CN106152341A - 一种双冷源多工况水蓄冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双冷源多工况水蓄冷系统。此双冷源多工况水蓄冷系统，设有的冷却塔、制冷主机、蓄冷罐分别与末端负荷设置为循环回路为末端负荷供冷，冷却塔、制冷主机分别与蓄冷罐设置为循环回路，将冷源储藏在蓄冷罐中，再经由蓄冷罐为末端负荷供冷，制冷主机、末端负荷和蓄冷罐为并联设置的方式，使得整体实现了多模式供冷，储冷，既可选用制冷主机进行蓄冷也可采用自然冷却进行蓄冷，克服传统水蓄冷系统蓄冷冷源单一的问题，且采用自然冷源进行蓄冷，蓄冷成本低。本发明适用于供冷和蓄冷空调系统领域。

Description

一种双冷源多工况水蓄冷系统

技术领域

本发明涉及供冷和蓄冷空调系统领域，特别是涉及一种双冷源多工况水蓄冷系统。

背景技术

随着电子信息技术发展，特别是多元化互联网应用不断演进以及传统电信运营商向ICT转型，IDC（数据中心）规模日益增大，IT设备发热量升高，单机架功率不断增大，为维持数据机房内服务器的正常运行，需要为数据机房提供的冷量也不断增大，整个空调系统运行费用也随之极速增加。

目前，我国在建筑热工设计上被划分为严寒地区、寒冷地区、温和地区、夏热冬冷地区以及夏热冬暖地区，根据现有的对自然冷源运用于数据中心的研究，我国严寒地区的数据中心应用自然冷源的节能百分比普遍在50%-60%左右，而寒冷地区的节能百分比普遍在40%-60%左右，且在全国范围内适用自然冷却的区域超过2/3以上。

然而在数据中心的空调系统中，基本很少涉及到利用自然冷源来冷却数据机房设备的部分，这对于数据机房建在秋冬过渡期以及春初环境温度低于10℃的我国的部分区域，自然冷源得不到充分利用，冷源浪费巨大。在现有的一些设计中，有的也考虑到了利用自然冷源，但是也存在一定的缺陷。也就是在自然冷源缺乏无法满足负荷需求时再通过制冷主机制冷来补充，此时由于补充的冷量不多，制冷主机制冷效率很低。常用的水蓄冷系统蓄冷冷量基本来自于制冷主机，耗电量大，虽利用低谷电价进行制冷节约冷源成本，但在可利用自然冷源的区域，主机给蓄冷罐蓄冷的方式并不是是最经济的储冷方式。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种结合自然冷源及水蓄冷系统并能降低运行费用的双冷源多工况水蓄冷系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双冷源多工况水蓄冷系统，包括制冷主机，制冷主机设有冷却塔，制冷主机与冷却塔设置为一主机冷却循环回路，主机冷却循环回路设有冷却泵，制冷主机连接末端负荷并与末端负荷设置为一主机独立供冷循环回路，主机独立供冷循环回路上设有冷冻泵，末端负荷还设有蓄冷罐并与蓄冷罐设置为循环回路，蓄冷罐与制冷主机和冷却塔分别设置为循环回路，蓄冷罐设有蓄冷泵，制冷主机、末端负荷和蓄冷罐为并联设置。

进一步作为本发明技术方案的改进，制冷主机的一端设有电磁阀二及另一端设有电磁阀一，末端负荷的一端设有电磁阀八及另一端设有冷冻泵,冷冻泵依次连接电磁阀三及电磁阀二，电磁阀八连接制冷主机，冷冻泵两端并联设置电磁阀十一。

进一步作为本发明技术方案的改进，蓄冷罐设有上布水装置及下布水装置，，蓄冷泵连接上布水装置，蓄冷泵的两端并联设置有电磁阀六，蓄冷泵分流至电磁阀四，电磁阀四连接至制冷主机与电磁阀一之间。

进一步作为本发明技术方案的改进，下布水装置连接至电磁阀五与电磁阀九之间，电磁阀五连接至电磁阀二与电磁阀三之间。

进一步作为本发明技术方案的改进，冷却塔并联换热器，换热器串联循环泵Ⅰ，蓄冷罐和末端负荷通过换热器与冷却塔换热。

进一步作为本发明技术方案的改进，末端负荷一端设有的电磁阀八连接循环泵Ⅱ，循环泵Ⅱ连接换热器，换热器的另一端分流至电磁阀七和电磁阀九，电磁阀七连接至电磁阀一。

进一步作为本发明技术方案的改进，在磁阀七与电磁阀一之间及电磁阀三和冷冻泵之间设有连接通道，连接通道上设有电磁阀十。

进一步作为本发明技术方案的改进，换热器串联温度计及电磁流量计，温度计及电磁流量计设置在换热器分流之前。

进一步作为本发明技术方案的改进，蓄冷泵连接至循环泵Ⅱ与电磁阀八之间。

进一步作为本发明技术方案的改进，蓄冷罐设有保温层、溢流管，蓄冷罐内还设有测温电缆、及用于补水的补水浮球阀。

本发明的有益效果：此双冷源多工况水蓄冷系统 ，设有的冷却塔、制冷主机、蓄冷罐分别与末端负荷设置为循环回路为末端负荷供冷，冷却塔、制冷主机分别与蓄冷罐设置为循环回路，将冷源储藏在蓄冷罐中，再经由蓄冷罐为末端负荷供冷，制冷主机、末端负荷和蓄冷罐为并联设置的方式，使得整体实现了多模式供冷，储冷，既可选用制冷主机进行蓄冷也可采用自然冷却进行蓄冷，克服传统水蓄冷系统蓄冷冷源单一的问题，且采用自然冷源进行蓄冷，蓄冷成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是本发明实施例主机独立供冷模式结构示意图；

图3是本发明实施例主机独立蓄冷模式结构示意图；

图4是本发明实施例蓄冷罐独立供冷模式结构示意图；

图5是本发明实施例自然冷却独立供冷模式结构示意图；

图6是本发明实施例自然冷却独立蓄冷模式结构示意图；

图7是本发明实施例自然冷却主机联合供冷模式一结构示意图；

图8是本发明实施例自然冷却主机联合供冷模式二结构示意图；

图9是本发明实施例自然冷却蓄冷罐联合供冷模式结构示意图；

图10是本发明实施例自然冷却边蓄冷边供冷模式结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参照图1至图10，本发明为一种双冷源多工况水蓄冷系统，包括制冷主机18，制冷主机18设有冷却塔22，制冷主机18与冷却塔22设置为一主机冷却循环回路，主机冷却循环回路设有冷却泵15，制冷主机18连接末端负荷20并与末端负荷20设置为一主机独立供冷循环回路，主机独立供冷循环回路上设有冷冻泵13，末端负荷20还设有蓄冷罐19并与蓄冷罐19设置为循环回路，蓄冷罐19与制冷主机18和冷却塔22分别设置为循环回路，蓄冷罐19设有蓄冷泵16，制冷主机18、末端负荷20和蓄冷罐19为并联设置。

此双冷源多工况水蓄冷系统 ，设有的冷却塔22、制冷主机18、蓄冷罐19分别与末端负荷20设置为循环回路为末端负荷20供冷，冷却塔22、制冷主机18分别与蓄冷罐19设置为循环回路，将冷源储藏在蓄冷罐19中，再经由蓄冷罐19为末端负荷20供冷，制冷主机18、末端负荷20和蓄冷罐19为并联设置的方式，使得整体实现了多模式供冷，储冷，既可选用制冷主机进行蓄冷也可采用自然冷却进行蓄冷，克服传统水蓄冷系统蓄冷冷源单一的问题，且采用自然冷源进行蓄冷，蓄冷成本低。

作为本发明优选的实施方式，制冷主机18的一端设有电磁阀二2及另一端设有电磁阀一1，末端负荷20的一端设有电磁阀八8及另一端设有冷冻泵13,冷冻泵13依次连接电磁阀三3及电磁阀二2，电磁阀八8连接制冷主机18，冷冻泵13两端并联设置电磁阀十一11。

作为本发明优选的实施方式，蓄冷罐19设有上布水装置24及下布水装置25，蓄冷泵16连接上布水装置24，蓄冷泵16的两端并联设置有电磁阀六6，蓄冷泵16分流至电磁阀四4，电磁阀四4连接至制冷主机18与电磁阀一1之间。

作为本发明优选的实施方式，下布水装置25连接至电磁阀五5与电磁阀九9之间，电磁阀五5连接至电磁阀二2与电磁阀三3之间。

作为本发明优选的实施方式，冷却塔22并联换热器21，换热器21串联循环泵Ⅰ14，蓄冷罐19和末端负荷20通过换热器21与冷却塔22换热。

作为本发明优选的实施方式，末端负荷20一端设有的电磁阀八8连接循环泵Ⅱ17，循环泵Ⅱ17连接换热器21，换热器21的另一端分流至电磁阀七7和电磁阀九9，电磁阀七7连接至电磁阀一1。

作为本发明优选的实施方式，在磁阀七7与电磁阀一1之间及电磁阀三3和冷冻泵13之间设有连接通道，连接通道上设有电磁阀十10。

作为本发明优选的实施方式，换热器21串联温度计29及电磁流量计28，温度计29及电磁流量计28设置在换热器21分流之前。

作为本发明优选的实施方式，蓄冷泵16连接至循环泵Ⅱ17与电磁阀八8之间。

作为本发明优选的实施方式，蓄冷罐19设有保温层、溢流管26，蓄冷罐19内还设有测温电缆27、及用于补水的补水浮球阀23。

本发明优选实施例，包括制冷主机18、冷却塔22、换热器21、蓄冷罐19、末端负荷20、电磁阀V1-V12、水泵B1-B5、上布水装置24、下布水装置25、蓄冷罐的补水浮球阀23、蓄冷罐的溢流管26、测温电缆27、电磁流量计28以及温度计29，换热器21 S1端口与制冷主机18冷凝器以及冷却塔的一侧相连，换热器21 S2端口与制冷主机18冷凝器以及冷却塔的另一侧相连，换热器21 S3端口与制冷主机18蒸发器、蓄冷罐的下端进/出水口以及末端负荷20的一侧相连，换热器21 S4端口与制蓄冷罐的上端进/出水口以及末端负荷20的另一侧相连，制冷主机18蒸发器同时与蓄冷罐19上、下端进/出水管相连。

制冷主机18的冷冻出水管路经电磁阀V2分为两路，其中一路经电磁阀V5也分为两股，其中一股连接至下布水装置25，另一股经电磁阀V9连接至换热器21S3出水管；其中另一路经电磁阀V3也分为两股，其中一股经电磁阀V10连接至换热器21S3出水管，其中另一股经电磁阀V11/冷冻泵B1作为末端负荷20的冷冻水供水。

末端负荷20的冷冻水出水管经电磁阀V8分为两路，其中一路经电磁阀V12/循环泵ⅡB5连接至换热器21 S4进水管；其中另一路分为两股，其中一股经电磁阀V4连接至制冷主机18的冷冻水进水管，其中另一股经电磁阀V6/蓄冷泵B4连接至上布水装置24。

换热器21S3出口和制冷主机18冷冻水进水管之间有电磁阀V1和电磁阀V7，电磁阀V1在制冷主机18进水管的第一个三通之前，电磁阀V7在换热器21S3出口的第一个三通之后。

冷却塔22冷却出水管路分为两路，其中一路经冷却泵B3进入到制冷主机冷凝器，其中另一路经循环泵ⅠB2进入到换热器21S1进水口。

换热器21S2冷却水出水管与制冷主机18的冷却水出水并联之后连接至冷却塔22。

电磁阀V11和冷冻泵B1、电磁阀V12和循环泵ⅡB5、电磁阀V6和蓄冷泵B4分别并联连接。

电磁流量计28以及温度计29安装与换热器21 S3出水口侧。换热器21为板式换热器。冷冻泵B1、蓄冷泵B4、循环泵ⅠB2、冷却泵B3、循环泵ⅡB5均为变频泵，蓄冷罐19外有保温层以及溢流管26，蓄冷罐内有上下精密的布水器24、25以及蓄冷罐补水装置补水球阀23。

本发明的双冷源多工况水蓄冷系统有多种运行模式，分别是：1、主机独立供冷模式，2、主机独立蓄冷模式，3、蓄冷罐独立供冷模式，4、自然冷却独立供冷模式，5、自然冷却独立蓄冷模式，6、自然冷却与主机联合供冷模式一，7、自然冷却与主机联合供冷模式二，8、自然冷却与蓄冷罐联合供冷模式，9、自然冷却边供冷边蓄冷模式。

在本实例中，当室外温度高无法采用自然冷却系统时，可采用常规主机制冷为数据中心提供冷源，其运行模式与常规冷冻水空调系统运行模式相同；当夜间低谷电时，可利用制冷主机制冷并将冷量储存于蓄冷水罐中，次日高峰电时释放冷量，也可在常规空调系统出现故障时作为应急冷源释放冷量，其运行模式与常规水蓄冷系统模式相同；当室外温度较低，但并未能完全实现自然冷却供冷时，可采用自然冷却和主机制冷的联合供冷方式，可先由自然冷却制冷再经过制冷主机二次制冷，也可以同时制冷，可有效解决环境温度略高于10℃无法利用自然冷源的缺陷；当冬季自然冷源充足且刚好满足负荷需求时，可采用自然冷却系统独立供冷，利用室外冷源通过逆流式冷却塔降低冷却水温度，再通过板式换热器与高温冷冻水进行热交换，以此降低冷冻水温度供给末端使用；当冬季自然冷源充足且超过负荷需求时，可在满足末端负荷需求的前提下将多余冷量储存于蓄冷罐中，以备冷量不够时使用，有效解决冷源浪费的缺陷；当冬季自然冷满足供冷温度但冷量不够时，可通过蓄冷罐和自然冷却联合供冷为末端提供冷源，弥补了用主机补充冷量效率低的缺陷。

本发明具有多种运行模式，可根据末端负荷需求以及环境温度，自动切换模式且各种模式之间无缝切换，以保证系统的连续性、可靠性和稳定性。

1）主机独立供冷模式

主机独立供冷时设备启停情况如下：制冷主机18开、冷冻泵13开、冷却泵15开，逆流式冷却塔22开、电磁阀V2、V3、V4、V8开，其余设备关。此时末端冷冻水回水通过冷冻泵13 送入制冷主机制冷，经制冷的冷冻水再次供给末端。逆流式冷却塔用来降低主机冷媒温度。

2）主机独立蓄冷模式

主机独立蓄冷时设备启停情况如下：制冷主机18开、蓄冷泵16 开、冷却泵15 开，逆流式冷却塔22开、电磁阀V2、V4、V5开，其余设备关。在夜间低谷电时，蓄冷罐19高温水通过蓄冷泵16 送入制冷主机18制冷，经制冷的冷冻水再次储存于水罐中，逆流式冷却塔用来降低主机冷媒温度。

3）蓄冷罐独立供冷模式

蓄冷罐19独立供冷时设备启停情况如下：冷冻泵13 开、电磁阀V3、V5、V6、V8开，其余设备关，在次日高峰时，将夜间储存于蓄冷水罐的冷量通过冷冻泵13送给末端，经末端使用后的回水进入蓄冷罐储存。

4）自然冷却独立供冷模式

自然冷却独立供冷时设备启停情况如下：逆流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14、循环泵Ⅱ17开、电磁阀V7、V8、V10、V11开，其余设备关，此时通过逆流式冷却塔换热的低温冷却水通过循环泵Ⅰ14送入板式换热器，同时末端冷冻水回水通过循环泵Ⅱ17送入板式换热器与低温冷却水进行热交换，经冷却的冷冻水供给末端。

5）自然冷却独立蓄冷模式

自然冷却独立蓄冷时设备启停情况如下：逆流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14开、蓄冷泵16开、电磁阀V9、V12开，其余设备关，此时通过逆流式冷却塔换热的低温冷却水通过循环泵Ⅰ14送入板式换热器，同时蓄冷水罐高温水通过蓄冷泵16送入板式换热器与低温冷却水进行热交换，经冷却的冷冻水储存与蓄冷罐中。

6）自然冷却主机联合供冷模式一

自然冷却与主机联合供冷模式一设备启停情况：逆流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14、循环泵Ⅱ17开、冷却泵15开、冷冻泵13开、电磁阀V2、V3、V4、V7、V8、V10开，其余设备关。此时通过逆流式冷却塔换热的低温冷却水通过循环泵Ⅰ14送入板式换热器，同时末端冷冻水回水通过循环泵Ⅱ17送入板式换热器与低温冷却水进行热交换，经冷却的冷冻水供给末端，由于供冷量不足，此时需要通过制冷主机进行冷量补充，其制冷主机运行模式如主机独立供冷模式。

7）自然冷却主机联合供冷模式二

自然冷却与主机联合供冷模式二设备启停情况：逆流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14、循环泵Ⅱ17开、冷却泵15开、冷冻泵13开、电磁阀V1、V2、V3、V7、V8开，其余设备关。此时通过逆流式冷却塔换热的低温冷却水通过循环泵Ⅰ14送入板式换热器，同时末端冷冻水回水通过循环泵Ⅱ17送入板式换热器与低温冷却水进行热交换，因经热交换的冷冻水温度未能达到供冷要求，打开电磁阀V1通过制冷主机进行二次制冷，当冷冻水温度满足要求通过冷冻泵供给末端。

8）自然冷却蓄冷罐联合供冷模式

自然冷却与水罐联合供冷系统主要由：逆流式冷却塔、循环泵B2、板式换热器、循环泵Ⅱ17、冷冻泵13、蓄冷罐、末端负荷、相应电磁阀和管道组成。

自然冷却与水罐联合供冷模式设备启停情况：逆流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14、循环泵Ⅱ17开、冷冻泵13开、电磁阀V3、V5、V6、V7、V8、V10开，其余设备关。

9）自然冷却边蓄冷边供冷模式

自然冷却边供冷边蓄冷系统主要有：逆流式冷却塔、循环泵B2、板式换热器、循环泵Ⅱ17、蓄冷泵16、蓄冷罐、末端负荷、相应电磁阀和管道组成。

自然冷却边供冷边蓄冷设备启停情况：流式冷却塔开、循环泵Ⅰ14、循环泵Ⅱ17开、蓄冷泵16开、电磁阀V7、V8、V9、V10、V11开，其余设备关。

此系统在外界温度低时可利用冷却水来冷却冷冻水，只需将常规水冷空调系统的冷却塔更换为比夏季工况容量大3-4倍的逆流式冷却塔，增加一套换热器并改变相应管路即可实现自然冷却，不但投资成本小并适用于改造工程。

将自然冷却能与制冷主机进行联合供冷，如经自然冷却后水温达不到要求只需经过制冷主机二次制冷，如温度满足要求但流量不够，只需用制冷主机进行冷量补充即可。另外该系统在外界温度低于10℃时即可使用，克服了传统自然冷却系统的缺陷，有效延长了自然冷却的使用时间。

当自然冷却与蓄冷水罐进行联合放冷时，优先自然冷却供冷，不够负荷由蓄冷水罐补充，由蓄冷水罐进行冷量补充是只需开冷冻泵即可并无需开主机，有效解决常规自然冷却空调系统制冷主机效率下降的问题。

此系统既可选用制冷主机进行蓄冷也可采用自然冷却进行蓄冷，克服传统水蓄冷系统蓄冷冷源单一的问题，且采用自然冷源进行蓄冷，蓄冷成本低。

本发明提供了一种双冷源多工况水蓄冷系统，在该系统中，不仅结合了水蓄冷系统实现了数据机房空调运行费用的降低，而且还结合自然冷源在数据机房中的利用技术，充分实现数据机房对自然冷源的利用。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种双冷源多工况水蓄冷系统，其特征在于：包括制冷主机（18），所述制冷主机（18）设有冷却塔（22），所述制冷主机（18）与冷却塔（22）设置为一主机冷却循环回路，所述主机冷却循环回路设有冷却泵（15），所述制冷主机（18）连接末端负荷（20）并与末端负荷（20）设置为一主机独立供冷循环回路，所述主机独立供冷循环回路上设有冷冻泵（13），所述末端负荷（20）还设有蓄冷罐（19）并与蓄冷罐（19）设置为循环回路，所述蓄冷罐（19）与制冷主机（18）和冷却塔（22）分别设置为循环回路，所述蓄冷罐（19）设有蓄冷泵（16），所述制冷主机（18）、末端负荷（20）和蓄冷罐（19）为并联设置。

2.根据权利要求1所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述制冷主机(18)的一端设有电磁阀二(2)及另一端设有电磁阀一（1），所述末端负荷（20）的一端设有电磁阀八(8)及另一端设有冷冻泵（13）,所述冷冻泵（13）依次连接电磁阀三(3)及电磁阀二(2)，所述电磁阀八(8)连接制冷主机(18)，所述冷冻泵（13）两端并联设置电磁阀十一（11）。

3.根据权利要求2所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述蓄冷罐（19）设有上布水装置（24）及下布水装置（25），所述，所述蓄冷泵（16）连接上布水装置（24），所述蓄冷泵（16）的两端并联设置有电磁阀六（6），所述蓄冷泵（16）分流至电磁阀四（4），所述电磁阀四（4）连接至制冷主机(18)与电磁阀一（1）之间。

4.根据权利要求3所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述下布水装置（25）连接至电磁阀五（5）与电磁阀九(9)之间，所述电磁阀五（5）连接至电磁阀二（2)与电磁阀三（3）之间。

5.根据权利要求4所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述冷却塔（22）并联换热器（21），所述换热器（21）串联循环泵Ⅰ（14），所述蓄冷罐（19）和末端负荷（20）通过换热器（21）与冷却塔（22）换热。

6.根据权利要求5所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述末端负荷（20）一端设有的电磁阀八（8）连接循环泵Ⅱ（17），所述循环泵Ⅱ（17）连接换热器（21），所述换热器（21）的另一端分流至电磁阀七（7）和电磁阀九（9），所述电磁阀七（7）连接至电磁阀一（1）。

7.根据权利要求6所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：在所述磁阀七（7）与电磁阀一（1）之间及电磁阀三（3）和冷冻泵（13）之间设有连接通道，所述连接通道上设有电磁阀十（10）。

8.根据权利要求6所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述换热器（21）串联温度计（29）及电磁流量计（28），所述温度计（29）及电磁流量计（28）设置在换热器（21）分流之前。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述蓄冷泵（16）连接至循环泵Ⅱ（17）与电磁阀八（8）之间。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的双冷源多工况水蓄冷系统 ，其特征在于：所述蓄冷罐（19）设有保温层、溢流管（26），所述蓄冷罐（19）内还设有测温电缆（27）、及用于补水的补水浮球阀（23）。