CN1292206C - 双冷式中央空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组造价低，而冷却塔式空调机组制冷(热)效果好的优点，将双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组的冷凝蒸发器安装在冷却塔中，夏天制冷时依靠冷却水进行热交换，冬天制热时以风进行热交换的双冷式中央空调机组，包括压缩机，压缩机安装在箱体的内下部，在箱体的顶部安装有风扇，其特征是在箱体的内上部安装有深度负压式高效率低温度出水横流式冷却塔或普通横流式冷却塔，双冷高效冷凝蒸发器安装上所述的冷却塔内；双冷高效冷凝蒸发器由金属散热片和穿过金属片的金属管组成，金属管的一端通过盘管与压缩机输出端相连，另一端通过盘管与蒸发冷凝器的输入端相连。

Description

双冷式中央空调机组

技术领域

本发明涉及一种中央空调机组，尤其是不带外置式冷却塔的双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组，具体地说是一种双冷式中央空调机组。

背景技术

随着科技和经济迅猛发展，人民生活水平不断提高，对生活质量需求也不断提高，所以中央空调在我国各地大小单位发展很快。有热源供热单位的中央空调供冷采用水冷式冷水机组或是风冷式冷水机组，供热采用蒸汽或热水锅炉供热。没有热源设备(蒸汽与热水锅炉)单位的中央空调系统，制冷制热设备则选择冷热泵式冷热水机组。

现有的风冷式冷水空调机组和冷热泵式冷热水空调机组的冷凝蒸发器大都是依靠风扇进行冷却或加热的，虽然造价较低，但其冷却或制热效果较差。现有的带冷却塔的空调机组具有冷却效果好，散热片进、出口压降大，功耗小，效率高，其缺点是造价高，占地面积大。而风冷热泵式冷热水机组或风冷式冷水机组制冷效率低，运行压力高，能耗大。

据申请人所知，目前市场上尚无将二者优点相结合的夏天以冷水对冷凝蒸发器进行降温制冷，冬天以风扇对冷凝蒸发器进行加温制热空调机组问世。

发明内容

本发明的目的是结合双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组造价低，而冷却塔式空调机组制冷(热)效果好的优点，将箱式双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组的冷凝蒸发器安装在冷却塔中，夏天制冷时依靠冷却水进行热交换，冬天制热时以风进行热交换的双冷式中央空调机组。

本发明的技术方案是：

一种双冷式中央空调机组，具体是指双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组，包括压缩机，压缩机安装在箱体的内下部，在箱体的顶部安装有风扇，其特征是

a、在箱体的内上部安装有深度负压式低温度出水横流式冷却塔或普通横流式冷却塔，双冷冷凝蒸发器安装在所述的冷却塔内；

b、双冷冷凝蒸发器由金属散热片和穿过金属片的金属管组成，金属管的一端通过盘管与压缩机输出端相连，另一端通过盘管与蒸发冷凝器的输入端相连。

上述的金属散热片可为所述冷却塔的填料，其表面有不同几何形态面组成。用金属散热片代替原冷却塔中的塑料填料使本发明的空调机组确保冬天的制热效果。

本发明的空调机组冬天制热时以风作为传递热量的主要媒体，夏季制冷时以风和/或水作为传递热量的媒体。

上述的深度负压式低温度出水横流式冷却塔内安装的双冷冷凝蒸发器的金属散热片即为带冷却塔的空调机组中的冷却塔填料片，表面有多种不同几何形态面组成，金属散热片进、出口的压降为5-2000毫米水柱，从而使冷却塔水温低于28℃。

冷却塔的冷却水的进水温度为20～31℃，流速为1.8～2.5m/s，并定期换水，以有效抑制集团菌的生成。

本发明的有益效果：

1、既具有带冷却塔的空调机组的制冷效果好的优点，又具有普通箱式空调机组的造价低的优点。

2、夏季制冷时本发明的冷凝蒸发器中的散热片的进、出口压降可在达5-2000毫米水柱，可使冷却水温控制在28度以下。有利于降低制冷电机的运行电流，对制冷电机起安全保护作用，同时可延长制冷机运行寿命3-5年，降低了运行故障率，降低维修费用。

3、以较小的能耗，获得较大的制冷效果，或将制冷效率由原来的1∶2.9提高到1∶8以上。

4、能有效防止冷却水系统中水垢和集团菌病菌的生成。

5、综合运行效率可提高二倍以上。

6、可延长整个空调机组的使用寿命，提高投入产出比。

7、结构简单，对原结构的空调机组改动不大，也便于正常保养。

8、冬天和夏天不同的工作方式，可使压缩机处于最佳工作状态，延长压缩机的工作寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本图1的侧视剖视图。

图3是本发明实施例中箱式双冷热泵式冷热水机组的制冷、制热循环原理图。

图4是本发明的单片金属散热片平置时的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。本实施例以双冷热泵式冷热水机组为例加以说明，双冷式冷水机组的结构与本实施例基本相同。

一种双冷热泵式冷热水机组，包括压缩机1，压缩机1安装在箱体2的内下部，在箱体2的项部安装有风扇3，在箱体2的内上部安装有深度负压式低温度出水横流式冷却塔或普通横流式冷却塔7，双冷冷凝蒸发器4安装在所述的冷却塔7内；双冷冷凝蒸发器4由金属散热片5和穿过金属散热片5的金属管6组成，金属管6的一端通过盘管与压缩机1输出端相连，另一端通过盘管与蒸发冷凝器的输入端相连。

上述的金属散热片5可为所述冷却塔7的填料，其表面有不同几何形态面组成。用金属散热片5代替原冷却塔中的塑料填料使本发明的空调机组克服了原先在夏季制冷效率低，冬天制热效果差的缺陷。

本发明的空调机组冬天制热时以风作为传递热量的主要媒体，夏季制冷时以风和/或水作为传递热量的媒体。

上述的深度负压式低温度出水横流式冷却塔7内安装的双冷冷凝蒸发器4的金属散热片5即为带冷却塔的空调机组中的冷却塔填料片，表面有多种不同几何形态面组成，金属散热片5进、出口的压降为5-2000毫米水柱，从而使冷却塔水温低于28℃。

冷却塔7的冷却水的进水温度为20～31℃，流速为1.8～2.5m/s，并应定期换水。

下面以型号分别为：*YSDACA35CHE(箱式冷热泵式冷热水机组)和*YCAS1093SC(箱式双冷式冷水机组)的箱式空调机组为例，通过改进前后的性能、价格参数的对比，对本发明作进一步的说明。

1、制冷效率分析(见表1)

表1

型号	制冷量TR Kw	制冷机耗电量kw	冷冻水量T/h	冷冻水泵耗电kw	冷却水量T/h	冷却水泵耗电kw	冷却风机kw	制冷机效率比kw∶kw	综合效率比kw∶kw
										YSDACA35CHE	3001055	205	169.2	28.2	300	21.6	12	1∶5.15	1∶3.954
*YSDACA35CHE	3001055	132	169.2	28.2	300	21.6	22.5	1∶8	1∶5.169
										YCAS1093SC	3011061	364	169.8	28.5			22.4	1∶2.915	1∶2.557
*YCAS1093SC	3011061	132	169.8	28，5	300	2.5×2＝5	22.5	1∶8.04	1∶5.644

说明：1、YSDACA35CHE为改进前的箱式冷热泵式冷热水机组(下同)，YCAS1093SC为改进前的风冷式冷水机组(下同)；2、*YSDACA35CHE、*YCAS1093SC分别为采用本发明技术后的箱式双冷热泵式冷热水机组(下同)和箱式双冷式冷水机组(下同)。

从表中YSDACA35CHE运行参数中看出；制冷机制冷效率比为1∶5.15，综合运行效率比为1∶3.954。使用申请号为02148514.3的发明专利技术把冷却水降低28℃以下进入制冷机冷凝器，再使用申请号为02148468.6的发明专利技术，使YSDACA35CHE型制冷机制冷效率由1∶5.15提高到1∶8。综合运行效率由1∶3.954提高到5.169。综合效率提高(5.169-3.954)/3.954＝30.7％。

从表中YCAS1093SC运行参数中看出；制冷机制冷效率比为1∶2.915，综合运行效率比为1∶2.557。把YCAS1093SC型制冷机中冷凝蒸发器，改用风水两用的“双冷高效冷凝蒸发器”。使用申请号为02148514.3的发明专利技术，把冷却水降低28℃以下，进入冷却塔内双冷高效冷蒸发凝器。再使用申请号为02148468.6的发明专利技术，使*YCAS1093SC型制冷机制冷效率由1∶2.915提高到1∶8.04。综合运行效率由1∶2.557提高到1∶5.644。

2、投建方案与资金分析

用水冷机组与蒸汽型、热水锅炉组成的中央空调系统。和用风冷热泵型冷热机组组成的中央空调系统投建方案与费用分析：见表2。

表2

型号	需建总冷量系统TR kw	制冷机组万元	冷冻冷凝水泵万元	冷却塔万元	其他费用万元	锅炉费用万元
								YSDACA35CHE	3001055	48	5	12	13	16	94
*YSDACA35CHE	3001055	32	5	25	13	16	91
								YCAS1093SC	3011055	135	2.5		4		141.5
*YCAS1093SC	3011055	153	3.5		4		160.5

说明：1、设备价格按照国内合资厂的价格计算，其中水泵照国外进口价格计算。

2、*YSDACA35CHE，*YCAS1093SC为采用本发明技术的箱式空调机组。

3、运行费用对比

水冷机组与蒸汽型、热水锅炉组成的中央空调系统。和用风冷热泵型冷热机组组成的中央空调系统运行费用分析，见表3。

表3

型号	总冷量系统TR  kw	制冷机组耗费万元	冷冻冷凝水泵耗费万元	冷却塔水电耗费万元	供冷总费用1000/h万元
						YSDACA35CHE	3001055	1元×187.8kw×1000h＝18.78	5.2	1.71	25.69
*YSDACA35CHE	3001055	1元×132kw×1000h＝13.2	5.2	2.8	21.2
						YCAS1093SC	3011055	1元×364kw×1000h＝36.4	2.75	2.24	41.39
*YCAS1093SC	3011055	1元×132kw×1000h＝13.2	3.35	2.8	19.35

说明：1、为了计算方便电价照1kw/h＝1元，水价照1m³＝2元。运行时间为1000小时计算。

2、*YSDACA35CHE，*YCAS1093SC为采用本发明技术的箱式空调机组。

4、综合分析

通过以上三种项目分析说明：用水冷机组与蒸汽型、热水锅炉组成的中央空调系统，和用风冷热泵冷热机组组成中央空调系统对比；

(1)水冷机组制冷机的效率为1∶5.15，创新后水冷机组的效率为1∶8，水冷机组制冷机的效率，低于创新后的水冷制冷机组2.85，

(2)风冷热泵型制冷效率为1∶2.915，创新后双冷热泵型机组的效率为1∶8.04。

(3)综合效率；水冷机组制冷效率1∶3.954，创新后水冷机组制冷效率1∶5.169。风冷热泵型机组制冷效率1∶2.557，创新后双水冷热泵型机组制冷效率1∶5.644。

本发明双冷高效冷凝蒸发器安装在深度负压式高效率低温度出水横流式冷却塔内或是普通横流式冷却塔内。组装成“双冷热泵冷热水组或双冷式冷水机组”，配合使用发明专利02148514.3技术，把冷却水降低28℃以下，再配合使用申请号为02148468.6的发明专利技术，使风冷热泵制冷机制冷效率由1∶2.915提高到1∶8.04。综合运行效率由1∶2.557堤高到5.644。使风冷式冷水机组综合效率1∶3达到1∶5以上。同时配合使用申请号为02148469.4的发明专利技术所公开的冷却水系统除垢灭菌的方法可使双冷热泵冷热水组或双冷式冷水机组达到无垢无菌运行。使热泵内的制冷剂冷(R-22)凝饱和温度45℃左右，下降到33℃以下，排气压力由2.5MPa左右，下降到1.3MPa以下。

本发明的空调机组中的双冷热泵冷热水机组和双冷式冷水机组制冷循环原理同风冷式冷水机组、风冷热泵冷热机相同，见图3，不同点是：

(1)风冷热泵冷热水机组的冷凝、蒸发器，风冷式冷水机组冷凝器以风作为传递热量媒体。而双冷热泵冷热水机组的冷凝、蒸发器，冬天制热时以风作为传递热量媒体，夏季制冷时以水作为传递热量媒体。

(2)风冷热泵冷热水机组和风冷式冷水机组的冷凝、蒸发器，安装在机组顶部与外界空气相接触。而双冷热泵冷热水机组、双冷式冷水机组的双冷高效冷凝蒸发器，安装在深度负压式高效率低温度出水横流式冷却塔内或是横流式冷却塔内，见图1所示。

(3)风冷式冷水机组和风冷热泵冷热水机组的冷凝、蒸发器散热片是平行光板制成的。而双冷热泵冷热水机组的冷凝、蒸发器中散热片是相同于冷却塔填料片(金属)，表面有多种不同几何形态面组成，见图3。它有利于冷却水的蒸发，降低冷却水温，使冷却水可始终控制在28℃以下。

(4)为确保双冷热泵冷热水机组和双冷式冷水机组制冷效率提高，必须要解决冷却水的温度问题，使冷却水温度保持在28以下，对双冷热泵冷热水机组制的冷凝蒸发器冷凝可采用申请号为02148514.3的发明专利技术所公开的深度负压式高效率低温度出水横流式冷却塔的技术与理论：“要加快水的蒸发速度和强度，必须增加水蒸发的动能，这个动能应是负压力，它使水分子之间引力减小，水分汽化加快，汽化后的水分子快速飞离水液面”。水在冷却过程中增加了负压动能后，使水冷却速度加快，同时又克服环境条件因空气中湿度对冷却后水温度值的影响。当冷却水温低于环境空气温度时，空气中热能传递给水，当空气降温后，空气中水分子含量不变，水在向前运行时受到动能作用，水在表面快速蒸发，又增加空气中湿度，由于空气受冷却水温度下降，湿空气温度也再下降，水分体积也跟着起变化，故绝对湿度也将发生变化。水不断蒸发，水温不断下降，空气不断再降温，这种运行形式起到了降低冷却水温度和空气中湿度的关键作用。

通过实验证明，冷却塔出水温度降低到28℃以下对离心式水冷机组，螺杆式水冷机组，活塞式冷水机组等机型的制冷效率都有一定提高。设有满液式蒸发器的离心式制冷机、螺杆式制冷机的效率可提高60～100％；设有干蒸发器螺杆式制冷机组与活塞式制冷机组制冷效率可提50～60％。

冷却水降低到28℃以下对中央空调的制冷机安全运行也大有好处：

(a)降低了制冷电机运行电流，对制冷电机有着安全保护作用，特别是对半封闭和全封闭制冷机的电机安全保护作用更大。

(b)延长制冷机运行寿命3～5年，同时降低运行中故障率，降低维修费用。

冷却水降低到28℃以下，还可避开军团菌繁殖高峰温度(35～40℃)，使军团菌繁殖有所克制作用。同时冷却水降低到28℃以下，对冷却水中钙、镁离子分离成垢速度减慢作用。

(5)为确保双冷热泵冷热水机组和双冷式冷水机组制冷效率，可采用申请号02148468.6的发明专利制冷效率的方法技术与理论：更新制冷机运行工况，确定最佳运行形式，进行多项创新，使制冷机效率提高到创新后水冷式冷水机组效率水平，降低功率消耗，创新后使双冷热泵冷热水机组和双冷式冷水机组的制冷效率可由1∶2.915提高到1∶8.04。综合运行效率由1∶2.557提高到5.644。综合效率可提高121％[＝(5.644-2.557)/2.557]。

(6)为保持双冷热泵冷热水机组和双冷式冷水机组制冷效率，必须要解决使冷却水溶质升高问题，冷却水溶升高了后，冷却水的温度也就升高，制冷机的制冷效率就下降，冷却水温升高1℃制冷效就下降4％，制冷机电机运行功率就上升4.5％。冷却水溶质为什么会升高？因为冷却水系统中水是不断变化的。冷却塔因机械通风产生水蒸发损失为0.85-1.28％，漂水损失为0.001％。水被蒸发，水中杂质就留在冷却水系统中，每天制冷机工作20小时，冷却水中杂质增加20倍。运行5天就是100倍杂质，对蒸发吸热及热量交换都带来一定影响。

在冷却系统中的水温与水质极易滋生和繁殖军团菌，军团菌繁殖温度范围是20～45℃，而36～40℃是军团菌最佳繁殖温度，阳性率高达100％，当水温低于20℃时，军团菌难以滋生，高于60℃时生存时间大大缩短，军团菌数量随冷却塔水温增加呈梯度改变。冷却水温度越低，军团菌越少。军团菌产生和传播的主要根源是空调系统中的冷却塔。冷却塔蒸发漂水可散布1.0～1.7km远，导致军团菌的传播。20多年来，有记载的军团病感染事件中由冷却引起的军团病感染病例占75％以上。冷却塔已被公认为导致军团病的主要污染源。本发明双冷热泵冷热水机组的冷凝、蒸发器的冷却水系统除垢灭菌，可采用申请号为02148469.4的发明专利，冷却水系统除垢灭菌所方法。步骤如下：

A、将冷却水系统中的冷却塔的进水温度下降到20～31℃，以控制军团菌滋生速度，避开军团菌高繁殖的温度区“35～40℃”，降低军团菌数量。同时，冷却水温度降低到20～31℃时，水中钙、镁离子不易聚结成垢。同时制冷机制冷效率提高40～100％。(根据制冷机各种型号不同与蒸发形式不同，制冷机效率提高幅度也就不同)

B、将冷却水系统中的冷却水流速控制在1.8～2.5m/s设计范围内。传统规定冷却水流速在0.8～1.2m/s时已不能使用了。流速在1.8～2.5m/s时，钙、镁离子难于聚结成垢。这就是滴水穿石的原理。同时军团菌滋生机遇减小。如俗话所说“流水不腐，户枢不蠹”。

C、对冷却水系统采取定时排污放水，当冷却水系统中水的蒸发量达到冷却水系统中水的存贮量的8～12倍时，对冷却水系统中的水全部排放一次，这是解决冷却水溶质不断升高和军团菌滋生的数量的根本方法。根据拉乌尔定律“在一定温度下，溶液中任何一组分的蒸汽压力，等于该纯组分的蒸汽压乘以该组分在溶液中的克分子数”，由此可知，冷却水系统中冷却水溶质升高会引起冷却塔出水温度升高，军团菌得以繁殖，但到目前为止，在国内外中央空调史上都还没有认识到这个问题。

Claims (4)

1、一种双冷式中央空调机组，具体是指双冷热泵式冷热水机组或双冷式冷水机组，包括压缩机，压缩机安装在箱体的内下部，在箱体的顶部安装有风扇，其特征是：

a、在箱体的内上部安装有深度负压式低温度出水横流式冷却塔或普通横流式冷却塔，双冷冷凝蒸发器安装在所述的冷却塔内；

b、双冷高效冷凝蒸发器由金属散热片和穿过金属片的金属管组成，金属管的一端通过盘管与压缩机输出端相连，另一端通过盘管与蒸发冷凝器的输入端相连。

c、金属散热片为所述的冷却塔的填料。

2、根据权利要求1所述的双冷式中央空调机组，其特征是金属散热片的表面有不同几何形态面组成。

3、根据权利要求1所述的双冷式中央空调机组，其特征是冬天制热时以风作为传递热量的媒体，夏季制冷时以风和/或水作为传递热量的媒体。

4、根据权利要求1所述的双冷式中央空调机组，其特征是所述的深度负压式低温度出水横流式冷却塔内安装的双冷冷凝蒸发器的金属散热片即为带冷却塔的空调机组中的冷却塔填料片，表面有多种不同几何形态面组成，金属散热片进、出口的压降为5-2000毫米水柱，从而使冷却塔水温低于28℃。