一種消防水池蓄冷系統及其運行方法與流程
1.本發明涉及消防水池蓄冷，具體涉及一種消防水池蓄冷系統及其運行方法。
背景技術：
2.隨著國家“碳達峰、碳中和”政策的提出，各行各業都開始探索減碳途徑。據《中國建筑節能年度發展研究報告》中數據統計，建筑運行的總能耗約占全國能源消費總量的21％，人均建筑運行碳排放量約占全國人均總碳排放量的20％，而在建筑運行碳排放構成中，供冷供熱碳排放占比很大。因此，減少建筑運行供冷供熱過程中的碳排放量極為重要。
3.建筑運行還包括建筑消防系統；消防水池是建筑消防系統的重要設施之一，其主要功能是儲存消防用水，供消防水泵吸水以撲滅事故火災。消防水池具有蓄冷能力，但是消防水池的使用屬性也決定了其使用頻率較低，因此，為了節能減排，可以利用蓄冷系統以及消防水池的蓄冷能力進行蓄冷，以供建筑日間運行供冷。但是，當消防水池中的水溫升至10℃-12℃時，由于采用消防水池的低品位冷源已無法直接給末端用戶供冷，現有的供冷系統會直接舍棄消防水池的低品位冷源，改為使用低溫冷機向用戶供冷，這樣不但浪費了消防水池中可用的低品位冷源，而且低溫冷機的運行效率也較低，此外還增加了用電成本，也增加了制冷過程中的碳排量。
技術實現要素：
4.本發明提供了一種消防水池蓄冷系統及其運行方法，以提高低品位冷源的利用率，提高低溫冷機的制冷效率，降低建筑供冷的用電成本，并減少建筑運行供冷過程中碳排放量。
5.為了達到上述目的，本發明提供了一種消防水池蓄冷系統，其特殊之處在于：包括消防水池、第一板式換熱器、第二板式換熱器、冷卻塔、低溫冷機和風冷熱泵；
6.所述消防水池與所述第一板式換熱器的第一介質腔以及所述第二板式換熱器的第一介質腔分別連通；
7.所述低溫冷機的受熱腔與所述第一板式換熱器的第二介質腔以及所述冷卻塔分別連通；
8.所述低溫冷機的放熱腔與末端用戶、所述第二板式換熱器的第二介質腔分別連通；
9.所述風冷熱泵與所述第二板式換熱器的第二介質腔。
10.進一步地，所述消防水池外設置有保溫層。
11.進一步地，所述消防水池與所述第一板式換熱器的第一介質腔連通的管路上設置有第一水泵；
12.所述消防水池與所述第二板式換熱器的第一介質腔連通的管路上設置有第二水泵；
13.所述低溫冷機的放熱腔與末端用戶連通的管路上設置有第三水泵；
14.所述低溫冷機與所述第一板式換熱器的第二介質腔連通的管路上設置有第四水泵；
15.所述低溫冷機的受熱腔與所述冷卻塔連通的管路上設置有第五水泵；
16.所述風冷熱泵與所述第二板式換熱器的第二介質腔連通的管路上設置有第六水泵。
17.本發明還提供了一種消防水池蓄冷系統的運行方法，基于上述的消防水池蓄冷系統，其特殊之處在于，所述蓄冷系統在按以下abca或aba的方式運行：
18.a、冷機蓄冷：
19.在谷值電價供電期間且消防水池的水溫高于第一設定溫度時，風冷熱泵通過第二板式換熱器向所述消防水池蓄冷，直至所述消防水池的水溫低至第一設定溫度；谷值電價即電價為最低值；
20.b、消防水池直供冷：
21.末端用戶需要供冷且所述消防水池的水溫位于第一設定溫度和第二設定溫度之間時，所述消防水池通過所述第二板式換熱器向末端用戶供冷，直至所述消防水池的水溫達到所述第二設定溫度；所述第二設定溫度高于第一設定溫度；
22.c、消防水池和冷卻塔并聯供冷：
23.末端用戶需要供冷，所述消防水池的水溫高于所述第二設定溫度且所述冷卻塔中的水溫高于所述消防水池的水溫時，所述冷卻塔中的冷卻水在第一板式換熱器與所述消防水池中的水進行冷熱交換后，再通過低溫冷機向末端用戶供冷。
24.進一步地，所述第一設定溫度為4-6℃；
25.所述第二設定溫度為10-12℃。
26.進一步地，所述第一設定溫度為5℃；
27.所述第二設定溫度為10℃。
28.本發明的有益效果：
29.1、本發明提供的消防水池蓄冷系統為消防水池設置了風冷熱泵和第二板式換熱器，由于夜間通常為谷值電價，其用電成本較低，而日間通常為峰值電價，因此可以在夜間通過風冷熱泵和第二板式換熱器共同作用向消防水池先進行蓄冷，然后在日間末端用戶需要供冷時，可以直接通過消防水池所蓄冷源向末端用戶進行供冷，而無需在日間峰值電價期間使用低溫冷機向末端用戶供冷，這樣能夠非常有效的節省建筑供冷的用電成本。
30.2、本發明提供的消防水池蓄冷系統既能夠單獨通過消防水池向末端用戶直接供冷，還可以通過消防水池和冷卻塔并聯運行向末端用戶供冷。通過消防水池向末端用戶直接供冷，其冷源全部直接來自于消防水池所蓄冷源，隨著消防水池內冷源的逐漸消耗，當消防水池內的溫度高于第二設定溫度且冷卻塔中的水溫高于消防水池的水溫時，冷卻塔可以先和消防水池中的低品位冷源進行冷熱交換，再進入低溫冷機，通過低溫冷機向末端用戶供冷，這樣既能夠繼續使用消防水池的低品位冷源，提高消防水池內冷源的利用率，同時還能夠提高低溫冷機的制冷效率，減少建筑運行供冷過程中的碳排放量。
31.3、本發明提供了兩種運行方式，即abca運行方式和aba運行方式；當消防水池在谷值電價期間(通常為夜間)所蓄冷源足夠峰值電價期間(通常為日間)建筑運行供冷時，例如初夏或夏末，則采用aba的方式向用戶供冷即可；當消防水池在谷值電價期間所蓄冷源不夠
峰值電價期間建筑運行供冷時，例如三伏天，則可以采用abca的方式向用戶，兩種方式根據實際氣溫進行切換，大大減少了低品位冷源的浪費，提高了消防水池中冷源的利用率，提高了低溫冷機的制冷效率，節省了用電成本，并減少了碳排放量。
附圖說明
32.圖1是本發明實施例提供的一種消防水池蓄冷系統的結構示意圖；
33.圖2是本發明一種消防水池蓄冷系統在a運行方式下的結構示意圖；
34.圖3是本發明一種消防水池蓄冷系統在b運行方式下的結構示意圖；
35.圖4是本發明一種消防水池蓄冷系統在c運行方式下的結構示意圖。
36.附圖標號：
37.1-第一板式換熱器，11-第一板式換熱器第二介質腔的第一接口，12-第一板式換熱器第二介質腔的第二接口，2-第二板式換熱器，21-第二板式換熱器第二介質腔的第一接口，22-第二板式換熱器第二介質腔的第二接口，3-冷卻塔，31-冷卻塔的冷端接口，32-冷卻塔的熱端接口，4-低溫冷機，41-低溫冷機的受熱腔冷端接口，42-低溫冷機的受熱腔熱端接口，43-低溫冷機的放熱腔冷端接口，44-低溫冷機的放熱腔熱端接口，5-風冷熱泵，51-風冷熱泵的冷端接口，52-風冷熱泵的熱端接口，6-第一水泵，7-第二水泵，8-第三水泵，9-第四水泵，10-第五水泵，13-第六水泵。
具體實施方式
38.下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
39.圖1是本發明實施例提供的一種消防水池蓄冷系統的結構示意圖，如圖1所示，該蓄冷系統可以包括消防水池、第一板式換熱器1、第二板式換熱器2、冷卻塔3、低溫冷機4和風冷熱泵5；消防水池與第一板式換熱器1的第一介質腔以及第二板式換熱器2的第一介質腔分別連通；低溫冷機4的受熱腔冷端接口41與第一板式換熱器1第二介質腔的第一接口11、冷卻塔3的冷端接口31分別連通；低溫冷機4的受熱腔熱端接口42與第一板式換熱器1第二介質腔的第二接口12以及冷卻塔3的熱端接口32分別連通；低溫冷機4的放熱腔冷端接口43、第二板式換熱器2第二介質腔的第一接口21、風冷熱泵5的冷端接口51均與末端用戶的第一接口連通；低溫冷機4的放熱腔熱端接口44、風冷熱泵5的熱端接口52、第二板式換熱器2第二介質腔的第二接口22均與末端用戶的第二接口連通。此外，如果利用老舊建筑的消防水池實現本發明的蓄冷系統，則可以在消防水池外設置保溫層。
40.消防水池與第一板式換熱器1的第一介質腔連通的管路上設置有第一水泵6；消防水池與第二板式換熱器2的第一介質腔連通的管路上設置有第二水泵7；低溫冷機4與末端用戶連通的管路上設置有第三水泵8；低溫冷機4與第一板式換熱器1的第二介質腔連通的管路上設置有第四水泵9；低溫冷機4與冷卻塔3連通的管路上設置有第五水泵10；風冷熱泵5與第二板式換熱器2的第二介質腔連通的管路上設置有第六水泵13。通過控制六個水泵切換該蓄冷系統的運行方式。
41.上述的蓄冷系統可以按以下abca或aba的方式運行：
42.a、冷機蓄冷：在谷值電價供電期間(即：電價最低時)且消防水池的水溫高于第一設定溫度時，風冷熱泵5通過第二板式換熱器2向消防水池蓄冷，直至消防水池的水溫低至第一設定溫度；第一設定溫度為4-6℃，具體可以是5℃。
43.具體的，由于夜間通常為谷值電價供電，因此該a運行方式可以在夜間進行，圖2是本發明一種消防水池蓄冷系統在a運行方式下的結構示意圖，如圖2所示，開啟第二水泵7和第六水泵13，通過風冷熱泵5對其腔體內的水進行制冷，然后通過第六水泵13將制冷后的冷水輸送至第二板式換熱器2的第二介質腔內，同時通過第二水泵7將消防水池內的熱水輸送至第二板式換熱器2的第一介質腔內，二者在第二板式換熱器2處進行冷熱交換，使得消防水池內的水變冷，達到夜間蓄冷的目的，以供日間建筑運行供冷使用。由于夜間用電成本較低，這樣為建筑供冷節省了用電成本。
44.b、消防水池直供冷：末端用戶需要供冷且消防水池的水溫位于第一設定溫度和第二設定溫度之間時，消防水池通過第二板式換熱器2向末端用戶供冷，直至消防水池的水溫達到第二設定溫度；第二設定溫度為10-12℃，具體可以為10℃。
45.具體的，該b運行方式可以在日間上午時段進行，日間通常為峰值電價，圖3是本發明一種消防水池蓄冷系統在b運行方式下的結構示意圖，如圖3所示，開啟第二水泵7和第六水泵13，通過第二水泵7將消防水池在a運行方式下所蓄冷水輸送至第二板式換熱器2的第一介質腔內，同時通過第六水泵13將風冷熱泵5腔體內的熱水輸送至第二板式換熱器2的第二介質腔內，二者在第二板式換熱器2處進行冷熱交換，使得風冷熱泵5腔體內的熱水變冷，然后直接輸送至末端用戶，為用戶供冷，無需經過低溫冷機4，大大減少了建筑運行供冷的電成本。
46.c、消防水池和冷卻塔3并聯供冷：末端用戶需要供冷，消防水池的水溫高于第二設定溫度且冷卻塔3中的水溫高于消防水池的水溫時，冷卻塔3中的冷卻水在第一板式換熱器1與消防水池中的水進行冷熱交換后，再進入低溫冷機4，通過低溫冷機4向末端用戶供冷。
47.具體的，該c運行方式可以在日間中午和/或下午時段進行，圖4是本發明一種消防水池蓄冷系統在c運行方式下的結構示意圖，如圖4所示，此時，僅僅采用消防水池所蓄冷源供冷已無法達到末端用戶需求。因此，可以同時采用消防水池的低品位冷源以及低溫冷機4一起向末端用戶供冷，具體為開啟第一水泵6、第四水泵9以及第五水泵10，將消防水池內還蓄有低品位冷源的水輸送至第一板式換熱器1的第一介質腔內，通過第四水泵9和第五水泵10將低溫冷機4受熱腔內的水在圖4中的a點處分為兩路，其中一路通過第五水泵10回流至冷卻塔3，另一路通過第四水泵9輸送至第一板式換熱器1的第二介質腔內進行冷熱交換，交換后的水與冷卻塔3中的冷卻水在圖4中的b點處混合，之后再流向低溫冷機4，通過低溫冷機4向末端用戶供冷。可以理解的是，在第一板式換熱器1處進行冷熱交換后的水溫低于冷卻塔中的水溫，但還無法直接向末端用戶供冷，因此，使進行冷熱交換后的冷卻水再進入低溫冷機4，然后通過低溫冷機4向末端用戶供冷。該運行方式與將冷卻塔3中的冷卻水直接通過低溫冷機4向末端用戶繼續供冷相比，顯然既能夠提高消防水池中低品位冷源的利用率，還能夠提高低溫冷機4的制冷效率，進入低溫冷機4的冷卻水溫度越低，則低溫冷機4的制冷效率越高。
48.可以理解的是，當消防水池的水溫與冷卻塔3中的水溫相等時，即使冷卻塔3中的
水被輸送至第一板式換熱器1，也不能與消防水池的水進行冷熱交換了，即，當消防水池的水溫與冷卻塔3中的水溫相等，冷卻塔3中的冷卻水直接進入低溫冷機4向末端用戶供冷。也就是說，本發明提供的消防水池蓄冷系統及其運行方法能夠將消防水池所蓄冷源毫無保留的用完、用盡，以最大限度的節能減排，并降低用電成本。
49.另外，abca運行方式和aba運行方式可以根據季節或天氣進行切換，當消防水池的冷源足夠建筑日間供冷時，例如春末、初夏、夏末或初秋時，可以采用aba運行方式；當消防水池的冷源不夠建筑日間供冷時，例如三伏天氣，則可以采用abca運行方式，以達到持續供冷的目的；兩種方式根據實際氣溫進行切換，既節省了用電成本、還提高了低溫冷機的制冷效率，同時也提高了消防水池冷源的利用率、減少了碳排放量。
50.以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何在本發明揭露的技術范圍內的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
技術特征：
1.一種消防水池蓄冷系統，其特征在于：包括消防水池、第一板式換熱器(1)、第二板式換熱器(2)、冷卻塔(3)、低溫冷機(4)和風冷熱泵(5)；所述消防水池與所述第一板式換熱器(1)的第一介質腔以及所述第二板式換熱器(2)的第一介質腔分別連通；所述低溫冷機(4)的受熱腔與所述第一板式換熱器(1)的第二介質腔以及所述冷卻塔(3)分別連通；所述低溫冷機(4)的放熱腔與末端用戶、所述第二板式換熱器(2)的第二介質腔分別連通；所述風冷熱泵(5)與所述第二板式換熱器(2)的第二介質腔。2.根據權利要求1所述的消防水池蓄冷系統，其特征在于：所述消防水池外設置有保溫層。3.根據權利要求1或2所述的消防水池蓄冷系統，其特征在于：所述消防水池與所述第一板式換熱器(1)的第一介質腔連通的管路上設置有第一水泵(6)；所述消防水池與所述第二板式換熱器(2)的第一介質腔連通的管路上設置有第二水泵(7)；所述低溫冷機(4)的放熱腔與末端用戶連通的管路上設置有第三水泵(8)；所述低溫冷機(4)的受熱腔與所述第一板式換熱器(1)的第二介質腔連通的管路上設置有第四水泵(9)；所述低溫冷機(4)與所述冷卻塔(3)連通的管路上設置有第五水泵(10)；所述風冷熱泵(5)與所述第二板式換熱器(2)的第二介質腔連通的管路上設置有第六水泵(13)。4.一種權利要求1或2或3所述的消防水池蓄冷系統的運行方法，其特征在于，所述蓄冷系統按以下abca或aba的方式運行：a、冷機蓄冷：在谷值電價供電期間且消防水池的水溫高于第一設定溫度時，風冷熱泵(5)通過第二板式換熱器(2)向所述消防水池蓄冷，直至所述消防水池的水溫低至第一設定溫度；b、消防水池直供冷：末端用戶需要供冷且所述消防水池的水溫位于第一設定溫度和第二設定溫度之間時，所述消防水池通過所述第二板式換熱器(2)向末端用戶供冷，直至所述消防水池的水溫達到所述第二設定溫度；所述第二設定溫度高于第一設定溫度；c、消防水池和冷卻塔(3)并聯供冷：末端用戶需要供冷，所述消防水池的水溫高于所述第二設定溫度且所述冷卻塔(3)中的水溫高于所述消防水池的水溫時，所述冷卻塔(3)中的冷卻水在第一板式換熱器(1)與所述消防水池中的水進行冷熱交換后，再通過低溫冷機(4)向末端用戶供冷。5.根據權利要求4所述的消防水池蓄冷系統的運行方法，其特征在于：所述第一設定溫度為4-6℃；所述第二設定溫度為10-12℃。6.根據權利要求5所述的消防水池蓄冷系統的運行方法，其特征在于：
所述第一設定溫度為5℃；所述第二設定溫度為10℃。
技術總結
本發明公開了一種消防水池蓄冷系統及其運行方法，以提高低品位冷源的利用率，提高低溫冷機的制冷效率，降低建筑供冷的用電成本，并減少建筑運行供冷過程中碳排放量。具體包括消防水池、第一板式換熱器、第二板式換熱器、冷卻塔、低溫冷機和風冷熱泵；所述消防水池與所述第一板式換熱器的第一介質腔以及所述第二板式換熱器的第一介質腔分別連通；所述低溫冷機的受熱腔與所述第一板式換熱器的第二介質腔以及所述冷卻塔分別連通；所述低溫冷機的放熱腔與末端用戶、所述第二板式換熱器的第二介質腔分別連通；所述風冷熱泵與所述第二板式換熱器的第二介質腔。熱器的第二介質腔。熱器的第二介質腔。
