一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统及方法与流程

本发明属于空调蓄冷领域，具体的，涉及一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统及方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

发明人发现，目前蓄冷空调系统主要是水蓄冷及冰蓄冷系统。需要设置蓄冷水箱或蓄冰槽等装置，不仅占用较大的场地空间，其蓄冷时机组供水温度低，制冷系数低，依据低谷电价可以节约运行费用，但不节能，对减排毫无贡献。此外，对制冷机组要求高，一般设置双工况机组，满足白天供冷及夜晚冷的不同冷冻水温度要求，或专门设置蓄冷机组，机组成本投资高。另外蓄冷、供冷、释冷不同功能的实现及控制较为复杂，增加了运行管理成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统及方法，该系统可以解决现有的建筑构筑物空调系统需要设置蓄冷水箱或蓄冰槽等装置占用较大的场地空间且不节能、制冷机组要求高、蓄冷供冷释冷不同功能的实现及控制较为复杂的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统，包括制冷机组、冷源、板式换热器和辐射换热器，制冷机组通过第一循环管路连通冷源，制冷机组通过第四循环管路与位于建筑构筑物内的辐射换热器连通，第一循环管路通过第二循环管路连通板式换热器，第四循环管路通过第三循环管路连通板式换热器；其中，制冷机组的制冷温度区间为15-20℃。

作为进一步的技术方案，所述冷源包括第一冷源和第二冷源，所述第一循环管路并联第一冷源和第二冷源。

作为进一步的技术方案，还包括处理器、室内温湿度监测元件、室外温湿度监测元件和多个阀门，室内温湿度监测元件和室外温湿度监测元件均能够与处理器通信，处理器能够与多个阀门通信。

作为进一步的技术方案，所述制冷机组包括相连接的蒸发器、冷凝器、膨胀阀和压缩机，蒸发器通过第四循环管路与位于建筑构筑物内的辐射换热器连通，冷凝器通过第一循环管路与冷源连通。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷方法，使用如第一方面所述的一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统，通过板式换热器和辐射换热器对建筑构筑物进行供冷。

作为进一步的技术方案，在夜间工作时间，空调系统停止运行，利用低谷电制取冷冻水循环冷却建筑构筑物，将冷气通过换热辐射器蓄存在建筑构筑物中；

在日间工作时间，早间非正常工作时间时，室内温湿度略低，不开启空调制冷设备，通过蓄存在构筑物内的冷气维持室内适宜的温度，允许室内温湿度在舒适范围内的一定波动；

当室内负荷增加，温度升高到空调控制点以上时，开启制冷机组。

本发明的技术方案中公开的空调系统可一定程度上实现白天空调负荷的转移，从而起到节省运行费用，并由于供水温度高可提高制冷效率。同时，在夜间温度较低或适宜室外条件下，可直接利用冷却水或其他冷源进行供冷，无需制冷机运行，更加节能减排。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

1)本发明中，普通蓄冷空调系统蓄冷时候的供水温度非常低，比如蓄冰时要低于0度，水蓄冷也要低于常用的7度，这使得常规蓄冷时制冷机的制冷系数低，耗电多；另外为满足正常使用(出水7度)和蓄冷(蓄冰低于0度)两种需求，机组应选用双工况机组，设备费用高。本发明提出的蓄冷和供冷技术，采用高温制冷机，制冷系数高，能耗低，供冷和蓄冷时机组出水温度相同，机组成本低。

2)本发明中，解决了传统蓄冷空调系统需要设置蓄能罐、占地面积大、蓄冷工况制冷剂出水温度低等问题，本系统正常供冷和蓄冷可以采用相同参数冷冻水，无需设置双工况制冷机组，降低机组成本，节约了蓄能系统投资费用；将蓄冷与辐射供冷结合，实现最大可能的节能运行效果，对于现有毛细管等辐射供冷系统，可在原有系统基础上，增加相关控制措施和改造即可实现蓄能/供冷相结合的运行模式，系统投资改造成本低。

3)本发明中，采用相对高温的冷却水，还可以避免室内壁面温度低于室内露点温度而产生结露现象。由于冷冻水温度高，辐射末端仅承担室内显热负荷，不承担潜热负荷。潜热负荷应由新风系统承担，新风系统的冷却除湿可通过溶液除湿或低温冷水机组等实现。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的系统构成示意图。

图中：1、制冷机组；2、板式换热器；3、冷水塔；4、其他冷源；5、辐射换热器；6、冷冻水循环水泵；7、冷却水循环水泵；8、处理器；9、网络天气监控元件；10、室外温湿度监测元件；11、室内温湿度监测元件；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第一制冷机组阀门；17、第一冷源阀门；18、第二制冷机组阀门；19、第二冷源阀门；20、第一循环环路；21、第二循环管路；22、第三循环管路；23、第四循环环路。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统及方法，该系统可以解决现有的建筑构筑物空调系统需要设置蓄冷水箱或蓄冰槽等装置占用较大的场地空间且不节能、制冷机组要求高、蓄冷供冷释冷不同功能的实现及控制较为复杂的问题。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例公开了一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统，包括制冷机组1、冷却塔、冷冻水供水系统、板式换热器2、室内温湿度传感器、中央控制系统和辐射换热器5；蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机四大件相连构成主要的制冷机组1，蒸发器通过冷冻水供水系统与位于建筑构筑物内的辐射换热器5连通，冷凝器通过冷却水供水系统与冷却塔连通；在夜间系统停止运行时，利用低谷电制取冷冻水循环冷却建筑构筑物，将冷气通过换热辐射器蓄存在建筑构筑物中；白天工作时间，早上上班时室内温湿度略低，不开启空调制冷设备，通过蓄存在构筑物内的冷气维持室内适宜的温度，允许室内温湿度在舒适范围内的一定波动；当室内负荷增加，蓄冷气消消耗殆尽，温度升高到空调控制点以上时，再开启空调设备。

本实施例中，冷却塔作为制冷机组1的散热源，同时在温度适宜时可作为供冷冷源使用，与冷却塔并联的其它冷源也可实现以上功能，其它冷源依据当地资源可采用土壤源、水源等多种资源形式。

制冷机组1采用高温型制冷机组1，当辐射换热器5采用毛细管盘时，适应毛细管的供水温度，可满足白天供冷及夜晚蓄能的需求。

本实施例中公开的空调系统可一定程度上实现白天空调负荷的转移，从而起到节省运行费用，并由于供水温度高可提高制冷效率。同时，在夜间温度较低或适宜室外条件下，可直接利用冷却水或其他冷源4进行供冷，无需制冷机运行，更加节能减排。

本实施例解决了传统蓄冷空调系统需要设置蓄能罐、占地面积大、蓄冷工况制冷剂出水温度低等问题。本实施例中，正常供冷和蓄冷可以采用相同参数冷冻水，无需设置双工况制冷机组，降低机组成本，节约了蓄能系统投资费用；将蓄冷与辐射供冷系统结合，实现最大可能的节能运行效果。对于现有毛细管等辐射供冷系统，可在原有系统基础上，增加相关控制措施和改造即可实现蓄能/供冷相结合的运行模式，系统投资改造成本低。

对于传统空调系统及传统蓄冷空调系统，进入蒸发器的冷冻水温度一般为7-12℃，而本实施例中，采用的冷冻水温度可提高至15-20℃，理论上来说，冷冻水温度每降低1℃，制冷机组1由于蒸发温度下降平均耗电率增加2-3％，传统蓄能空调在夜间蓄冷时供冷温度低于7-12℃，蓄冰时温度低于0℃，还需要设置防冻液环路等。因此本实施例中的空调系统比传统蓄冷空调系统机组平均耗电率可减少20-30％左右。相比传统蓄能系统，系统结构简单，运行控制管理也较为简单。

采用相对高温的冷却水，还可以避免室内壁面温度低于室内露点温度而产生结露现象。由于冷冻水温度高，辐射末端仅承担室内显热负荷，不承担潜热负荷。潜热负荷应由新风系统承担，新风系统的冷却除湿可通过溶液除湿或低温冷水机组等实现。

本实施例所公开的空调系统还设有中央控制系统，中央控制系统包括处理器8，可依据当地峰谷电价政策，制定蓄能运行策略，具体的策略为，在用电高峰期减少用电量，在用电低谷期增加用电量。

在一个典型的具体实施场景中，在室内房间设置室内温湿度及壁面温湿度传感器，中央控制系统依据室内温湿度及壁面温度的降低，控制蓄能过程的运行，确定夜间电价最低时段的蓄能运行时间，并确定蓄能启动和停止时间；当达到预测蓄能量及温度设定值时，结束蓄能；由于夜间室外温度低，蓄能后室内外温差小，蓄能冷损失较小。该中央控制系统可依据监测的室外温度、冷却水温度、室内温湿度等，以运行节能节费为目标，实现冷却塔蓄能与制冷机蓄能功能的自动切换。

更为具体的，本实施例还包括冷冻水循环水泵6、冷却水循环水泵7、网络天气监控元件9、室外温湿度监测元件10、第一～第四阀门；其中，冷凝器至冷水塔3至冷凝器形成第一循环环路20，用于冷却水循环；冷水塔3至板式换热器2至冷水塔3形成第二循环管路21，板式换热器2至辐射换热器5末端至板式换热器2形成第三循环环路；蒸发器至辐射换热器5末端至蒸发器形成第四循环环路23，用于冷冻水循环。第一阀门12用于制冷机组1工作时开启；第二阀门13用于直接利用冷水塔3或其他冷源4时开启；第三阀门14用于制冷机组1工作时开启；第四阀门15用于直接利用冷水塔3或其他冷源4时开启。

可以理解的是，网络天气监控元件9为能够连通互联网并从互联网获取天气信息的元件，如手机，室外温湿度监测元件10为室外温湿度传感器，室内温湿度监测元件11为室内温湿度传感器。

所述制冷机组1中蒸发器与辐射换热器5通过第二循环环路相连，制冷机组1中冷凝器与冷水塔3通过第一循环环路20相连，处理器8所连接的网络天气监控元件9、室外温湿度监测元件10、室内温湿度监测元件11，以及冷水塔3所连接温度监测元件，可同时监测室外温湿度，室内温湿度，冷却水温度等，合理确定蓄冷启停时间，并协调制冷机组1与冷却塔供冷的功能切换。

本实施例中，可以采用制冷机组1供冷及冷却塔供冷两种供冷方式，可通过环路上设置的切换阀门自动实现，阀门应采用电动阀，同时相关控制信号应与中央控制器相连，实现全程工作的自动监测与控制。当温度传感器测冷水塔3中冷却水温较低时，打开第一冷源阀门17和第二冷源阀门19，关闭第一制冷机组阀门16和第二制冷机组阀门18，通过第二循环管路21向板式换热器2供冷。同样，若有其它天然冷源可使用时，可开启第一冷源阀门17和第二冷源阀门19，关闭第一制冷机组阀门16和第二制冷机组阀门18，通过第二循环管路21，向板式换热器2供冷。第二循环管路21、第三循环管路22为夜间室外温度较低时环路，通过控制切换阀门使冷水塔3或其他冷源4中的水在板式换热器2中与流经空调室内墙壁或地面内的换热盘管中的水进行换热，最后流回冷水塔3或其它冷源中，此种措施无需开启制冷机组1，冷水塔3和其它冷源中的水可循环利用，并且冷水塔3或其他冷源4无需耗能。

可以理解的是，第一～第四阀门、第一制冷机组阀门16、第一冷源阀门17、第二制冷机组阀门18、第二冷源阀门19均连接于处理器8.

本实施例中，以辐射换热器5作为冷却末端，还可以采用适合地板辐射供热的ppr、pvc换热管等不同型式作为冷却末端。冷却末端安装在距离围护结构内表面5cm的深度，可满足制冷和蓄冷的换热需求。

本实施例中，还以板式换热器2和辐射换热器5作为末端供冷盘管，末端供冷盘管安装在墙体等围护结构内，末端设备不占据使用空间，且可根据不同地区气候、负荷需求等，敷设于地板或屋顶或四周墙体。围护结构可以是地板、顶板、侧墙等，可根据冷负荷大小及蓄能需求确定安装位置及安装面积。室内多个围护结构设置辐射末端或有多个环路时，应设置分集水器，保障环路水力均匀性。基于本蓄能方式，在室内场温度高于壁面温度时释能过程是自动进行的，为避免释能过程的过早启动及损失冷气，所涉及的房间门窗应具有良好的密封性，围护结构也应具有良好的热工性能，对于在玻璃幕墙类建筑中的应用应慎重权衡。

本实施例在冷却塔供冷时设置板式换热器2，通过换热器间接供冷，其目的是保证冷冻水环路的水质。在其他实施例中，当冷却塔采用闭式冷却塔时，可无需设置板式换热器2，直接切换至冷冻水环路。

需要注意的是，本实施例中，采用的蓄能装置基于建筑围护结构而实现，对于具有良好热惰性的围护结构更为适宜。对于轻型建筑结构由于热容量小，蓄能量小，可结合相变蓄能材料(22-24℃)使用，可实现更高蓄能量和更好的蓄能效果。本实施例中采用的蓄能方式一般只能满足部分负荷，不能满足全天冷负荷需求，在蓄存冷气用尽室内温湿度升高至26℃以上时，需开启制冷机正常供冷，以保证室内热环境的舒适性。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，还公开了一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷方法，使用如实施例1所述的一种基于建筑构筑物的间歇蓄冷空调系统：

将工作时间划分为夜间工作时间和日间工作时间，具体划分条件根据日出日落时间而定；同时，将日间工作时间划分为正常工作时间和非正常工作时间，正常工作时间为人员集中办公的时间段，非正常工作时间为人员疏散时间段，可以理解的是，通常正常工作时间为9:00～17:00之间。

在夜间工作时间，空调系统停止运行，利用低谷电制取冷冻水循环冷却建筑构筑物，将冷气通过换热辐射器蓄存在建筑构筑物中；

在日间工作时间，早间非正常工作时间时，室内温湿度略低，不开启空调制冷设备，通过蓄存在构筑物内的冷气维持室内适宜的温度，允许室内温湿度在舒适范围内的一定波动；

当室内负荷增加，蓄冷气消消耗殆尽，温度升高到空调控制点以上时，再开启制冷机组1。

在室内房间安装室内温湿度及壁面温湿度传感器的情况下，中央控制系统依据室内温湿度及壁面温度的降低，控制蓄能过程的运行，确定夜间电价最低时段的蓄能运行时间，并确定蓄能启动和停止时间。当达到预测蓄能量及温度设定值时，结束蓄能；由于夜间室外温度低，蓄能后室内外温差小，蓄能冷损失较小。该中央控制系统可依据监测的室外温度、冷却水温度、室内温湿度等，以运行节能节费为目标，实现冷却塔蓄能与制冷机蓄能功能的自动切换。

本实施例中，可以采用制冷机组1供冷及冷却塔供冷两种供冷方式，可通过环路上设置的切换阀门自动实现，阀门应采用电动阀，同时相关控制信号应与中央控制器相连，实现全程工作的自动监测与控制。当温度传感器测冷水塔3中冷却水温较低时，打开第一冷源阀门17和第二冷源阀门19，关闭第一制冷机组阀门16和第二制冷机组阀门18，通过第二循环管路21向板式换热器2供冷。同样，若有其它天然冷源可使用时，可开启第一冷源阀门17和第二冷源阀门19，关闭第一制冷机组阀门16和第二制冷机组阀门18，通过第二循环管路21，向板式换热器2供冷。第二循环管路21、第三循环管路22为夜间室外温度较低时环路，通过控制切换阀门使冷水塔3或其他冷源4中的水在板式换热器2中与流经空调室内墙壁或地面内的换热盘管中的水进行换热，最后流回冷水塔3或其它冷源中，此种措施无需开启制冷机组1，冷水塔3和其它冷源中的水可循环利用，并且冷水塔3或其他冷源4无需耗能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。