一种换热型风冷移动能源站装置及其节能融霜方法

1.本发明涉及建筑临时供冷暖技术领域，尤其涉及一种换热型风冷移动能源站装置及其节能融霜方法。


背景技术：

2.移动能源站因其灵活、便捷、高效等突出优势，特别适应于建筑投入使用的开始阶段及过渡阶段，越发引起设备制造商、用能客户等注意。移动能源站按照不同冷却分类可以分为水冷式及风冷式两种，风冷式移动能源站因不需要外接水源，且可同时满足夏季供冷及冬季供热，其具有更高的灵活性及更广的适应范围。
3.当移动能源站所需负荷超过常规单台风冷热泵容量时，往往需要多台风冷热泵组合，同时由于风冷热交换器换热的介质是空气，所以多台热泵机组之间的安装距离较近会导致换热效果差进而达不到理想的制冷及制热效果，这使得风冷式移动能源站结构紧凑与机组能效间不可兼得；与此同时，由于冬季空气低温高湿，风冷式热泵机组在冬季制热工况下，与空气进行换热的热交换器极易出现结霜问题，工程上往往采用机组停机外加电加热的方式进行除霜，不仅影响供能效果、也是冬季高能耗的因素之一。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出一种换热型风冷移动能源站装置及其节能融霜方法。
5.本发明采用以下技术方案：一种换热型风冷移动能源站装置，包括机箱主体及多台风冷热泵机组，所述风冷热泵机组包括压缩机、四通阀、热交换器、节流阀以及板式换热器，所述机箱主体的中部通过设置隔板将其内腔分隔为上下分布的风腔和底腔，所述底腔内设有相互连接的压缩机、四通阀、节流阀以及板式换热器，所述热交换器呈环形，多个热交换器依次叠加呈烟囱状套设在风腔的侧壁上，热交换器上设有与其适配的栅栏式通风口，使风腔与外界连通，所述机箱主体的上端设有多台与风腔连通的风机，所述风腔内设有多台电动百叶窗，所述电动百叶窗位于相邻的热交换器之间，并将风腔分隔成多个工作腔体，所述机箱主体的下端设有进水管及出水管，所述进水管通过支路分别与各板式换热器的进口端连接，所述出水管通过支路分别与各板式换热器的出口端连接，所述底腔内还设有用于控制风冷热泵机组、电动百叶窗及风机开启或关闭的控制器。
6.优选的，所述机箱主体上还设有融霜单元，所述融霜单元包括设在最上层热交换器通风口处的第一风压传感器、设在风机出风口的第二风压传感器以及设在底腔四面侧壁上的四块电热板，所述电热板与底腔的侧壁上下滑动连接，当所述第一风压传感器与所述第二风压传感器检测的风压差超过设定值时，控制器控制电热板上移将所有热交换器覆盖，并对电热板通电，当所述第一风压传感器与所述第二风压传感器检测的风压差小于设定值时，控制器控制电热板下移复位，同时对电热板断电。
7.优选的，所述第一风压传感器设在最上层热交换器通风口处的内侧。
8.优选的，最上层热交换器四面的通风口处均设有第一风压传感器，控制器依据四个第一风压传感器检测的风压均值与第二风压传感器检测的风压值相比得到的风压差来控制电热板的上下移动。
9.优选的，所述电热板位于热交换器的外侧，且所述电热板上均匀分布有若干通孔。
10.优选的，所述机箱主体四面侧壁的两侧设有电动导轨，所述机箱主体单面的电动导轨相向设置，所述电热板的两侧与对应的两条电动导轨的滑块连接，所述控制器与电动导轨连接。
11.优选的，所述机箱主体的下端四面侧壁上均设有太阳能电池板，各太阳能电池板分别与其处于同一面的电热板电性连接，所述太阳能电池板与控制器连接。
12.优选的，所述太阳能电池板的一端与隔板所在位置的机箱主体的侧壁连接，另一端朝下倾斜，与水平面呈30
°
～40
°
的夹角，所述电热板位于太阳能电池板的内侧。
13.一种用于换热型风冷移动能源站装置的节能融霜方法，包括一种换热型风冷移动能源站装置，具体步骤如下：
14.s1.设定第一风压传感器和第二风压传感器的目标压差δp1，实时获取第一风压传感器及第二风压传感器的风压值并得到实际风压差δp2，得到目标压差与实际压差之间差值的绝对值δp3；
15.s2.当δp3＞50pa时，触发融霜条件，电热板通电并沿着电动导轨上移将所有的热交换器覆盖，电热板的热功率为q0；
16.s3.当25pa≤δp3≤50pa时，电热板的热功率q＝k
×
δp3，k为常数；
17.s4.当0pa＜δp3＜25pa时，电热板的热功率为δp3＝25pa时的q1；
18.s5.当δp3＝0pa时，融霜结束，电热板断电复位。
19.本发明至少具有以下有益效果之一：
20.在本发明中，多台风冷热泵机组的热交换器按照垂直方向逐一叠加，机组之间不需要额外预留空间，结构较紧凑；而且各环形结构的热交换器叠加能够使得风腔形成烟囱效应，在风机的作用下，风腔内部形成负压，风腔周围的空气在压差的作用下能够360
°
的进入风腔，从而带走热交换器里面的热量或使热交换器吸收空气中的热量，以达到风冷热泵机组的制冷或制热功能，风腔的四面均可进风，每面风阻平衡而且较小，可以有效降低风机做功，使得风冷热泵机组的制冷或制热效率高；而且当建筑负荷降低，需要停机部分风冷热泵机组时，可按照热交换器自下而上的顺序停机对应的风冷热泵机组，同时关闭对应的电动百叶窗，使空气流只沿着尚在运行的机组对应的热交换器进入风腔，保证尚在运行的机组的热交换器能够稳定工作，又可以降低风机的能耗，使得本发明的制冷制热能够更高效。在冬季融霜过程中，采用太阳能为能量来源的电热板进行融霜，一方面可减少常规电加热的高品质电能消耗，同时电热板通过电动导轨上移，将结霜的热交换器包围在电热板内部，在风机的作用下，空气通过电热板强制换热提高温度后去融化冰霜，热空气在小范围内流通，起到缩短融霜时间、提高融霜效率的作用。
附图说明
21.图1为本发明优选实施例的结构示意图；
22.图2为本发明优选实施例的内部结构示意图；
23.图3为本发明优选实施例中最上层热交换器的结构示意图；
24.图4为图1中局部a的放大示意图；
25.图5为本发明优选实施例中风冷热泵机组的原理图。
26.附图标记说明：
27.10机箱主体、11隔板、12风腔、13底腔、14风机、15电动百叶窗、16控制器、20风冷热泵机组、21压缩机、22四通阀、23热交换器、231通风口、24节流阀、25板式换热器、26进水管、27出水管、30融霜单元、31第一风压传感器、32第二风压传感器、33电热板、331通孔、34电动导轨、35太阳能电池板。
具体实施方式
28.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做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。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.参照图1至图5，本发明的优选实施例，一种高效紧凑换热型风冷移动能源站装置，包括机箱主体10及多台风冷热泵机组20，风冷热泵机组20包括压缩机21、四通阀22、热交换器23、节流阀24以及板式换热器25，机箱主体10的中部通过设置隔板11将其内腔分隔为上下分布的风腔12和底腔13，底腔13内设有相互连接的压缩机21、四通阀22、节流阀24以及板式换热器25，热交换器23呈环形，多个热交换器23依次叠加呈烟囱状套设在风腔12的侧壁上，热交换器23上设有与其适配的栅栏式通风口231，使风腔12与外界连通，机箱主体10的上端设有多台与风腔10连通的风机14，风腔14内设有多台电动百叶窗15，电动百叶窗15位于相邻的热交换器23之间，并将风腔12分隔成多个工作腔体，机箱主体10的下端设有进水管26及出水管27，进水管26通过支路分别与各板式换热器25的进口端连接，出水管27通过支路分别与各板式换热器25的出口端连接，底腔13内还设有用于控制风冷热泵机组20、电动百叶窗15及风机14开启或关闭的控制器16。
31.在本发明中，多台风冷热泵机组20的热交换器23按照垂直方向逐一叠加，机组之间不需要额外预留空间，结构较紧凑；而且各环形结构的热交换器23叠加能够使得风腔12形成烟囱效应，在风机14的作用下，风腔12内部形成负压，风腔12周围的空气在压差的作用下能够360
°
的进入风腔12，从而带走热交换器23里面的热量或使热交换器23吸收空气中的热量，以达到风冷热泵机组20的制冷或制热功能，风腔12的四面均可进风，每面风阻平衡而且较小，可以有效降低风机14做功，使得风冷热泵机组20的制冷或制热效率高；而且当建筑负荷降低，需要停机部分风冷热泵机组20时，可按照热交换器23自下而上的顺序停机对应的风冷热泵机组20，同时关闭对应的电动百叶窗15，使空气流只沿着尚在运行的机组对应的热交换器23进入风腔12，保证尚在运行的机组的热交换器23能够稳定工作，又可以降低
风机14的能耗，使得本发明的制冷制热能够更高效。
32.在冬季融霜过程中，采用太阳能为能量来源的电热板33进行融霜，一方面可减少常规电加热的高品质电能消耗，同时电热板33通过电动导轨34上移，将结霜的热交换器23包围在电热板33内部，在风机14的作用下，空气通过电热板33强制换热提高温度后去融化冰霜，热空气在小范围内流通，起到缩短融霜时间、提高融霜效率的作用。
33.在本实施例中，风冷热泵机组20以及电动百叶窗15的工作原理已为本领域技术人员所熟知，故在此不另作详述；本实施例共设有四台风冷热泵机组20，三台电动百叶窗15，电动百叶窗15将风腔12分隔成四个工作腔体，每台热交换器23对应一个工作腔体，当建筑负荷降低时，优先关闭对下层热交换器23对应的风冷热泵机组20，同时关闭最下层的电动百叶窗15，使最下层的工作腔体封闭，风机14产生的负压无法对其作用，从而在风机14功率不变的情况下，透过上层热交换器23通风口231的空气流速率更高，使得热交换器23的换热效率更高，或者可以降低风机14功率，使透过上层热交换器23通风口231的空气流速率不变，保持热交换器23的换热效率；具体实施时，根据建筑负荷降低的多少，来确定风冷热泵机组20的停机数量。
34.作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
35.机箱主体10上还设有融霜单元30，融霜单元30包括设在最上层热交换器23通风口231处的第一风压传感器31、设在风机14出风口的第二风压传感器32以及设在底腔13四面侧壁上的四块电热板33，电热板33与底腔13的侧壁上下滑动连接，当第一风压传感器31与第二风压传感器32检测的风压差超过设定值时，控制器16控制电热板33上移将所有热交换器23覆盖，并对电热板33通电，当第一风压传感器31与第二风压传感器32检测的风压差低于设定值时，控制器16控制电热板33下移复位，同时对电热板33断电；初始状态时，第一风压传感器31的数据略大于第二风压传感器32的数据，当热交换器23的通风口231结霜时，经过通风口231的空气流速更快，第一风压传感器31检测的风压数据变大，从而第一风压传感器31与第二风压传感器32之间的风压差会变大，当风压差超过设定值时，控制器16判断出存在热交换器23结霜的情况，从而驱动电热板33上移对热交换器23烘烤，直到风压差低于设定值时，表明融霜成功，再将电热板33断电复位。
36.第一风压传感器31设在最上层热交换器23通风口231处的内侧，第一风压传感器31的位置不会影响电热板33的上下移动。
37.最上层热交换器23四面的通风口231处均设有第一风压传感器31，控制器16依据四个第一风压传感器31检测的风压均值与第二风压传感器32检测的风压值相比得到的风压差来控制电热板33的上下移动，当单个或多个第一风压传感器31所在位置出现结霜且结霜程度未达到开启融霜条件时，对应的第一风压传感器31检测数据可能会偏小或偏大的情况，如若只有一个第一风压传感器31，可能会出现提前融霜的情况，从而使得融霜单元30运行频率高，不利于节能，且容易影响融霜单元30的使用寿命，而采用多个第一风压传感器31能够有效避免上述情况，通过取各第一风压传感器31检测的平均值来与第二风压传感器32检测值对比，能够有效改善融霜单元30提前运转的情况。
38.电热板33位于热交换器23的外侧，且电热板33上均匀分布有若干通孔331，电热板33位于外侧方便其上下移动，通过设置通孔331可避免电热板33堵住热交换器23上的通风口231，减少对热交换器23换热效率的影响。
39.机箱主体10四面侧壁的两侧设有电动导轨34，机箱主体10单面的电动导轨34相向设置，电热板33的两侧与对应的两条电动导轨34的滑块连接，控制器16与电动导轨34连接，达到融霜条件时，控制器16控制电动导轨34驱动电热板33上移，并对电热板33通电；本实施例中，电动导轨34的结构及其原理已为本领域工作人员所熟知，故在此不另作详述；本实施例中，共设有八条电动导轨34。
40.机箱主体10的下端四面侧壁上均设有太阳能电池板35，各太阳能电池板35分别与其处于同一面的电热板33电性连接，太阳能电池板35与控制器16连接，太阳能电池板35通过太阳能发电并对电热板33供电，使得电热板33无需外接电源，当达到融霜条件时，控制器16控制太阳能电池板35对电热板33供电，当融霜结束时，控制器16控制太阳能电池35板对电热板33断电；本实施例中，控制器16选用cpu。
41.太阳能电池板35的一端与隔板11所在位置的机箱主体10的侧壁连接，另一端朝下倾斜，与水平面呈30
°
～40
°
的夹角，电热板33位于太阳能电池板35的内侧，太阳能电池板35与地面保持一定角度既能更好的吸收阳光，又能起到导流作用，使得空气能够更加顺畅的透过通风口231进入风腔12；本实施例中，太阳能电池板35的一侧实际与电动导轨34的侧壁连接。
42.一种用于换热型风冷移动能源站装置的节能融霜方法，具体步骤如下：
43.s1.设定第一风压传感器31和第二风压传感器32的目标压差δp1，实时获取第一风压传感器31及第二风压传感器32的风压值并得到实际风压差δp2，得到目标压差与实际压差之间差值的绝对值δp3；
44.s2.当δp3＞50pa时，触发融霜条件，电热板33通电并沿着电动导轨34上移将所有的热交换器23覆盖，电热板33的热功率为q0；
45.s3.当25pa≤δp3≤50pa时，电热板33的热功率q＝k
×
δp3，k为常数；
46.s4.当0pa＜δp3＜25pa时，电热板33的热功率为δp3＝25pa时的q1；
47.s5.当δp3＝0pa时，融霜结束，电热板33断电复位。
48.当δp3小于50pa时，意味着第一风压传感器31监测到的风压值减小，即透过热交换器23通风口的风力减小，但是风量变大了，此时适当的降低电热板33的热功率并不影响融霜效率，而且能够有效在融霜过程中降低电热板33的能耗；当0pa＜δp3＜25pa时，为保证电热板33的正常工作以及维持融霜效率，电热板33的功率以q1保持不变，直至融霜结束，以此达到节能的效果。
49.本实施例中，δp1的值通常为700pa～800pa。
50.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
51.以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。