CN202254021U - 冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，包括风系统和与室内的吊顶辐射盘管管路连接的水系统，所述风系统中的送风口和回风口与室内空气形成回路，所述水系统由太阳能制冷系统与冷却塔供冷系统并联构成。与现有技术相比，本实用新型实现了温湿独立控制理念在辐射供冷上的应用，将冷负荷和湿负荷有效分离，使操作更加可控灵活的同时也使得辐射吊顶内冷冻水的允许温度范围增大；通过将冷却塔供冷与高温辐射供冷相结合，充分利用太阳能和蒸发潜热交换制取冷量，有节能节电、安全可靠、绿色环保等优点，同时二者在使用的时段上具互补关系，可根据气象条件不同更替使用，保证满足用户的供冷需要。

Description

冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统

技术领域

本实用新型涉及冷却塔供冷系统领域，尤其涉及一种冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统。

背景技术

我国目前的建筑能耗占社会能源总消费量的22%～25%，其中大型建筑物用能是我国建筑能耗的主要组成部分。因此在很多大型建筑物的空调工程中，耗能极低的冷却塔供冷技术应运而生。冷却塔供冷（又称免费供冷），是一种用于建筑物中央空调系统制冷站节能降耗的供冷形式。根据冷却塔工作原理，当水与空气接触时，一方面产生空气与水之间的直接传热（显热交换），另一方面由于水表面和空气之间存在水分子压力差，水表面的分子会向空气流动，产生蒸发现象，带走蒸发潜热（潜热交换）。冷却塔对水的降温作用主要取依靠潜热交换。

目前，冷却塔供冷技术和设计方案已在国内外众多文献资料中有所叙述，其节能效果也在工程实践中得到验证。但是现有的资料和工程应用中，对冷却塔供冷性能的肯定均只是基于冬季室外湿球温度很低的工况下冷却塔供冷制取的制冷量能够满足需要。例如，美国圣路易斯某办公实验综合楼：要求空调系统冬季供冷量为1760kW，设定在室外湿球温度降到7.2℃时关闭制冷机组并转入冷却塔供冷模式，其冷冻水环路和冷却水环路通过直接换热，据此每年可节约运行费用达125000美元。但该工程实例对于环境湿球温度高于7.2℃的工况下冷却塔制冷的运行效果并没有给出理想数据和评价。经对现有技术的文献检索发现，专利名称为：冷却塔和冷水机组联合供冷系统，申请号为：200920222459.0的中国实用新型专利基于冷却塔供冷技术和一般冷水机组在制冷季节的运行模式，针对机房等需要全年供冷的场所，提出一种冷却塔和冷水机组联合供冷系统；其具体方法是在夏季使用冷水机组制冷，冷却塔制取的冷却水送往冷水机组冷凝器；冬季，单独使用冷却塔供冷，制取的冷却水经板式换热器与冷冻水进行热交换，只要冷却塔出水温度低于空调末端系统的冷冻回水温度时，冷却塔提供的冷水即可分担空调末端系统的冷负荷需求，以减少制冷站冷水机组的运行负荷，从而达到节能效果。但是这种方法仅能对湿球温度很低（7～12℃）的工作环境下冷却塔供冷的运行提供改进，对于过渡季节这类室外湿球温度较高（12～16℃）的气象条件，单纯利用冷却塔制取低温水来为室内供冷，往往达不到理想的供冷效果。其主要原因是：室内温湿处理方式与这种新型冷源应用的不匹配。由于除湿的需要，房间送风一般需降低到空气露点温度（约12℃）以下，这就要求制冷系统为房间制取的冷冻水温度必须降到更低。由于湿球温度的制约冷却塔制取的冷却水温度不会太低，通常比环境湿球温度高3℃左右，而冷却水还要经过换热器与冷冻水换热，受到换热温差的限制，冷冻水温度将较冷却水提高。因此，在室外湿球温度较高时，冷冻水最终达到的温度将远高于空气的露点温度，冷却塔供冷就失去了可行性和使用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有冷却塔供冷技术的不足，提供一种冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统。该系统在提高系统性能和有效供冷时数的同时进一步利用可再生能源，改善了节能性和环境效益。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型涉及的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，包括风系统和与室内的吊顶辐射盘管管路连接的水系统，所述风系统中的送风口和回风口与室内空气形成回路，所述水系统由太阳能制冷系统与冷却塔供冷系统并联构成。

优选的，所述冷却塔供冷系统包括冷却塔、换热器、冷却水循环泵和冷冻水循环泵，所述换热器一侧与所述冷却塔进出水管道连接，另一侧与所述吊顶辐射盘管的进出水管道连接，所述冷却水循环泵设置在所述冷却塔侧的出水管道上，所述冷冻水循环泵设置在所述吊顶辐射盘管侧的进水管道上。

优选的，所述换热器采用套管式换热器。

优选的，所述换热器一侧与所述冷却塔进出水管道连接的回路上设有旁通回路，所述旁通回路上设有冷却塔供冷旁通侧阀门。

优选的，所述太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷机组、太阳能集热器、集热水箱、冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、集热器侧循环水泵和制冷机发生器侧循环水泵；所述太阳能吸收式制冷机组包括发生器、冷凝器和蒸发器；所述太阳能集热器的进、出水口分别与集热水箱一侧的出、进水口相连，所述集热水箱的另一侧进、出水口分别与所述发生器的出、进水口相连；所述蒸发器与所述吊顶辐射盘管相连；所述冷却塔的进、出水口分别引出分支管路与所述冷凝器的出、进水口相连；所述冷却水循环泵设置在所述冷却塔侧的出水管道上，所述冷冻水循环泵设置在所述吊顶辐射盘管侧的进水管道上；在所述太阳能集热器一侧与所述发生器出水口相连的管道上靠近太阳能集热器侧设有所述集热器侧循环水泵，靠近发生器侧设有所述制冷机发生器侧循环水泵。

优选的，所述风系统还包括空气处理箱和循环风机，所述送风口、空气处理箱和循环风机和回风口依次相连。

优选的，所述空气处理箱中设有热泵机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下效果：

1、实现了温湿独立控制理念在辐射供冷上的应用，将房间的冷负荷和湿负荷有效分离，实现对温度和湿度的单独控制；一方面，辐射吊顶内冷冻水的温度范围增大，由原来必须低于空气露点温度（12℃）上升到低于18℃即可，即实现了“高温制冷”，另一方面，能够有效消除室内湿负荷，加之辐射盘管内水温较高，可保证室内吊顶表面温度始终低于空气的露点温度，杜绝辐射供冷过程出现“结露”问题。

2、将冷却塔供冷与高温辐射供冷相结合，充分利用太阳能和蒸发潜热交换这两种可再生自然能源制取冷量，有节能节电、安全可靠、绿色环保的特点；此外，二者在使用的时段上有着互补关系，可根据气象条件不同更替使用，保证全年连续、高效、不间断的满足用户的供冷需要。

3、在冷却塔供冷期间，辐射盘管中冷冻水的温度可提高6～8℃，有效提高了冷却塔出水温度，扩大了冷却塔供冷使用的允许湿球温度范围，从而使得冷却塔在全年可以供冷的时间段越长，节能效果也越好。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

    其中：1、太阳能吸收式制冷机组；2、太阳能集热器；3、集热水箱；4、冷却塔；5、换热器；6、空气处理箱；7、室内吊顶辐射盘管；8、送风口；9、回风口；10、风机；11、冷却水循环泵；12、冷冻水循环泵；13、集热器侧循环水泵；14、制冷机发生器侧循环水泵；15、冷却塔供冷旁通侧阀门；16、冷却塔供冷侧阀门；17、制冷机蒸发器侧阀门；18、吊顶辐射盘管侧阀门；19、制冷机冷凝器侧阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

如图1所示，一种冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，包括风系统和与室内的吊顶辐射盘管7管路连接的水系统，所述风系统中的送风口8和回风口9与室内空气形成回路，所述水系统由太阳能制冷系统与冷却塔供冷系统并联构成。

所述冷却塔供冷系统包括冷却塔4、换热器5、冷却水循环泵11、冷冻水循环泵12、冷却塔供冷旁通侧阀门15、冷却塔供冷侧阀门16和吊顶辐射盘管侧阀门18。所述换热器5一侧与所述冷却塔4进出水管道连接，另一侧与所述吊顶辐射盘管7的进出水管道连接，形成两个不相连通的闭合回路，冷冻水和冷却水在换热器5内进行壁面换热；所述冷却水循环泵11设置在与所述换热器5相连的冷却塔4侧的出水管道上，所述冷冻水循环泵12设置在所述吊顶辐射盘管7侧的进水管道上。冷却塔供冷系统主要在环境湿球温度允许的条件下，根据蒸发冷却原理，使用较少能耗制取冷却水，并在换热器内通过一次换热将冷量传递给冷冻水，输送至热用户，承担房间大部分的冷负荷。为优化系统控制并减少阻力，本实用新型相关阀门优先选择球阀。

出于提高换热效率和防阻塞的综合考虑，本实施例的换热器优选套管式换热器。

所述换热器5一侧与所述冷却塔4进出水管道连接的回路上设有旁通回路，所述盘通回路上设有冷却塔供冷旁通侧阀门15。当需要对房间的供冷量进行调节时，开启冷却塔供冷旁通侧阀门15，连通旁通回路，通过调节冷却塔供冷旁通侧阀门15与冷却塔供冷侧阀门16的开度来改变两侧流量，以精确控制供给室内的冷量大小。

所述太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷机组1、太阳能集热器2、集热水箱3、冷却塔4、冷却水循环泵11、冷冻水循环泵12、集热器侧循环水泵13、制冷机发生器侧循环水泵14、制冷机蒸发器侧阀门17、吊顶辐射盘管侧阀门18、制冷机冷凝器侧阀门19。所述太阳能吸收式制冷机组1包括发生器、冷凝器和蒸发器；所述太阳能集热器2的进、出水口分别与集热水箱3一侧的出、进水口相连，所述集热水箱3的另一侧进、出水口分别与所述发生器的出、进水口相连；所述蒸发器与所述吊顶辐射盘管7相连；所述冷却塔4、冷却水循环泵11、冷冻水循环泵12即上述冷却塔供冷系统中的所述冷却塔4、冷却水循环泵11和冷冻水循环泵12，所述冷却塔4的进、出水口还分别引出分支管路与所述冷凝器的出、进水口相连；在所述太阳能集热器2一侧与所述发生器出水口相连的管道上靠近太阳能集热器2侧设有所述集热器侧循环水泵13，靠近发生器侧设有所述制冷机发生器侧循环水泵14。太阳能吸收式制冷系统主要在夏季等炎热季节，当湿球温度高于冷却塔供冷适用限度（高于16℃）时，代替冷却塔供冷承担房间大部分冷负荷。方法是通过太阳能驱动吸收式制冷机组，制取低温冷冻水输送至房间，在房间通过吊顶辐射换热将冷量传递给热用户，达到供冷效果。

所述风系统还包括空气处理箱6和循环风机10，所述送风口8、空气处理箱6和循环风机10和回风口9依次相连。所述空气处理箱6中设有一个与水系统完全分离的热泵机， 通过与热泵循环制取冷量，在空气处理箱的表面冷却段（即热泵循环的蒸发器盘管）对来流的室内回风进行壁面换热，将回风冷却除湿，以承担房间全部的湿负荷及小部分冷负荷。风系统与水系统配合使用，共同控制房间温度和湿度。

下面，对本实施例全年的运行方式进行如下描述：

冬季，房间需要去除的冷负荷量相对较少，且我国大部分地区没有除湿需要，因此仅需开启冷却塔供冷循环。即关闭制冷机蒸发器侧阀门17、制冷机冷凝器侧阀门19，开启冷却塔供冷侧阀门16、吊顶辐射盘管侧阀门18，开启冷却水循环泵11、冷冻水循环泵12。此时冷却塔供冷回路与室内吊顶辐射盘管7构成冷却塔供冷的空调水系统。从室内流回的冷冻水进入换热器5，在换热器5内与来自冷却塔4的低温冷却水进行表面换热，冷冻水温度降低被送回室内吊顶盘管，以辐射的形式向室内输送冷量；从换热器5流出的冷却水流回冷却塔4，经过与空气的潜热交换和显热交换温度降低，再输送回换热器5，如此循环不断的将冷却塔的冷量输送给房间。冷却水循环泵11和冷冻水循环泵12在此过程中为冷却水、冷冻水的输送提供动力。当需要对房间的供冷量进行调节时，可开启冷却塔供冷旁通侧阀门15来增加一个旁通回路，通过调节冷却塔供冷旁通侧阀门15与冷却塔供冷侧阀门16的开度来改变两侧流量，以精确控制供给室内的冷量大小。若房间所需冷量减小，则开启或开大阀门15并适度关小阀门16；反之，若房间冷负荷增大，需要更多冷量，则关小或关闭阀门15并适度开大阀门16。在冬季工况下，由于室外湿球温度足够低，冷却塔免费供冷的运行效果是相当好的。

过渡季节，房间需要去除冷负荷和湿负荷，此时冷却塔仍可起到冷却塔供冷作用，但需要与空气处理系统配合使用，进行温湿独立处理。此时需要关闭制冷机蒸发器侧阀门17、制冷机冷凝器侧阀门19，开启冷却塔供冷侧阀门16、吊顶辐射盘管侧阀门18，开启冷却水循环泵11和冷冻水循环泵12，同时开启空气处理箱6、风机10，以及风管上相关阀门。此时冷却塔供冷循环与室内吊顶辐射盘管7构成冷却塔供冷空调水系统，空气处理箱6及所在的风管道回路构成风系统。风系统与水系统完全独立。当室内湿负荷较高时开启风系统，室内回风经回风口9进入风道，在空气处理箱6内被冷却除湿，温度降低至露点温度，再经过空气处理箱6再加热达到适宜的送风温度，经送风口8送回室内，以此完成对房间空气湿负荷的消除。水系统在消除房间冷负荷时的运行方式，以及通过旁通环路来调节房间供冷量的方式，同冬季工况所述完全相同。

炎热季节，由于室外湿球温度超过了冷却塔供冷限度，需开启太阳能吸收式制冷系统和空气处理系统，对室内的冷负荷和湿负荷分别进行独立处理。此时，冷却塔仅用来为制冷机提供冷源，带走冷凝热。关闭冷却塔供冷旁通侧阀门15、冷却塔供冷侧阀门16，开启制冷机蒸发器侧阀门17、吊顶辐射盘管侧阀门18、制冷机冷凝器侧阀门19，开启太阳能吸收式制冷机1、集热器侧循环水泵13、制冷机发生器侧循环水泵14、冷却水循环泵11和冷冻水循环泵12，同时开启空气处理箱6、风机10以及风管上相应阀门。太阳能集热回路通过热水循环将高温热能从太阳能集热器2输送到集热水箱3，在水箱内与太阳能吸收式制冷机发生器侧流出的水进行换热，将这部分水加热至70～80℃，为制冷机的工作提供驱动热源。集热器侧循环水泵13和制冷机发生器侧循环水泵14在该过程中为热水循环提供动力。另一侧，冷却塔经水管与制冷机冷凝器相连，将机组冷凝热通过冷却水带走。吸收式制冷机1在热源的驱动下制取冷冻水，经辐射盘管送入室内，冷冻水与房间辐射换热，温度升高后流回制冷机，如此循环往复为房间输送冷量，承担房间大部分冷负荷。炎热季节房间湿负荷较大，故开启风系统，室内回风在空气处理箱6内被冷却除湿，经过再热达到适宜的送风温度后送回室内，以此完成对房间湿负荷的消除。冷负荷与湿负荷的处理是两个完全独立的过程。

在本实施例中，将房间的冷负荷和湿负荷有效分离，即太阳能制冷系统（炎热季节）和冷却塔供冷系统（过渡季节和冬季）只需要承担房间的冷负荷，而房间全部的湿负荷由空气处理箱通过对室内空气进行和冷却除湿来承担。这对单一的辐射供冷末端加以改进，是热湿独立处理在辐射供冷技术上的体现。这样的改进一方面实现了对温度和湿度的单独控制，如在温度适宜只需要除湿的时候，用户仅需开启风系统，无需使用水系统供冷，对用户来说操作更加可控灵活，同时节约了能源；另一方面，冷负荷与湿负荷分离后，辐射吊顶内冷冻水的温度范围增大，由原来必须低于空气露点温度（12℃）上升到低于18℃即可，即实现了“高温制冷”。在使用太阳能制冷时，“高温制冷”可使得太阳能制冷机的蒸发温度大大提高，从而提高制冷机COP，提升了电能的使用效率；同时，“高温制冷”又可扩大冷却塔供冷的适用温度范围，获取更高的冷却塔供冷时数；此外，风系统能够有效消除室内湿负荷，加之辐射盘管内水温较高，可保证室内吊顶表面温度始终低于空气的露点温度，杜绝辐射供冷过程出现“结露”问题。

在本实施例中，将冷却塔供冷与高温辐射供冷相结合。在冷却塔供冷期间，采取上述“高温制冷”的方式可将辐射盘管中冷冻水的温度提高6～8℃，有效提高了冷却塔出水温度，从而扩大了冷却塔供冷使用的允许湿球温度范围。气象数据表明，我国北方城市（如哈尔滨）的5月下半月、中北部城市（如沈阳、北京、西安）的5月初、中部地区（如南京、长沙）的4月初、南部地区（如广州）的2月初等季节段，湿球温度已经达到12℃以上。由此可知，能够充分在较高湿球温度工况下制取冷量的“高温制冷”冷却塔供冷技术，在我国大部分地区具有推广价值，能够在很大程度上降低空调建筑能耗。另一方面，提高冷却水出口温度可降低冷却塔运行散热负荷，在相同的空气湿球温度条件下，出口水温越底，冷却塔在全年可以供冷的时间段就越长，节能效果也就越好。

在本实施例中，利用太阳能驱动吸收式制冷，一方面大大减少不可再生能源及电力资源消耗，另一方面减少了因燃烧煤等常规燃料发电带来的环境污染问题。以分子压力差作为驱动势能的冷却塔供冷，基于水表面分子向空气流动带走潜热的现象（蒸发现象），达到制冷效果，除了为水提供循环动力外无需任何形式的能耗。本实用新型采用太阳能吸收式制冷和冷却塔供冷相结合，充分利用太阳能和蒸发潜热交换这两种可再生自然能源制取冷量，有节能节电、安全可靠、绿色环保的特点。由于太阳能在炎热的夏季利用效果最好，在过渡季节和冬季稍显不足，而冷却塔供冷在炎热季节无法使用，在过渡季节和冬季可有效运行，二者在使用的时段上有着互补关系，可根据气象条件不同更替使用，保证全年连续、高效、不间断的满足用户的供冷需要。

本实用新型主要适用于建筑物空调系统在过渡季节和冬季有供冷或除湿需求，却无法或不适宜采用新风冷源的场合。比如，许多大型现代化办公楼、建筑物的内区往往要求空调系统全年供冷，而冬季室外空气焓值低于室内空气设计焓值，过渡季节新风湿度高且不适宜人体热舒适，无法利用加大新风量来进行供冷。又比如，对于全年室内冷负荷占主导的恒温恒湿型工业建筑物（如卷烟厂），由于正常生产时工艺设备产热量较大，冬季和过渡季节生产车间仍存在供冷需求，但采用加大新风量的冷却方式又可能对车间内湿球温度控制精度产生不利影响。本实用新型在这些场所均可满足用户的供冷需求，在过渡季节和冬季以低能耗有效实现房间的温湿处理，控制方便灵活；同时充分利用太阳能等可再生清洁能源制取冷量，绿色环保，可望产生较大的经济和社会效益。

Claims (7)

1.一种冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：包括风系统和与室内的吊顶辐射盘管（7）管路连接的水系统，所述风系统中的送风口（8）和回风口（9）与室内空气形成回路，所述水系统由太阳能制冷系统与冷却塔供冷系统并联构成。

2.根据权利要求1所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述冷却塔供冷系统包括冷却塔（4）、换热器（5）、冷却水循环泵（11）和冷冻水循环泵（12），所述换热器（5）一侧与所述冷却塔（4）进出水管道连接，另一侧与所述吊顶辐射盘管（7）的进出水管道连接，所述冷却水循环泵（11）设置在与所述冷却塔（4）侧的出水管道上，所述冷冻水循环泵（12）设置在所述吊顶辐射盘管（7）侧的进水管道上。

3.根据权利要求2所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述换热器（5）采用套管式换热器。

4.根据权利要求2或3所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述换热器（5）一侧与所述冷却塔（4）进出水管道连接的回路上设有旁通回路，所述旁通回路上设有冷却塔供冷旁通侧阀门（15）。

5.根据权利要求1所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷机组（1）、太阳能集热器（2）、集热水箱（3）、冷却塔（4）、冷却水循环泵（11）、冷冻水循环泵（12）、集热器侧循环水泵（13）和制冷机发生器侧循环水泵（14）；所述太阳能吸收式制冷机组（1）包括发生器、冷凝器和蒸发器；所述太阳能集热器（2）的进、出水口分别与集热水箱（3）一侧的出、进水口相连，所述集热水箱（3）的另一侧进、出水口分别与所述发生器的出、进水口相连；所述蒸发器与所述吊顶辐射盘管（7）相连；所述冷却塔（4）的进、出水口分别引出分支管路与所述冷凝器的出、进水口相连；所述冷却水循环泵（11）设置在所述冷却塔（4）侧的出水管道上，所述冷冻水循环泵（12）设置在所述吊顶辐射盘管（7）侧的进水管道上；在所述太阳能集热器（2）与所述发生器进出水口相连的管道上靠近太阳能集热器（2）侧设有所述集热器侧循环水泵（13），靠近发生器侧设有所述制冷机发生器侧循环水泵（14）。

6.根据权利要求1所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述风系统还包括空气处理箱（6）和循环风机（10），所述送风口（8）、空气处理箱（6）和循环风机（10）和回风口（9）依次相连。

7.根据权利要求6所述的冷却塔与太阳能制冷机联合供冷的温湿独立处理系统，其特征在于：所述空气处理箱（6）中设有热泵机。