CN104344479B - 一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法，包括制冷回路，所述制冷回路由压缩机、冷凝器、制冷节流元件和蒸发器通过管道串联组成，在所述冷凝器与制冷节流元件之间的管道上设置一蓄冷箱，在所述蓄冷箱内设置有蓄冷介质及过冷热交换器，所述过冷热交换器串接在所述制冷回路中，所述空调系统还包括为所述蓄冷介质提供冷量的蓄冷回路。本发明控制方式简单可靠，通过在冷凝器与制冷节流元件之间设置蓄冷箱，通过蓄冷循环储存冷量，为整机循环提供过冷度，提高了能效比。同时，该系统不需要旁通部分制冷剂来获得过冷度而节约了压机的吸气容积，使压机的有效输气量增加，从而保证了较高的能效比。

Description

一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种空调系统，特别涉及一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法，属于空气调节技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，电力供应不足已成为一个比较突出的问题，在整体的能耗中，空调能耗占用了较大的一部分，如何降低空调能耗，对解决现在的电力紧缺具有较为重要的意义。

空调的能耗具有较明显的时间性，如夏季中午环境温度升高，此时空调高负荷运转，能效比降低，能耗增加明显，而在夜间，由于环境温度降低，空调负荷减少，能耗明显减少。因此，对空调的电能消耗进行合理的优化，是降低整体空调能耗的最为有效的手段。目前，普遍采用蓄冷的方式进行优化，即在夜间用电量较低的时候进行蓄冷，在白天用电高峰时进行放冷。这种方法，蓄冷剂需要循环至空调末端为房间提供冷量，需要增加动力装置，泵以及配套设备等成本较高，另外，从能量传递角度分析，冷量需要由制冷剂传给蓄冷剂，蓄冷剂再传给房间空气，相对于制冷剂直接蒸发式循环不可逆损失增加。

现有空调蓄冷的方法，是通过将从冷凝器出来的饱和液体分为两支，其中一支经过膨胀阀节流降压后，经过一换热器同另一支路冷媒进行换热，实现过冷，从而弥补制冷量的不足，但是这种方法的缺点是，由于用于提前节流的旁通支路冷媒给主支路冷媒进行换热降温后支路冷媒由液体变为气体，此部分气体占用了压机的吸气容积，使压缩机实际功耗增加。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种控制方式简单，可大幅提升空调能效比的蓄冷式节能空调系统及其运行方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种蓄冷式节能空调系统，包括制冷回路，所述制冷回路由压缩机、冷凝器、制冷节流元件和蒸发器通过管道串联组成，在所述冷凝器与制冷节流元件之间的管道上设置一蓄冷箱，在所述蓄冷箱内设置有蓄冷介质及过冷热交换器，所述过冷热交换器串接在所述制冷回路中，所述空调系统还包括为所述蓄冷介质提供冷量的蓄冷回路。

进一步，所述蓄冷回路由压缩机、冷凝器、蓄冷节流元件、蓄冷热交换器通过管道串联组成，所述蓄冷热交换器设置在所述蓄冷箱内。

进一步，所述蓄冷介质为水合物。

进一步，所述蓄冷介质为十水硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O。

进一步，所述制冷节流元件和蓄冷节流元件为电子膨胀阀。

进一步，所述过冷热交换器和所述蓄冷热交换器均为蛇形回弯式管路。

进一步，在所述蓄冷箱的四壁敷设保温层。

本发明的另一个技术方案是：

一种蓄冷式节能空调系统的运行方法，包括：

蓄冷循环运行，启动压缩机，接通蓄冷回路，由冷凝器出来的冷媒经蓄冷节流元件节流后进入蓄冷箱内的蓄冷热交换器，低温冷媒吸收蓄冷介质的热量，使蓄冷介质蓄冷；

制冷循环运行，启动压缩机，接通制冷回路，关闭蓄冷回路，利用已蓄冷的蓄冷介质吸收从冷凝器出来的冷媒热量，使冷媒降温获得过冷度，再经制冷节流元件节流进入蒸发器，完成制冷循环；

进一步，在制冷循环运行过程中，当所述蓄冷介质的蓄冷量消耗完时，同时接通制冷回路和蓄冷回路，由蓄冷回路为蓄冷介质降温，蓄冷介质再为制冷回路中的冷媒提供过冷度。

进一步，所述蓄冷循环运行优选在夜间工况较低的时候进行。

综上内容，本发明所述的一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法，控制方式简单可靠，通过在冷凝器与制冷节流元件之间设置蓄冷箱，通过蓄冷循环储存冷量，为整机循环提供过冷度，提高了能效比。同时，该系统不需要旁通部分制冷剂来获得过冷度而节约了压机的吸气容积，使压机的有效输气量增加，从而保证了较高的能效比。

在进行蓄冷运转时会消耗部分电力，优选的是可以在夜间工况比较低的时候，进行蓄冷运转此时能效比较高，尤其在夜间电费低于白天电费的地区更为适合。该系统可以与整机系统进行联动控制，无需专人管理维护，简单可靠。

附图说明

图1 是本发明蓄冷循环示意图；

图2 是本发明制冷循环示意图；

图3 是本发明制冷循环和蓄冷循环同时进行的示意图；

图4 是本发明加入蓄冷循环前后的压焓对比图。

如图1至图4所示，压缩机1，冷凝器2，过冷热交换器3，制冷节流元件4，蒸发器5，蓄冷节流元件6，蓄冷热交换器7，蓄冷箱8，蓄冷介质9。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至图3所示，本发明提供的一种蓄冷式节能空调系统，包括压缩机1、冷凝器2、过冷热交换器3、制冷节流元件4、蒸发器5、蓄冷节流元件6、蓄冷热交换器7、蓄冷箱8。

其中，由压缩机1、冷凝器2、过冷热交换器3、制冷节流元件4、蒸发器5通过管道串联组成制冷回路。

由压缩机1、冷凝器2、蓄冷节流元件6、蓄冷热交换器7通过管道串联组成蓄冷回路。

制冷节流元件4和蓄冷节流元件6均采用电子膨胀阀，可以控制制冷回路和蓄冷回路的通断，还可以调节冷媒的流量。

蓄冷箱8设置在冷凝器2与制冷节流元件4之间，蓄冷箱8包括一个壳体，在壳体内填充有蓄冷介质9，过冷热交换器3和蓄冷热交换器7均设置在蓄冷箱8的壳体内，过冷热交换器3和蓄冷热交换器7的进出口分别接入制冷回路和蓄冷回路的管道中。蓄冷介质9在进行固液之间的相变时，可与过冷热交换器3和蓄冷热交换器7中的冷媒进行热交换7，使冷媒吸热或放热。

蓄冷介质9采用水合物，本实施例中，优选采用十水硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O，该水合物相变温度约30℃，冷凝器出口冷媒温度约40℃，相当于存在10℃温差，同时又高于冷媒蒸发温度约8℃，传热温差合适。同时此水合物有较高的蓄冷量，成本低，且广泛用于蓄冷行业技术较为成熟。蓄冷介质9可在低温下吸收并储存大量冷量，而在温度较高时又能放出大量冷量，较长时间保持自身及周围小范围内的低温环境。在蓄冷箱8的四壁还敷设有一层保温层，避免冷量损失。

过冷热交换器3和蓄冷热交换器7均采用蛇形的回弯式管路，这样可以大幅增加与蓄冷介质9之间的接触面积，从而提高换热效率，过冷热交换器3和蓄冷热交换器7均采用导热系数较高的铜管。此蓄冷箱8具有结构简单，稳定型高的特点，同时成本低廉，不会增加用户负担。

下面根据图1至图3详细说明该蓄冷式节能空调系统的运行方法:

该方法包括三种运行模式：

如图1所示，蓄冷循环运行模式：

启动压缩机1，打开蓄冷节流元件6，关闭制冷节流元件4，即接通蓄冷回路，断开制冷回路。

冷媒由压缩机1排出后进入冷凝器2，在冷凝器2内与室外空气进行热交换，冷媒冷凝为高温高压饱和液体，由冷凝器2出来的液体冷媒经蓄冷节流元件6节流，经节流降压后的液体冷媒进入蓄冷箱8内的蓄冷热交换器7，此时蓄冷热交换器7相当于蒸发器的作用，低温的液体冷媒在蓄冷热交换器7与蓄冷介质9进行热交换，吸收蓄冷介质9的热量，使蓄冷介质9发生相变，由液体变为固体，蓄冷介质9蓄存冷量。冷媒在蓄冷热交换器7内蒸发后，气体冷媒回流至压缩机1，完成蓄冷循环。

如图2所示，制冷循环运行模式：

启动压缩机1，关闭蓄冷节流元件6，打开制冷节流元件4，即接通制冷回路，断开蓄冷回路。

冷媒由压缩机1排出后进入冷凝器2，在冷凝器2内与室外空气进行热交换，冷媒冷凝为高温高压饱和液体，由冷凝器2出来的液体冷媒进入蓄冷箱8内的过冷热交换器3，在过冷热交换器3内与蓄冷介质9进行热交换，由于前述的蓄冷循环运行，此时蓄冷介质9为固体状态，并蓄存了大量的冷量，蓄冷介质9吸收冷媒的热量发生相变，由固体变为液体，冷媒与蓄冷介质9热交换后温度降低，获得过冷度，具有一定过冷度的液体冷媒进入制冷节流元件4节流，经节流降压后的液体冷媒进入蒸发器5，在蒸发器5内的冷媒与室内空气进行热交换，为室内环境降温，蒸发后的冷媒气体回流至压缩机1内，完成制冷循环。

如图3所示，制冷和蓄冷同时运行的模式：

在制冷循环运行过程中，当蓄冷介质9的蓄冷量消耗完时，打开蓄冷节流元件6接通蓄冷回路。由冷凝器2出来的液体冷媒分为两个支路，一支路经蓄冷节流元件6节流，节流后的液体冷媒进入蓄冷箱8内的蓄冷热交换器7，为蓄冷介质9降温，同时，蓄冷介质9为另一支路中的进入过冷热交换器3的液体冷媒3进行降温，为参与制冷循环的冷媒提供过冷度，此时的蓄冷介质9起相当于载冷剂的作用。蓄冷热交换器7和蒸发器5出来的气体冷媒均回流至压缩机1内。

如图4所示，其中左侧图为正常的制冷原理图，在该压焓图中，制冷过程分为4个过程，分别为1→2,2→3，3→4，,4→1，分别为压缩机做功冷媒升温升压，冷凝器冷凝放热，节流降压，蒸发吸热，其中单位时间冷媒制冷量为h1- h2。

如图4中的右侧图，为加入蓄冷循环后的原理图，在该压焓图中，分5个过程，分别为1→2,2→3，3→3”,3”→4”，4”→1 ，分别为压缩机做功，冷凝器冷凝放热，蓄冷回路提供过冷，节流降压，蒸发器蒸发吸热，。

由于过冷段3→3”的存在,从冷凝器2出来的饱和液体温度降低，在经过节流元件节流降压后，制冷剂焓值降低h4-h4”，蒸发吸热量增加，单位时间内的蒸发吸热量增加为h3-h3”= h4-h4”，而压缩机消耗功率没变，为h2-h1,普通制冷循环的整机能效比为E= (h1-h4)/(h2-h1),而加入蓄冷循环后的整机能效比为E=(h1-h4”)/(h2-h1),能效比增加量为△E= (h4-h4”) /(h2-h1)。

在进行蓄冷运转时会消耗部分电力，优选的是可以在夜间工况比较低的时候，进行蓄冷运转，此时能效比较高，尤其在夜间电费低于白天电费的地区更为适合。该蓄冷系统可以与整机系统进行联动控制，无需专人管，控制简单可靠。

该系统由于过冷度的增加，能效比提高，尤其夏季中午环境温度较高时，空调机制冷负荷加大，能效比会下降，制冷量降低，本发明由于蓄冷介质释放冷量使过冷度增加，从而制冷量增加，能效比提升。同时又因不需要旁通部分制冷剂来获得过冷度而节约了压机的吸气容积，使压机的有效输气量增加，从而保证了较高的能效比。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种蓄冷式节能空调系统，包括制冷回路，所述制冷回路由压缩机、冷凝器、制冷节流元件和蒸发器通过管道串联组成，其特征在于：在所述冷凝器与制冷节流元件之间的管道上设置一蓄冷箱，在所述蓄冷箱内设置有蓄冷介质及过冷热交换器，所述过冷热交换器串接在所述制冷回路中，所述空调系统还包括为所述蓄冷介质提供冷量的蓄冷回路，所述蓄冷回路由压缩机、冷凝器、蓄冷节流元件、蓄冷热交换器通过管道串联组成，所述蓄冷热交换器设置在所述蓄冷箱内。

2.根据权利要求1所述的蓄冷式节能空调系统，其特征在于：所述蓄冷介质为水合物。

3.根据权利要求2所述的蓄冷式节能空调系统，其特征在于：所述蓄冷介质为十水硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O。

4.根据权利要求1所述的蓄冷式节能空调系统，其特征在于：所述制冷节流元件和蓄冷节流元件为电子膨胀阀。

5.根据权利要求1所述的蓄冷式节能空调系统，其特征在于：所述过冷热交换器和所述蓄冷热交换器均为蛇形回弯式管路。

6.根据权利要求1所述的蓄冷式节能空调系统，其特征在于：在所述蓄冷箱的四壁敷设保温层。

7.一种蓄冷式节能空调系统的运行方法，其特征在于，包括：

蓄冷循环运行，启动压缩机，接通蓄冷回路，由冷凝器出来的冷媒经蓄冷节流元件节流后进入蓄冷箱内的蓄冷热交换器，低温冷媒吸收蓄冷介质的热量，使蓄冷介质蓄冷；

制冷循环运行，启动压缩机，接通制冷回路，关闭蓄冷回路，利用已蓄冷的蓄冷介质吸收从冷凝器出来的冷媒热量，使冷媒降温获得过冷度，再经制冷节流元件节流进入蒸发器，完成制冷循环。

8.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于：在制冷循环运行过程中，当所述蓄冷介质的蓄冷量消耗完时，同时接通制冷回路和蓄冷回路，由蓄冷回路为蓄冷介质降温，蓄冷介质再为制冷回路中的冷媒提供过冷度。

9.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于：所述蓄冷循环运行优选在夜间工况较低的时候进行。