻水路依次设置的一级冷水机组、二级冷水机组、蓄水装置、所述新风机组表冷器、混水装置、所述空调箱表冷器和回水总管阀门；

所述的新风处理机组包括自新风进风方向依次设置的初效过滤器、新风处理机组表冷器、中效过滤器和风机；

所述的空调箱包括沿空气流动方向依次设置的初效过滤器、中效过滤器、空调箱表冷器、风机；

所述的蓄水装置包括蓄水塔、下出水管、下进水管、上出水管，下出水管、下进水管与供水总管并联设置，下出水管中设置蓄水泵，下进水管中设置第一阀门，上出水管中设置第二阀门，供水总管中设置第三阀门；

所述的混水装置包括恒温阀、混水泵、混水管，混水管的进口与空调箱表冷器冷冻水出口连接，混水管的出口与空调箱表冷器冷冻水出进口连接，此连接处设置恒温阀，混水管中设置混水泵；

进一步地，本发明方法中新风处理机组通过新风管路与多台空调箱连接。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)原有系统降温除湿同时进行，除湿后需要再热，造成冷热抵消，能耗巨大。本发明通过增设新风处理机组对新风冷凝除湿、原有空调箱利用高温冷水只负责对空气进行冷却降温，实现了温度和湿度的独立精准控制，有效地避免了再热现象，降低了空调系统能耗；

(2)为实现温湿度独立控制，现有改造方法一般设置高温冷水和低温冷水两套制冷系统，结构复杂，初投资大。本发明冷冻水串联运行，且在空调箱进水处设置混水装置，低温冷水(4℃)首先用于新风处理机组内新风除湿，之后温度升高的冷水(8℃)用于空调箱内空气降温，通过简便的工程改造，实现了冷水的梯级、高效利用，加大了供回水温差，可有效降低了输配能耗；

(3)传统方式一般采用蓄冰的方式用于蓄能，系统复杂、初投资大、制冰能耗高。本发明通过增设蓄水装置用于夜间蓄能，可实现蓄水模式、水箱直供模式、冷机直供模式、联合供冷模式，系统简单、控制灵活、初投资低、蓄水时能耗低，且蓄水装置可实现大温差供冷，与温湿度独立控制系统需求匹配，可大幅降低运行能耗。

附图说明

图1是传统一次回风系统净化空调的结构示意图；

图2是传统一次回风过程空气焓湿图；

图3是本发明的一种空调冷源梯级利用和蓄能的改造方法示意图；

图4是本发明的节能改造空气处理过程焓湿图；

图5是本发明的蓄水模式流程图；

图6是本发明的冷机直接供冷模式流程图；

图7是本发明的蓄能水箱直接供冷模式流程图；

图8是本发明的冷机和蓄能水箱联合供冷模式流程图。

图中：冷水机组1，二级冷水机组11，冷冻水泵2，空调箱3，初效过滤器31，中效过滤器32，空调箱表冷器33，加热器34，风机35，新风处理机组4，初效过滤器41，新风处理机组表冷器42，中效过滤器43，新风机组风机44，蓄水装置5，下出水管51，蓄水泵52，第三阀门-53，蓄水塔54，第一阀门-55，下进水管56，第二阀门-57，上出水管58，6混水装置，混水管61，混水泵62，恒温阀63，回水总管阀门-7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供一种空调冷源梯级利用和蓄能的改造方法，在原系统基础上，增设新风机组4、蓄水装置5、混水装置6和二级冷机11，低温冷水首先进入进入新风机组表冷器42用于除湿，其次通过混水装置6进入空调箱3中用于降温，实现了温湿度独立控制，避免再热时的冷热抵消，同时实现了大温差输配、低温冷水梯级利用。此外，蓄水装置5夜间蓄冷，白天大温差供冷，降低输配能耗和运行费用。

所述的新风处理机组4包括自新风进风方向依次设置的初效过滤器41、新风处理机组表冷器42、中效过滤器43和风机44。所述的空调箱3包括沿空气流动方向依次设置的初效过滤器31、中效过滤器32、空调箱表冷器33、风机35。具体空气处理流程如图4所示，室外高温高湿空气w进入新风处理机组4，首先经过初效过滤器41过滤净化，其次进入新风处理机组表冷器42中冷凝除湿至a点，通过新风管路进入空调箱，与回风n混合至c点，在空调箱表冷器33中降温至送风状态点s。由空气处理流程可知，此过程不需要开启加热器34，避免了再热时的冷热抵消，切实降低了空调能耗。

所述的蓄水装置5包括蓄水塔54、下出水管51、下进水管56、上出水管58，下出水管51、下进水管56与供水总管并联设置，下出水管51中设置蓄水泵52，下进水管56中设置第一阀门55，上出水管58中设置第二阀门57，供水总管中设置第三阀门53。所述的混水装置包括恒温阀61、混水泵62、混水管63，混水管63的进口与空调箱表冷器33冷冻水出口连接，混水管63的出口与空调箱表冷器33冷冻水出进口连接，此连接处设置恒温阀61，混水管63中设置混水泵62。

通过阀门切换，本发明可实现4种工作模式：

1)夜间蓄能模式，当夜间空调箱和新风机组不需要供冷时，供水总管中第三阀门53和回水总管阀门7关闭，第一阀门55和第二阀门57打开，冷冻水泵2和冷水机组1工作，冷水机组1制取低温冷水蓄存到蓄水塔54中，如图5所示；

3)冷水机组直接供冷模式，白天当蓄水塔中水温很高不能供冷时，冷水机组1和冷冻水泵2运行，第三阀门53和回水总管阀门7开启，第一阀门55和第二阀门57关闭，冷水机组直接向新风机组4和空调箱3供冷，如图6所示；

2)蓄水装置直接供冷模式，白天当蓄水塔中水温足够低时，冷水机组1和冷冻水泵2停止运行，第三阀门53和第一阀门55关闭，蓄水泵52、第二阀门57和回水总管阀门7开启，蓄水装置直接向新风机组4和空调箱3供冷，如图7所示；

4)冷水机组和蓄水装置联合供冷模式，白天当蓄水塔中水温较低但不足以承担所有负荷时，冷水机组1、冷冻水泵2、蓄水泵52同时运行，第一阀门55关闭，第二阀门57、第三阀门53和回水总管阀门7开启，冷水机组和蓄水装置联合供冷，如图8所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。