CN210050907U - 一种节能供冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能供冷系统，能够实现冷机制冷与冷却塔免费制冷的自由切换，包括相互交替切换使用的冷水机组和板式换热器，用于向末端设备提供冷冻水；高温水池、低温水池和冷却塔，用于向冷水机组和板式换热器提供不同温度的冷却水；控制系统，所述控制系统包括控制模块、温度检测装置、室外环境检测装置和电动阀门。本实用新型解决了冷机启动的冷却水温度要求的问题，实现两种制冷模式快速切换，从而延长冷却塔免费制冷的年使用时间，实现冷却塔免费制冷利用最大化，达到最大化的节能效益。

Description

一种节能供冷系统

技术领域

本实用新型涉及中央空调冷水机组制冷和冷却塔免费制冷领域，具体是一种节能供冷系统。

背景技术

在工业企业生产过程中，中央空调冷水机房系统被广泛应用。冷水机房提供低温冷冻水，主要用于空调系统或者工艺设备冷却降温。机房内的设备运行时间长，在工厂的总能耗中占据了相当大的比例，例如制药厂、电子半导体厂、汽车制造厂，冷水机房的运行耗电约为工厂总耗电的15-25%。

通常冷水机房的冷水系统工作原理是：冷冻水泵把中央空调主机制成的7℃冷冻水输送给室内末端，末端吸收冷量后把约12℃的水再次循环给冷机；冷机在生产冷冻水的同时，产生37℃的冷却水通过冷却水泵输送至冷却塔，冷却塔通过风机把37℃冷却水降温至32℃之后再次输送回冷机，如此反复循环。

由于工厂车间有特殊生产工艺，在过渡季节及冬季仍然存在大量的冷负荷，需要冷水机房全年运行提供冷冻水，才能满足末端需求。但是在冬季冷水机房运行，采用冷水机组制冷，不仅存在运行能耗高的问题，而且由于冷负荷量不大，会造成冷水机组会频繁启停，影响冷水机组寿命。

因此，采用冷却塔免费制冷作为一种节能技术，在过渡季及冬季，替代冷水机组制冷，利用自然冷源，为末端设备提供冷量，减少冷机开启时间，降低整个冷水机房的运行功耗。

冷却塔免费制冷即指在常规空调水系统基础上适当增设部分管路及换热设备，当室外温度低至某个值以下时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，以达到节能的目的。在过渡季及冬季，室外气温逐渐下降，冷却塔出口水温也随之降低，从而达到满足末端系统供冷的要求。采用冷却塔免费制冷模式运行，不需要冷水机组运行，大幅度降低整体冷水机组运行能耗，节能效果明显。

但是在冷水机房（冷机制冷和冷却塔免费制冷共用系统）实际运行中存在一些弊端：

a）冷机由于自身原因存在局限性的：如果冷却水温度过低，冷水机组无法开启运行的。一般来说，冷机要运行所要求的冷却水温不低于18℃的。当冷却水温度过低时，冷机本身有自我保护，无法启动。

b）冷却塔免费制冷方式，受制于室外环境温度，一般来说，要想获取7℃的冷冻水，冷却塔出水温度要求不高于5℃，所以所要求的室外天气温度一般要低于10℃左右。由于室外环境温度是不断变化的，全年各天温度是波动变化的；对于任何一天来说，一天24小时的室外天气温度也是波动变化的：白天高，晚上低（例如：中午室外最高温度是12℃，晚上室外最低温度是0℃），中午时段的室外温度高于冷却塔免费制冷方式所要求的室外温度（小于10℃），其他时间都是低于室外所要求的室外温度，所以在中午时段，冷却塔免费制冷方式不能满足要求的，是不能运行的。冷水机房运行要切换到冷机制冷模式，但是到下午室外温度下降到10℃以下后，室外温度又能满足冷却塔免费制冷的要求。

在实际运行中，这将又出现两个问题：问题一：在中午时段，冷却塔免费制冷方式不满足要求时，冷却水的温度一般达到7℃左右，机房运行要切换到冷机制冷模式，但是冷却水水温过低，冷机根本无法启动，需待到冷却水水温上升后，冷机才能运行，这需要较长时间的等待，将导致末端的冷冻水水温升高，影响车间正常生产。问题二：冷却水经过长时间的升温后，冷机能够运行，但是到晚上后，外界温度明显很低的（比如，夜间降至0℃），能够满足冷却塔免费制冷方式条件。此时，如果切回到冷却塔免费制冷方式时，第2天冷水机房运行又会碰到上述的问题一；如果不切回到冷却塔免费制冷方式时，仍然采用冷机运行方式，显然冷水机房的运行能耗又会偏高。

c）由于切换到冷机模式运行需要较长时间且影响生产，所以要实际操作中，切换到冷机模式后，即使室外温度再降温，冷水机房运行不会再切换到冷却塔免费制冷运行模式，这将导致冷却塔免费制冷模式的年运行时间大大缩短，节能效果会大打折扣。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种节能供冷系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种节能供冷系统，所述节能供冷系统包括冷冻水系统、冷却水系统和控制系统；

所述冷冻水系统包括相互交替切换使用的冷水机组和板式换热器，冷冻水系统用于向末端设备系统提供冷冻水；

所述冷却水系统包括高温水池、低温水池、与所述高温水池对应的高温水池冷却塔和与所述低温水池对应的低温水池冷却塔，冷却水系统用于向冷水机组和板式换热器提供不同温度的冷却水；

所述控制系统包括控制模块、温度检测装置、室外环境检测装置和电动阀门。

作为本实用新型进一步的方案：所述高温水池用于储存高温冷却水，给冷水机组提供冷却水；低温水池用于储存低温冷却水，给板式换热器提供冷却水，高温水池与低温水池通过连通管阀门连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述室外环境检测装置为室外温湿度传感器，用于实时检测室外天气气象参数。

作为本实用新型进一步的方案：所述温度检测装置为温度传感器，用于实时检测高温水池、低温水池的冷却水温度、以及管道冷却水和冷冻水温度。

作为本实用新型进一步的方案：所述温度传感器包括冷冻水出水温度传感器、冷却水供水温度传感器、冷却水回水温度传感器、高温水池温度传感器和低温水池温度传感器。

作为本实用新型进一步的方案：所述控制模块根据室外气象参数和各冷却水温度，控制冷却水管道上的电动阀门和冷却塔，分别单独给冷机或换热器提供冷却水，确保冷冻水温度稳定。

作为本实用新型进一步的方案：所述电动阀门包括冷却水阀、冷冻水阀、板式换热器阀门A、板式换热器阀门B、低温水池出水阀门、冷却塔阀门A、高温水池出水阀门、冷却塔阀门B和水池连通阀。

本实用新型实施例还提供了一种节能供冷系统的控制方法，所述控制方法的步骤包括：在冬季或过渡季，通过室外环境检测装置，实时监测室外天气参数，来确定冷水机房的运行模式：所述运行模式为冷机制冷模式和冷却塔免费制冷模式。

作为本实用新型进一步的方案：所述的冷却塔免费制冷模式中，采用板式换热器替代冷水机组运行，切换到所述冷却塔免费制冷模式具体操作步骤为：开启板式换热器阀门A、板式换热器阀门B、低温水池出水阀门和冷却塔阀门A，关闭冷水机组、电动阀冷却水阀、冷冻水阀、高温水池出水阀门和冷却塔阀门B，冷水机房运行切换到冷却塔免费供冷模式。

作为本实用新型进一步的方案：所述的冷机制冷模式中，关闭板式换热器阀门A和板式换热器阀门B，停止运行板换热器，切换到所述冷机制冷模式的具体操作步骤为：开启电动阀冷却水阀、冷冻水阀、高温水池出水阀门和冷却塔阀门B，关闭板式换热器阀门A、板式换热器阀门B、低温水池出水阀门和冷却塔阀门A，启动冷水机组，冷水机房运行切换到所述的冷机制冷模式。

作为本实用新型进一步的方案：当冷却水供水温度低于设定温度值时，通过调节冷却水旁通阀的开度调节冷却水旁通流量，以确保冷却水供水温度满足设定值。

冷却塔免费制冷作为一种新型节能技术，已经广泛应用于冷水机房中，但是实际应用中存在诸多问题，冷机制冷与冷却塔免费制冷无法无缝地、快速地进行切换，这将不仅影响工厂正常生产，而且节能效果也不是最佳的。

本实用新型是一种冷机制冷与冷却塔免费制冷自由切换节能供冷系统及控制方法，具有以下优点及效果：

一、解决了冷机启动的冷却水温度要求的问题，能够让冷机快速启动运行，实现冷机制冷与冷却塔免费制冷能够自由切换，达到不间断供冷，确保车间生产顺利进行；

二、即使是室外环境在变化，冷机制冷与冷却塔免费制冷自由切换节能供冷系统适时地适应地操作运行，从而能够延长冷却塔免费制冷的年使用时间，提高整个冷水机房的能量利用率，节能效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。

图1为本实用新型实施例提供的节能供冷系统的流程图。

图中：1-冷水机组，2-冷冻水泵，21-高温水池，22-低温水池，3-末端设备，31-冷冻水出水温度传感器，32-冷却水供水温度传感器，33-冷却水回水温度传感器，34-高温水池温度传感器，35-低温水池温度传感器，4-冷却水泵，41-室外温湿度传感器，51-高温水池冷却塔，52-低温水池冷却塔，6-板式换热器，10-冷却水旁通阀，11-冷却水阀，12-冷冻水阀，13-板式换热器阀门A，14-板式换热器阀门B，15-低温水池出水阀门，16-冷却塔阀门A，17-高温水池出水阀门，18-冷却塔阀门B，19-水池连通阀。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种节能供冷系统及控制方法，能够进行冷机制冷与冷却塔免费制冷的自由切换，本实用新型实施例提供的节能供冷系统，解决了冷机启动的冷却水温度要求的问题，可以根据室外环境温度变化，实现冷机制冷与冷却塔免费制冷模式自由切换运行，最大限度地使用冷却塔免费制冷模式，大大减少冷水机房的运行能耗。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种节能供冷系统，所述的节能供冷系统包括

相互交替切换使用的冷水机组1和板式换热器6，用于向末端设备3系统提供冷冻水；

高温水池21、低温水池22、与所述高温水池21对应的高温水池冷却塔51和与所述低温水池22对应的低温水池冷却塔52，用于向冷水机组1和板式换热器6提供不同温度的冷却水，高温水池21用于储存高温冷却水，给冷水机组1提供冷却水；上述低温水池22用于储存低温冷却水，给板式换热器6提供冷却水，高温水池21与低温水池22通过连通管阀门连接，可以相互独立使用，也可以联合使用；

温度检测装置，用于实时检测高温水池21、低温水池22的冷却水温度、以及管道冷却水和冷冻水温度；

室外环境检测装置，用于实时检测室外天气气象参数；以及

控制模块，根据室外气象参数和各冷却水温度，控制冷却水管道上的电动阀门和冷却塔，分别单独给冷机或换热器提供冷却水，确保冷冻水温度稳定；

具体的，控制模块，根据室外环境参数与设定值，来选择运行模式：冷机制冷模式和冷却塔免费制冷模式，控制模块根据不同运行模式，控制开启电动阀门，给冷水机组1或板式换热器6提供不同温度的冷却水，来满足末端设备3冷冻水温度要求。

其中，相互交替切换的冷水机组和板式换热器6，能够根据不同温度的冷却水自由切换运行，不间断地为末端设备提供冷冻水。

进一步的，在本实用新型实施例中，所述节能供冷系统包括冷冻水系统、冷却水系统和控制系统。

具体的，所述冷冻水系统包括冷水机组1的蒸发器、板式换热器6的二次侧、冷冻水泵2和末端设备3；

所述冷却水系统包括冷水机组1的冷凝器、板式换热器6的一次侧、高温水池冷却塔51和低温水池冷却塔52、冷却水泵4、高温水池21和低温水池22。

所述节能供冷系统的控制系统包括控制模块、室外温湿度传感器41、温度传感器和电动阀门，其中

所述温度传感器包括冷冻水出水温度传感器31、冷却水供水温度传感器32、冷却水回水温度传感器33、高温水池温度传感器34和低温水池温度传感器35；

所述电动阀门包括冷却水阀11、冷冻水阀12、板式换热器阀门A13、板式换热器阀门B14、低温水池出水阀门15、冷却塔阀门A16、高温水池出水阀门17、冷却塔阀门B18和水池连通阀19。

在本实用新型实施例提供的节能供冷系统中，冷水机房运行给生产车间提供7℃的冷冻水（通过冷冻水出水温度传感器31进行检测），在冬季或过渡季，随着外界天气温度变化，两种模式可以自由切换运行。当室外温度下降，达到冷却塔免费供冷模式要求时，开启板式换热器阀门A13、板式换热器阀门B14、低温水池出水阀门15和冷却塔阀门A16，关闭冷水机组1、电动阀冷却水阀11、冷冻水阀12、高温水池出水阀门17和冷却塔阀门B18，冷水机房运行切换到冷却塔免费供冷模式；当室外温度上升，冷却塔免费供冷模式不能满足冷冻出水要求时，该系统需要切换到冷机制冷模式，开启电动阀冷却水阀11、冷冻水阀12、高温水池出水阀门17和冷却塔阀门B18，关闭板式换热器阀门A13、板式换热器阀门B14、低温水池出水阀门15和冷却塔阀门A16，启动冷水机组1，冷水机房运行切换到冷机制冷模式。由于高温水池的水温较高，一般在20℃左右，这解决冷水机组启动的冷却水温度要求的问题（冷机一般要求冷却水温度在18℃以上，才能启动），冷水机房系统不需要加热冷却水，能够立即切换到冷机制冷模式，能够稳定地提供7℃冷冻水。

在本实用新型实施例提供冷却塔免费制冷方式中，受制于室外环境温度，一般来说，要想获取7℃的冷冻水（通过冷冻水出水温度传感器31进行检测），冷却水供水温度要求不高于5℃（通过冷却水供水温度传感器32进行检测），所以所要求的室外天气温度一般要低于10℃左右。比如冬季某室外天气温度变化：早上最低温度0℃，早上温度上升，中午12天气温度为10℃，到下14点达到最高温度是12℃，下午16点室外气温下降为10℃，到晚上室外最低温度是0℃。由于受天气温度变化的影响，在12点至16点时段（室外温度大于10℃），冷却塔免费制冷模式无法运行。

如果按常规运行方式，冷却塔免费制冷运行作为一种节能运行方式，在早上该冷水机房运行采用冷却塔免费制冷方式运行，冷却水温度一般为5℃左右（通过冷却水供水温度传感器32进行检测），到中午12点时，由于受外界天气上升的影响，冷却塔免费制冷模式无法运行，必须切换到冷机制冷模式，但是此时冷却水温度约7℃左右（通过冷却水供水温度传感器32进行检测）。冷机一般要求冷却水温度在18℃以上，才能启动，所以此时无法马上切换到冷机制冷模式运行，需待到冷却水上升后，冷机才能运行，这会影响到冷冻水温度稳定，影响车间顺利生产的。到下午16点后，外界温度下降，又可以切换到冷却塔免费制冷模式，但实际操作不会切换到冷却塔免费制冷模式，原因是如果切回冷却塔免费制冷模式，到第2天中午仍然要切回冷机模式，会出现切换麻烦和影响生产的问题。所以，按常规运行方式，冷却塔免费制冷模式运行时间会大幅度缩短。

如果采用冷机制冷与冷却塔免费制冷自由切换的节能供冷系统，到中午12点时，冷却塔免费制冷模式无法运行，切换到冷机制冷模式，由于高温水池储存20℃冷却水，解决了冷机启动的冷却水温度要求的问题，冷水机房能够快速地、无缝地从冷却塔免费制冷模式到冷机制冷模式，能提供稳定的冷冻水，不影响车间生产。当下午16点时，由于低温水池储存5℃冷却水，冷水机房又能够快速地、无缝地从冷机制冷模式到冷却塔免费制冷模式，能够持续为冷冻水降温，满足车间生产。采用冷机制冷与冷却塔免费制冷自由切换的节能供冷系统，可能自由切换两种运行模式，从而延长冷却塔免费制冷模式的年运行时间。

本实例冷机制冷与冷却塔免费制冷自由切换节能系统，能够满足冷机制冷与冷却塔免费制冷两种之间自由切换，不间断运行，持续为生产车间末端设备提供7℃冷冻水，确保车间生产顺利。冷水机房运行不受室外天气的影响，可以根据外界天气选择运行模式，从而冷却塔免费制冷模式的年运行时间加长，大大减少冷水机组运行时间，减少整个冷水机房的运行能耗，使节能达到最大程度。

本实用新型实施例还提供了一种节能供冷系统的控制方法，所述控制方法的步骤包括：

在冬季或过渡季，通过室外环境检测装置，实时监测室外天气参数，来确定冷水机房的运行模式：冷机制冷模式和冷却塔免费制冷模式。当室外天气温度低于（末端需求温度+预留温差），冷水机房运行切换到冷却塔免费制冷模式。

当选择冷却塔免费制冷模式时，采用板式换热器替代冷机运行。开启低温水池的出水管道阀门、对应的冷却塔水管阀门和风机、及换热器阀门，关闭高温水池的出水管道阀门、对应的冷却塔水管阀门，及冷机和阀门，进入冷却塔免费制冷模式。

当选择冷机制冷模式时，关闭板式换热器阀门，停止运行换热器。如果在冬季或过渡季，开启高温水池的出水管道阀门、对应的冷却塔水管阀门和风机、及冷机和阀门，关闭低温水池的出水管道阀门、对应的冷却塔水管阀门和换热器阀门，进入冷机制冷模式。如果在夏季，通过打开两个水池连通阀，联合使用水池和冷却塔，开启水池的出水管道阀门、冷却塔水管阀门和风机、及冷机和阀门。

冷却水供水温度低于设定温度值时，通过调节冷却水旁通阀10的开度，调节冷却水旁通流量，确保冷却水供水温度满足设定值。

具体的，在本实用新型实施例提供的控制方法中，冷水机房运行时，控制系统会实时采集室外温湿度，并进行计算分析。控制系统会根据室外天气情况，判断冷水机房的运行模式。优选地，室外天气温度低于（末端需求温度+预留温差），控制系统切换到冷却塔免费制冷模式；相反地，室外天气温度高于（末端需求温度+预留温差），控制系统切换到冷机制冷模式。根据外界天气变化，两种运行模式自由切换。

冷却水供水温度（通过冷却水供水温度传感器32进行检测）控制，根据供水温度与设定温度值进行对比。当冷却水供水温度低于设定温度值时，控制系统调节冷却水旁通阀10，确保冷却水供水温度达到设定值要求。

与常规的冷却塔制冷系统相比，本实用新型采用冷机制冷与冷却塔免费制冷联合供冷，两种制冷模式能够自由切换，从而使冷却塔免费制冷的年运行时间加长，具有能量利用率更高、节能效果更好的优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种节能供冷系统，其特征在于，所述节能供冷系统包括冷冻水系统、冷却水系统和控制系统；

所述冷冻水系统包括相互交替切换使用的冷水机组（1）和板式换热器（6），冷冻水系统用于向末端设备（3）系统提供冷冻水；

所述冷却水系统包括高温水池（21）、低温水池（22）、与所述高温水池（21）对应的高温水池冷却塔（51）和与所述低温水池（22）对应的低温水池冷却塔（52），冷却水系统用于向冷水机组（1）和板式换热器（6）提供不同温度的冷却水；

所述控制系统包括控制模块、温度检测装置、室外环境检测装置和电动阀门。

2.根据权利要求1所述的节能供冷系统，其特征在于，所述高温水池（21）用于储存高温冷却水，给冷水机组（1）提供冷却水；低温水池（22）用于储存低温冷却水，给板式换热器（6）提供冷却水，高温水池（21）与低温水池（22）通过连通管阀门连接。

3.根据权利要求2所述的节能供冷系统，其特征在于，所述室外环境检测装置为室外温湿度传感器（41），用于实时检测室外天气气象参数。

4.根据权利要求1～3任一所述的节能供冷系统，其特征在于，所述温度检测装置为温度传感器，用于实时检测高温水池（21）、低温水池（22）的冷却水温度、以及管道冷却水和冷冻水温度；

所述温度传感器包括冷冻水出水温度传感器（31）、冷却水供水温度传感器（32）、冷却水回水温度传感器（33）、高温水池温度传感器（34）和低温水池温度传感器（35）。

5.根据权利要求3所述的节能供冷系统，其特征在于，所述控制模块根据室外气象参数和各冷却水温度，控制冷却水管道上的电动阀门和冷却塔，分别单独给冷机或换热器提供冷却水。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的节能供冷系统，其特征在于，所述电动阀门包括冷却水阀（11）、冷冻水阀（12）、板式换热器阀门A（13）、板式换热器阀门B（14）、低温水池出水阀门（15）、冷却塔阀门A（16）、高温水池出水阀门（17）、冷却塔阀门B（18）和水池连通阀（19）。

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