CN107255329A - 一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，包括制冷剂回路、冷冻水回路及冷却水回路，冷却水回路分为能源塔冷却水回路和供冷回路。本发明利用过渡季节建筑显热负荷下降，潜热负荷不断减少，适当提高冷却水温度即可满足室内空调舒适性要求的特点，在能源塔中通过蒸发冷却制取低温冷却水直接向空调末端供冷，实现过渡季节建筑物供冷。该系统可在过渡季节关闭制冷机组，通过供冷回路仅靠消耗少量循环水泵功耗便可向建筑物提供冷负荷，在保证冬夏供冷供暖效果的基础上实现春秋季节供冷，大大提高了系统的能效。

Description

一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统
技术领域
本发明涉及制冷空调系统，具体涉及一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和全球环境问题的日渐突出，节能减排以及能源的高效利用越来越受到人们的重视。同时，伴随人们生活水平的日益提高，对于建筑环境的舒适性要求也不断提高，近年来建筑能耗在社会总能耗的比重不断提高，因此，建筑节能已成为我国节能减排的重要途径之一。
能源塔，作为一种冬夏双高效的冷热源设备在夏热冬冷地区的应用得到了较好的实践和证明。其夏季作为冷却塔通过蒸发冷却为冷水机组提供低温冷源，提升制冷系统能效，冬季可转换为热源塔，利用溶液的低冰点特性与空气进行热湿交换，避免了空气源热泵冬季的结霜问题，保证了冬季热泵机组的稳定运行和建筑环境的热舒适性。能源塔从空气中取能，投资远低于地源热泵且不受地域、水文条件的限制，可在全国范围内进行推广应用。
在一些过渡季节较长的地区，建筑环境潜热负荷相对较低，与此同时室内热负荷也不断下降，此时适当提高空调冷水供水温度，减少空调的除湿能力，即可满足建筑环境的室内热舒适性。而如果依旧采用传统的空调机组为室内提供制冷，则会消耗大量的机组能耗，同时传统冷凝除湿需要大量的再热热量，会造成大量的能量消耗和资源浪费。
为充分发挥能源塔作为建筑冷热源从空气中取能的优势，同时解决过渡季节建筑环境的空调制冷能耗较高的问题，本发明提出在保证能源塔冬夏双高效运行的基础上，通过在过渡季节增加辅助供冷系统与传统冷水机组耦合，实现温湿度独立控制，构成了基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，充分发挥能源塔从空气中取能的优势，制取低于空气干球温度的冷水，实现过渡季节建筑环境的低耗能供冷。
技术方案：一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，包括制冷剂回路、冷冻水回路及冷却水回路，其中，制冷剂回路包括压缩机、四通阀、蒸发器、电子膨胀阀、冷凝器及其相关连接管道，蒸发器同时还是冷冻水回路的组成部件，冷凝器同时还是冷却水回路的组成部件；制冷剂回路中，压缩机的输出端与四通阀的第一输入端连接，四通阀的第一输出端与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端与电子膨胀阀的输入端连接，电子膨胀阀的输出端与蒸发器的输入端连接，蒸发器的输出端与四通阀的第二输入端连接，四通阀的第二输出端和压缩机的输入端连接。
冷冻水回路包括蒸发器、第四电磁阀、第二循环泵、第一室内空调换热器、第一风机、第一温度传感器、第五电磁阀以及相应连接管路，蒸发器的输出端经第四电磁阀与第二循环泵的输入端连接，第二循环泵的输出端与第一室内空调换热器的输入端连接，第一室内空调换热器的输出端经第一温度传感器和第五电磁阀再与蒸发器的输入端连接。
冷却水回路分为能源塔冷却水回路和供冷回路，能源塔冷却水回路包括能源塔、过滤器、第一电磁阀、第一循环泵、冷凝器、第二电磁阀以及相应管路，供冷回路包括能源塔、过滤器、第三电磁阀、第三循环泵、第二室内空调换热器、第二风机、第二温度传感器、第六电磁阀以及相应连接管路；两个回路共有部件是能源塔和过滤器，能源塔的输出端与过滤器的输入端连接，过滤器的输出端分为两路，分别与第一电磁阀的输入端和第三电磁阀的输入端连接；能源塔冷却水回路中，过滤器的输出端与第一电磁阀的输入端连接，第一电磁阀的输出端经第一循环泵与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端经第二电磁阀与能源塔的入口连接；供冷回路中，能源塔的输出端与过滤器的输入端连接，过滤器的输出端与第三电磁阀的输入端连接，第三电磁阀的输出端经第三循环泵与第二室内空调换热器的输入端连接，第二室内空调换热器的输出端经第二温度传感器和第六电磁阀再与能源塔的入口连接。
能源塔为开式能源塔，夏季及过渡季节运行工质为水，冬季可替换为低冰点溶液。第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵均为变频循环水泵，可根据室内负荷需求调节循环水量。此外，冷却水回路部件均采用防腐蚀管材。
有益效果：本发明提出的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，可在夏季建筑热负荷较大时正常运行，在过渡季节湿度较大情况下利用双温冷却进行温湿度独立控制，避免空气再热造成的热量浪费，实现节能降耗，大大降低制冷机组的耗能；在过渡季节湿负荷较小时，关闭冷水机组，通过能源塔独立运行来保证建筑环境室内的冷水供应，实现过渡季节低耗能供冷。该系统充分发挥能源塔从空气中取能的优势，通过与传统冷水机组的耦合，在保证冬夏两季正常运行的同时，实现了春秋过渡季节低耗能供冷，大大降低了空调系统总能耗，节省了能源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参见图1，一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，包括制冷剂回路、冷冻水回路及冷却水回路，其中，制冷剂回路包括压缩机1、四通阀2、蒸发器3、电子膨胀阀4、冷凝器5及其相关连接管道，蒸发器3同时还是冷冻水回路的组成部件，冷凝器5同时还是冷却水回路的组成部件；制冷剂回路中，压缩机1的输出端与四通阀2的第一输入端2a连接，四通阀2的第一输出端2b与冷凝器5的输入端连接，冷凝器5的输出端与电子膨胀阀4的输入端连接，电子膨胀阀4的输出端与蒸发器3的输入端连接，蒸发器3的输出端与四通阀2的第二输入端2c连接，四通阀2的第二输出端2d和压缩机1的输入端连接。
冷冻水回路包括蒸发器3、第四电磁阀11、第二循环泵12、第一室内空调换热器17、第一风机19、第一温度传感器18、第五电磁阀13以及相应连接管路，蒸发器3的输出端经第四电磁阀11与第二循环泵12的输入端连接，第二循环泵12的输出端与第一室内空调换热器17的输入端连接，第一室内空调换热器17的输出端经第一温度传感器18和第五电磁阀13再与蒸发器3的输入端连接。
冷却水回路分为能源塔冷却水回路和供冷回路，能源塔冷却水回路包括能源塔6、过滤器8、第一电磁阀9、第一循环泵7、冷凝器5、第二电磁阀15以及相应管路，供冷回路包括能源塔6、过滤器8、第三电磁阀10、第三循环泵22、第二室内空调换热器16、第二风机20、第二温度传感器21、第六电磁阀14以及相应连接管路；两个回路共有部件是能源塔6和过滤器8，能源塔6的输出端与过滤器8的输入端连接，过滤器8的输出端分为两路，分别与第一电磁阀9的输入端和第三电磁阀10的输入端连接；能源塔冷却水回路中，过滤器8的输出端与第一电磁阀9的输入端连接，第一电磁阀9的输出端经第一循环泵7与冷凝器5的输入端连接，冷凝器5的输出端经第二电磁阀15与能源塔6的入口连接；供冷回路中，能源塔6的输出端与过滤器8的输入端连接，过滤器8的输出端与第三电磁阀10的输入端连接，第三电磁阀10的输出端经第三循环泵22与第二室内空调换热器16的输入端连接，第二室内空调换热器16的输出端经第二温度传感器21和第六电磁阀14再与能源塔6的入口连接。
能源塔6为开式能源塔，夏季及过渡季节运行工质为水，冬季可替换为低冰点溶液，在以下描述中运行工质均以水为例。第一循环泵7、第二循环泵12和第三循环泵22均为变频循环水泵，可根据室内负荷需求调节循环水量。此外，为提高系统防腐性能，冷却水回路部件均采用防腐蚀管材。
当系统处于空调制冷工况运行时，分为三种模式：夏季制冷模式、过渡季节温湿度独立控制模式和过渡季节低耗能供冷模式。在夏季制冷模式下，该系统保证正常制冷运行，进行空气除湿降温过程，满足建筑环境的舒适性要求；在过渡季节温湿度独立控制模式中，针对湿度较大的情况，主要利用机组制取少量低温冷冻水进行冷凝除湿来处理空气潜热负荷，利用冷却塔的冷却水来处理显热负荷，实现温湿度独立控制，降低了空调机组能耗的同时不影响室内热舒适性；在过渡季节低耗能供冷模式下，冷水机组停止运行，通过能源塔中水的蒸发冷却过程降低冷却水温，仅消耗少量循环水泵功耗，即可满足室内供冷需求，节省了大量能源。以下详述各模式下的具体工作过程。
(1)夏季制冷模式
在此模式下，制冷剂回路正常运行，制冷剂工质从压缩机1的出口进入四通阀2的第一输入端2a，然后进入冷凝器5，将全部热量释放在冷凝器5中。制冷剂冷凝成液态以后，进入电子膨胀阀4进行节流过程，节流后的制冷剂工质进入蒸发器3，从冷冻水中吸收来自室内的热量，进行蒸发过程，生成的低温低压工质蒸汽经过四通阀2的第二输入端2c进入压缩机1再次压缩，如此循环。
冷冻水回路中，第四电磁阀11、第五电磁阀13、第一风机19和第二循环泵12处于打开状态，此时，冷冻水经第五电磁阀13进入蒸发器3中与制冷剂进行热量交换，将从室内吸收的热量传递给制冷剂工质，之后经第四电磁阀11由第二循环泵12送入第一室内空调换热器17，与第一风机19送来的外界空气进行热湿交换，冷却空气并冷凝部分空气中的水分进入室内，冷冻水升温后经第一温度传感器18和第五电磁阀13进入蒸发器3完成循环过程。
冷却水回路中，第三电磁阀10、第三循环泵22和第六电磁阀14处于关闭状态，第一电磁阀9、第二电磁阀15和第一循环泵7处于打开状态，冷却水在能源塔6中与外界空气进行蒸发冷却过程，温度降低后经过滤器8和第一电磁阀9后，由第一循环泵7送入冷凝器5中，吸收来自制冷剂的热量，之后经第二电磁阀15返回至能源塔6中，继续蒸发冷却过程。
(2)过渡季节温湿度独立控制模式
此模式适用于过渡季节湿度较大的情况，由冷水机组制取的低温冷冻水进行新风冷凝除湿，由能源塔6产生的冷却水进行空气降温。在制冷剂回路中，冷水机组低负荷运行，制冷剂工质从压缩机1出口进入四通阀2的第一输入端2a，然后进入冷凝器5，将全部热量释放在冷凝器5中。制冷剂冷凝成液态以后，进入电子膨胀阀4进行节流过程，节流后的制冷剂工质进入蒸发器3，完成蒸发过程从冷冻水中吸收来自室内的热量，生成的低温低压工质蒸汽经过四通阀2的第二输入端2c进入压缩机再次压缩，如此循环。
冷冻水回路中，第四电磁阀11、第五电磁阀13、第一风机19和第二循环泵12处于打开状态。此时，冷冻水经第五电磁阀13进入蒸发器3中与制冷剂进行热量交换，将从室内吸收的热量传递给制冷剂工质，之后经第四电磁阀11由循环泵12送入第一室内空调换热器17，与第一风机19送来的外界空气进行热湿交换，冷却空气并冷凝空气中的水分进入室内来处理新风湿负荷，冷冻水升温后经第一温度传感器18和第五电磁阀13进入蒸发器3完成循环过程。
冷却水回路中，第三电磁阀10、第三循环泵22、第六电磁阀14、第一电磁阀9、第二电磁阀15和第一循环泵7都处于打开状态，冷却水在能源塔6中与外界空气进行蒸发冷却过程，温度降低后经过滤器8分为两路，一路经第一电磁阀9后，由第一循环泵7送入冷凝器5中，吸收来自制冷剂的热量，之后经第二电磁阀15返回至能源塔6中，继续蒸发冷却过程；另一路经第三电磁阀10后，由第三循环泵22送入第二室内空调换热器16中，与第二风机20送来的空气进行显热交换，吸收空气中的热量后经第二温度传感器21和第六电磁阀14之后返回至能源塔6中，继续蒸发冷却过程。
(3)过渡季节低耗能供冷模式
此模式适用于过渡季节室外湿负荷较小的情况，冷水机组关闭，此时制冷剂回路和冷冻水回路停止运行。冷却水回路中，第一电磁阀9、第二电磁阀15及第一循环泵7处于关闭状态，第三电磁阀10、第三循环泵22和第六电磁阀14处于打开状态，冷却水在能源塔6中与外界空气进行蒸发冷却过程，温度降低后经过滤器8和第三电磁阀10后，由第三循环泵22送入第二室内空调换热器16中，与第二风机20送来的空气进行显热交换，吸收空气中的热量后，冷风直接送入建筑环境完成降温过程，冷却水经第二温度传感器21和第六电磁阀14之后返回至能源塔6中，继续蒸发冷却过程。

Claims (10)

1.一种基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：包括制冷剂回路、冷冻水回路及冷却水回路，其中，
所述制冷剂回路至少包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器与所述冷冻水回路连接，所述冷凝器与所述冷却水回路连接；
所述冷冻水回路至少包括第一室内空调热换器，所述第一室内空调热换器通过管道与所述蒸发器连接；
所述冷却水回路包括能源塔冷却水回路和供冷回路，所述能源塔冷却水回路至少包括作为冷却塔的能源塔，所述能源塔通过管道与所述冷凝器连接，所述供冷回路至少包括能源塔和第二室内空调热换器，所述能源塔通过管道与所述第二室内空调热换器连接。
2.根据权利要求1所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述制冷剂回路包括压缩机(1)、四通阀(2)、蒸发器(3)、电子膨胀阀(4)、冷凝器(5)及相应连接管道，所述蒸发器(3)同时还是所述冷冻水回路的组成部件，冷凝器(5)同时还是所述冷却水回路的组成部件；
所述制冷剂回路中，压缩机(1)的输出端与四通阀(2)的第一输入端(2a)连接，四通阀(2)的第一输出端(2b)与冷凝器(5)的输入端连接，冷凝器(5)的输出端与电子膨胀阀(4)的输入端连接，电子膨胀阀(4)的输出端与蒸发器(3)的输入端连接，蒸发器(3)的输出端与四通阀(2)的第二输入端(2c)连接，四通阀(2)的第二输出端(2d)和压缩机(1)的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述冷冻水回路包括蒸发器(3)、第四电磁阀(11)、第二循环泵(12)、第一室内空调换热器(17)、第一风机(19)、第一温度传感器(18)、第五电磁阀(13)以及相应连接管道，所述蒸发器(3)的输出端经第四电磁阀(11)与第二循环泵(12)的输入端连接，第二循环泵(12)的输出端与第一室内空调换热器(17)的输入端连接，第一室内空调换热器(17)的输出端经第一温度传感器(18)和第五电磁阀(13)再与蒸发器(3)的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述第二循环泵(12)为变频循环水泵。
5.根据权利要求2所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述能源塔冷却水回路包括能源塔(6)、过滤器(8)、第一电磁阀(9)、第一循环泵(7)、冷凝器(5)、第二电磁阀(15)以及相应连接管道，所述能源塔(6)的输出端与过滤器(8)的输入端连接，过滤器(8)的输出端与第一电磁阀(9)的输入端连接，第一电磁阀(9)的输出端经第一循环泵(7)与冷凝器(5)的输入端连接，冷凝器(5)的输出端经第二电磁阀(15)与能源塔(6)入口连接。
6.根据权利要求5所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述第一循环泵(7)为变频循环水泵。
7.根据权利要求2所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述供冷回路包括能源塔(6)、过滤器(8)、第三电磁阀(10)、第三循环泵(22)、第二室内空调换热器(16)、第二风机(20)、第二温度传感器(21)、第六电磁阀(14)以及相应连接管道，所述能源塔(6)的输出端与过滤器(8)的输入端连接，过滤器(8)的输出端与第三电磁阀(10)的输入端连接，第三电磁阀(10)的输出端经第三循环泵(22)与第二室内空调换热器(16)的输入端连接，第二室内空调换热器(16)的输出端经第二温度传感器(21)和第二电磁阀(15)再与能源塔(6)入口连接。
8.根据权利要求7所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述第三循环泵(22)为变频循环水泵。
9.根据权利要求5-8中的任一项所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述能源塔(6)为开式能源塔，夏季及春秋季节运行工质为水，冬季运行工质为低冰点溶液。
10.根据权利要求1所述的基于能源塔的过渡季节低耗能供冷系统，其特征在于：所述冷却水回路部件均采用防腐蚀管材。
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