CN103277862A - 一种节能水冷空调 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能水冷空调，属于空调技术领域，也属于新能源或可再生能源技术领域。一种节能水冷空调，使用水冷换热器与地源热泵等外部冷却水系统换热，使空调终端冷却水的水温可以直接满足室内制冷制热的需求，或者半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件少量做功就可以满足室内制冷制热的需求。该节能水冷空调能够在外部冷却水系统不具备或者无效的情况下正常工作。该节能水冷空调具有节能、噪音污染少、安装方便、使用灵活和便于推广应用等优点。该节能水冷空调利于先推广地源热泵的空调终端，然后带动普及地源热泵，降低社会空调总能耗。

Description

一种节能水冷空调
技术领域
本发明涉及一种空调系统，属于空调技术领域，也属于新能源或可再生能源技术领域。
背景技术
目前普通建筑空调普遍采用压缩机制冷技术，其优点是安装方便，使用灵活，其缺点是能耗高。据国家相关部门统计：在我国，目前建筑能耗约占全社会总能耗的1/3，其中空调占50%以上。
目前的半导体空调的优点是，制冷制热速度快，易于控制和调节温度，其缺点是应对大制冷量的情况下制冷效率低，不适合作为普通建筑空调使用。
目前新能源、可再生能源的发展日益得到人们的重视，其中地源热泵在空调领域有其独到的优势。地源热泵系统是把冷却水管道埋入地下深处或地表水等处，通过与地下土壤等进行热量交换。众所周知，地下2~3米以下的土壤、海水、地下水温度常年基本恒定，始终保持在13℃~19℃，与人体最舒适的环境温度20℃~28℃非常接近；而且它不受地域、资源等限制，可谓取之不尽用之不竭。其缺点是安装和使用不灵活，不能直接用于空调终端。
发明内容
为解决现有技术中普通建筑空调能耗高的问题，本发明提供一种节能水冷空调，使用水冷换热器与地源热泵、冷却塔等外部冷却水系统换热，使用半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件调节空调终端冷却水的水温。附加压缩机制冷部件、室外散热水箱和风扇等部件使节能水冷空调能够在外部冷却水系统不具备或者无效的情况下正常工作。这样既利用了地源热泵、冷却塔等水冷系统的节能优点，又利用了半导体空调技术的制冷制热速度快、无噪音、易于控制和调节温度的优点，还利用了压缩机制冷技术的安装方便、使用灵活的优点。
 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种节能水冷空调，包含制冷系统、室内换热系统、室外换热系统、冷却水循环系统和控制系统。制冷系统主要由半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件组成；室内换热系统主要由散热水箱和风扇组成；室外换热系统主要由水冷换热器、散热水箱和风扇组成；冷却水循环系统包含内循环系统和外循环系统，内循环系统由水管将储水箱、水泵、制冷系统、室内换热系统、室外换热系统连接起来组成，外循环系统由水管将外部冷却水系统、水泵、室外换热系统的水冷换热器连接起来组成，外部冷却水系统是地源热泵、冷却塔等节能水冷系统，内循环系统与外循环系统之间通过室外换热器的水冷换热器换热；控制系统主要由温度传感器、流量传感器、转速控制器和制冷控制器组成。
 制冷系统的半导体制冷部件包括吸冷水冷板、吸热水冷板和半导体制冷片组。半导体制冷片组的制冷端与吸冷水冷板相接触，半导体制冷片组的制热端与吸热水冷板相接触。
制冷系统的附加压缩机制冷部件包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、吸冷水箱和吸热水箱。蒸发器安装在吸冷水箱内，冷凝器安装在吸热水箱内，与流经吸冷水箱和吸热水箱的冷却水进行热交换。
一般情况下由半导体制冷部件工作来调节空调终端冷却水的水温，附加压缩机制冷部件不工作。由于外部冷却水系统不具备或者无效等原因，导致制冷系统的冷却水输入温度与目标输出温度相差较大时，附加压缩机制冷部件启动，以提高制冷制热效率，降低能耗。
 室内换热系统主要由散热水箱和风扇组成，风扇使风吹向散热水箱，对室内空气进行制冷或制热。
 室外换热系统的水冷换热器是冷却水循环系统的内循环系统与外循环系统相连接的地方，内循环系统里的冷却水在这里吸收外部冷却水的冷量或热量，使内循环管道里的水温接近外部冷却水的水温。如果外部冷却水系统是地源热泵，冷却水能得到理想的13℃~19℃的温度，与人体最舒适的环境温度20℃~28℃相差无几，那么换热后内循环系统里的冷却水的水温基本上可以满足室内制冷制热的需求，或者半导体制冷部件少量做功就可以满足室内制冷制热的需求了。
一般情况下室外换热系统的风扇不工作。由于外部冷却水系统不具备或者无效等原因，导致室外换热系统的散热水箱的输入冷却水温度在制冷时高于或在制热时低于空气温度时，室外换热系统的风扇启动，使流经散热水箱的冷却水与空气换热，使散热水箱输出冷却水的温度尽可能接近空气温度。
 冷却水循环系统的内循环系统的一种优化结构是：冷却水由水泵驱动，从储水箱流出，然后分三路流向吸冷水箱、吸热水箱和吸热水冷板；一路依次流经吸冷水箱、吸冷水冷板、室内换热器的散热水箱，然后流向水冷换热器的内循环管道；另外两路分别从吸热水箱和吸热水冷板流向水冷换热器的内循环管道；然后从水冷换热器的内循环管道流向室外换热器的散热水箱；然后流回储水箱。冷却水循环系统的外循环系统的一种优化结构是：冷却水由水泵驱动，从外部冷却水系统流向水冷换热器的外循环管道，然后流回外部冷却水系统；外部冷却水系统包含冷水管和热水管，制冷时冷却水从冷水管流向热水管，制热时冷却水从热水管流向冷水管。这样，当与同一个外部冷却水系统相连接的空调终端一部分制冷一部分制热时，所产生的热水和冷水可以被对方利用起来。
 内循环系统里的冷却水使用无毒型防冻液，以满足环保和低温环境需求。
 控制系统的温度传感器安装在冷却水循环系统的吸冷水箱、吸热水箱、吸冷水冷板、吸热水冷板、室内换热器的散热水箱、水冷换热器的内循环管道、水冷换热器的外循环管道和室外换热器的散热水箱的冷却水输入端和输出端，用来采集各节点的冷却水温度。控制系统的温度传感器还安装在室内和室外换热系统的散热水箱的进气侧和出气侧附近，用来采集各节点的空气温度。
控制系统的流量传感器安装在冷却水循环系统的水泵上，用来采集冷却水的流量。
控制系统的转速控制器用来控制水泵和风扇的转速。
控制系统的制冷控制器用来控制半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件的制冷制热量。
主要控制逻辑有：
当室内换热系统的散热水箱的进气侧的空气温度在制冷时高于或在制热时低于目标温度时，温差越大，水泵和室内换热系统的风扇的转速越大，温差为负数时停止转动。或者，室内换热系统的风扇根据目标风量调整转速。
当室内换热系统的风扇根据目标风量运转，而且室内换热系统的散热水箱的进气侧的空气温度在制冷时低于或在制热时高于目标温度时，冷却水循环系统的内循环系统和外循环系统的水泵都停止工作，制冷系统也停止工作。
当室外换热系统的水冷换热器的内循环管道的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于目标冷却水输出温度时，温差越大，冷却水循环系统的外循环系统的水泵转速越大，使内循环管道的冷却水输出温度尽可能接近目标冷却水输出温度。
当室外换热系统的散热水箱的冷却水的输入温度在制冷时高于或在制热时低于进气侧的空气温度时，温差越大，室外换热系统的风扇的转速越大，使室外换热系统的散热水箱的冷却水的输出温度尽可能接近散热水箱的进气侧的空气温度。
 当冷却水循环系统的内循环系统的冷却水流量小于目标流量时，说明可能出现了泄漏或管道堵塞等情况，节能水冷空调停止工作；当水冷换热器的外循环管道的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于内循环管道的冷却水输入温度，或者外循环系统的冷却水流量小于目标流量时，说明外部冷却水系统可能无效或不具备，外循环系统的水泵停止工作。
 当附加压缩机制冷部件的吸冷水箱的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于半导体制冷部件的吸冷水冷板的冷却水理想输入温度时，附加压缩机制冷部件工作，温差越大，附加压缩机制冷部件的制冷制热量越大，温差为负数时附加压缩机制冷部件停止工作，使附加压缩机制冷部件的吸冷水箱的冷却水输出温度达到制冷系统的目标冷却水输出温度。当半导体制冷部件的吸冷水冷板的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于制冷系统的目标冷却水输出温度时，半导体制冷部件工作，温差越大，附加半导体制冷部件的制冷制热量越大，温差为负数时半导体制冷部件停止工作，使半导体制冷部件的吸冷水冷板的冷却水输出温度达到制冷系统的目标冷却水输出温度。
 本发明的有益效果是：本发明的节能水冷空调使用水冷换热器与地源热泵、冷却塔等外部冷却水系统换热，使空调终端冷却水的水温基本上可以满足室内制冷制热的需求，或者半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件少量做功就可以满足室内制冷制热的需求；本发明的节能水冷空调的附加压缩机制冷部件、室外换热系统的散热水箱和风扇，使节能水冷空调能够在外部冷却水系统不具备或者无效的情况下正常工作；目前，地源热泵空调节能而不能普及，是因为前期投资大，投资主体一般是单位，压缩机制冷的普通建筑空调能耗高而很普遍，是因为前期投资小，普通家庭用户能承受得起；本发明的节能水冷空调可以由于投资小和有节能潜力被普及，然后吸引单位和社区等为之建立地源热泵，从而逐步将地源热泵普及到普通家庭用户，降低社会空调总能耗。与目前的压缩机制冷的普通建筑空调和地源热泵空调相比，本发明的节能水冷空调具有节能、噪音污染少、安装方便、使用灵活和便于推广应用等优点。
附图说明
图1是根据本发明的节能水冷空调的结构示意图。
图中，1.制冷系统，11.半导体制冷部件，111.半导体制冷片组，1111.制冷端，1112.制热端，112.吸冷水冷板，113.吸热水冷板，12.附加压缩机制冷部件，121.压缩机，122.冷凝器，123.蒸发器，124.节流装置，125.吸冷水箱，126.吸热水箱，2.室内换热系统，21.散热水箱，22.风扇，3.室外换热系统，31.水冷换热器，311.内循环管道，312.外循环管道，4.冷却水循环系统，41.内循环系统，411.水管，412.储水箱，413.水泵，42.外循环系统，5.控制系统，51.温度传感器，52.流量传感器，53.转速控制器，54.制冷控制器，55.冷却水的输入端，56.冷却水的输出端，57.散热水箱的进气侧，58.散热水箱的出气侧，6.外部冷却水系统，61.冷水管，62.热水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，本发明的实施例是一种节能水冷空调。
如图1所示：
一种节能水冷空调，包含制冷系统1、室内换热系统2、室外换热系统3、冷却水循环系统4和控制系统5。制冷系统1主要由半导体制冷部件11和附加压缩机制冷部件12组成；室内换热系统2主要由散热水箱21和风扇22组成；室外换热系统3主要由水冷换热器31、散热水箱21和风扇22组成；冷却水循环系统4包含内循环系统41和外循环系统42，内循环系统41由水管411将储水箱412、水泵413、制冷系统1、室内换热系统2和室外换热系统3连接起来组成，外循环系统42由水管411将外部冷却水系统6、水泵413和室外换热系统的水冷换热器31连接起来组成，外部冷却水系统6是地源热泵、冷却塔等节能水冷系统，内循环系统41与外循环系统42之间通过室外换热器的水冷换热器31换热；控制系统5主要由温度传感器51、流量传感器52、转速控制器53和制冷控制器54等组成。
 制冷系统1的半导体制冷部件11包括半导体制冷片组111，吸冷水冷板112和吸热水冷板113。半导体制冷片组111的制冷端1111与吸冷水冷板112相接触，半导体制冷片组111的制热端1112与吸热水冷板113相接触。
制冷系统1的附加压缩机制冷部件12包括压缩机121、冷凝器122、蒸发器123、节流装置124、吸冷水箱125和吸热水箱126。蒸发器123安装在吸冷水箱125内，冷凝器122安装在吸热水箱126内，与流经吸冷水箱125和吸热水箱126的冷却水进行热交换。
一般情况下由半导体制冷部件11工作来调节空调终端冷却水的水温，附加压缩机制冷部件12不工作。由于外部冷却水系统6不具备或者无效等原因，导致制冷系统1的冷却水输入温度与目标输出温度相差较大时，附加压缩机制冷部件12启动，以提高制冷制热效率，降低能耗。
 室内换热系统2主要由散热水箱21和风扇22组成，风扇22使风吹向散热水箱21，对室内空气进行制冷或制热。
 室外换热系统3的水冷换热器31是冷却水循环系统4的内循环系统41与外循环系统42相连接的地方，内循环系统41里的冷却水在这里吸收外部冷却水的冷量或热量，使内循环管道311里的水温接近外部冷却水的水温。如果外部冷却水系统6是地源热泵，冷却水能得到理想的13℃~19℃的温度，与人体最舒适的环境温度20℃~28℃相差无几，那么换热后内循环系统41里的冷却水的水温基本上可以满足空调终端的需求，或者半导体制冷部件11少量做功就可以满足空调终端的需求了。
一般情况下室外换热系统3的风扇22不工作。由于外部冷却水系统6不具备或者无效等原因，导致室外换热系统3的散热水箱21的输入冷却水温度在制冷时高于或在制热时低于空气温度时，室外换热系统3的风扇22启动，使流经散热水箱21的冷却水与空气换热，使散热水箱21输出冷却水的温度尽可能接近空气温度。
 冷却水循环系统4的内循环系统41的一种优化结构是：冷却水由水泵413驱动，从储水箱412流出，然后分三路流向吸冷水箱125、吸热水箱126和吸热水冷板113；一路依次流经吸冷水箱125、吸冷水冷板112、室内换热器2的散热水箱21，然后流向水冷换热器31的内循环管道311；另外两路分别从吸热水箱126和吸热水冷板113流向水冷换热器31的内循环管道311；然后从水冷换热器31的内循环管道311流向室外换热器3的散热水箱21；然后流回储水箱412；冷却水循环系统4的外循环系统42的一种优化结构是：冷却水由水泵413驱动，从外部冷却水系统6流向水冷换热器31的外循环管道312，然后流回外部冷却水系统6；外部冷却水系统6包含冷水管61和热水管62，制冷时冷却水从冷水管61流向热水管62，制热时冷却水从热水管62流向冷水管61。
 内循环系统41里的冷却水使用无毒型防冻液，以满足环保和低温环境需求。
 控制系统5的温度传感器51安装在吸冷水箱125、吸热水箱126、吸冷水冷板112、吸热水冷板113、室内换热器2的散热水箱21、水冷换热器31的内循环管道311、水冷换热器31的外循环管道312和室外换热器3的散热水箱21的冷却水输入端55和输出端56，用来采集各节点的冷却水温度。控制系统5的温度传感器51还安装在室内换热系统2和室外换热系统3的散热水箱21的进气侧57和出气侧58附近，用来采集各节点的空气温度。
控制系统5的流量传感器52安装在冷却水循环系统4的水泵413上，用来采集冷却水的流量。
控制系统5的转速控制器53用来控制水泵413和风扇22的转速。
控制系统5的制冷控制器54用来控制半导体制冷部件11和附加压缩机制冷部件12的制冷制热量。
主要控制逻辑有：
当室内换热系统2的散热水箱21的进气侧57的空气温度在制冷时高于或在制热时低于目标温度时，温差越大，水泵413和室内换热系统2的风扇22的转速越大，温差为负数时停止转动；或者室内换热系统2的风扇22根据目标风量调整转速。
 当室内换热系统2的风扇22根据目标风量运转，而且室内换热系统2的散热水箱21的进气侧57的空气温度在制冷时低于或在制热时高于目标温度时，冷却水循环系统4的内循环系统41和外循环系统42的水泵413都停止工作，制冷系统1也停止工作。
 当室外换热系统3的水冷换热器31的内循环管道311的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于目标冷却水输出温度时，温差越大，冷却水循环系统4的外循环系统42的水泵413转速越大，使内循环管道311的冷却水输出温度尽可能接近目标冷却水输出温度。
当室外换热系统3的散热水箱21的冷却水的输入温度在制冷时高于或在制热时低于进气侧57的空气温度时，温差越大，室外换热系统3的风扇22的转速越大，使室外换热系统3的散热水箱21的冷却水的输出温度尽可能接近散热水箱21的进气侧57的空气温度。
当内循环系统41的冷却水流量小于目标流量时，说明可能出现了泄漏或管道堵塞等情况，节能水冷空调停止工作；当水冷换热器31的外循环管道312的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于内循环管道311的冷却水输入温度，或者外循环系统42的冷却水流量小于目标流量时，说明外部冷却水系统6可能无效或不具备，外循环系统42的水泵413停止工作。
当附加压缩机制冷部件12的吸冷水箱125的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于半导体制冷部件11的吸冷水冷板112的冷却水理想输入温度时，附加压缩机制冷部件12工作，温差越大，附加压缩机制冷部件12的制冷制热量越大，温差为负数时附加压缩机制冷部件12停止工作，使吸冷水箱125的冷却水输出温度达到制冷系统1的目标冷却水输出温度。当半导体制冷部件11的吸冷水冷板112的冷却水输入温度在制冷时高于或在制热时低于制冷系统1的目标冷却水输出温度时，半导体制冷部件11工作，温差越大，半导体制冷部件11的制冷制热量越大，温差为负数时半导体制冷部件11停止工作，使吸冷水冷板112的冷却水输出温度达到制冷系统1的目标冷却水输出温度。

Claims (5)

1.一种节能水冷空调，其特征是：包含制冷系统、室内换热系统、室外换热系统、冷却水循环系统和控制系统；所述制冷系统主要由半导体制冷部件和附加压缩机制冷部件组成；所述室内换热系统主要由散热水箱和风扇组成；所述室外换热系统主要由水冷换热器、散热水箱和风扇组成；所述冷却水循环系统包含内循环系统和外循环系统，所述内循环系统由水管将储水箱、水泵、所述制冷系统、所述室内换热系统和所述室外换热系统连接起来组成，所述外循环系统由水管将外部冷却水系统、水泵和所述室外换热系统的水冷换热器连接起来组成，所述内循环系统与所述外循环系统之间通过所述室外换热器的水冷换热器换热；所述控制系统主要包含温度传感器、流量传感器、转速控制器和制冷控制器。
2.根据权利要求1所述的节能水冷空调，其特征是：所述制冷系统的半导体制冷部件包括吸冷水冷板、吸热水冷板和半导体制冷片组；所述半导体制冷片组的制冷端与所述吸冷水冷板相接触，所述半导体制冷片组的制热端与所述吸热水冷板相接触；所述制冷系统的附加压缩机制冷部件包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、吸冷水箱和吸热水箱；所述蒸发器安装在所述吸冷水箱内，所述冷凝器安装在所述吸热水箱内，与流经所述吸冷水箱和所述吸热水箱的冷却水进行热交换。
3.根据权利要求2所述的节能水冷空调，其特征是：所述冷却水循环系统的内循环系统的一种优化结构是：冷却水由所述水泵驱动，从所述储水箱流出，然后分三路流向所述吸冷水箱、所述吸热水箱和所述吸热水冷板；一路依次流经所述吸冷水箱、所述吸冷水冷板、所述室内换热器的散热水箱，然后流向所述水冷换热器的内循环管道；另外两路分别从所述吸热水箱和所述吸热水冷板流向所述水冷换热器的内循环管道；然后从所述水冷换热器的内循环管道流向所述室外换热器的散热水箱；然后流回所述储水箱；所述冷却水循环系统的外循环系统的一种优化结构是：冷却水由所述水泵驱动，从所述外部冷却水系统流向所述水冷换热器的外循环管道，然后流回所述外部冷却水系统；所述外部冷却水系统包含冷水管和热水管，制冷时冷却水从所述冷水管流向所述热水管，制热时冷却水从所述热水管流向所述冷水管。
4.根据权利要求2所述的节能水冷空调，其特征是：所述控制系统的温度传感器安装在所述冷却水循环系统的吸冷水箱、吸热水箱、吸冷水冷板、吸热水冷板、室内换热器的散热水箱、水冷换热器的内循环管道、水冷换热器的外循环管道和室外换热器的散热水箱的冷却水输入端和输出端，用来采集各节点的冷却水温度；所述温度传感器还安装在所述室内和室外换热系统的散热水箱的进气侧和出气侧附近，用来采集各节点的空气温度；所述控制系统的流量传感器安装在所述水泵上，用来采集冷却水的流量；所述控制系统的转速控制器用来控制所述水泵和所述风扇的转速；所述控制系统的制冷控制器用来控制所述半导体制冷部件和所述附加压缩机制冷部件的制冷量。
5.根据权利要求1所述的节能水冷空调，其特征是：所述冷却水循环系统的内循环系统里的冷却水使用无毒型防冻液，以满足环保和低温环境需求。
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