CN110173779B - 一种复合式大温差供冷系统及其控制方法 - Google Patents

一种复合式大温差供冷系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合式大温差供冷系统，包括蓄冷单元、第一风柜单元、复合制冷单元和第二风柜单元；第一风柜单元包括第一风柜、第一风机和第一换热模块；复合制冷单元包括压缩机、冷凝器、节流装置和第二换热模块；第二风柜单元包括第二风柜、第二风机和第二换热模块；蓄冷单元包括放冷水泵和蓄冷装置。本发明同时还公开了一种复合式大温差供冷系统的控制方法。本发明通过第一换热模块实现低温冷水的第一级大温差利用，通过复合制冷单元实现冷水的第二级大温差利用，最终实现蓄冷装置低温冷水的梯级利用，拓宽了蓄冷的温度限定范围，蓄冷装置蓄冷密度大幅度提高，降低了供冷系统的设备初始投资及运行费用。

Description

一种复合式大温差供冷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调制冷技术，具体涉及一种复合式大温差供冷系统及其控制方法。
背景技术
常规空调系统中，冷冻水供水温度为7℃，供回水温差为5℃。大温差空调系统的供水温度通常为5-7℃，供回水温差为6-8℃，大温差空调系统具有冷冻水输送能耗低、管道建设成本低的优势。大温差空调系统与蓄冷系统相结合，一方面可降低冷冻水输送能耗和管道建设成本，另一方面可提高蓄冷装置蓄冷密度，使得蓄冷装置体积大幅减小，同时采用大温差与蓄冷技术的空调系统具有显著的节能和节费效果。
现有的大温差空调系统的供回水温差仍较小，由于现有空调末端的表冷器结构设计和末端运行方式限制了冷冻水供回水温差的进一步提高，蓄冷装置的蓄冷密度无法得到提升，大温差与蓄冷技术的节能节费优势未得到充分发挥。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种复合式大温差供冷系统及其控制方法，通过换热器结构改进和复合供冷设计，将冷冻水进行梯级利用，实现供回水温差的大幅提高，使得供冷系统节能和经济效益大幅提高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种复合式大温差供冷系统，包括蓄冷单元、第一风柜单元、复合制冷单元和第二风柜单元；第一风柜单元包括第一风柜、第一风机和第一换热模块；复合制冷单元包括压缩机、冷凝器、节流装置和第二换热模块；第二风柜单元包括第二风柜、第二风机和第二换热模块；蓄冷单元包括放冷水泵和蓄冷装置；
第一风机设置在第一风柜进风口，第一换热模块设置在第一风柜内，第一风柜出风口与用户端相连，第一风柜的空气经第一换热模块降温后进入用户端；
第二风机设置在第二风柜进风口，第二换热模块设置在第二风柜内，第二风柜出风口与用户端相连，第二风柜的空气经第二换热模块降温后进入用户端；
蓄冷装置、放冷水泵、第一换热模块依次相连构成第一供冷回路；蓄冷装置、放冷水泵、第一换热模块、冷凝器依次相连构成联合供冷回路；蓄冷装置、放冷水泵、冷凝器依次相连构成第二供冷回路；压缩机、冷凝器、节流装置和第二换热模块依次相连构成制冷剂回路。
本发明的复合式大温差供冷系统，第一换热模块实现低温冷水的第一级大温差利用，然后通过复合制冷单元实现冷水的第二级大温差利用，最终实现蓄冷装置低温冷水的梯级利用，拓宽蓄冷的温度限定范围，蓄冷装置蓄冷密度大幅度提高，供冷系统的设备初始投资及运行费用降低。
作为本发明的一种改进，所述的第一换热模块采用逆流布置，包括逆流板翅式换热器、多折式换热器或风管式换热器。
优选地，所述的逆流板翅式换热器主要由多组通道并联而成，每一组通道内均设有沿流向分布的齿状翅片，相邻通道分别流经冷水和空气，且冷水流向与空气流向相反。
优选地，所述的多折式换热器主要由多组铜管并联组成，每一组铜管由多个“V”字型铜管连接而成，每一组铜管上面布置与铜管截面方向一致的翅片，冷水走铜管，空气走管外，且冷水流向与空气流向相反。
优选地，所述的风管式换热器主要由风管与多根圆管组成，各圆管均匀内置于风管内，各圆管上均布置与风向平行的翅片，空气走风管，冷水走圆管，且冷水流向与空气流向相反。
作为本发明的一种改进，所述的冷凝器采用逆流大温差板式换热器或者逆流大温差套管式换热器。
一种复合式大温差供冷系统的控制方法，采用上述的温度调节装置，包括联合供冷、第一风柜独立供冷、第二风柜独立供冷及双级供冷四种供冷模式；
联合供冷模式：开启放冷水泵、第一风机、压缩机、节流装置和第二风机，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第一风柜的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机送至用户端，形成的中温冷水进入冷凝器与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，降温后的空气被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水；
第一风柜独立供冷模式：开启放冷水泵和第一风机、关闭压缩机、节流装置和第二风机，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第一风柜的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机送至用户端，形成的中温冷水回到蓄冷装置；
第二风柜独立供冷模式：开启放冷水泵、压缩机、节流装置和第二风机，关闭第一风机，放冷水泵与冷凝器相连；第一风柜独立供冷模式下蓄存于蓄冷装置的中温冷水通过放冷水泵运输至冷凝器，与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，降温后的空气被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水；
双级供冷模式：第一换热模块设置在第二风柜中且位于第二换热模块的上游，开启放冷水泵、第二风机、压缩机和节流装置，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第二风柜的空气进行初次热交换形成中温冷水，形成的中温冷水进入冷凝器与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的初次降温后的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，初次降温后的空气经再次降温形成低温空气，被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水。
作为上述方法的一种改进，所述的复合式大温差供冷系统根据第一风柜的进风温度对放冷水泵和第一风机的转速进行调节；当第一风柜的进风温度升高时，增大放冷水泵的转速使放冷量与第一换热模块内的冷水流速增大，增大第一风机的转速使得风量增大；当第一风柜的进风温度降低时，减小放冷水泵的转速使放冷量与第一换热模块内的冷水流速降低，减小第一风机的转速使得风量降低。
作为上述方法的一种改进，所述的复合式大温差供冷系统根据第二风柜的进风温度对第二风机和压缩机的转速、节流装置的开度进行调节；当第二风柜的进风温度升高时，增大压缩机的转速与节流装置的开度使第二换热模块内的制冷剂流速增大，增大第二风机的转速使得风量增大；当第二风柜的进风温度降低时，减小压缩机的转速与节流装置的开度使第二换热模块内的制冷剂流速降低，减小第二风机的转速使得风量降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、第一换热模块通过采用特殊换热器结构及组合连接方式使得风与冷水的流动方向接近于逆流，实现蓄冷装置低温冷水的第一级大温差利用。
2、采用复合制冷单元实现冷水的第二级大温差利用，拓宽蓄冷的温度限定范围，蓄冷装置蓄冷密度大幅度提高，供冷系统的设备初始投资及运行费用降低。
3、供冷完成之后回到蓄冷装置的高温冷水温度大幅度提高，可利用冷却塔对高温冷水进行一次降温，然后利用机械制冷对冷水进行二次降温，制冷综合能效大幅度提高，供冷系统节能和经济性水平显著提升。
附图说明
图1是本发明实施例一的复合式大温差供冷系统的结构示意图；
图2是本发明的逆流板翅式换热器的结构示意图；
图3是本发明的多折式换热器的结构示意图；
图4是本发明的风管式换热器的结构示意图；
图5是本发明实施例四的复合式大温差供冷系统的结构示意图；
附图标记说明：1-第一风柜；2-第一风机；3-第一换热模块；4-第一阀门；5-第二阀门；6-第三阀门；7-第四阀门；8-压缩机；9-冷凝器；10-节流装置；11-第二风柜；12-第二风机；13-第二换热模块；14-放冷水泵；15-蓄冷装置；16-通道；17-齿状翅片；18-铜管；19-支座；20-壳体；21-风管；22-圆管；a-第一风柜进风口；b-第一风柜出风口；c-第二风柜进风口；d-第二风柜出风口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种复合式大温差供冷系统，包括蓄冷单元、第一风柜单元、复合制冷单元、第二风柜单元、以及配套的管道、阀门和控制系统。第一风柜单元包括第一风柜1、第一风机2和第一换热模块3；复合制冷单元包括压缩机8、冷凝器9、节流装置10和第二换热模块13；第二风柜单元包括第二风柜11、第二风机12和第二换热模块13；蓄冷单元包括放冷水泵14、蓄冷装置15、以及配套的冷却塔和制冷设备。
第一风机2设置在第一风柜1的进风口处，第一换热模块3设置在第一风柜1内，第一风柜1的出风口与用户端相连，第一风机2将空气抽入第一风柜1，进入第一换热模块3换热降温后进入用户端。
第二风机12设置在第二风柜11的进风口处，第二换热模块13设置在第二风柜11内，第二风柜12出风口与用户端相连；第二风机12将空气抽入第二风柜11，进入第二换热模块13换热降温后进入用户端。
蓄冷装置15、放冷水泵14、第一换热模块3、第一阀门4、冷凝器9、第三阀门6通过管道依次相连构成联合供冷回路。蓄冷装置15、放冷水泵14、第一换热模块3、第一阀门4、第四阀门7通过管道依次相连第一供冷回路。蓄冷装置15、放冷水泵14、第二阀门5、冷凝器9、第三阀门6通过管道依次相连构成第二供冷回路。压缩机8、冷凝器9、节流装置10和第二换热模块13通过管道依次相连构成制冷剂回路。第一供冷回路、第二供冷回路、联合供冷回路中的介质为冷水，制冷剂回路中的制冷剂采用普通制冷剂即可。
第一换热模块3的换热器结构经过特殊设计，使得空气与冷水的流动方向接近于逆流，实现蓄冷装置15低温冷水的第一级大温差利用。本实施例给出了3种优选的结构形式：逆流板翅式换热器、多折式换热器、以及风管式换热器。
如图2所示，逆流板翅式换热器主要由多组竖直布置的通道16并联而成，通道16可由隔板和封条组成，每个通道16内均设有沿流向分布的齿状翅片17，以增强换热效率，相邻通道16分别流经不同的流体，图中，矩形状的齿状翅片17所在的通道16为冷水流通通道，而三角状的齿状翅片17所在的通道16为空气流通通道，且冷水流向与空气流向相反，二者呈逆流方式换热。
如图3所示，多折式换热器主要由多组水平布置的铜管18并联组成，多组铜管18均固定在支座19上，支座19固定在壳体20上，每一组铜管18由多个“V”字型铜管连接而成，且“V”字型区域布置在壳体20内部，同时在每一组铜管18上面布置与铜管截面方向一致的翅片(图中未示出)，冷水走铜管18，空气走壳体20，且冷水流向与空气流向相反，二者呈逆流方式换热。
如图4所示，风管式换热器主要由风管21与多根圆管22组成，风管21采用圆形的风管或者其他形状的风管均可，各圆管22均匀内置于风管21内，各圆管22上均布置与风向平行的翅片(图中未示出)，空气走风管21，冷水走圆管22，且冷水流向与空气流向相反，二者呈逆流方式换热。
第二换热模块13可以采用与第一换热模块3相同的设计，冷凝器9则可采用逆流大温差板式换热器或者逆流大温差套管式换热器，以实现冷水的大温差利用。
控制系统可根据第一风柜1的进风温度对放冷水泵14和第一风机2的转速进行调节；当第一风柜1的进风温度升高时，增大放冷水泵14的转速使放冷量与第一换热模块3内的冷水流速增大，增大第一风机2的转速使得风量增大；当第一风柜1的进风温度降低时，减小放冷水泵14的转速使放冷量与第一换热模块3内的冷水流速降低，减小第一风机2的转速使得风量降低。
控制系统还可根据第二风柜11的进风温度对第二风机12和压缩机8的转速、以及节流装置10的开度进行调节；当第二风柜11的进风温度升高时，增大压缩机8的转速与节流装置10的开度使第二换热模块13内的制冷剂流速增大，增大第二风机12的转速使得风量增大；当第二风柜11的进风温度降低时，减小压缩机8的转速与节流装置10的开度使第二换热模块13内的制冷剂流速降低，减小第二风机12的转速使得风量降低。
本发明的复合式大温差供冷系统，通过控制系统对第一风机2、第一阀门4、第二阀门5、第三阀门6、第四阀门7，压缩机8、节流装置10、第二风机12以及放冷水泵14的控制，可实现联合供冷、第一风柜独立供冷、第二风柜独立供冷及双级供冷四种供冷模式。
实施例一
如图1所示，在联合供冷模式下：开启放冷水泵14、第一风机2、压缩机8、节流装置10、第二风机12、第一阀门4及第三阀门6，关闭第二阀门5和第四阀门7；蓄冷装置15蓄存的低温冷水进入第一换热模块3与第一风柜1的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机2送至用户端，形成的中温冷水进入冷凝器9与压缩机8出来的高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置10节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块13与第二风柜11的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体回到压缩机8，降温后的空气被第二风机12送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置15通过夜间制冷形成低温冷水。其中，低温冷水一般指4-10℃的冷水，高温冷水一般指30-35℃的冷水，中温冷水介于二者之间。
实施例二
如图1所示，在第一风柜独立供冷模式下：开启放冷水泵14、第一风机2、第一阀门4和第四阀门7，关闭压缩机8、节流装置10、第二风机12、第二阀门5和第三阀门6；蓄冷装置15蓄存的低温冷水进入第一换热模块3与第一风柜1的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机2送至用户端，形成的中温冷水回到蓄冷装置15，以备使用。
实施例三
如图1所示，在第二风柜独立供冷模式下：开启放冷水泵14、压缩机8、节流装置10、第二风机12、第二阀门5和第三阀门6，关闭第一风机2、第一阀门4和第四阀门7；第一风柜独立供冷模式下蓄存于蓄冷装置15的中温冷水通过放冷水泵14运输至冷凝器9，与压缩机8出来的高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置10节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块13与第二风柜11的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体回到压缩机8，降温后的空气被第二风机12送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置15通过夜间制冷形成低温冷水。
实施例四
如图5所示，在双级供冷模式下：去掉第一风柜1和第一风机2，将第一换热模块3设置在第二风柜11中且位于第二换热模块13的上游，开启放冷水泵14、第二风机12、压缩机8、节流装置10、第一阀门4及第三阀门6；蓄冷装置15蓄存的低温冷水进入第一换热模块3与第二风柜11的空气进行初次热交换形成中温冷水，形成的中温冷水进入冷凝器9与压缩机8出来的高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置10节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块13与第二风柜11内的初次降温后的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体回到压缩机8，初次降温后的空气经再次降温形成低温空气，被第二风机12送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置15通过夜间制冷形成低温冷水。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种复合式大温差供冷系统的控制方法，基于复合式大温差供冷系统实现，所述复合式大温差供冷系统包括蓄冷单元、第一风柜单元、复合制冷单元和第二风柜单元；第一风柜单元包括第一风柜、第一风机和第一换热模块；复合制冷单元包括压缩机、冷凝器、节流装置和第二换热模块；第二风柜单元包括第二风柜、第二风机和第二换热模块；蓄冷单元包括放冷水泵和蓄冷装置；
第一风机设置在第一风柜进风口，第一换热模块设置在第一风柜内，第一风柜出风口与用户端相连，第一风柜的空气经第一换热模块降温后进入用户端；
第二风机设置在第二风柜进风口，第二换热模块设置在第二风柜内，第二风柜出风口与用户端相连，第二风柜的空气经第二换热模块降温后进入用户端；
蓄冷装置、放冷水泵、第一换热模块依次相连构成第一供冷回路；蓄冷装置、放冷水泵、第一换热模块、冷凝器依次相连构成联合供冷回路；蓄冷装置、放冷水泵、冷凝器依次相连构成第二供冷回路；压缩机、冷凝器、节流装置和第二换热模块依次相连构成制冷剂回路；
其特征在于：所述方法包括联合供冷、第一风柜独立供冷、第二风柜独立供冷及双级供冷四种供冷模式；
联合供冷模式：开启放冷水泵、第一风机、压缩机、节流装置和第二风机，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第一风柜的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机送至用户端，形成的中温冷水进入冷凝器与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，降温后的空气被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水；
第一风柜独立供冷模式：开启放冷水泵和第一风机，关闭压缩机、节流装置和第二风机，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第一风柜的空气进行热交换形成中温冷水，降温后的空气被第一风机送至用户端，形成的中温冷水回到蓄冷装置；
第二风柜独立供冷模式：开启放冷水泵、压缩机、节流装置和第二风机，关闭第一风机，放冷水泵与冷凝器相连；第一风柜独立供冷模式下蓄存于蓄冷装置的中温冷水通过放冷水泵运输至冷凝器，与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，降温后的空气被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水；
双级供冷模式：第一换热模块设置在第二风柜中且位于第二换热模块的上游，开启放冷水泵、第二风机、压缩机和节流装置，放冷水泵与第一换热模块相连；蓄冷装置蓄存的低温冷水进入第一换热模块与第二风柜的空气进行初次热交换形成中温冷水，形成的中温冷水进入冷凝器与高温高压制冷剂气体进行热交换形成高温冷水，高温高压制冷剂气体冷凝成高温高压制冷剂液体，通过节流装置节流降压形成低压制冷剂气液混合物，进入第二换热模块与第二风柜的初次降温后的空气进行热交换蒸发形成低压制冷剂气体，初次降温后的空气经再次降温形成低温空气，被第二风机送至用户端，形成的高温冷水回到蓄冷装置通过夜间制冷形成低温冷水。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述的复合式大温差供冷系统根据第一风柜的进风温度对放冷水泵和第一风机的转速进行调节；当第一风柜的进风温度升高时，增大放冷水泵的转速使放冷量与第一换热模块内的冷水流速增大，增大第一风机的转速使得风量增大；当第一风柜的进风温度降低时，减小放冷水泵的转速使放冷量与第一换热模块内的冷水流速降低，减小第一风机的转速使得风量降低。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述的复合式大温差供冷系统根据第二风柜的进风温度对第二风机和压缩机的转速、节流装置的开度进行调节；当第二风柜的进风温度升高时，增大压缩机的转速与节流装置的开度使第二换热模块内的制冷剂流速增大，增大第二风机的转速使得风量增大；当第二风柜的进风温度降低时，减小压缩机的转速与节流装置的开度使第二换热模块内的制冷剂流速降低，减小第二风机的转速使得风量降低。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的第一换热模块采用逆流布置，包括逆流板翅式换热器、多折式换热器或风管式换热器。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的逆流板翅式换热器主要由多组通道并联而成，每一组通道内均设有沿流向分布的齿状翅片，相邻通道分别流经冷水和空气，且冷水流向与空气流向相反。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的多折式换热器主要由多组铜管并联组成，每一组铜管由多个“V”字型铜管连接而成，每一组铜管上面布置与铜管截面方向一致的翅片，冷水走铜管，空气走管外，且冷水流向与空气流向相反。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的风管式换热器主要由风管与多根圆管组成，各圆管均匀内置于风管内，各圆管上均布置与风向平行的翅片，空气走风管，冷水走圆管，且冷水流向与空气流向相反。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的冷凝器采用逆流大温差板式换热器或者逆流大温差套管式换热器。
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