CN203010805U - 水源供冷空调系统及水源供冷区域空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水源供冷空调系统及水源供冷区域空调系统，空调系统包括水冷机组，水冷机组中包括蒸发器和冷凝器，蒸发器设置于冷冻水回路中，冷凝器设置于冷却水回路中；空调系统还包括机外换热器和阀门组，机外换热器沉浸于流动的水源之中，阀门组用于进行切换，使得在水冷机组运行时，机外换热器与冷凝器连通形成闭式冷却水回路，取代传统水冷机组的冷却塔运行；阀门组还用于进行切换，使得在水源与空调环境之间存在可利用的温差时，使机外换热器与蒸发器连通形成闭式冷冻水回路，利用机外换热器从水源温度获取的冷量通过冷冻水回路直接对空调环境供冷，取代水冷机组运行供冷，同时切断冷却水回路，具有系统可靠、节能显著的技术经济效益。

Description

水源供冷空调系统及水源供冷区域空调系统

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，尤其涉及一种水源供冷空调系统及水源供冷区域空调系统。

背景技术

资料显示，全球50%的能源用于建筑，我国建筑能耗占总能耗的45%，而空调能耗占建筑能耗的63%（2007年资料）。海洋、江河、湖泊有着巨大的热容量，其温差能利用有着广阔的前景。

近几年，我国长江流域以江水源热泵空调的利用已初具开发势头。该空调系统直接利用经过滤的江水进入热泵机组（或空调机组）的冷凝器换热冷却，取代冷却塔设备运行，有效地排除了冷却塔运行时含有害化合物热蒸汽对城市的污染排放（军团病源）。区域性空调水源的利用，是现代化城市减排增绿的重要途径，是减少地球大气热污染的环保工程。

江水源空调有多种过滤取水的形式，考察某水质相对较好的河床渗滤取水已运行的工程，对不同月份检测的试瓶水样目测：呈暗色透明，满布污浊漂浮物和瓶底沉淀物。该水质不能满足水冷机组冷却用水的技术要求，它加快机组冷凝器排管内壁结垢，降低换热效率，增加运维费用，缩短机组使用寿命。江水源空调开式循环取代冷却塔运行，对城市减排有利，但节能有限。

实用新型内容

本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。

为克服现有技术的问题，本实用新型提供一种水源供冷空调系统及水源供冷区域空调系统，采用机外换热器，使冷却水回路形成闭式循环，从而可利用自然水源或二次水源对冷凝器进行换热冷却，取代传统水冷机组的冷却塔运行，避免了自然水源的水质对空调设备及系统造成脏、堵、结垢等污染问题，同时利用机外换热器可在水源与空调环境存在可利用温差时，关闭水冷机组而直接对空调环境供冷，具有系统可靠、节能显著的技术经济效益。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种水源供冷空调系统，包括水冷机组，水冷机组中包括通过制冷剂回路连接起来的蒸发器和冷凝器，其中蒸发器设置于冷冻水回路中，冷凝器设置于冷却水回路中，其中，水源供冷空调系统还包括机外换热器和设置于水源供冷空调系统中的阀门组，机外换热器用于沉浸于流动的水源之中获取冷量，阀门组设置为用于进行切换，使得在水冷机组运行时，机外换热器与冷凝器连通形成闭式冷却水回路，以利用机外换热器获取的冷量对冷凝器进行冷却；同时冷冻水回路绕开机外换热器。

根据本实用新型的一个实施例，机外换热器通过阀门组的切换，选择性地连通到冷却水回路或冷冻水回路中。

根据本实用新型的一个实施例，阀门组设置为用于进行切换，使得在水源与空调环境之间存在可利用的温差时，使机外换热器与蒸发器连通形成闭式冷冻水回路，利用机外换热器从水源温度获取的冷量通过冷冻水回路直接对空调环境供冷，取代水冷机组运行供冷，同时切断冷却水回路。

根据本实用新型的一个实施例，冷冻水回路中设置有旁通蒸发器的管道和旁通阀门，管道和旁通阀门设置为在机外换热器连通到冷冻水回路时，使冷冻水回路中的水绕开蒸发器；而在水冷机组运行时，关闭旁通阀门。

根据本实用新型的一个实施例，在冷却水回路上设置有热回收系统，阀门组设置为用于进行选择性地切换，使得流经冷凝器的水选择性地通过或不通过热回收系统，再流经机外换热器，回到冷凝器。

根据本实用新型的一个实施例，机外换热器直接沉浸于流动的自然水源之中，或是沉浸于流动的二次水源之中，二次水源通过抽取自然水源中的水于换热容器中而形成。

根据本实用新型的一个实施例，换热容器通过水源泵系统抽取自然水源的水，水源泵系统包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置的汲水口、及水源泵和水源泵系统阀门组，水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给换热容器，或者水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种水源供冷区域空调系统，包括：

至少两个如上述技术方案所述的水源供冷空调系统；

换热容器，其包括至少两个容器，用于分别在其中沉浸各水源供冷空调系统的机外换热器；

水源泵系统，用于抽取自然水源的水提供给换热容器。

根据本实用新型的一个实施例，各容器分别形成独立容器，各容器中分别设置有进水口、浮球阀、排水口和溢水口。

根据本实用新型的一个实施例，水源泵系统包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置的汲水口、及水源泵和水源泵系统阀门组，水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给换热容器，或者水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。

本实用新型采用机外换热器，使冷却水回路形成闭式循环，从而可利用自然水源或二次水源对冷凝器进行换热冷却，取代传统水冷机组的冷却塔运行，避免了自然水源的水质对空调设备及系统造成脏、堵、结垢等污染问题，同时利用机外换热器在水源与空调环境存在可利用温差时，关闭水冷机组而直接对空调环境供冷，且具有系统可靠、节能显著的技术经济效益。具体而言，利用本实用新型可带来如下有益效果：

1、机外换热器可置任何水源而不影响空调系统结构和运行质量。

2、机外换热器供冷冻、冷却换热，实现一器二用。

3、机外换热器和空调系统形成闭式循环，保证了全系统换热设备的传热效率和设备的使用寿命，减少了运维成本。4、换热容器（或类似构件）将水源温度位移至陆基设施，形成二次水源（或称陆基人工小河流），取代了水冷机组的冷却塔。

5、换热容器（或类似构件）在水体温度<16°C时，二次水源（或称陆基人工小河流）可直接给空调系统供冷。陆基水源温度换热供冷比冰蓄冷、水蓄冷更具降低投资成本及节能优势。

6、换热容器可容置于任何可利用温度的水源而不影响空调系统结构，且便于维护。

7、汲水口具有自动清污功能，加上反冲洗可自动清除滤网上附着的水生物。

8、根据水源热容量和温度与空调环境所需温度的温差，因水制宜地利用水源温度实现区域空调系统和单体建筑空调系统供冷。水源供冷区域空调系统零污染、零排放。

9、二次水源温度换热供冷是传统空调同期运行供冷耗电的20—30%。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本实用新型实施例水源供冷空调系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二次水源供冷区域空调系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例的水源供冷空调系统，包括水冷机组，水冷机组中包括通过制冷剂回路连接起来的蒸发器和冷凝器，其中蒸发器设置于由冷冻泵15驱动的冷冻水回路中，冷凝器设置于由冷却泵14驱动的冷却水回路中。其中，水源供冷空调系统还包括机外换热器H和设置于水源供冷空调系统中的阀门组（包括如图1中所示阀门2、4、5、6、7、8），机外换热器H用于沉浸于流动的水源之中获取冷量，通过阀门组的切换，选择性地连通到冷却水回路或冷冻水回路中。阀门组设置为用于进行切换，使得在水冷机组运行时，机外换热器H与冷凝器连通形成闭式冷却水回路，以利用机外换热器获取的冷量对冷凝器进行冷却；同时冷冻水回路绕开机外换热器。

在本实施例中，阀门组设置为用于进行切换，使得在水源与空调环境之间存在可利用的温差时，使机外换热器H与蒸发器连通形成闭式冷冻水回路，利用机外换热器H从水源温度获取的冷量通过冷冻水回路直接对空调环境供冷，取代水冷机组运行供冷，同时切断冷却水回路。

在本实施例中，冷冻水回路中设置有旁通蒸发器的管道和旁通阀门3，管道和旁通阀门3设置为在机外换热器连通到冷冻水回路时，使冷冻水回路中的水绕开蒸发器；而在水冷机组运行时，关闭旁通阀门3。

在本实施例中，在冷却水回路上设置有热回收系统，阀门组设置为用于进行选择性地切换，使得流经冷凝器的水选择性地通过或不通过热回收系统，再流经机外换热器，回到冷凝器。

机外换热器H直接沉浸于流动的自然水源之中，或是沉浸于流动的二次水源之中，二次水源通过抽取自然水源中的水于换热容器中而形成（如图2所示）。换热容器通过水源泵系统抽取自然水源的水，水源泵系统包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置的汲水口（如图2中的汲水口a、b）、及水源泵（如图2中的水泵16）和水源泵系统阀门组（如图2中的阀门9、10、11、12、13），水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给换热容器，或者水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。

如图2所示，本实用新型实施例的水源供冷区域空调系统包括：

至少两个如上述技术方案所述的水源供冷空调系统；

换热容器，其包括至少两个容器，用于分别在其中沉浸各水源供冷空调系统的机外换热器；

水源泵系统，用于抽取自然水源的水提供给换热容器。

图2中示出了A、B、C、D-N个空调系统，可以根据需要设置N数量的空调系统。换热容器可以是卧式、立式等几何形状，并具有耐腐蚀的构件，其内壁要求光洁，便于清洗排污。图2示出的换热容器包括四个容器V1、V2、V3、V4，当然根据需要可以在换热容器中设置更多的容器。各容器分别形成独立容器，独立供排水，最好是具有保温功能的容器。各容器中分别设置有进水口、浮球阀、排水口P和溢水口Y。溢水口Y设置于容器上部，排水口P设置于容器下部，可选用可调水量排水口。浮球阀、截止阀、可调水量排水阀根据水源直接供冷或取代冷却塔供冷和热回收的水温进行换热量调节，也可以全自动调节。各溢水口和排水口排出的海水可回归大自然或再利用，排出的淡水可排至蓄水池、景观湖等管网进行再利用。

水源泵系统（如图2中所示的水源泵站）包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置（如过滤网）的汲水口、及水源泵和水源泵系统阀门组，水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给换热容器，或者水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。

本实用新型利用海洋、江河、湖泊、城市给排水设施等水体温度形成一次水源，或将自然水源抽取到换热容器形成二次水源，利用水源与邻水建筑空调环境温度的温差，实现由机外换热器取代水冷机组通过水源温度直接换热供冷，或在水冷机组运行的情况下由机外换热器取代冷却塔，形成闭式或开闭式水源供冷空调系统或区域空调系统。下面结合附图对水源供冷区域空调系统的各工作模式进行具体说明：

1、机外换热器直接供冷系统

在水源温度≤13°C，机外换热器与建筑距离、施工技术条件可行的情况下，采用图中A、B、C、D……等空调系统，机外换热器集中或分散置于水体中，关闭水冷机组（规划设计条件满足时可以不需要水冷机组进入空调系统设计），由机外换热器换热的水源温度经水泵循环输送至邻水建筑，形成一次水源温度供冷的闭式循环空调系统，该系统比传统空调机组供冷投资少，运维成本低，其耗电是传统空调机组全年运行耗电的15-25%。

2、水源泵站和换热容器与空调系统形成的开闭式循环（图2所示为二次水源供冷区域空调系统的结构图）

（1）水源泵站和换热容器开式循环

根据水体热容量负荷N座建筑空调系统水源泵站。采用集中或分散立、卧式换热容器（类似构件）、水泵、汲水口（具有自动清污过滤器和反冲洗功能）、管道连接构成陆基水源泵站、抽取可利用温度的海水或淡水至换热容器，排水至再利用设施、管网，形成开式循环。

（2）空调系统闭式循环

空调系统的供冷运行，是热量交换转移的过程。热交换的介质、换热器的传热系数决定传热效率及系统运行的可靠性，理想流体的闭式循环对换热器污垢热阻、腐蚀是可控的理想循环。本实用新型利用机外换热器形成的系统为闭式循环。

水源汲水口温度≤13°C的水体进入陆基换热容器（可称陆基人工小河流），空调系统机外换热器在换热容器热交换获取的水源温度，由A、B、C、D……各空调系统的水泵或原系统的冷冻泵经管道进入N座建筑空调系统，形成二次水源温度供冷区域空调系统。二次水源温度换热供冷耗电是传统空调机组同期运行供冷耗电的20-30%。

水源汲水口温度16-32°C的水体进入陆基换热容器，空调系统机外换热器在换热容器中热交换获取的水源温度，由A、B、C、D……各空调系统的水泵或原系统的冷却泵经管道进入N座建筑空调系统，取代水冷机组的冷却塔运行。同时可将空调机组的冷凝热进入热回收系统，形成取代水冷机组的冷却塔运行并热回收的闭式循环。

城市给排水处理设施的利用，也是理想的水源温度场，且投资更少，16-32°C下限温度以下可关闭水冷机组直接供冷，夏季取代冷却塔运行。在北纬22°-31°（广东沿海至长江流域）地区，春、夏和秋、冬过渡季节对建筑空调环境供冷，可达45-90天的供冷期，是传统空调机组供冷同期耗电的20-25%。

机外换热器置于一次水源水体中时，不设汲水口和换热容器。一次水源温度直接供冷空调系统或取代水冷机组冷却塔运行，应根据机外交换器与N建筑空调系统的距离、总高程等选配水泵的技术参数。

二次水源温度换热供冷或取代水冷机组的冷却塔运行，两种运行方式由阀门切换共用一个机外换热器。机外换热器可以是集中分系统沉浸式构件，也可分解置建筑体地下室或周边空地的换热容器。

水源供冷区域空调系统利用海洋、江河、湖泊等水体温度，也可利用污水处理厂或自来水厂的水体温度，根据水体热容量，负荷区域空调系统或单体建筑空调系统，节能减排显著。水源供冷区域空调系统是政府能源政策、城市规划、节能减排的大作之举。

下面结合图2对水源供冷区域空调系统工作原理进行具体说明，需要说明的是图2中的汲水口a、b置于同一水体中，实现备份和冲刷汲水口的作用。同时，汲水口a、b处的不同温度产生了本实用新型不同水源温度空调利用功能上的区别1、汲水口a水源温度≤13°C的水体供冷的水系统流程：

关闭阀门2、8、10、11、12，开启阀门13、9、7、4、3，启动水源泵16、冷冻泵15。

水源泵站（开式循环）

汲水口a→水源泵16→阀门13→换热容器→排水口

空调系统（闭式循环）

冷冻泵（或另设水泵）15→阀门3（或蒸发器开启阀门2）→N建筑空调系统→机外换热器H→冷冻泵15（或另设水泵）

此工作模式适用于水源相邻建筑夏季及春、夏和秋、冬过渡季节直接水源区域空调系统供冷运行，适用于计算机机房、大型数据库、工艺厂房等全年恒温建筑空调系统供冷运行。水源温度≤13°C的利用，可以全年取代水冷机组和冷却塔实现供冷区域空调系统运行。

2、汲水口b水源温度为16-32°C的水体取代冷却塔供冷＋热回收水系统流程：

关闭阀门3、5、7、9、11、12，开启阀门13、10、8、6、4、2，启动水源泵16，冷却泵14、冷冻泵15，启动水冷机组。

水源泵站（开式循环）

汲水口b→水源泵16→阀门13→换热容器→排水口

空调系统（闭式循环）

冷却泵14→冷凝器→热回收系统→机外换热器H→冷却泵14

冷冻泵15→蒸发器→N建筑空调系统→冷冻泵15

注：图中未标注阀门为常开件。

水源温度低于16-32°C下限温度时，春、夏和秋冬过渡季节可按第1种方式运行。夏季水源温度取代水冷机组的冷却塔运行，该模式为空调水冷机组运行供冷＋热回收。

3、汲水口滤网通畅

海洋、江河、湖泊水体中的水生物，在汲水口自动清污过滤装置（如过滤网）上附着，以及被水源泵工作负压吸附，影响汲水口畅通，采用自动清污过滤器和利用水源泵站水泵定期对汲水口a、b互为反冲洗方式清除汲水口滤网附着物。

（1）冲洗汲水口a流程：

关闭阀门9、12、13，开启阀门10、11，启动水源泵16，冲洗汲水口a的滤网。

（2）冲洗汲水口b流程：

关闭阀门10、11、13，开启阀门9、12，启动水源泵16，冲洗汲水口b的滤网。

一方面本实用新型采用机外换热器，使冷却水回路形成闭式循环，从而可利用自然水源或二次水源对冷凝器进行换热冷却，取代传统水冷机组的冷却塔运行，避免了自然水源的水质对空调设备及系统造成脏、堵、结垢等污染问题；另一方面，本实用新型利用机外换热器可在水源与空调环境存在可利用温差时，关闭水冷机组而直接对空调环境供冷，具有系统可靠、节能显著的技术经济效益。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种水源供冷空调系统，包括水冷机组，所述水冷机组中包括通过制冷剂回路连接起来的蒸发器和冷凝器，其中所述蒸发器设置于冷冻水回路中，所述冷凝器设置于冷却水回路中，其特征在于，所述水源供冷空调系统还包括机外换热器和设置于所述水源供冷空调系统中的阀门组，所述机外换热器用于沉浸于流动的水源之中获取冷量，所述阀门组设置为用于进行切换，使得在水冷机组运行时，所述机外换热器与所述冷凝器连通形成闭式冷却水回路，以利用所述机外换热器获取的冷量对所述冷凝器进行冷却；同时所述冷冻水回路绕开所述机外换热器。 

2.根据权利要求1所述的水源供冷空调系统，其特征在于，所述机外换热器通过所述阀门组的切换，选择性地连通到冷却水回路或冷冻水回路中。 

3.根据权利要求1所述的水源供冷空调系统，其特征在于，所述机外换热器与所述蒸发器通过所述阀门组的切换而连通，并通过所述阀门组切断冷却水回路，从而形成闭式冷冻水回路。 

4.根据权利要求3所述的水源供冷空调系统，其特征在于，所述冷冻水回路中设置有旁通所述蒸发器的管道和旁通阀门，所述管道和旁通阀门设置为在所述机外换热器连通到冷冻水回路时，使冷冻水回路中的水绕开所述蒸发器；而在所述水冷机组运行时，关闭所述旁通阀门。 

5.根据权利要求1所述的水源供冷空调系统，其特征在于，在所述冷却水回路上设置有热回收系统，所述阀门组设置为用于进行选择性地切换，使得流经所述冷凝器的水选择性地通过或不通过所述热回收系统，再流经所述机外换热器，回到所述冷凝器。 

6.根据权利要求1至5中任一项所述的水源供冷空调系统，其特征在 于，还包括换热容器，用于在其中使抽取的自然水源的水形成流动的水源，所述机外换热器沉浸于所述换热容器中流动的水源之中。 

7.根据权利要求6所述的水源供冷空调系统，其特征在于，所述换热容器通过水源泵系统抽取自然水源的水，所述水源泵系统包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置的汲水口、及水源泵和水源泵系统阀门组，所述水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得所述水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给所述换热容器，或者所述水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。 

8.一种水源供冷区域空调系统，其特征在于，包括： 

至少两个如权利要求1-5中任一项所述的水源供冷空调系统； 

换热容器，其包括至少两个容器，用于分别在其中沉浸各水源供冷空调系统的机外换热器； 

水源泵系统，用于抽取自然水源的水提供给所述换热容器。 

9.根据权利要求8所述的水源供冷区域空调系统，其特征在于，各容器分别形成独立容器，各容器中分别设置有进水口、浮球阀、排水口和溢水口。 

10.根据权利要求8或9所述的水源供冷区域空调系统，其特征在于，所述水源泵系统包括至少两个独立的设置有自动清污过滤装置的汲水口、及水源泵和水源泵系统阀门组，所述水源泵系统阀门组设置为用于选择性地切换，使得所述水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水供给所述换热容器，或者所述水源泵从至少其中一个汲水口抽取自然水源的水流向其它汲水口，反向冲刷其它汲水口的自动清污过滤装置。 

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