一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法，涉及到空调及热水节能技术领域。

背景技术：

在常规制冷系统中，蒸发器蒸发吸热，为用户提供空调及冷冻服务，冷凝器冷凝放热，为用户提供供热服务，由于制冷系统中核心部件压缩机排气与进气的压力之比，简称压缩比，一般其值不能太大（一般不能超过8），因为压缩比过大，会导致压缩机排气温度过高，压缩机运行工况恶劣，机组运行寿命短暂，因此也就制约了单一压缩的制冷系统不可能为用户同时提供较低的冷源与较高的热源。

但人们在很多场所，往往都需要供冷的同时又需要大量高温热水（60℃-85℃），同时国家大力提倡电力移峰填谷，出台峰谷电价差的优惠政策，鼓励人们在制冷过程中尽量采用冰蓄能技术，以达到电力资源的优化使用，因此冰蓄能在制冷过程越来越被广泛使用。

另外冰蓄能有静态冰蓄冷与动态冰蓄冷之分，动态冰蓄冷由于是冰浆可以直接换热，较静态冰蓄冷先固态冰融化再进行换热，制冷及热交换效率更高，更加节能。

同时由于冰蓄冷机组如在非电力谷段停止运行，则造成设备闲置，资源浪费情况明显;如果让冰蓄冷机组在非电力谷段进行运行，由于存在冷量的二次交换及更低的蒸发温度，制冷效率较常规制冷机组偏低，非常不经济。

因此市场上急需一种一机三用型的动态蓄能、制冷、高温制热一体化节能系统及其控制方法，在白天峰段时间完全使用晚上谷段时间动态蓄冰时所蓄的冷量，在平段时间采用常规制冷工况，同时在上述两种工况下又能提供高温热水的节能系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，提供了一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法。将双级压缩、动态蓄能及高温热泵相结合，采用回热循环、中间冷却器冷却、二级蒸发及二级冷凝优化换热过程，通过分时按需耦合自动控制方法，为用户同时提供动态冰晶蓄能、供冷与高温热水服务。

本发明所采取的技术方案是：

一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法包括中间冷却器2、回热器3、一级压缩机13、二级压缩机14、蒸发器ii11、蒸发器i12、蓄能箱7、高温热水箱16、一级冷凝器15、二级冷凝器20，控制元器件包括：旁通电动阀25、电动三通阀i21、电动三通阀ii22、节流阀i4、节流阀ii5、流量调节阀24、变流量热水泵17、温度传感器i26、蓄冷量传感器27、时间分段控制器28。

所述节能系统设置有一级压缩机13、二级压缩机14、，二级压缩机14旁通回路设置有电动阀25，一级压缩机（13）设置有时间分段控制器（28）。

所述节流阀i4与节流阀i5组成制冷系统并联节流机构，制冷剂可分别在蒸发器ii11与蒸发器i12中进行蒸发吸热过程，以适应不同的制冷工况。

所述制冷剂可分别在一级冷凝器5、二级冷凝器20进行冷凝放热过程，以适应不同的冷凝工况。

所述蒸发器ii11与蒸发器i12出气口都与回热器3相连通，制冷工质在回热器3中预加热后进入一级压缩机13进气口。

所述制冷剂工质一部分经中间冷却器2降温后进入回热器3，一部分经中间冷却器节流阀1节流降压蒸发后与一级压缩机13排气相混合。

所述高温热水箱16经变流量热水泵17与一级冷凝器15二次侧相连通，冷却塔18经冷却泵19与二级冷凝器20二次侧相连通，高温热水箱16底部设有温度传感器i26。

所述冰晶溶液10由冰晶溶液输送泵6送入蒸发器ii11二次侧降温后进入蓄能箱7进行晶体相变储能，蓄能箱7底部设有蓄冷量传感器27。

所述冰晶溶液10由融冰泵8泵入融冰热交换器9一次侧进行吸热放冷过程，融冰热交换器9二次侧分别安装有冷冻泵i23与流量调节阀24。

所述电动三通阀i21、电动三通阀ii22分别与一级冷凝器15与二级冷凝器20一次侧进口及各自的旁通回路进口相连接。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法,将双级压缩、动态蓄能及高温热泵相结合，采用回热循环、中间冷却器冷却、二级蒸发及二级冷凝优化换热过程，通过分时按需耦合自动控制方法，为用户同时提供动态冰晶蓄能、供冷与高温热水服务。本发明有效解决了目前同一台制冷机组不能同时实现常规制冷、动态蓄能供冷及高温供热水问题，帮助用户实现一机三用，节省用户制冷及供热设备重复投资，大大提高蓄能供冷与供热的热效率，为用户节约大量空调、热水投资及使用费用。可广泛应用于空调及热水节能领域。

附图说明

图1是本发明实施例的一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法原理图；

图中：

中间冷却器节流阀（1）中间冷却器（2）回热器（3）节流阀i（4）节流阀ii(5)冰晶溶液输送泵（6）蓄能箱（7）融冰泵（8）融冰热交换器（9）冰晶溶液（10）蒸发器ii（11）蒸发器i（12）一级压缩机（13）二级压缩机（14）一级冷凝器（15）高温热水箱（16）变流量热水泵（17）冷却塔（18）冷却泵（19）二级冷凝器（20）电动三通阀i（21）电动三通阀ii（22）冷冻泵i(23)流量调节阀（24）旁通电动阀（25）温度传感器i(26)蓄冷量传感器(27)时间分段控制器（28）。

具体实施方式

如图1所示，本实施例一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法，具体实施方式如下:

常规制冷制热工作过程：制冷剂气体至电动三通阀i21，此时电动三通阀i21主路打开，旁路关闭，制冷剂气体进入一级冷凝器15一次侧进行充分放热冷凝，出来的液态制冷剂至电动三通阀ii22，此时电动三通阀ii22主路关闭，旁路打开，制冷剂不经过二级冷凝器20从旁路通过，然后一部分液态制冷剂经中间冷却器节流阀1节流降压制冷变为低温气体，与一级压缩机13排气混合降温；另一部分液态制冷剂直接进入中间冷却器2降温后进入回热器3，在回热器3中与通过蒸发器蒸发后的低温气体换热后进一步降温，再经节流阀ii5节流降压后进入蒸发器i12，此时节流阀i4与蒸发器ii11处于不工作状态。液态制冷剂在蒸发器i12内充分吸热蒸发变成气态，进入回热器3预加热升温，再至一级压缩机13进行一级压缩，压缩后中温中压气体与中间冷却器2出来的制冷剂气体混合降温后进入二级压缩机14再次压缩，此时旁通电动阀25关闭，经二次压缩后制冷剂变为高温高压气体，送至电动三通阀i21，进入一级冷凝器15进行冷凝放热，此时三通阀i21主路打开，旁路关闭，如此不断循环;此过程中冷冻水自a进入蒸发器i12二次侧放热降温后，自b端流出向用户提供7℃及以上冷冻水进行制冷。冷却水自高温热水箱16经变流量热水泵17泵入一级冷凝器15二次侧充分吸收制冷工质冷凝热，加热升温到用户所需高温热水的温度，本系统经二级压缩冷凝后在制冷的同时可提供60℃-85℃高温热水。

动态蓄能制热工况工作过程：制冷剂气体至电动三通阀i21，此时电动三通阀i21主路打开，旁路关闭，制冷剂气体进入一级冷凝器15一次侧进行充分放热冷凝，出来的液态制冷剂至电动三通阀ii22，此时电动三通阀ii22主路关闭，旁路打开，制冷剂不经过二级冷凝器20从旁路通过，然后一部分液态制冷剂经中间冷却器节流阀1节流降压制冷变为低温气体，与一级压缩机13出口的制冷剂气体混合降温；另一部分液态制冷剂直接进入中间冷却器2降温后进入回热器3，在回热器3中与通过蒸发器蒸发后的低温气体换热后进一步降温，经节流阀ii4节流降压后进入蒸发器ii11，此时节流阀i5与蒸发器i12处于不工作状态。液态制冷剂在蒸发器ii11内充分吸热制冷后变成气态，进入一级压缩机13压缩，压缩后与中间冷却器2出来的制冷剂气体混合降温后进入二级压缩机14再次压缩，此时旁通电动阀25关闭，二次压缩后制冷剂气体再至电动三通阀i21进入一级冷凝器15进行冷凝放热，此时三通阀i21主路打开，旁路关闭，如此不断循环;此过程中来自蓄能箱7中的冰晶溶液10经冰晶溶液输送泵6泵入蒸发器ii11二次侧，向制冷剂充分放热降温后变为细小浆状晶体，进入蓄能箱7进行相变储能，该晶体为浆状物，可直接通过融冰热交换器9向用户提供制冷服务。冷却水自高温热水箱16经变流量热水泵17泵入一级冷凝器15中充分吸收制冷工质冷凝热，加热到用户所需温度热水。本系统经二级压缩冷凝后在蓄冷的同时可提供60℃-85℃高温热水。

融冰放冷工作过程：细小浆状晶体经融冰泵8进入融冰热交换器9一次侧交换冷量后进入蓄能箱7，如此不断进行融冰循环。自c处冷冻水回水根据供水温度的大小，由流量调节阀24调节主回路与旁通回路的水流量再经冷冻泵i23进入融冰热交换器9二次侧放热降温，从d处向用户提供制冷服务，如此不断循环，直至融冰放冷过程结束。

冷却塔工作过程：在上述常规制冷制热与动态蓄能制热工作过程中，当用户所需高温热水满足时，此时电动三通阀ii22旁路关闭，主路打开，冷却泵19开始运行，冷却塔18开始工作，然后旁通电动阀25打开，制冷剂气体从二级压缩机14旁路通过，二级压缩机14不工作，同时电动三通阀i21旁路打开，主路关闭，一级冷凝器15及热水泵17停止工作，制冷剂冷凝制热水过程切换至冷却塔散热过程。

不同工况工作过程运行控制方法：

动态蓄冰制热水过程：时间分段控制器根据用户峰平谷时间进行设定，在谷段时间开始时，变流量热水泵17、冰晶溶液输送泵6开始运行，两者运行t1秒后(该值可以设定为不同值)，电动三通阀i21主路打开，旁路关闭，电动三通阀ii22主路关闭，旁路打开，旁通电动阀25关闭，然后一级压缩机13与二级压缩机14开始运转，中间冷却器节能阀1、节流阀i4、冰晶溶液输送泵6开始运行，节流阀ii5、流量调节阀24、融冰泵8、冷却泵19、冷冻泵i23、冷却塔18停止运行。当蓄冷量传感器27提供蓄冰量达到设定值时，整个系统停止运行。

动态蓄冰冷却塔散热工作过程：在谷段时间开始时，当温度传感器i26信号反馈用户热水温度达到设定值时，此时变流量热水泵17停止运行，冷却泵19、冷却塔18开始运行，电动三通阀ii22主路打开，旁路关闭，电动三通阀i21主路关闭，旁路打开，然后旁通电动阀25打开，二级压缩机14停止运行，中间冷却器节能阀1、节流阀i4、冰晶溶液输送泵6处于工作状态，节流阀ii5、流量调节阀24、、融冰泵8、冷冻泵i23处于非工作状态，当蓄冷量传感器27提供蓄冰量达到设定值时，整个系统停止运行。

常规制冷制高温热水过程：时间分段控制器根据用户峰平谷时间进行设定，在平段时间开始时，变流量热水泵17开始工作、来自a处冷冻水开始循环运行，工作t2秒后(该值可以设定为不同值)，电动三通阀i21主路打开，旁路关闭，电动三通阀ii22主路关闭，旁路打开，然后一级压缩机13、二级压缩机14开始工作，中间冷却器节能阀1、节流阀ii5处于工作状态，节流阀i4、流量调节阀24、旁通电动阀25、冷却塔18、冷却泵19、冰晶溶液输送泵6、融冰泵8、冷冻泵i23处于非工作状态。

常规制冷冷却塔散热工作过程：在平段时间内，当温度传感器i26达到用户设定值时，此时变流量热水泵17停止运行，冷却泵19、冷却塔18开启，电动三通阀ii22主路打开，旁路关闭，电动三通阀i21主路关闭，旁路打开，然后旁通电动阀25打开，二级压缩机14停止运行。此时其它控制元件中间冷却器节能阀1、节流阀ii5处于工作状态，节流阀i4、流量调节阀24、冰晶溶液输送泵6、融冰泵8、冷冻泵i23处于非工作状态。

融冰放冷工作过程：在电力峰段时间开始时，融冰泵8、冷冻泵i23、流量调节阀24开始工作，此时其它控制元件都停止工作，当蓄冷量传感器27提供蓄冰量释放完毕信号时，融冰放冷过程结束。

本发明公开了一种综合冷热源供应优化节能系统及其控制方法,将双级压缩、动态蓄能及高温热泵技术相结合，采用回热循环、中间冷却器冷却、二级蒸发及二级冷凝优化换热过程，通过分时按需耦合自动控制方法，为用户同时提供动态冰晶蓄能、供冷与高温热水服务。本发明有效解决了目前同一台制冷机组不能同时实现常规制冷、动态蓄能供冷及高温供热水问题，帮助用户实现一机三用，节省用户制冷及供热设备重复投资，大大提高蓄能供冷与供热的热效率，为用户节约大量空调、热水投资及使用费用。可广泛应用于空调及热水节能领域。

以上所述，并非是对本发明的限制，本发明也并不局限于上述实施方式，只要在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，从而达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。