CN102434922A - 节能空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种节能空调系统，包含空气循环回路、变频冰水循环回路、变频冷却水循环回路与控制中心。控制中心可以根据环境的温湿度动态地调整空气循环回路、变频冰水循环回路，以及变频冷却水循环回路的效率，以节约能源的使用。节能空调系统更搭配变频泵达到节能最佳化的功效。

Description

节能空调系统

技术领域

本发明是有关于一种空调系统，且特别是有关于一种中央空调系统。

背景技术

长期以来人类对能源依赖的程度与日剧增，然而遭逢两次石油危机，饱受能源不足的威胁之后，许多国家纷纷尝试替代能源或新能源的开发与研究。

中央空调在现今的社会中几乎是不可或缺的装置，特别是大型的中央空调系统，大致可包含水冷式及气冷式两大类搭配使用。气冷式的空调透过冷煤循环冷却空气，将冷气提供至大楼中，热风经收集后可以直接排出或是回风循环使用。水冷式机组则是利用水冷却冷煤，再喷洒热交换后的热水，并利用风扇将高温的湿热空气带走水的蒸发潜热，达到将冷却水降温，循环使用的目的。

随着环保意识的高涨，节能减碳的概念亦越显重要。由于空调系统占用能源消耗的比例极高，甚至达到整体耗能的50％以上，因此，如何降低空调系统的耗电量，便成为一个重要的课题。

发明内容

因此本发明的目的就是在提供一种节能空调系统，用以减少空调系统的耗电量。

依照本发明一实施例，提出一种节能空调系统，包含空气循环回路、变频冰水循环回路、冷凝器、变频冷却水循环回路、感测模块与控制中心。空气循环回路包含送风风管与送风出口、回风风管与回风风门、外气风管与外气风门，以及排气风管与排气风门。变频冰水循环回路具有设置于外气风门与回风风门的出口处的水冷式热交换器，其中从外气风管或回风风管进入的空气与水冷式热交换器进行热交换后，由送风风管送出。冷凝器提供冰水至变频冰水循环回路进行热交换。变频冷却水循环回路连接冷凝器，具有多个冷却风机以冷却冷凝器排出的热水。控制中心根据感测模块回传的数据，控制外气风门、排气风门与回风风门的开启幅度，以及控制变频冰水循环回路、冷凝器以及变频冷却水循环回路的效率。

变频冰水循环回路包含连接冷凝器与水冷式热交换器的冰水送水管路与冰水回水管路，感测模块包含设置于冰水回水管路上的冰水回水温度感测组件，控制中心根据冰水回水温度感测组件回传的冰水回水温度调整变频冰水循环回路的效率。变频冰水循环回路包含多个变频泵，设置于冰水回水管路，控制中心控制变频泵的流量，以调整变频冰水循环回路的效率，变频泵较佳地为同时运作且流量相同。

变频冷却水循环回路包含连接冷却风机与冷凝器的冷却水回水管路与冷却水回水管路，感测模块包含设置于冷却水出水管路上的冷却水出水温度感测组件与设置于冷却水回水管路上的冷却水回水温度感测组件，控制中心根据冷却水出水温度感测组件回传的冷却水出水温度与冷却水回水温度感测组件回传的冷却水回水温度之间的温度差调整变频冷却水循环回路的效率。变频冷却水循环回路包含多个变频泵，设置于冷却水出水管路，控制中心控制变频泵的流量，以调整变频冷却水循环回路的效率。变频泵较佳地为同时运作且流量相同。冷却风机包含并联的多个风扇与变频器。

感测模块包含设置于外气风门外的外气温湿度感测组件与设置于回风风管内的回风温湿度感测组件，外气温湿度感测组件提供外气焓值，回风温湿度感测组件提供回风焓值，控制中心根据外气焓值与回风焓值，控制外气风门、排气风门与回风风门的开启幅度。回风焓值大于外气焓值时，加大外气风门与排风风门，并关小回风风门。

本发明所提供的节能空调系统可根据环境的温湿度动态地调整空气循环回路、变频冰水循环回路，以及变频冷却水循环回路的效率，并搭配变频泵达到节能最佳化的功效。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：

图1绘示本发明的节能空调系统一实施例的示意图。

图2为图1中的空气循环回路的细部示意图。

图3为图1中的冰水循环回路的细部示意图。

图4为图1中的变频冷却水循环回路的细部示意图。

【主要组件符号说明】

100：节能空调系统        340：变频泵

200：空气循环回路        342：水泵

210：送风风管            344：变频器

212：送风出口            400：冷凝器

220：回风风管                500：变频冷却水循环回路

222：回风入口                510：冷却风机

224：回风风门                512：风扇

230：排气风管                514：变频器

232：排气风门                520：冷却水出水管路

240：外气风管                530：冷却水回水管路

242：外气风门                540：变频泵

250：空调箱                  600：控制中心

260：送风风扇                700：室内环境

270：回风风扇                810：外气温湿度感测组件

280：变频器                  820：回风温湿度感测组件

300：变频冰水循环回路        830：室内温湿度感测组件

310：水冷式热交换器          840：冰水回水温度感测组件

320：冰水送水管路            850：冷却水出水温度感测组件

330：冰水回水管路            860：冷却水回水温度感测组件

具体实施方式

以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

由于空调系统耗费的能量相当地高，且一般的空调系统中，水泵或是风机往往只能在设定的工作频率下运作，当在季节转换或是天气发生变化时，水泵或是风机往往无法实时反应，而造成严重的能源损耗。为此，本发明便提出了一种根据外界温湿度与室内温湿度，动态地调整空调系统的运作状态，以达到节约能源的功效。

参照图1，其绘示本发明的节能空调系统一实施例的示意图。节能空调系统100主要包含有空气循环回路200、变频冰水循环回路300、冷凝器400、变频冷却水循环回路500，以及控制中心600。其中空气循环回路200与变频冰水循环回路300连接，冷凝器400实体连接变频冷却水循环回路500与变频冰水循环回路300。控制中心600以无线或是有线方式连接并控制空气循环回路200、变频冰水循环回路300、冷凝器400以及变频冷却水循环回路500。节能空调系统100更包含有感测模块(此图中未绘示)，控制中心600可以根据感测模块所回传的数据控制空气循环回路200、变频冰水循环回路300、冷凝器400以及变频冷却水循环回路500的运作状态。

空气循环回路200包含有设置于大楼内的空调箱250，以提供冷气至大楼中。空气循环回路200包含连接空调箱250与室内环境700的送风风管210，与位于送风风管210末端的送风出口212，空气循环回路200更包含有设置在空调箱250中，且位于送风风管210入口处的送风风扇260，使空调箱250所提供的冷气经由送风风扇260吹入送风风管210中，再经由送风出口212送入室内环境700中。空气循环回路200包含变频器280，以控制送风风扇260的转速。

空气循环回路200包含有回风风管220，回风风管220的回风入口222位于室内环境700中，回风风管220的末端通向空调箱250。空气循环回路200更包含设置于回风风管220的末端的回风风门224，以及位于回风风管220中的回风风扇270。藉由回风风扇270产生的气流，使得室内环境700产生的热空气进入回风入口222。当回风风门224开启时，热空气可以进入空调箱250中进行降温处理。

空气循环回路200包含有排气风管230，排气风管230的一端通向回风风管220，并位于回风风门224的前。排气风管230的另一端通向外界。空气循环回路200包含设置在排气风管230末端的排气风门232。当回风风门224开启，且排气风门232关闭时，室内环境700所产生的热空气进入空调箱250中进行降温处理。当回风风门224关闭，且排气风门232开启时，室内环境700所产生的热空气经由排气风管230散逸至外界。

空气循环回路200包含有通向外界的外气风管240，以及位于外气风管240末端的外气风门242，当外气风门242开启时，外界的空气可以经由外气风管240进入空调箱250中。

变频冰水循环回路300包含水冷式热交换器310、冰水送水管路320以及冰水回水管路330。水冷式热交换器310位于空调箱250中，回风风管220与外气风管240的出风口位于水冷式热交换器310一侧，送风风扇260与送风风管210的进气口则位于水冷式热交换器310的另一侧。回风风管220及/或外气风管240所排出的热空气经由水冷式热交换器310降温之后，冷空气经由送风风扇260送入送风风管210中，再分配到室内环境700中。

冰水送水管路320与冰水回水管路330则是连接冷凝器400与水冷式热交换器310。冰水从冷凝器400送出经由冰水送水管路320进入水冷式热交换器310后，与热空气进行热交换，接着，热水(相对于冰水而言较高温的水)再经由冰水回水管路330送回冷凝器400中，再次降温。变频冰水循环回路300包含多个变频泵340，变频泵340设置于冰水回水管路330，控制中心600控制变频泵340的流量，以调整变频冰水循环回路300的效率。

变频冷却水循环回路500包含冷却风机510、冷却水出水管路520与冷却水回水管路530。冷却风机510设置于室外，冷却水出水管路520与冷却水回水管路530连接冷却风机510与冷凝器400。冷凝器400进行降温时所产生的高温热水，经由冷却水出水管路520送至冷却风机510中与外界空气进行热交换而降温，降温后的冷却水经收集后，再由冷却水回水管路530送回冷凝器400中。变频冷却水循环回路500包含多个变频泵540，变频泵540设置于冷却水出水管路520，控制中心600控制变频泵540的流量，以调整变频冷却水循环回路500的效率。

节能空调系统100的整体架构如上所述，以下将根据上述基础，对各个部分的运作节能原理进行描述。

参照图2，其为图1中的空气循环回路200的细部示意图。感测模块包含设置于外气风门242外的外气温湿度感测组件810、设置于回风风管220内的回风温湿度感测组件820，以及设置于室内环境700的室内温湿度感测组件830。感测模块所侦测的数据传回控制中心600中，控制中心600根据感测模块所提供的数据调整空气循环回路200的运作模式。

具体而言，当室内温湿度感测组件830所侦测到的温度高于设定温度上限时，控制中心600便发出指令，提高水冷式热交换器310以及送风风扇260的工作效率，以加大冷空气的供应量，达到降低室内环境700温度的功效。相对地，若是室内温湿度感测组件830所侦测的温度低于设定温度下限时，控制中心600便发出指令，降低水冷式热交换器310以及送风风扇260的工作效率，以达到节约能源的功效。

除此的外，控制中心600可以将外气温湿度感测组件810所提供的外气温湿度转换成外气焓值，以及将回风温湿度感测组件820所提供的回风温湿度转换成回风焓值。控制中心600更进一步比较外气焓值与回风焓值，当外气焓值大于回风焓值时，代表外界空气的温湿度高于回风的温湿度，若是直接使用外界空气进行降温，则会耗费比使用回风进行降温还要多的能量。因此，当外气焓值大于回风焓值时，控制中心600便关闭或是关小外气风门242，降低外气的引进量，并开启或是加大回风风门224，以回风为主与水冷式热交换器310进行热交换。

相对地，当回风焓值大于外气焓值时，代表回风的温湿度高于外界空气的温湿度，若是直接使用外界空气进行降温，则会耗费比使用回风进行降温还要少的能量。因此，当回风焓值大于外气焓值时，控制中心600便关闭或是关小回风风门224，降低回风的引进量外，并开启或是加大外气风门242，以外部空气为主与水冷式热交换器310进行热交换。

空气循环回路200配合室内外的实际温湿度，动态地调整外气风门242与回风风门224的开启幅度，与水冷式热交换器310与送风风扇260的工作效率，以达到降低能源使用的目的。

参照图3，其为图1中的变频冰水循环回路300的细部示意图。感测模块包含设置于冰水回水管路330上的冰水回水温度感测组件840，控制中心600根据冰水回水温度感测组件840回传的冰水回水温度调整变频冰水循环回路300的效率。冰水回水管路330上的变频泵340一般是维持在下限频率运作，以节约能源的使用，但是当冰水回水温度感测组件840回传的冰水回水温度高于设定温度时，控制中心600便发出指令，加大变频泵340的流量，提升水冷式热交换器310的热交换效率。当冰水回水温度感测组件840回传的冰水回水温度低于设定温度时，变频泵340回到下限频率运作。

除此的外，变频冰水循环回路300更针对变频泵340的工作模式进行改良，以进一步节省能源使用。变频泵340包含水泵342与变频器344，其中水泵342供水量与转速成正比，而水泵342的耗能量与转速呈三次方的比例关系，举例来说，当水泵342的转速降为原来的1/2时，其耗能量会降为原来的1/8。变频泵340较佳地为同时运作且流量相同，以达到耗能最小化的目的。

具体而言，以两水泵为例，过去使用定频泵时，若需要100％转速的水流量，可能是关闭其中一个水泵，另一个水泵全力运转，此时需要耗费100％的能量。但是在本发明中，由于加装有变频器344，因此，可以实现两个水泵342均以50％转速运作，同样可以提供100％转速的水流量，但是耗能为12.5％加上12.5，只需要耗费原本能量的25％，大幅降低使用的能量。

变频冰水循环回路300透过变频泵340，可以动态改变水冷式热交换器310的效率，并将供水均分到各水泵342中，有效达到降低耗能的功效。

参照图4，其为图1中的变频冷却水循环回路500的细部示意图。感测模块包含设置于冷却水出水管路520的冷却水出水温度感测组件850，以及设置于冷却水回水管路530的冷却水回水温度感测组件860。冷却水出水温度感测组件850与冷却水回水温度感测组件860所侦测到的冷却水出水温度与冷却水回水温度为回传至控制中心600中，控制中心600再根据冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差，调整变频冷却水循环回路500的效率。变频冷却水循环回路500具有变频泵540与冷却风机510，控制中心600藉由调整变频泵540与冷却风机510的转速，改变变频冷却水循环回路500的效率。

具体而言，当冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差加大时，表示冷凝器400的散热量加大，控制中心600发出指令加大变频泵540的流量。当冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差缩小时，表示冷凝器400的散热量减少，控制中心600发出指令减少变频泵540的流量。变频泵540可以达到节约能源的功效，在此不再赘述。

冷却风机510包含有并联的多个风扇512与一变频器514，从冷凝器400流出高温的冷却水流经冷却风机510与外界空气进行热交换，并透过风扇512吹风达到降温冷却水的目的。控制中心600可以控制变频器514以调节风扇512的转速。换言之，控制中心600除变频泵540外，亦可藉由改变冷却风机510的转速调整变频冷却水循环回路500的效率。当冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差加大时，控制中心600可以发出指令提升冷却风机510的转速。当冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差减少时，控制中心600可以发出指令降低冷却风机510的转速。

控制中心600根据冷却水出水温度与冷却水回水温度之间的温度差，动态地调整变频泵540与冷却风机510的转速，藉以改变变频冷却水循环回路500的效率，有效达到降低耗能的功效。

由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明具有下列优点。本发明所提供的节能空调系统可根据环境的温湿度动态地调整空气循环回路、变频冰水循环回路，以及变频冷却水循环回路的效率，并搭配变频泵达到节能最佳化的功效。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种节能空调系统，其特征在于，包含：

一空气循环回路，包含一送风风管与一送风出口、一回风风管与一回风风门、一外气风管与一外气风门，以及一排气风管与一排气风门；

一变频冰水循环回路，具有设置于所述外气风门与所述回风风门的出口处的一水冷式热交换器，其中从所述外气风管或所述回风风管进入的空气与所述水冷式热交换器进行热交换后，由所述送风风管送出；

一冷凝器，以提供冰水至所述变频冰水循环回路进行热交换；

一变频冷却水循环回路，连接所述冷凝器，具有一冷却风机以冷却所述冷凝器排出的热水；

一感测模块；以及

一控制中心，根据所述感测模块回传的数据，控制所述外气风门、所述排气风门与所述回风风门的开启幅度，以及控制所述变频冰水循环回路、所述冷凝器以及所述变频冷却水循环回路的效率。

2.根据权利要求1所述的节能空调系统，其特征在于，所述变频冰水循环回路包含连接所述冷凝器与所述水冷式热交换器的一冰水送水管路与一冰水回水管路，所述感测模块包含设置于所述冰水回水管路上的一冰水回水温度感测组件，所述控制中心根据所述冰水回水温度感测组件回传的冰水回水温度调整所述变频冰水循环回路的效率。

3.根据权利要求2所述的节能空调系统，其特征在于，所述变频冰水循环回路包含多个变频泵，设置于所述冰水回水管路，所述控制中心控制所述些变频泵的流量，以调整所述变频冰水循环回路的效率。

4.根据权利要求3所述的节能空调系统，其特征在于，所述些变频泵为同时运作且流量相同。

5.根据权利要求1所述的节能空调系统，其特征在于，所述变频冷却水循环回路包含连接所述冷却风机与所述冷凝器的一冷却水回水管路与一冷却水回水管路，所述感测模块包含设置于所述冷却水出水管路上的一冷却水出水温度感测组件与设置于所述冷却水回水管路上的一冷却水回水温度感测组件，所述控制中心根据所述冷却水出水温度感测组件回传的冷却水出水温度与所述冷却水回水温度感测组件回传的冷却水回水温度之间的温度差调整所述变频冷却水循环回路的效率。

6.根据权利要求5所述的节能空调系统，其特征在于，所述变频冷却水循环回路包含多个变频泵，设置于所述冷却水出水管路，所述控制中心控制所述些变频泵的流量，以调整所述变频冷却水循环回路的效率。

7.根据权利要求6所述的节能空调系统，其特征在于，所述些变频泵为同时运作且流量相同。

8.根据权利要求5所述的节能空调系统，其特征在于，所述冷却风机包含并联的多个风扇与一变频器。

9.根据权利要求1所述的节能空调系统，其特征在于，所述感测模块包含设置于所述外气风门外的一外气温湿度感测组件与设置于所述回风风管内的一回风温湿度感测组件，所述外气温湿度感测组件提供一外气焓值，所述回风温湿度感测组件提供一回风焓值，所述控制中心根据所述外气焓值与所述回风焓值，控制所述外气风门、所述排气风门与所述回风风门的开启幅度。

10.根据权利要求9所述的节能空调系统，其特征在于，当所述回风焓值大于所述外气焓值时，加大所述外气风门与所述排风风门，并关小所述回风风门。

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