一种消防水池蓄冷系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及消防水池蓄冷，具体涉及一种消防水池蓄冷系统及其运行方法。


背景技术：

2.随着国家“碳达峰、碳中和”政策的提出，各行各业都开始探索减碳途径。据《中国建筑节能年度发展研究报告》中数据统计，建筑运行的总能耗约占全国能源消费总量的21％，人均建筑运行碳排放量约占全国人均总碳排放量的20％，而在建筑运行碳排放构成中，供冷供热碳排放占比很大。因此，减少建筑运行供冷供热过程中的碳排放量极为重要。
3.建筑运行还包括建筑消防系统；消防水池是建筑消防系统的重要设施之一，其主要功能是储存消防用水，供消防水泵吸水以扑灭事故火灾。消防水池具有蓄冷能力，但是消防水池的使用属性也决定了其使用频率较低，因此，为了节能减排，可以利用蓄冷系统以及消防水池的蓄冷能力进行蓄冷，以供建筑日间运行供冷。但是，当消防水池中的水温升至10℃-12℃时，由于采用消防水池的低品位冷源已无法直接给末端用户供冷，现有的供冷系统会直接舍弃消防水池的低品位冷源，改为使用低温冷机向用户供冷，这样不但浪费了消防水池中可用的低品位冷源，而且低温冷机的运行效率也较低，此外还增加了用电成本，也增加了制冷过程中的碳排量。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种消防水池蓄冷系统及其运行方法，以提高低品位冷源的利用率，提高低温冷机的制冷效率，降低建筑供冷的用电成本，并减少建筑运行供冷过程中碳排放量。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种消防水池蓄冷系统，其特殊之处在于：包括消防水池、第一板式换热器、第二板式换热器、冷却塔、低温冷机和风冷热泵；
6.所述消防水池与所述第一板式换热器的第一介质腔以及所述第二板式换热器的第一介质腔分别连通；
7.所述低温冷机的受热腔与所述第一板式换热器的第二介质腔以及所述冷却塔分别连通；
8.所述低温冷机的放热腔与末端用户、所述第二板式换热器的第二介质腔分别连通；
9.所述风冷热泵与所述第二板式换热器的第二介质腔。
10.进一步地，所述消防水池外设置有保温层。
11.进一步地，所述消防水池与所述第一板式换热器的第一介质腔连通的管路上设置有第一水泵；
12.所述消防水池与所述第二板式换热器的第一介质腔连通的管路上设置有第二水泵；
13.所述低温冷机的放热腔与末端用户连通的管路上设置有第三水泵；
14.所述低温冷机与所述第一板式换热器的第二介质腔连通的管路上设置有第四水泵；
15.所述低温冷机的受热腔与所述冷却塔连通的管路上设置有第五水泵；
16.所述风冷热泵与所述第二板式换热器的第二介质腔连通的管路上设置有第六水泵。
17.本发明还提供了一种消防水池蓄冷系统的运行方法，基于上述的消防水池蓄冷系统，其特殊之处在于，所述蓄冷系统在按以下abca或aba的方式运行：
18.a、冷机蓄冷：
19.在谷值电价供电期间且消防水池的水温高于第一设定温度时，风冷热泵通过第二板式换热器向所述消防水池蓄冷，直至所述消防水池的水温低至第一设定温度；谷值电价即电价为最低值；
20.b、消防水池直供冷：
21.末端用户需要供冷且所述消防水池的水温位于第一设定温度和第二设定温度之间时，所述消防水池通过所述第二板式换热器向末端用户供冷，直至所述消防水池的水温达到所述第二设定温度；所述第二设定温度高于第一设定温度；
22.c、消防水池和冷却塔并联供冷：
23.末端用户需要供冷，所述消防水池的水温高于所述第二设定温度且所述冷却塔中的水温高于所述消防水池的水温时，所述冷却塔中的冷却水在第一板式换热器与所述消防水池中的水进行冷热交换后，再通过低温冷机向末端用户供冷。
24.进一步地，所述第一设定温度为4-6℃；
25.所述第二设定温度为10-12℃。
26.进一步地，所述第一设定温度为5℃；
27.所述第二设定温度为10℃。
28.本发明的有益效果：
29.1、本发明提供的消防水池蓄冷系统为消防水池设置了风冷热泵和第二板式换热器，由于夜间通常为谷值电价，其用电成本较低，而日间通常为峰值电价，因此可以在夜间通过风冷热泵和第二板式换热器共同作用向消防水池先进行蓄冷，然后在日间末端用户需要供冷时，可以直接通过消防水池所蓄冷源向末端用户进行供冷，而无需在日间峰值电价期间使用低温冷机向末端用户供冷，这样能够非常有效的节省建筑供冷的用电成本。
30.2、本发明提供的消防水池蓄冷系统既能够单独通过消防水池向末端用户直接供冷，还可以通过消防水池和冷却塔并联运行向末端用户供冷。通过消防水池向末端用户直接供冷，其冷源全部直接来自于消防水池所蓄冷源，随着消防水池内冷源的逐渐消耗，当消防水池内的温度高于第二设定温度且冷却塔中的水温高于消防水池的水温时，冷却塔可以先和消防水池中的低品位冷源进行冷热交换，再进入低温冷机，通过低温冷机向末端用户供冷，这样既能够继续使用消防水池的低品位冷源，提高消防水池内冷源的利用率，同时还能够提高低温冷机的制冷效率，减少建筑运行供冷过程中的碳排放量。
31.3、本发明提供了两种运行方式，即abca运行方式和aba运行方式；当消防水池在谷值电价期间(通常为夜间)所蓄冷源足够峰值电价期间(通常为日间)建筑运行供冷时，例如初夏或夏末，则采用aba的方式向用户供冷即可；当消防水池在谷值电价期间所蓄冷源不够
峰值电价期间建筑运行供冷时，例如三伏天，则可以采用abca的方式向用户，两种方式根据实际气温进行切换，大大减少了低品位冷源的浪费，提高了消防水池中冷源的利用率，提高了低温冷机的制冷效率，节省了用电成本，并减少了碳排放量。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的一种消防水池蓄冷系统的结构示意图；
33.图2是本发明一种消防水池蓄冷系统在a运行方式下的结构示意图；
34.图3是本发明一种消防水池蓄冷系统在b运行方式下的结构示意图；
35.图4是本发明一种消防水池蓄冷系统在c运行方式下的结构示意图。
36.附图标号：
37.1-第一板式换热器，11-第一板式换热器第二介质腔的第一接口，12-第一板式换热器第二介质腔的第二接口，2-第二板式换热器，21-第二板式换热器第二介质腔的第一接口，22-第二板式换热器第二介质腔的第二接口，3-冷却塔，31-冷却塔的冷端接口，32-冷却塔的热端接口，4-低温冷机，41-低温冷机的受热腔冷端接口，42-低温冷机的受热腔热端接口，43-低温冷机的放热腔冷端接口，44-低温冷机的放热腔热端接口，5-风冷热泵，51-风冷热泵的冷端接口，52-风冷热泵的热端接口，6-第一水泵，7-第二水泵，8-第三水泵，9-第四水泵，10-第五水泵，13-第六水泵。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.图1是本发明实施例提供的一种消防水池蓄冷系统的结构示意图，如图1所示，该蓄冷系统可以包括消防水池、第一板式换热器1、第二板式换热器2、冷却塔3、低温冷机4和风冷热泵5；消防水池与第一板式换热器1的第一介质腔以及第二板式换热器2的第一介质腔分别连通；低温冷机4的受热腔冷端接口41与第一板式换热器1第二介质腔的第一接口11、冷却塔3的冷端接口31分别连通；低温冷机4的受热腔热端接口42与第一板式换热器1第二介质腔的第二接口12以及冷却塔3的热端接口32分别连通；低温冷机4的放热腔冷端接口43、第二板式换热器2第二介质腔的第一接口21、风冷热泵5的冷端接口51均与末端用户的第一接口连通；低温冷机4的放热腔热端接口44、风冷热泵5的热端接口52、第二板式换热器2第二介质腔的第二接口22均与末端用户的第二接口连通。此外，如果利用老旧建筑的消防水池实现本发明的蓄冷系统，则可以在消防水池外设置保温层。
40.消防水池与第一板式换热器1的第一介质腔连通的管路上设置有第一水泵6；消防水池与第二板式换热器2的第一介质腔连通的管路上设置有第二水泵7；低温冷机4与末端用户连通的管路上设置有第三水泵8；低温冷机4与第一板式换热器1的第二介质腔连通的管路上设置有第四水泵9；低温冷机4与冷却塔3连通的管路上设置有第五水泵10；风冷热泵5与第二板式换热器2的第二介质腔连通的管路上设置有第六水泵13。通过控制六个水泵切换该蓄冷系统的运行方式。
41.上述的蓄冷系统可以按以下abca或aba的方式运行：
42.a、冷机蓄冷：在谷值电价供电期间(即：电价最低时)且消防水池的水温高于第一设定温度时，风冷热泵5通过第二板式换热器2向消防水池蓄冷，直至消防水池的水温低至第一设定温度；第一设定温度为4-6℃，具体可以是5℃。
43.具体的，由于夜间通常为谷值电价供电，因此该a运行方式可以在夜间进行，图2是本发明一种消防水池蓄冷系统在a运行方式下的结构示意图，如图2所示，开启第二水泵7和第六水泵13，通过风冷热泵5对其腔体内的水进行制冷，然后通过第六水泵13将制冷后的冷水输送至第二板式换热器2的第二介质腔内，同时通过第二水泵7将消防水池内的热水输送至第二板式换热器2的第一介质腔内，二者在第二板式换热器2处进行冷热交换，使得消防水池内的水变冷，达到夜间蓄冷的目的，以供日间建筑运行供冷使用。由于夜间用电成本较低，这样为建筑供冷节省了用电成本。
44.b、消防水池直供冷：末端用户需要供冷且消防水池的水温位于第一设定温度和第二设定温度之间时，消防水池通过第二板式换热器2向末端用户供冷，直至消防水池的水温达到第二设定温度；第二设定温度为10-12℃，具体可以为10℃。
45.具体的，该b运行方式可以在日间上午时段进行，日间通常为峰值电价，图3是本发明一种消防水池蓄冷系统在b运行方式下的结构示意图，如图3所示，开启第二水泵7和第六水泵13，通过第二水泵7将消防水池在a运行方式下所蓄冷水输送至第二板式换热器2的第一介质腔内，同时通过第六水泵13将风冷热泵5腔体内的热水输送至第二板式换热器2的第二介质腔内，二者在第二板式换热器2处进行冷热交换，使得风冷热泵5腔体内的热水变冷，然后直接输送至末端用户，为用户供冷，无需经过低温冷机4，大大减少了建筑运行供冷的电成本。
46.c、消防水池和冷却塔3并联供冷：末端用户需要供冷，消防水池的水温高于第二设定温度且冷却塔3中的水温高于消防水池的水温时，冷却塔3中的冷却水在第一板式换热器1与消防水池中的水进行冷热交换后，再进入低温冷机4，通过低温冷机4向末端用户供冷。
47.具体的，该c运行方式可以在日间中午和/或下午时段进行，图4是本发明一种消防水池蓄冷系统在c运行方式下的结构示意图，如图4所示，此时，仅仅采用消防水池所蓄冷源供冷已无法达到末端用户需求。因此，可以同时采用消防水池的低品位冷源以及低温冷机4一起向末端用户供冷，具体为开启第一水泵6、第四水泵9以及第五水泵10，将消防水池内还蓄有低品位冷源的水输送至第一板式换热器1的第一介质腔内，通过第四水泵9和第五水泵10将低温冷机4受热腔内的水在图4中的a点处分为两路，其中一路通过第五水泵10回流至冷却塔3，另一路通过第四水泵9输送至第一板式换热器1的第二介质腔内进行冷热交换，交换后的水与冷却塔3中的冷却水在图4中的b点处混合，之后再流向低温冷机4，通过低温冷机4向末端用户供冷。可以理解的是，在第一板式换热器1处进行冷热交换后的水温低于冷却塔中的水温，但还无法直接向末端用户供冷，因此，使进行冷热交换后的冷却水再进入低温冷机4，然后通过低温冷机4向末端用户供冷。该运行方式与将冷却塔3中的冷却水直接通过低温冷机4向末端用户继续供冷相比，显然既能够提高消防水池中低品位冷源的利用率，还能够提高低温冷机4的制冷效率，进入低温冷机4的冷却水温度越低，则低温冷机4的制冷效率越高。
48.可以理解的是，当消防水池的水温与冷却塔3中的水温相等时，即使冷却塔3中的
水被输送至第一板式换热器1，也不能与消防水池的水进行冷热交换了，即，当消防水池的水温与冷却塔3中的水温相等，冷却塔3中的冷却水直接进入低温冷机4向末端用户供冷。也就是说，本发明提供的消防水池蓄冷系统及其运行方法能够将消防水池所蓄冷源毫无保留的用完、用尽，以最大限度的节能减排，并降低用电成本。
49.另外，abca运行方式和aba运行方式可以根据季节或天气进行切换，当消防水池的冷源足够建筑日间供冷时，例如春末、初夏、夏末或初秋时，可以采用aba运行方式；当消防水池的冷源不够建筑日间供冷时，例如三伏天气，则可以采用abca运行方式，以达到持续供冷的目的；两种方式根据实际气温进行切换，既节省了用电成本、还提高了低温冷机的制冷效率，同时也提高了消防水池冷源的利用率、减少了碳排放量。
50.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。