一种低位闭式水蓄冷供冷系统的制作方法

1.本发明涉及供冷技术领域，具体涉及一种低位闭式水蓄冷供冷系统。


背景技术：

2.分时电价政策已成为能源领域实现该目标的重要技术手段之一，地铁作为城市用电大户，未来也极有可能纳入该政策的执行范围。而如何利用分时电价，是该行业内所有工程技术人员需要面临的新问题、新挑战。空调专业作为地铁行业的配套专业之一，在运营阶段的用电量占到了整个地铁用电量的30％以上，且用能特点与地铁运行时间基本重合，白天电网高峰时负荷大，耗电多，夜间电网低谷时负荷小，耗电少。因此，在空调系统设计上实现用电需求侧的削峰填谷意义重大。
3.水蓄冷作为空调行业重要的削峰填谷技术，具有系统形式简单、造价低、效率高、投资回报年限短等优点，但也存在着占地面积大，空间要求高等缺点。地铁车站受限于特殊的建筑形式，建筑内部空间紧张，外部空间更是涉及到征拆、景观等问题难以利用。近年来，利用个别场地和空间条件较好的车站设置集中冷站为周边地铁站提供空调冷水的二次泵供冷系统形式逐渐使用广泛，通常该车站还有拥有较大的配线等无用的土建空间，为水蓄冷所需的贮水空间提供了良好的条件。然而地铁车站的冷水机房通常设置在站厅层，而配线等无用空间通常设置在站厅层之下的站台层，如采用常规的低位开式水池水蓄冷系统，蓄冷水池位于系统最低点，依靠阀门开闭转换运行工况，始终存在系统倒空等安全隐患，空调水质也难以保证，且开式系统的固有高差会额外增加水系统循环阻力；如设置中间换热器，则存在温差损失以及增加系统初投资和设备占地面积等问题，且还需额外配置蓄冷或释冷泵，同样会增加水系统循环阻力、设备占地面积以及系统初投资，更增加了系统控制的复杂程度。
4.专利文献cn 208588019 u公开了一种消防水池蓄冷系统，该方案利用消防水池兼做蓄冷水池来解决蓄冷水池占地面积大的问题，由于常规的地铁地下车站不设消防水池，或消防水池的容积很小，因此该方案不适用于地铁水蓄冷；且该方案采用的是仍然是开式水池，设置了中间换热器，并增设了蓄冷/放冷水泵，无可避免的存在换热损失，增加了系统初投资和运行能耗。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种低位闭式水蓄冷供冷系统。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.一种低位闭式水蓄冷供冷系统，包括制冷主机和蓄冷水池；所述蓄冷水池采用闭式水池形式，蓄冷水池的底标高低于制冷主机的最高点标高。
8.进一步地，所述蓄冷水池通过利用地铁车站站台层无用的土建空间而设置。
9.进一步地，所述系统还包括：
10.冷冻一次泵兼蓄冷泵、第一冷冻二次泵兼释冷泵、第二冷冻二次泵、分水器、集水器以及用冷末端；
11.所述冷冻一次泵兼蓄冷泵的出口端和制冷主机的吸入侧相连，并在相连的管路上设置有第一电动开关，制冷水机的出口侧通过供水主干管路和分水器相连，分水器通过第一连通管路和集水器相连，集水器和回水主干管路和冷冻一次泵兼蓄冷泵的入口端相连，此部分构成系统的制冷主机回路；
12.所述蓄冷水池并接在供水主干管路和回水主干管路中；在回水主干管路上、与蓄冷水池相连接的节入点前后分别设置有第一电动调节阀、第二电动调节阀，在蓄冷水池与回水主干管路相连接的管路上依次设置有第二电动开关和第三动调节阀；在供水主干管路上、与蓄冷水池相连接的节入点前后分别设置有第四电动调节阀、第五电动调节阀，在蓄冷水池与供水主干管路相连接的管路依次上设置有第三电动开关和第六电动调节阀；此部分构成系统的蓄冷水池回路，并与制冷主机回路共同组成系统的一次侧回路；
13.所述分水器通过管路依次连接第一冷冻二次泵兼释冷泵和用冷末端后回到集水器，第二冷冻二次泵和第一冷冻二次泵并联，此部分构成系统的二次侧回路。
14.进一步地，所述第一冷冻二次泵兼释冷泵的设计流量为系统白天设计冷负荷条件下的流量，等于制冷主机回路设计流量与蓄冷水池回路的设计流量之和，设计扬程为二次侧回路的设计工况阻力与一次侧蓄冷水池回路的设计工况阻力之和。
15.进一步地，在所述第一连通管上设置第七电动调节阀；在冷冻一次泵兼蓄冷泵的吸入侧与制冷主机的出口侧之间设置第二连通管，第二连通管上设置第八电动调节阀。
16.进一步地，在所述蓄冷水池顶部设置有安全阀。
17.进一步地，所述系统所能实现的工况包括制冷主机单独供冷，所述制冷主机单独供冷的实现方式为：
18.所述制冷主机开启，冷冻一次泵兼蓄冷泵开启；第一电动开关阀开启，第二电动开关阀和第三电动开关阀关闭，第三电动调节阀、第六电动调节阀、第八电动调节阀关闭，第一电动调节阀、第二电动调节阀、第四电动调节阀、第五电动调节阀、第七电动调节阀完全开启；第一冷冻二次泵兼释冷泵降频运行，流量和扬程随之降低，仅用来克服二次侧的运行阻力，第二冷冻二次泵关闭；
19.所述系统所能实现的工况还包括冷水池单独供冷，所述蓄冷水池单独供冷的实现方式为：
20.所述制冷主机、冷冻一次泵兼蓄冷泵关闭，第一冷冻二次泵兼释冷泵运行，第二冷冻二次泵关闭；第一电动开关阀关闭，第二电动开关阀、第三电动开关阀开启；第一电动调节阀、第四电动调节阀、第七电动调节阀、第八电动调节阀关闭，第二电动调节阀、第三电动调节阀、第五电动调节阀、第六电动调节阀完全开启。
21.进一步地，所述系统所能实现的工况包括制冷主机和蓄冷水池联合供冷，所述制冷主机和蓄冷水池联合供冷的实现方式为：
22.所述制冷主机、冷冻一次泵兼蓄冷泵、第一冷冻二次泵兼释冷泵开启，第二冷冻二次泵关闭；第一电动开关阀、第二电动开关阀、第三电动开关阀开启，第三电动调节阀、六电动调节阀完全开启，第一电动调节阀、第二电动调节阀、第四电动调节阀、第五电动调节阀开启并根据实际运行条件进行开度调节；还需要开启第八电动调节阀并进行开度调节，使
得制冷主机回路的部分冷冻回水通过第二连通管旁通到供水主干管路；此工况下，第一连通管两端存在压力差，需调节第七电动调节阀的开度用来平衡此压力差，当二次侧流量随负荷变化时，流量从第一连通管旁通，实现一次侧和二次侧流量平衡。
23.进一步地，所述系统所能实现的工况包括制冷主机单独蓄冷，所述制冷主机单独蓄冷的实现方式为：
24.所述制冷主机、冷冻一次泵兼蓄冷泵开启，冷冻二次泵兼释冷泵关闭；第一电动开关阀、第二电动开关阀、第三电动开关阀开启，第一电动调节阀、第三电动调节阀、第四电动调节阀、第六电动调节阀完全开启，第二电动调节阀、第五电动调节阀、第七电动调节阀关闭，制冷主机与蓄冷水池串联运行，制冷主机产生的冷水贮存在蓄冷水池内；第八电动调节阀正常情况下关闭，当制冷主机的制冷能力无法达到设定的蓄冷温度时，调节第八电动调节阀的开度，使得一部分的低温供水旁通，与蓄冷水池的回水混合后再流回制冷主机，降低回水温度，以保证制冷主机的出水温度能达到设定温度，实现既定的蓄冷量目标。
25.进一步地，所述系统所能实现的工况包括制冷主机同时供冷和蓄冷，所述制冷主机同时供冷和蓄冷的实现方式为：
26.所述制冷主机、冷冻一次泵兼蓄冷泵开启，第一冷冻二次泵兼释冷泵关闭，第二冷冻二次泵开启；第一电动开关阀、第二电动开关阀、第三电动开关阀开启，第一电动调节阀、第四电动调节阀完全开启，第二电动调节阀、第三电动调节阀、第五电动调节阀、第六电动调节阀开启并进行开度调节，使得二次侧回路的流量与一次侧蓄冷水池回路的流量比例达到设计值；第七电动调节阀进行开度调节，用以旁通末端负荷变化时的盈亏流量，维持蓄冷水池回路的流量恒定；第八电动调节阀正常情况下关闭，当制冷主机出水温度不能达到设定的蓄冷温度时，打开第八电动调节阀，降低制冷主机回水温度，以保持制冷主机出水温度恒定，保证蓄冷效果。
27.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
28.(1)本发明结合地铁工程特殊的建筑形式，充分利用地铁车站站台层无用的土建空间(例如配线区域)用作蓄冷水池；避免了常规的蓄冷水池占地面积大带来的土建规模增大以及初投资费用增加等不利影响。。
29.(2)本系统在夜间利用低价电费蓄冷，白天电价高峰时释冷，可有效减少空调系统运行电费，实现用电负荷侧的削峰填谷；同时，制冷主机与蓄冷水池联合供冷，也可以有效降低制冷主机设计容量，降低初供冷系统初投资费用。
30.(3)由于地铁车站集中供冷系统的冷冻水系统高差通常较小，本系统采用低位闭式蓄冷水池，相比常规的低位开式水池，可以有效减小倒空风险，水池承压也在可接受范围内，并配有安全阀确保运行安全；循环水质相比开式系统可以得到更好的保障；闭式系统扬程小，且无需设置中间换热器，不存在换热温差损失，有利于提升系统运行能效。
31.(4)本系统充分利用常规空调水系统既有的水泵及管路，将冷冻一次泵用作蓄冷泵，将冷冻二次泵用作释冷泵，除了增加一些控制转换阀门和连接管路之外，无需新增任何蓄冷、释冷水泵以及换热设备，极大地简化了系统，可实现蓄冷量最高效利用，减少了系统初投资、占地面积，降低了系统的控制难度，运行模式灵活多变，可满足地铁车站不同工况条件下的供冷需求。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的低位闭式水蓄冷供冷系统的组成示意图；
33.图中：1、制冷主机；2、冷冻一次泵兼蓄冷泵；3、蓄冷水池；4、分水器；5、集水器； 6、第一冷冻二次泵兼释冷泵；7、用冷末端；8、第一连通管；9、第二连通管；10、第一电动调节阀；11、第二电动调节阀；12、第三电动调节阀；13、第四电动调节阀；14、第五电动调节阀；15、第六电动调节阀；16、第七电动调节阀；17、第八电动调节阀；18、第一电动开关阀；19、第二电动开关阀；20、第三电动开关阀；21、定压装置；22、安全阀；23、第二冷冻二次泵；100、供水主干管路；200、回水主干管路。
具体实施方式
34.实施例：
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
36.参阅图1所示，本实施例提供的低位闭式水蓄冷供冷系统主要包括制冷主机1和蓄冷水池3；该蓄冷水池3采用闭式水池形式，蓄冷水池3的液面标高低于空调冷冻水系统的最高点的标高(标高表示建筑物各部分的高度，是建筑物某一部位相对于基准面(标高的零点)的竖向高度，是竖向定位的依据)。如此，通过设置低位蓄冷水池3，采用低位闭式水池形式，避免了常规低位开式水池存在系统倒空、水质污染以及系统阻力增加等缺点
37.在一具体实施例中，该蓄冷水池通过利用地铁车站站台层无用的土建空间而设置，减少了系统初投资、占地面积。
38.在一具体实施例中，上述的低位闭式水蓄冷供冷系统还包括冷冻一次泵兼蓄冷泵2、第一冷冻二次泵兼释冷泵6、第二冷冻二次泵23、分水器4、集水器5以及用冷末端7；
39.该冷冻一次泵兼蓄冷泵2的出口端和制冷主机1的吸入侧相连，并在相连的管路上设置有第一电动开关18，制冷水机1的出口侧通过供水主干管路100和分水器4相连，分水器通 4过第一连通管路8和集水器5相连，集水器5通过回水主干管路200和冷冻一次泵兼蓄冷泵2的入口端相连，此部分构成系统的制冷主机回路；
40.该蓄冷水池3并接在供水主干管路100和回水主干管路200中；在回水主干管路200上、与蓄冷水池3相连接的节入点前后分别设置有第一电动调节阀10、第二电动调节阀11，在蓄冷水池3与回水主干管路200相连接的管路上依次设置有第二电动开关19和第三动调节阀 12；在供水主干管路100上、与蓄冷水池3相连接的节入点前后分别设置有第四电动调节阀 13、第五电动调节阀14，在蓄冷水池3与供水主干管路100相连接的管路依次上设置有第三电动开关20和第六电动调节阀15，通过设置有第一至第六电动调节阀，用以进行运行工况的转换以及流量调节；此部分构成系统的蓄冷水池回路，并与制冷主机回路共同组成系统的一次侧回路。
41.该分水器4通过管路依次连接第一冷冻二次泵兼释冷泵6和用冷末端7后回到集水器5，第二冷冻二次泵23和第一冷冻二次泵兼释冷泵6并联，此部分构成系统的二次侧回路。
42.作为本实施例的一种优选，该冷冻一次泵兼蓄冷泵2的设计流量为制冷主机回路的设计流量，设计扬程需克服一次侧制冷主机回路的设计阻力；该第一冷冻二次泵兼释冷泵6的设计流量为系统白天设计冷负荷条件下的流量，等于制冷主机回路设计流量与蓄冷水池回路的设计流量之和，设计扬程除了需要克服二次侧回路的设计工况阻力之外，还需要克服一次侧蓄冷水池回路的设计工况阻力；第二冷冻二次泵23的设计流量为系统夜间低冷负荷条件下的流量，设计扬程为二次侧回路的设计工况阻力与一次侧蓄冷水池回路的设计工况阻力之和。由此可见，在系统设计方面，本发明充分考虑不同工况下的系统运行流量和扬程需求。
43.作为本实施例的另一种优选，在该第一连通管8上设置第七电动调节阀16；在冷冻一次泵兼蓄冷泵2的吸入侧与制冷主机的出口侧之间设置第二连通管9，第二连通管9上设置第八电动调节阀17。如此，通过第七电动调节阀16和第八电动调节阀17的开关以及开度调节作用，可实现设定工况下的连通管的流量调节作用。
44.为保证系统运行安全，在蓄冷水池3顶部设置安全阀22，以防止非正常工况下系统超压；定压装置21接在分水器4上。该系统的冷却侧部分与常规空调水系统相同，在此不再赘述。
45.通过对常规二次泵系统和蓄冷系统的设计优化，本发明实现了不增加任何额外的水泵或换热设备、仅依靠增加部分控制和转换阀门以及管路，即可实现制冷主机单独供冷、制冷主机和蓄冷水池联合供冷、蓄冷水池单独供冷、制冷主机单独蓄冷、制冷主机同时供冷和蓄冷等多种运行工况，可满足地铁车站不同负荷、不同电价条件下的用冷需求，以下就各个工况分别说明。
46.(1)工况一：制冷主机单独供冷
47.该工况下，制冷主机1提供的冷量可以满足末端负荷需求，蓄冷水池3不运行。制冷主机1开启，冷冻一次泵兼蓄冷泵2开启；第一电动开关阀18开启，第二电动开关阀19和第三电动开关阀20关闭，第三电动调节阀12、第六电动调节阀15、第八电动调节阀17关闭，第一电动调节阀10、第二电动调节阀11、第四电动调节阀13、第五电动调节阀14、第七电动调节阀16完全开启；第一冷冻二次泵兼释冷泵6降频运行，流量和扬程随之降低，仅用来克服二次侧的运行阻力，第二冷冻二次泵23关闭。此时该系统与常规的二次泵供冷系统完全相同，第一连通管8相当于常规二次泵系统的平衡管，用以平衡一次侧和二次侧的水流量。
48.(2)工况二：制冷主机和蓄冷水池联合供冷
49.该工况下，仅依靠制冷主机1的供冷量无法满足末端高峰负荷需求，蓄冷水池3同时投入运行，共同提供末端所需冷量。制冷主机1、冷冻一次泵兼蓄冷泵2、第一冷冻二次泵兼释冷泵6开启，第二冷冻二次泵23关闭；第一电动开关阀18、第二电动开关阀19、第三电动开关阀20开启，第三电动调节阀12、第六电动调节阀15完全开启，第一六电动调节阀10、第二六电动调节阀11、第四六电动调节阀13、第五六电动调节阀15开启并根据实际运行条件进行开度调节；由于此时制冷主机回路与蓄冷水池回路并联后再串联二次侧回路，而冷冻二次泵兼释冷泵(变频)的扬程为二次侧末端回路阻力与蓄冷水池回路阻力之和，因此，作用在制冷主机回路上的循环动力，除了冷冻一次泵兼蓄冷泵本身的扬程之外，还额外增加了一个蓄冷水池回路阻力值，会增大该回路的水流量，一次侧制冷主机回路与蓄冷水池回路的流量分配比例会偏离设计值。因此，此时还需要开启第八电动调节阀17并进行开度调
节，使得制冷主机回路的部分冷冻回水通过第二连通管9旁通到供水主干管路100；此工况下，第一连通管8两端存在一定的压力差，不同于工况一条件下压力差为零，需调节第七电动调节阀16的开度用来平衡此压力差，当二次侧流量随负荷变化时，流量从第一连通管8旁通，从而实现一次侧和二次侧流量平衡。
50.(3)工况三：蓄冷水池单独供冷
51.该工况下，仅蓄冷水池3的供冷即可满足末端需求。制冷主机1、冷冻一次泵兼蓄冷泵关 2闭，第一冷冻二次泵兼释冷泵6运行，第二冷冻二次泵23关闭；第一电动开关阀18关闭，第二电动开关阀19、第三电动开关阀20开启；第一电动调节阀10、第四电动调节阀13、第七电动调节阀16、第八电动调节阀17关闭，第二电动调节阀11、第三电动调节阀12、第五电动调节阀14、第六电动调节阀15完全开启；此时该系统与常规的一次泵供冷系统相同。
52.(4)工况四：制冷主机单独蓄冷
53.该工况下，制冷主机1、冷冻一次泵兼蓄冷泵2开启，第一冷冻二次泵兼释冷泵6(变频) 关闭；第一电动开关阀18、第二电动开关阀19、第三电动开关阀20开启，第一电动调节阀 10、第三电动调节阀12、第四电动调节阀13、第六电动调节阀15完全开启，第二电动调节阀11、第五电动调节阀14、第七电动调节阀16关闭，制冷主机1与蓄冷水池3串联运行，制冷主机1产生的低温冷水贮存在蓄冷水池3内。第八电动调节阀17正常情况下关闭，当制冷主机的制冷能力受某些原因影响无法达到设定的蓄冷温度时，调节第八电动调节阀17的开度，使得一部分的低温供水旁通，与蓄冷水池3的回水混合后再流回制冷主机1，降低回水温度，从而保证制冷主机1的出水温度能达到设定温度，实现既定的蓄冷量目标。
54.(5)工况五：制冷主机同时供冷和蓄冷
55.该工况主要针对夜间电价低谷期间利用制冷主机蓄冷的情况下末端仍然有部分冷负荷需求的情况。该工况下，制冷主机1、冷冻一次泵兼蓄冷泵2开启，第一冷冻二次泵兼释冷泵6 关闭，第二冷冻二次泵23开启；第一电动开关阀18、第二电动开关阀19、第三电动开关阀 20开启，第一电动调节阀10、第四电动调节阀13完全开启，第二电动调节阀11、第三电动调节阀12、第五电动调节阀14、第六电动调节阀15开启并进行开度调节，使得二次侧回路的流量与一次侧蓄冷水池回路的流量比例达到设计值；第七电动调节阀16进行开度调节，用以旁通末端负荷变化时的盈亏流量，维持蓄冷水池回路的流量恒定；第八电动调节阀17正常情况下关闭，当制冷主机1因某些原因出水温度不能达到设定的蓄冷温度时，打开第八电动调节阀17，降低制冷主机回水温度，从而保持制冷主机出水温度恒定，保证蓄冷效果。
56.综上，本发明与现有技术相比，具有如下技术优势：
57.(1)充分利用地铁车站站台层无用的土建空间(例如配线区域)，充分利用集中供冷地铁车站内低位的闲置空间用作蓄冷水池；避免了常规的蓄冷水池占地面积大带来的土建规模增大以及初投资费用增加等不利影响。。
58.(2)本系统在夜间利用低价电费蓄冷，白天电价高峰时释冷，可有效减少空调系统运行电费，实现用电负荷侧的削峰填谷；同时，制冷主机与蓄冷水池联合供冷，也可以有效降低制冷主机设计容量，降低初供冷系统初投资费用。
59.(3)由于地铁车站集中供冷系统的冷冻水系统高差通常较小，本系统采用低位闭式蓄冷水池，相比常规的低位开式水池，可以有效减小倒空风险，水池承压也在可接受范围
内，并配有安全阀确保运行安全；循环水质相比开式系统可以得到更好的保障；闭式系统扬程小，且无需设置中间换热器，不存在换热温差损失，有利于提升系统运行能效。
60.(4)本系统充分利用常规二次泵系统既有的水泵及管路，将冷冻一次泵用作蓄冷泵，将冷冻二次泵用作释冷泵，除了增加一些控制转换阀门和连接管路之外，无需新增任何蓄冷、释冷水泵以及换热设备，极大地简化了系统，可实现蓄冷量最高效利用，减少了系统初投资、占地面积，降低了系统的控制难度，运行模式灵活多变，可满足地铁车站不同工况条件下的供冷需求。
61.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。