專利名稱：一種基于熱管的自然冷源多溫級蓄冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用自然冷源蓄冷和制冷機(jī)組蓄冷聯(lián)合運(yùn)行而達(dá)到節(jié)能和節(jié)水目的的蓄冷系統(tǒng)，屬于制冷與空調(diào)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國建筑能耗占國家總商品能耗的20%以上，空調(diào)供暖用能則占公共建筑總能耗的40%以上。由于空調(diào)設(shè)備用電間歇性明顯，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差很大，部分城市和地區(qū)在夏季和冬季用電的峰谷差甚至已達(dá)到40%，用電負(fù)荷在時(shí)間和強(qiáng)度上的差別明顯，這一方面增加了發(fā)電裝備的裝機(jī)容量，降低了發(fā)電裝備的平均效率，同時(shí)由于發(fā)電裝備容量調(diào)節(jié)較為困難，也對電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了威脅。高效的能源系統(tǒng)除了包括高效的能源生產(chǎn)和能量使用環(huán)節(jié)外，還需要高效的能源輸配和蓄存體系。能源蓄存是緩解能量供求雙方不匹配的有效方式，但是，由于大規(guī)模電能蓄存困難，需求側(cè)管理(DSM)技術(shù)成為解決這一問題的重要努力方向。對于空調(diào)系統(tǒng)，需要考慮冷、熱能量的儲存，因此，發(fā)展空調(diào)用蓄冷、蓄熱技術(shù)有其顯著的社會和經(jīng)濟(jì)意義。空調(diào)蓄冷的主要優(yōu)點(diǎn)包括降低發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量，提高發(fā)電設(shè)備平均效率；提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性；降低制冷機(jī)的裝機(jī)容量，提高設(shè)備的運(yùn)行效率；降低用戶電費(fèi)支出等，所以，很多建筑采用了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。我國大部分地區(qū)為亞熱帶氣候，都具有四季分明和晝夜溫差大的特點(diǎn)。如果將冬季室外冷量通過蓄冷介質(zhì)儲存起來，夏季時(shí)釋放出來，就可以實(shí)現(xiàn)冬冷夏用的自然冷源季節(jié)性蓄冷；如果將夜間的冷量通過蓄冷介質(zhì)儲存起來，日間高溫時(shí)段釋放出來，就可以實(shí)現(xiàn)夜冷晝用的自然冷源多溫級蓄冷。熱管蓄冷裝置以熱管為傳熱元件，熱管內(nèi)部主要靠工質(zhì)相變傳熱，熱阻小，效率高，節(jié)能效果顯著，熱管管壁溫度可以調(diào)節(jié)，可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段和冷凝段熱流密度，熱管具有熱開關(guān)性能，不利條件下可以根據(jù)需要終止熱交換進(jìn)行，熱管換熱設(shè)備是二次間壁換熱，可以避免冷、熱流體的交叉污染，熱管換熱設(shè)備的冷、熱段結(jié)構(gòu)和位置布置可以非常靈活，適應(yīng)各種復(fù)雜場合。利用熱管的這些特性來實(shí)現(xiàn)自然冷源與蓄冷介質(zhì)之間的熱傳導(dǎo)，可以克服溫度分布不均勻和減少流動阻力而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為了充分利用自然冷源，本發(fā)明的目的在于利用熱管均溫性能好和具有熱二極管的特性，提供一種多溫級蓄冷系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)“冬冷夏用”的季節(jié)性蓄冷和“夜冷晝用”的逐
日蓄冷。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
一種基于熱管的自然冷源多溫級蓄冷系統(tǒng)，包括自然冷源蓄冷槽和制冷機(jī)組蓄冷槽， 自然冷源蓄冷槽包括熱管和蓄冷介質(zhì)，制冷機(jī)組蓄冷槽包括制冷機(jī)組載冷劑盤管、熱管和蓄冷介質(zhì)；熱管根據(jù)傳熱過程與功能不同，分為放熱換熱段、蓄冷換熱段和釋冷換熱段；在自然冷源蓄冷槽中，熱管放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，蓄冷換熱段是將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，釋冷換熱段是將載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和自然冷源，所述熱管放熱換熱段置于自然環(huán)境中；在制冷機(jī)組蓄冷槽中，熱管放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組冷源，蓄冷換熱段用來將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組載冷劑盤管，釋冷換熱段用來將供用戶載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和制冷機(jī)組載冷劑盤管，所述制冷機(jī)組載冷劑盤管與熱管緊密接觸；所述熱管采用熱虹吸管，并與水平成一夾角放置，即熱管放熱換熱段處于熱管蓄冷換熱段的上方，釋冷換熱段處于蓄冷換熱段的下方。制冷機(jī)組載冷劑盤管內(nèi)的冷源為制冷機(jī)組載冷劑或者制冷劑，盤管結(jié)構(gòu)上可以采用沉香管式或者纏繞盤管式，但均應(yīng)與熱管緊密接觸，以用熱管來強(qiáng)化傳熱，提高蓄冷效率。本發(fā)明系統(tǒng)利用熱管直接與蓄冷槽換熱，減少了常規(guī)蓄冷系統(tǒng)的釋冷循環(huán)過程， 不再需要經(jīng)過板式換熱器等釋冷換熱器來實(shí)現(xiàn)蓄冷介質(zhì)與供用戶載冷劑間的傳熱釋冷。利用熱管均溫性和熱二極管特性進(jìn)行蓄冷，可以減少制冷機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間而降低制冷能耗， 當(dāng)制冷機(jī)組為水冷機(jī)組時(shí)，能夠提高制冷機(jī)組的能效比和減少冷卻水消耗。本發(fā)明將自然蓄冷和制冷機(jī)蓄冷聯(lián)合運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)國家大力提倡的電力“削峰填谷”，該系統(tǒng)在我國北方地區(qū)直至長江沿岸均可應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的自然冷源蓄冷槽原理圖。圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的制冷機(jī)組蓄冷槽原理圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)運(yùn)行圖。其中，1制冷機(jī)組，2冷卻塔，3自然冷源蓄冷槽，4制冷機(jī)組蓄冷槽，5制冷機(jī)組冷卻水循環(huán)泵，6制冷機(jī)組載冷劑循環(huán)泵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。自然冷源蓄冷槽包括熱管和蓄冷介質(zhì)，熱管根據(jù)傳熱過程與功能不同，分為放熱換熱段、蓄冷換熱段和釋冷換熱段，其中放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，蓄冷換熱段用來將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，釋冷換熱段用來將載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和自然冷源。圖1為自然冷源蓄冷槽原理圖，用熱管實(shí)現(xiàn)蓄冷和釋冷過程，熱管只能垂直或者與水平成某一角度放置，即熱管放熱換熱段必須處于熱管蓄冷換熱段的上方。熱管放熱換熱段置于自然環(huán)境，當(dāng)自然環(huán)境溫度低于蓄冷槽內(nèi)溫度時(shí)，蓄冷槽內(nèi)熱量通過熱管向冷環(huán)境散發(fā)，槽內(nèi)蓄冷介質(zhì)溫度降低，直至蓄冷槽內(nèi)溫度與冷環(huán)境溫度接近或者一樣為止，從而達(dá)到蓄冷目的；熱管由于具有熱二極管效應(yīng)，當(dāng)冷環(huán)境的溫度高于蓄冷槽內(nèi)的溫度時(shí)，熱量不能通過熱管從上向下傳輸至蓄冷介質(zhì)。系統(tǒng)釋冷過程的熱量同樣通過熱管來傳遞，載冷介質(zhì)流經(jīng)蓄冷槽時(shí)放熱給熱管，溫度降低，熱量由熱管釋冷換熱段傳輸至蓄冷換熱段與放熱換熱段，蓄冷介質(zhì)吸收熱管蓄冷換熱段的熱量后溫度升高。制冷機(jī)組蓄冷槽包括制冷機(jī)組載冷劑盤管、熱管和蓄冷介質(zhì)，熱管也分為放熱換熱段、蓄冷換熱段和釋冷換熱段，其中放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組冷源，蓄冷換熱段用來將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組載冷劑盤管，釋冷換熱段用來將供用戶載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和制冷機(jī)組載冷劑盤管。制冷機(jī)組載冷劑盤管可以采用沉香管式或者纏繞盤管式。圖2為制冷機(jī)組蓄冷槽原理圖，冷源為制冷機(jī)組載冷劑或者制冷劑(此時(shí)熱管放熱換熱段兼做制冷機(jī)組的蒸發(fā)器使用)，蓄冷介質(zhì)通過熱管蓄冷換熱段和放熱換熱段散熱后溫度降低，進(jìn)行蓄冷；釋冷時(shí)供用戶的載冷介質(zhì)可以直接流經(jīng)蓄冷槽，向熱管釋冷換熱段放熱后送用戶使用，熱量通過釋冷換熱段傳輸給蓄冷介質(zhì)和制冷機(jī)組載冷劑，從而實(shí)現(xiàn)釋冷過程，該過程不需要再設(shè)置其他換熱器與蓄冷介質(zhì)換熱。本系統(tǒng)根據(jù)各季節(jié)氣溫的不同，可以分為季節(jié)性蓄冷和逐日蓄冷，以水冷制冷機(jī)組為例的典型系統(tǒng)如圖3所示。季節(jié)性蓄冷即當(dāng)冷用戶不需要提供冷量的寒冷季節(jié)(低溫級，一般低于0°C )，系統(tǒng)的自然冷源蓄冰槽可以實(shí)現(xiàn)自然冷源蓄冷，該過程僅依靠熱管實(shí)現(xiàn)自然冷源和蓄冷介質(zhì)間的熱量交換即可以實(shí)現(xiàn)蓄冷，自然冷源蓄冷槽3采用熱虹吸管(重力熱管)，具有單向?qū)嵝?，?dāng)自然冷源溫度高于蓄冷槽溫度時(shí)，熱量不會反向傳遞，蓄冷槽的溫度取決于自然冷源的最低溫度和蓄冷時(shí)間；當(dāng)夏季或者過度季節(jié)用冷時(shí)，可以將用戶回水(亦可以是其他載冷劑)直接通過自然冷源蓄冷槽3的熱管釋冷換熱段降溫后重新輸送至冷用戶，見圖3中所示 I流程。冷用戶的供冷溫度可以通過調(diào)節(jié)流經(jīng)的熱管數(shù)目和流速來控制。當(dāng)自然冷源蓄冷槽3釋冷后溫度已經(jīng)上升至接近或者高于冷用戶需要溫度時(shí)，需關(guān)閉自然冷源釋冷I流程，用制冷機(jī)組蓄冷槽4為冷用戶釋冷，見圖3中II流程。此時(shí)亦可以同時(shí)開啟制冷機(jī)組1，即啟用圖3中V流程。將季節(jié)性蓄冷量釋放后的自然冷源蓄冷槽3即轉(zhuǎn)為“夜冷晝用”的逐日蓄冷，其冷量用途可視自然環(huán)境溫度和用戶供冷溫度分為兩種溫度級，即中溫級和高溫級。中溫級一般指蓄冷槽溫度在0°c 15°C，釋冷給載冷劑后可以有兩種用途，一種是釋冷給冷用戶，適合于用冷溫度較高的情況，如輻射供冷等，可以單獨(dú)用I流程釋冷給冷用戶，也可以I、II 流程聯(lián)合運(yùn)行；另一種是冷用戶用冷溫度較低，自然冷源將釋冷給制冷機(jī)組1做冷卻水用， 見圖3中III流程，此時(shí)可以用自然冷源蓄冷槽3替代冷卻塔2，即關(guān)閉IV流程，此時(shí)可以提高制冷機(jī)組1的能效比，同時(shí)減少冷卻塔2的用電量和補(bǔ)水量。高溫級是指當(dāng)自然冷源蓄冷槽3溫度為15°C 30°C，釋冷量僅能用于冷卻水系統(tǒng)(關(guān)閉圖3中I循環(huán)，開啟III循環(huán))，減少冷卻塔2的運(yùn)行時(shí)間而節(jié)能(關(guān)閉圖3中IV循環(huán))。
權(quán)利要求
1.一種基于熱管的自然冷源多溫級蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括自然冷源蓄冷槽和制冷機(jī)組蓄冷槽，自然冷源蓄冷槽包括熱管和蓄冷介質(zhì)，制冷機(jī)組蓄冷槽包括制冷機(jī)組載冷劑盤管、熱管和蓄冷介質(zhì)；熱管分為放熱換熱段、蓄冷換熱段和釋冷換熱段；在自然冷源蓄冷槽中，熱管放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，蓄冷換熱段是將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向自然冷源，釋冷換熱段是將載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和自然冷源，所述熱管放熱換熱段置于自然環(huán)境中；在制冷機(jī)組蓄冷槽中，熱管放熱換熱段用來將蓄冷介質(zhì)和載冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組冷源，蓄冷換熱段用來將蓄冷介質(zhì)的熱量傳向制冷機(jī)組載冷劑盤管，釋冷換熱段用來將供用戶載冷介質(zhì)的熱量傳向蓄冷介質(zhì)和制冷機(jī)組載冷劑盤管，所述制冷機(jī)組載冷劑盤管與熱管緊密接觸；所述熱管采用熱虹吸管，并與水平成一夾角放置，即熱管放熱換熱段處于熱管蓄冷換熱段的上方，釋冷換熱段處于蓄冷換熱段的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱管的自然冷源多溫級蓄冷系統(tǒng)，其特征在于所述熱管垂直放置在蓄冷槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于熱管的自然冷源多溫級蓄冷系統(tǒng)，其特征在于 所述制冷機(jī)組載冷劑盤管可以采用沉香管式或者纏繞盤管式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將自然冷源蓄冷和制冷機(jī)組蓄冷聯(lián)合運(yùn)行而達(dá)到節(jié)能和節(jié)水目的的蓄冷系統(tǒng)，屬于制冷與空調(diào)工程技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括自然冷源蓄冷槽和制冷機(jī)組蓄冷槽，自然冷源蓄冷槽包括熱管和蓄冷介質(zhì)，制冷機(jī)組蓄冷槽包括制冷機(jī)組載冷劑盤管、熱管和蓄冷介質(zhì)；熱管根據(jù)傳熱過程與功能不同，分為放熱換熱段、蓄冷換熱段和釋冷換熱段；制冷機(jī)組載冷劑盤管與熱管緊密接觸；熱管采用熱虹吸管，并與水平成一夾角放置，即熱管放熱換熱段處于熱管蓄冷換熱段的上方，釋冷換熱段處于蓄冷換熱段的下方。本發(fā)明的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)“冬冷夏用”的季節(jié)性蓄冷和“夜冷晝用”的逐日蓄冷，可以實(shí)現(xiàn)國家大力提倡的電力“削峰填谷”。
文檔編號F24F5/00GK102261706SQ20111013941
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉玉花, 夏彬彬, 曲晶春, 李奇賀, 程豫洲, 蔣詩波, 褚紅燕, 趙孝保, 鄒麗娜, 顧中鑄, 魏然 申請人:南京師范大學(xué)