CN219494526U - 一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，包括冷水机组板块、自然冷却板块、控制器及多个温度传感器；温度传感器与控制器相连；冷水机组板块包括冷水机组及第一冷却设备组；自然冷却板块包括第二冷却设备组及板式热交换器；冷水机组板块及自然冷却板块通过冷水管道相连，且该冷水管道上设有开关阀，该开关阀与控制器相连。由温度传感器测量系统中各处水温，并将各处水温测量数据发送给控制器，控制器通过控制各个开关阀，选择合适的冷水供应模式，冷水供应模式包括冷水机组供应模式、自然冷却供应模式及自然冷却与冷水机组组合供应模式。与现有技术相比，本实用新型具有节省成本、改造难度小及运行模式切换方便等优点。

Description

一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统

技术领域

本实用新型涉及冷水供应技术领域，尤其是涉及一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统。

背景技术

一些在过渡季及冬季仍需要运行的冷水供应系统上，越来越多的用户选择应用自然冷却系统来降低冷水供应成本。自然冷却是利用密度随温度变化而产生的流体循环过程来带走热量的冷却方式。该系统广泛用于大型数据机房、交换机房、IDC等一切需要全年365天，全天24小时供冷，而室外温度在过渡季节和冬季又比较低的地区。该系统给使用用户节约了大量的电费。

在外界湿球温度小于等于需求的冷水供应温度3℃-4℃以上时，可以采用自然冷却供冷系统进行冷水供应，冷水机组可以长时间保持停机状态，为用户节约大量电费。但在实际应用中，自然冷却系统受外界温湿度直接影响，在过渡季节，甚至冬季的一些时间段，可能无法满足末端对冷水温度的需求。比如在需求7℃冷水时，需要保证外界湿球温度在4℃以下，此条件也是很苛刻的。进入过渡季节，外界气温10℃左右时，自然冷却系统也基本没有了应用的空间。

在一些能效已经较高的系统中，一般采取小流量大温差的供应方式，供回水温差在7℃以上，因此在很多自然冷却系统无法直接使用的状况下，系统回水温度可以比当前冷却水温度要高。如果能针对不同的冷却水及回水温度差，选择性地使用自然冷却系统或冷水机组进行冷水供应，则仍有部分节能空间，但现有技术中并没有针对此方面的研究。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，本实用新型能够针对不同的冷却水及回水温度差，选择性地使用自然冷却系统或冷水机组进行冷水供应，具有更好的节能效果。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，包括冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道、供水管道、控制器及多个温度传感器；

所述温度传感器分别设于冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道及供水管道上，且各个温度传感器分别与控制器相连；

所述冷水机组板块包括冷水机组及第一冷却设备组；

所述自然冷却板块包括第二冷却设备组及板式热交换器；

所述冷水机组板块及自然冷却板块之间通过冷水管道相连，且该冷水管道上设有第三开关阀，第三开关阀与控制器相连。

进一步地，所述第一冷却设备包括第一冷却塔、第一冷却泵及第一冷水泵。

进一步地，所述第一冷却塔与冷水机组连接，且第一冷却塔与冷水机组分别与控制器相连，控制器控制第一冷却塔与冷水机组同步开启。

进一步地，所述第一冷水泵与冷水机组的连接管上设有第一开关阀。

进一步地，所述第一开关阀为电动开关阀，第一开关阀与控制器相连。

进一步地，所述第一冷却泵设于第一冷却塔与冷水机组的连接管上，第一冷却泵用于输送冷却水，保持冷却水在第一冷却塔与冷水机组之间循环。

进一步地，所述第二冷却设备包括第二冷水泵、第二冷却泵及第二冷却塔。

进一步地，所述第二冷却泵设于第二冷却塔与板式热交换器的连接管上，第二冷却泵用于输送冷却水，保持冷却水在第二冷却塔与板式热交换器之间循环。

进一步地，所述供水管道与板式热交换器的连接管上设有第二开关阀。

进一步地，所述第二开关阀为电动开关阀，第二开关阀与控制器相连。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)实用新型通过在冷水机组板块及自然冷却板块间增设冷水管及开关阀，实现自然冷却与冷水机组组合运行，本实用新型不仅支持冷水机组供应模式及自然冷却供应模式，在此两种运行模式上新增一种运行模式，能够实现自然冷却与冷水机组组合供应模式。由设于冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道及供水管道上的温度传感器测量水温，并将各处水温测量数据发送给控制器，控制器根据各处水温，通过控制各个开关阀，选择合适的冷水供应模式，本系统具有改造难度小，运行模式切换方便的优点。

(2)本实用新型在满足自然冷却与冷水机组组合供应模式运行期间，系统的整体能效比(COP)高于单冷水机组运行模式，最大限度利用了外界条件，降低冷水系统运行费用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中各个标号与部件的对应关系为：1-冷水机组，2-第一冷却塔，3-第一冷却泵，4-第一冷水泵，5-第一开关阀，6-第二冷水泵，7-第二冷却泵，8-板式热交换器，9-第二冷却塔，10-第二开关阀，11-第三开关阀，12-冷水管道，A-冷凝器，B-蒸发器，C-回水管道，D-供水管道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型提出的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，包括冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道、供水管道、控制器及多个温度传感器；回水管道及供水管道连接至用冷末端。

温度传感器分别设于冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道及供水管道上，且各个温度传感器分别与控制器相连；

冷水机组板块包括冷水机组1及第一冷却设备组；第一冷却设备包括第一冷却塔2、第一冷却泵3、第一冷水泵4及第一开关阀5。

其中，冷水机组1为制冷设备，用于制取冷水，冷水机组1包括冷凝器A及蒸发器B，其工作原理为除去液体蒸气，通过压缩或热吸收式制冷循环。

值得说明的是，本实施例中提及的连接管、回水管道、供水管道等均属于冷水管道，下文将不再赘述。

如图1左侧构成冷水机组冷却循环系统：

本实施例中，第一冷却塔2的第一端与冷水机组1的冷凝器A侧第一端连接，第一冷却塔2的第二端与第一冷却泵3的第一端连接，第一冷却泵3的第二端与冷水机组1的冷凝器A侧的第二端相连，第一冷却塔2、冷水机组1的冷凝器A侧及第一冷却泵3三者相连，构成冷却机组循环回路。且第一冷却塔2与冷水机组1分别与控制器相连，控制器控制第一冷却塔2与冷水机组1同步开启，第一冷却塔2用于为冷水机组换热后的冷却水降温。

第一冷却泵3设于第一冷却塔2与冷水机组1的连接管上，第一冷却泵3用于泵送冷却水，保持冷却水在第一冷却塔2与冷水机组1之间循环。

第一冷水泵4的第一端连接回水管道，第一冷水泵4的第二端连接第一开关阀5，第一开关阀5的另一端连接冷却机组1蒸发器B侧第二端，冷却机组1蒸发器B侧第一端连接供水管道。

第一冷水泵4用于输送冷水，保持冷水在冷水机组1及用能末端之间循环。

第一开关阀5为电动开关阀，第一开关阀5与控制器相连。

冷水机组冷却循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热交换的原理为在进行水温冷却的同时，释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高，冷却泵将升温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温后的冷却水送回到冷水机组中。

如图1右侧构成自然冷却系统，亦即自然冷却板块，该板块包括第二冷却设备组及板式热交换器8；第二冷却设备包括第二冷水泵6、第二冷却泵7、第二冷却塔9及第二开关阀10。

其中，式热交换器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的高效换热器，构造包括垫片、压紧板(活动端板、固定端板)和框架(上、下导杆，前支柱)等组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流，分隔出冷/热两个流体通道，冷/热换热介质分别在各自通道流过，与相隔的板片进行热量交换，以达到所需温度。

本实施例中，板式热交换器8冷流体通道侧第一端与供水管道相连，且与供水管道的连接管上设有第二开关阀10，第二开关阀10为电动开关阀，第二开关阀10与控制器相连。

板式热交换器8冷流体通道侧第二端连接第二冷水泵6的第一端，第二冷水泵6的第二段连接回水管道，第二冷水泵6用于泵送冷水至用冷末端。

第二冷却泵7的第一端连接板式热交换器8热流体通道侧第二端，板式热交换器8热流体通道侧第一端连接第二冷却塔9第一端，第二冷却塔9第二段连接第二冷却泵的第二端，第二冷却泵、板式热交换器8热流体通道侧及第二冷却塔9构成一个冷却水循环回路。

第二冷却塔9降温后的冷却水与用冷末端返回的冷水在板式热交换器8内进行换热。第二冷却泵7用于泵送冷却水，保持冷却水在第二冷却塔9与板式热交换器8之间循环。

第二冷却塔9与控制器相连，控制器控制开启自然冷却系统时同步开启第二冷却塔9，第二冷却塔9为板式热交换器8换热后的冷却水进行降温。

自然冷却系统工作时，用冷末端将带有温度的水经过回水管道，并通过冷水泵泵送至板式热交换器，板式热交换器通过冷/热两个流体通道对带有温度的水进行冷却，并将换热后的冷却水经过第二冷却泵、板式热交换器8热流体通道侧及第二冷却塔9构成的冷却水循环回路，直至冷却水到达需求温度后，将冷却水从板式热交换器冷流体通道侧，经过第二开关阀，由供水管道输送至用冷末端。

冷水机组板块及自然冷却板块之间通过冷水管道12相连，该冷水管道一端连接冷水机组1蒸发器B侧的第二端，冷水管道另一端设于第二开关阀10及板式热交换器8的连接管上，且该冷水管道12上设有第三开关阀11，第三开关阀11与控制器相连。

具体实施时，由设于冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道及供水管道上的温度传感器测量水温，并将各处水温测量数据发送给控制器，控制器根据各处水温，通过控制各个开关阀，选择合适的冷水供应模式。

本系统工作时，将制好的冷却水通过供水管道输送给用冷末端，同时用冷末端将吸收到热量的水通过回水管道输入系统，实现供-回水循环。

本实用新型提供的自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统运行包括三个模式：冷水机组供应模式、自然冷却供应模式及自然冷却与冷水机组组合供应模式。

(1)冷水机组供应模式：应用于夏季及过渡季，当在冷却水冷却极限温度T_p大于冷水回水温度T_q减换热温差ΔT时，即：

T_p＞(T_q-ΔT)

此时第一开关阀5开启，第二开关阀10及第三开关阀11关闭，冷水机组1开启，第一冷却泵3、第一冷却塔2同步开启，组成冷却水循环回路，同时第一冷水泵4开启，输送冷水至用冷末端。

(2)自然冷却供应模式：应用于过渡季及冬季，当冷却水冷却极限温度T_p小于冷水需求温度T_k减换热温差ΔT时，即：

T_p＜(T_k-ΔT)

此时第一开关阀5及第三开关阀11关闭，第二开关阀10开启。冷水机组及配套的第一冷却泵1，第一冷水泵1，第一冷却塔1全部关闭。开启第二冷水泵6，第二冷却泵7，第二冷却塔8，单独运行自然冷却系统进行供应。

(3)自然冷却与冷水机组组合供应模式：应用于过渡季及冬季，当冷却水冷却极限温度T_p大于冷水需求温度T_k减换热温差ΔT，且小于冷水回水温度T_q减换热温差ΔT时，即：

第一开关阀5及第二开关阀10关闭，第三开关阀11开启。

此时，冷水机组1、第一冷却塔2、第一冷却泵3开启，第二冷水泵6、第二冷却泵7、第二冷却塔9开启。第一冷水泵4关闭。

自然冷却与冷水机组组合供水模式说明：在某些时间段，冷却水冷却极限温度大于冷水需求温度减换热温差且小于冷水回水温度减换热温差时，采用此运行模式，因为冷却水的冷却极限温度是小于冷水的回水温度减换热温差的，所以自然冷却系统中的冷却水在第二冷却塔换热后，可以与冷水回水进行换热，降低冷水温度，但因此时冷却极限温度大于冷水需求温度减换热温差，板式热交换器换热后的冷水无法满足用冷末端的需求，所以经过系统改善，板式热交换器中降温后的冷水会进入冷水机组进行降温，降温至用冷末端需求温度，再供应至用冷末端。

值得说明的是，热力学湿球温度(绝热饱和温度)是指在绝热条件下，大量的水与有限的湿空气接触，水蒸发所需的潜热完全来自于湿空气温度降低所放出的显热，当系统中空气达饱和状态且系统达到热平衡时系统的温度。上述实施方式中，考虑到板式热交换器存在换热温差ΔT，本实施例选取ΔT＝1℃，冷却水的冷却极限温度T_p取湿球温度减3℃，在其他的实施方式中，可根据不同需求设定合适的ΔT及T_p值。

本实施例中，控制器内部署有比较电路，通过接收设于各处的温度传感器传递的水温数据，将冷水回水温度T_q、冷水需求温度T_k及冷却极限温度T_p等水温数据经比较电路进行比较，从而实现上述冷水供应模式的选择。同时，本实施例中各个开关阀均为电动开关阀，控制器连接有阀门控制器，阀门控制器由模拟电路构成，阀门控制器根据控制器给出的阀门开关指令调节阀门开关，具体实施时，可采用现有技术中能实现相应功能的控制器及开关阀门以实现本实施例所述的各种功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，包括冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道、供水管道、控制器及多个温度传感器；

所述温度传感器分别设于冷水机组板块、自然冷却板块、回水管道及供水管道上，且各个温度传感器分别与控制器相连；

所述冷水机组板块包括冷水机组(1)及第一冷却设备组；

所述自然冷却板块包括第二冷却设备组及板式热交换器(8)；

所述冷水机组板块及自然冷却板块之间通过冷水管道(12)相连，且该冷水管道(12)上设有第三开关阀(11)，第三开关阀(11)与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第一冷却设备包括第一冷却塔(2)、第一冷却泵(3)及第一冷水泵(4)。

3.根据权利要求2所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第一冷却塔(2)与冷水机组(1)连接，且第一冷却塔(2)与冷水机组(1)分别与控制器相连，控制器控制第一冷却塔(2)与冷水机组(1)同步开启。

4.根据权利要求2所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第一冷水泵(4)与冷水机组(1)的连接管上设有第一开关阀(5)。

5.根据权利要求4所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第一开关阀(5)为电动开关阀，第一开关阀(5)与控制器相连。

6.根据权利要求2所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第一冷却泵(3)设于第一冷却塔(2)与冷水机组(1)的连接管上，第一冷却泵(3)用于输送冷却水，保持冷却水在第一冷却塔(2)与冷水机组(1)之间循环。

7.根据权利要求1所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第二冷却设备包括第二冷水泵(6)、第二冷却泵(7)及第二冷却塔(9)。

8.根据权利要求7所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第二冷却泵(7)设于第二冷却塔(9)与板式热交换器(8)的连接管上，第二冷却泵(7)用于输送冷却水，保持冷却水在第二冷却塔(9)与板式热交换器(8)之间循环。

9.根据权利要求1所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述供水管道与板式热交换器(8)的连接管上设有第二开关阀(10)。

10.根据权利要求9所述的一种自然冷却与冷水机组组合运行的冷水供应系统，其特征在于，所述第二开关阀(10)为电动开关阀，第二开关阀(10)与控制器相连。