CN1554904A - 多循环高效能全自动水冷中央空调系统 - Google Patents

Abstract

一种多循环高效能全自动水冷中央空调系统，它由空调水系统部分和空调电气控制部分组成，系统中的冻水储存释放水槽和供冷设备交替使用，给用冷设备不间断供应冻水，既使主机能高负荷运行，又使供冷设备断续运行，供冷设备的停机时间随用冷负荷而变化，负荷越小，停机时间越长；二级水泵分为若干台，每台以该组末端风机盘管温控器的二通阀的一开而开，全部停而停，二级水泵每台开停时间不一样，同一台也断续运行，从而达到最大节能的目的。系统的控制由温控器控制，打开第一台末端(盘管风机)，用冷设备的二级水泵运行，供冷设备根据冻水储存释放槽热端水温自动运行和休息，关掉最后一台末端，整个系统停止运行，从而实现无人值守机房自动化控制。

Description

多循环高效能全自动水冷中央空调系统

技术领域

本发明属于空调与制冷的技术领域，特别是一种多循环高效能全自动水冷中央空调系统。

背景技术

目前，公知的水冷中央空调系统有冰蓄冷中央空调系统，水蓄冷中央空调系统和常规的水冷中央空调系统。

冰蓄冷和水蓄冷中央空调系统目的都是转移用电高峰，在有电价足够优惠的地区能节约电费，减少高峰期电网的用电压力，顾名思义冰蓄冷介质以冰为主，在用电低谷电价有足够优惠的时段，制冷机制冰储存起来，在电价没有足够优惠的时段释放潜热供冷，满足空调供冷要求。同样水蓄冷介质以水为主，在用电低谷电价有足够优惠的时段生产冻水储存起来，在电价没有足够优惠的时段释放显热供冷，满足空调供冷要求，无论是冰蓄冷系统还是水蓄冷系统，首要条件就是该地区电费采用双计费，而且有足够的优惠。冰蓄冷系统由于制冷机蒸发温度低，能效比低30％左右，所以是更耗电而省钱的一个系统。而且造价高，设计调试复杂，应用性并不广泛，水蓄冷系统由于水储冷密度低，以至储冻水槽体积巨大，一般用户无法满足场地要求，因此也很少得到应用(冰蓄冷和水蓄冷原理图详附图1～附图3)。

常规水冷中央空调系统利用冷冻水泵供水给制冷主机，经过制冷主机制冷，然后把冻水供给空调末端，满足建筑物的用冷要求，常规水冷中央空调的优点是：广义能效比高(通常能效比是指制冷机组在额定工况下的制冷量与输入功率之比。这里指的广义能效比是指整个空调系统的制冷量与耗电之比)，在同样的工况下水冷中央空调系统100％负荷广义能效比比风冷机高出50％，标准工况下水冷中央空调在负荷100％时广义能效比通常在3.0～3.6之间，而风冷机在2.0～2.4之间，因此，按制冷性能来说水冷中央空调具有风冷无可比拟的优势。但由于常规水冷中央空调系统的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔从系统开机到停机持续运行，这部分设备的耗电不随主机负荷的减少而减少，而这部分设备的额定功率占整个系统的额定功率的30％左右，有些设计甚至更高。随着未端用冷的减少主机负荷越来越小，系统的广义能效比就越来越小，通常设计空调都按最不利情况最大负荷设计，虽然取了同时系数，这个同时系数本身就是个很不确定的因素，造成实际使用和设计的偏差。目前我同70％的空调年平均运行率都在50％负荷下运行，这时候的广义能效比降低到2.32～2.78左右，和风冷分体还差不多。负荷再减少就比风冷机广义能效比更差了，常规水冷中央空调的广义能效比随负荷的减少而降低，一直可以向零趋近，这就是水冷中央空调的死结所在。目前市场上的变频水泵、变频冷却塔，由于要保证系统水压的要求，所以只能在负荷60％以上变频，只能消除一些因设计过大的耗电，而且水泵也不能无限低的变频，本身就有个基数；有些利用系统的压差变频而这个压差的取点本身就存在很大的偏差，而且节能不可能是水量减少50％，电能就节约50％，这是头痛医头脚痛医脚的办法，不是解决问题的根本办法。而且变频投资贵，不耐用，维修保养要求技术高，常规水冷中央空调还有个缺点就是自动化程度低，机房需要专门操作人员，系统本身的缺陷不可能实现无人守候机房及自动化系统，小负荷运行造成广义能效比降低，而且主机频繁起动，得不偿失，给在负荷较低时而使用的用户造成很大的不便。(常规水冷中央空调原理图详附图4)。

例如中国发明专利97116453.3提供了一种《大温差水蓄冷节电调荷系统》，其公开了一种水蓄冷系统，可在夜间电网负荷低谷期充冷工况时，把余冷量储存到水贮槽中，而在放冷工况或旁路再冷工况中，利用冷冻水供给泵(即二级水泵)把冷冻水供给用冷设备。这系统冷冻水供给泵(即二级水泵)的开停及水量的大小由大楼的需冷量决定，一台主机连接一个二级水泵，不管需冷量多大，其二级水泵都必须开着且不可调，达不到更好地节能的目的。而冷冻水循环泵(即一级冷冻水泵)及冷水机的启停则按当地电价的时段划分而定，亦即靠人工控制工作工况，不能达到自动控制的目的。

以上三种空调，冰蓄冷空调和水蓄冷空调是在常规水冷中央空调的基础上发展起来的利用社会电网的不均匀性来谋取更大经济利益，通常叫“削峰填谷”空调，省了钱但不节能。由于常规水冷中央空调本身的缺陷，给目前市场上的风冷商用分体空调提供了广泛的商业机会，能效低的商用分体机却打上了节能的旗号。以上三种空调都没有从系统本身去节约能量，让系统耗电从最小负荷到最大负荷都紧跟最大广义能效比运行。

发明目的

为了克服现有的常规水冷中央空调系统不随最大的广义能效比运行以及不能高度自动化的缺陷，本发明提供了一种高效能全自动的水冷中央空调系统，该系统能紧贴系统最高广义能效比运行，而且高度自动化，机房可以无人值守，也可以蓄冻水以及远程监控。

发明内容

本发明的技术方案是这样实现的：它包括空调水系统部分和空调电气控制部分。空调水系统部分包括供冷设备(冷水主机、冷却塔、冷却水泵、一级冷冻水泵、电动阀)，用冷设备(二级水泵、末端盘管风机、温控器二通阀)，冻水储存释放水槽，压差控制器与压差旁通阀；空调电气控制部分包括二级水泵控制及一级冷冻水泵控制、冷却水泵、冷却塔、冷冻主机的控制。

其特征在于：

所述的空调水系统部分，设置了两台以上二级水泵，制冷主机的蒸发器、一级冷冻水泵、电动阀、冻水储存释放水槽串联，冻水储存释放水槽的冷端与供冷设备的冷冻水供水管连接，冻水储存释放槽的热端与供冷设备的冷冻水回水主管连接，二级水泵的进水管与供冷设备的冷冻水供水主管连接，二级水泵的出水管与末端盘管风机的冷冻水进水管连接，盘管风机的冷冻水出水管与供冷设备的冷冻水回水主管连接；

所述的空调电气控制部分的二级水泵控制，每一组末端盘管风机的温控二通阀相线端分别与二级水泵控制的信号控制箱的各个接触器的信号端电连接，接触器的电源出线端与延时“合”开关电连接，延时开关的电源出线端与二级水泵控制箱的接触器信号端电连接；

通过空调水系统部分和空调电气控制部分，可以实现：打开第一台末端风机盘管，相应的二级水泵经过延时起动，当储存释放槽热端水温达到上限(比如14℃)，供冷设备启动，同时电动阀打开，供冷设备开始给用冷设备和储存释放槽供给冻水，当储存释放槽热端温度达到下限(比如10℃)时，供冷设备的主机停机，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵经过延时而停机，同时电动阀关闭，储存释放槽开始释放冻水，二级水泵使用储存释放槽的冻水，当冻水储存释放槽热端达到水温上限(比如14℃)，供冷设备开机，给用冷设备和储存释放槽供冻水，如是往复循环，直到关闭最后一台末端盘管风机，二级水泵停机，供冷设备的主机停机，冷却水泵、冷却塔和一级水泵经延时而停机。这样，存储释放槽和供冷设备交替使用，给用冷设备供应冻水，既使主机能高负荷运行，又使供冷设备断续运行，而停止运行的时间就是节能的空间，二级水泵分为若干台，每台以该组末端风机盘管温控器的二通阀的一开而开，全部停而停，二级水泵每台开停时间不一样，同一台也断续运行，二级水泵停机时间是用冷设备的节能空间。

要实现上述效果，还必须采取下面设计措施：

(1)设计时一级水泵的流量大于二级水泵总流量；

(2)设定储存释放槽温控温度上、下限与主机回水温度控制设定上、下限一致。

和目前水冷中央空调系统相比，本系统有几大优势：

(1)克服了冰、水蓄冷系统省钱不节能的缺点，减少了系统本身的耗电基数，提高了设备的运行效率。

(2)能效高，能紧贴最高荷载时的广义能效比运行。

(3)在任何荷载下都能用冷，且供冻水不间断。

(4)高度自动化，实现无人值守机房。

(5)设备更耐用，特别是冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵。

(6)储存释放水槽储水量最小只有一级水泵流量的十份之一乘以小时，是常规水蓄冷水槽的二十份之一，适合大部分新建筑安放和旧建筑改造。

附图说明

附图1是冰蓄冷中央空调系统图；

附图2是低温水蓄冷中央空调系统图；

附图3是高温水蓄冷中央空调系统图；

附图4是常规水冷中央空调系统图；

附图5是本发明第一实施例的系统图；

附图6是本发明第一实施例在供冷设备和用冷设备同时运行工况下的系统示意图；

附图7是本发明第一实施例在供冷设备休息、用冷设备运行工况下的系统示意图；

附图8是本发明第二实施例的系统图；

附图9是本发明第二实施例在供冷设备和用冷设备同时运行工况下的系统示意图；

附图10是本发明第二实施例在供冷设备休息、用冷设备运行工况下的系统示意图；

附图11是二级冷冻水泵控制线路图；

附图12是主线路控制信号箱线路图；

附图13是冷却泵控制线路图KK1；

附图14是冷却塔控制线路图KK2；

附图15是一级冷冻泵控制线路图KK3；

附图16是主机控制箱线路图KK4；

具体实施方式

下面通过附图对本发明的两个实施例作进一步的说明。在本实施例中，我们设计了三台二级水泵，而在实际应用中，我们可以根据需要设计若干台二级水泵。

附图5～附图10是本发明实施例的空调水系统示意图，空调水系统包括供冷设备(冷水主机A、冷却塔T、冷却水泵P、一级冷冻水泵B0、电动阀E)，用冷设备(二级水泵B1、B2、B3；末端盘管风机D11、D12、D13、D21、D22、D23、D31、D32、D33；温控器二通阀V11、V12、V13、V21、V22、V23、V31、V32、V33)，冻水储存释放水槽C，压差控制器F与压差旁通阀G。

附图5～附图7是本发明的第一实施例，二级水泵B1、B2、B3跟相应用水的末端(D11、D12、D13)，(D21、D22、D23)，(D31、D32、D33)分散放在建筑物的不同位置。

制冷主机A的蒸发器Ae、一级冷冻水泵B0、电动阀E、冻水储存释放水槽C串联，冻水储存释放水槽C的冷端Co与供冷设备的冷冻水供水管G1连接，冻水储存释放槽C的热端CH与供冷设备的冷冻水回水主管G2连接。

二级水泵B1、B2、B3的进水管与供冷设备的冷冻水供水主管G1连接，二级水泵的出水管与末端盘管风机D11～D33的冷冻水进水管连接，盘管风机的冷冻水出水管与供冷设备的冷冻水回水主管G2连接。

压差控制器F的高压端与末端的进水管连接，低压端与末端的出水管连接。

压差旁通阀G的一头与二级水泵出水管连接，另一头与二级水泵进水管连接。

储存释放水槽是一个保温水槽，中间有挡板(墙)把冷热端分隔。

附图8～附图10是本发明的第二实施例，二级水泵B1、B2、B3集中放在一起，而不是分散在建筑物各处。

制冷主机A的蒸发器Ae、一级冷冻水泵B0、电动阀E、冻水储存释放水槽C串联，冻水储存释放水槽C的冷端Co与供冷设备的冷冻水供水主管G1连接，冻水储存释放槽C的热端CH与供冷设备的冷冻水回水主管G2连接。

二级水泵B1、B2、B3的进水管与供冷设备的冷冻水供水主管G1连接，二级水泵的出水管与末端盘管风机D11～D33的冷冻水进水管连接，盘管风机的冷冻水出水管与供冷设备的冷冻水回水主管G2连接。

压差控制器F的高压端与末端的进水管连接，低压端与末端的出水管连接。

压差旁通阀G的一头与二级水泵出水管连接，另一头与二级水泵进水管连接。

以上两个实施例技术方案特征相同，第一实施例由于二级水泵分散布置，因此造成压差控制器F及压差旁通阀G的增加，第二实施例增加了一条末端的进水主管G3。

空调水系统的工作原理是这样的：

如附图6及附图9，当用冷设备运行，相应的二级水泵B1、B2、B3经过延时起动，当储存释放水槽C热端CH水温达到上限(比如14℃)，供冷设备启动，同时电动阀E打开，冻水从制冷主机蒸发器Ae出来，经过冷冻水供水主管G1，一部分冻水通过二级水泵B1、B2、B3供给末端盘管风机D11～D33，冻水经过末端盘管风机D11～D33及二通阀V11～V33后，通过冷冻水回水主管G2及一级冷冻水泵B0回到制冷主机蒸发器Ae的进水端，完成供冷过程；而另一部分冻水进入储存释放水槽C的冷端Co，储存冷冻水使水槽的水温降低。

如附图7及附图10，当储存释放水槽C热端CH温度达到下限(比如10℃)时，供冷设备的主机A停机，冷却水泵P、冷却塔T、一级冷冻水泵B0经过延时而停机，同时电动阀E关闭，储存释放水槽C开始释放冻水，在二级水泵B1、B2、B3的作用下，冻水从储存释放水槽C的冷端Co流向各二级水泵的进水端，经过二级水泵流入末端盘管风机D11～D33，冻水经过末端盘管风机D11～D33及二通阀V11～V33后，通过冷冻水回水主管G2，回到储存释放水槽C的热端CH，完成供冷过程。

在上述供冷过程中，每台二级水泵的开停，是由末端盘管风机的温控器二通阀控制的，也就是说由用冷量决定的，当储存释放水槽C的热端CH达到水温上限(比如14℃)，供冷设备开机，给用冷设备和储存释放水槽C供冻水，如是往复循环，直到关闭最后一台末端盘管风机，二级水泵停机，供冷设备的主机停机，冷却水泵、冷却塔和一级水泵经延时而停机。

附图11～附图16是本发明实施例的电气控制图。

参见附图11的二级冷冻水泵控制线路图，每一组末端盘管风机的二通阀V11～V33通断控制相应的二级水泵，末端D11、D12、D13控制B1泵，末端D21、D22、D23对应B2泵，末端D31、D32、D33对应B3泵，末端D11、D12、D13的温控二通阀相线端分别与信号控制箱K1的各个接触器的信号端电连接来控制信号箱K1的单相电源X的开关，K1内接触器的电源出线端与延时“合”开关电连接，延时开关的电源出线端与二级水泵B1控制箱KB1的接触器信号端电连接，当打开第一个末端盘管风机，例如D11，二通阀通电，信号箱K1电源接通，延时开关经过延时“合”而通电，水泵控制箱KB1的接触器接通二级水泵B1起动。当同一组的末端盘管风机(D11、D12、D13)二通阀同时达到室温而全部断电，水泵B1停机，当任何一个二通阀因室温升高而通电，水泵B1经过延时再起动，当同一组的最后一台末端盘管风机关闭，水泵B1停止运行，只要该组还有一台末端盘管风机还在运行，该组二级水泵就不会停止运行，其他组二级水泵控制同此原理控制，二级水泵控制设自动和手动两种控制方式。

参见附图12～附图16，末端风机盘管温控器的电源开关，控制冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵，主机的控制箱内的接触器2、4、6、8的开断；储存释放槽的温控器开断控制冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵和主机控制箱内的接触器1、3、5、7开断。末端风机盘管温控器的电源开关开端，比如D11，与同组控制箱K1相应的接触器信号入线端电连接，控制箱K1电源在经过接触器与控制主线路信号箱Kz相应的接触器信号入线端电连接，同样信号控制箱K2和信号控制箱K3的电源出线端分别与控制主信号箱Kz相应的各个接触器的信号入线端电连接，K1、K2、K3相应各个接触器出线端与延时“分”开关的信号端电连接，延时“分”开关电源出线端L4与冷却水泵控制箱KK1、冷却塔控制箱KK2、一级冷却水泵控制箱KK3的接触器2、4、6信号入线端电连接。未经过延时“分”开关的出线L3与主机控制箱KK4的接触器8信号入线端电连接；一级冷冻水泵电源相线其中一相在经过5、6接触器后与电动阀E电连接；储存释放槽温控器的电源线由热端水温控制开断，电源出线端与信号控制箱Kz相应的接触器信号端电连接，Kz信号箱相应的接触器电源出线端与延时“分”开关的信号端电连接，延时“分”开关电源出线端L2与冷却水泵控制箱KK1、冷却塔控制箱KK2、一级水泵控制箱KK3的接触器1、3、5信号入线端电连接，未经过延时“分”开关的出线L1与主机控制箱KK4的接触器7信号入线端电连接。

这样，当任何第一个末端风机盘管开启，相应的信号控制箱电源接通，比如控制箱K1，K1动作，主线路控制信号箱Kz相应的接触器接通，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵、主机的控制箱内的接触器2、4、6、8接通；当储存释放槽热端水温达到上限(比如14℃)，储存释放槽温控器内的接触器通电，主线路控制信号箱Kz内相应的接触器接通，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵、主机控制箱内的接触器1、3、5、7接通，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵、主机启动。储存释放槽热端水温没达到上限温度(比如14℃)，接触器1、3、5、7断，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵和主机不能启动：当储存释放槽热端水温达到下限(比如10℃)，储存释放槽温控器断开，Kz相应的接触器断开，主机控制箱内接触器7断开，主机停机，又经过延时“分”开关，控制箱KK1、KK2、KK3内的接触器1、3、5断开，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻泵停止运行，同时二通电动阀E关闭。或者当末端最后一个风机盘管温控器关，K1、K2、K3电源断开，Kz相应的接触器断开，主机控制箱内接触器8断开，主机停机，又经过延时“分”开关，控制箱KK1、KK2、KK3的接触器2、4、6断开，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻泵停止运行，同时二通电动阀E关闭。

通过上述的空调水系统和电气控制部分，可以实现：打开第一台末端风机盘管，相应的二级水泵经过延时起动，当储存释放槽热端水温达到上限(比如14℃)，供冷设备启动，同时电动阀打开，供冷设备开始给用冷设备和储存释放槽供给冻水，当储存释放槽热端温度达到下限(比如10℃)时，供冷设备的主机停机，冷却水泵、冷却塔、一级冷冻水泵经过延时而停机，同时电动阀关闭，储存释放槽开始释放冻水，二级水泵使用储存释放槽的冻水，当冻水储存释放槽热端达到水温上限(比如14℃)，供冷设备开机，给用冷设备和储存释放槽供冻水，如是往复循环，直到关闭最后一台末端盘管风机，二级水泵停机，供冷设备的主机停机，冷却水泵、冷却塔和一级水泵经延时而停机。

Claims (7)

1.一种多循环高效能全自动水冷中央空调系统，它由空调水系统部分和空调电气控制部分组成；

所述的空调水系统部分包括供冷设备、用冷设备、冻水储存释放水槽、压差控制器与压差旁通阀，供冷设备由冷水主机、冷却塔、冷却水泵、一级冷冻水泵、电动阀组成，用冷设备由二级水泵、末端盘管风机、温控器二通阀组成；

所述的空调电气控制部分包括二级水泵控制、主线路控制、一级冷冻水泵控制、冷却水泵控制、冷却塔控制、冷冻主机控制；

其特征在于：

所述的空调水系统部分，设置了两台以上二级水泵，制冷主机的蒸发器、一级冷冻水泵、电动阀、冻水储存释放水槽串联，冻水储存释放水槽的冷端与供冷设备的冷冻水供水管连接，冻水储存释放槽的热端与供冷设备的冷冻水回水主管连接，二级水泵的进水管与供冷设备的冷冻水供水主管连接，二级水泵的出水管与末端盘管风机的冷冻水进水管连接，盘管风机的冷冻水出水管与供冷设备的冷冻水回水主管连接；

所述的空调电气控制部分的二级水泵控制，每一组末端盘管风机的温控二通阀相线端分别与二级水泵控制的信号控制箱的各个接触器的信号端电连接，接触器的电源出线端与延时“合”开关电连接，延时开关的电源出线端与二级水泵控制箱的接触器信号端电连接。

2.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于：所述的空调电气控制部分的主线路控制、一级冷冻水泵控制、冷却水泵控制、冷却塔控制、冷冻主机控制，每一组末端风机盘管温控器的电源开关开端，与同组信号控制箱(K1、K2、K3)相应的接触器信号入线端电连接，信号控制箱(K1、K2、K3)电源在经过接触器与主控制线路信号箱Kz相应的接触器信号入线端电连接，K1、K2、K3相应各个接触器出线端与延时“分”开关的信号端电连接，延时“分”开关电源出线端L4与冷却水泵控制箱KK1、冷却塔控制箱KK2、一级冷却水泵控制箱KK3的接触器2、4、6信号入线端电连接，未经过延时“分”开关的出线L3与主机控制箱KK4的接触器8信号入线端电连接；一级冷冻水泵电源相线其中一相在经过5、6接触器后与电动阀E电连接；储存释放槽温控器的电源出线端与主控制线路信号箱Kz相应的接触器信号端电连接，Kz信号箱相应的接触器电源出线端与延时“分”开关的信号端电连接，延时“分”开关电源出线端L2与冷却水泵控制箱KK1、冷却塔控制箱KK2、一级水泵控制箱KK3的接触器1、3、5信号入线端电连接，未经过延时“分”开关的出线L1与主机控制箱KK4的接触器7信号入线端电连接。

3.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于：压差控制器的高压端与末端的进水管连接，低压端与末端的出水管连接。

4.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于：压差旁通阀的一头与二级水泵出水管连接，另一头与二级水泵进水管连接。

5.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于；储存释放水槽是一个保温水槽，中间有挡板(墙)把冷热端分隔，挡板(墙)上面有空间给水流通过。

6.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于：一级冷冻水泵的流量大于二级水泵总流量。

7.根据权利要求1所述的多循环高效能全自动水冷中央空调系统，其特征在于：储存释放水槽温控器温度上、下限的设定与主机回水温度控制设定上、下限一致。

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