自然冷空调系统

技术领域

本申请属于空调设备技术领域，更具体地，涉及一种自然冷空调系统。

背景技术

针对一些全年制冷的场所，大多采用传统的空调系统进行全面送风。由于传统的送风方式会造成空调系统的送风量大，能耗增加。

在某些需要全年制冷场所的地区，如何利用自然环境的优势，采取一种与建筑相融合的自然冷空调系统，降低能耗，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的包括，例如，提供了一种自然冷空调系统，以改善上述的问题。

本申请的实施例可以这样实现：

提供一种自然冷空调系统，用于和建筑结合对位于建筑内的散热设备进行冷却。自然冷空调系统包括间接换热子系统和送风子系统。间接换热子系统包括换热风道和排风机，换热风道具有和外界空气连通的第一进风口和第一出风口，第一进风口开设于换热风道的一端且位于建筑顶部，第一出风口开设于换热风道的另一端且与排风机连通，排风机被配置于建筑屋顶，以使换热气流从第一进风口进入，沿换热风道流经建筑底部，再经第一出风口从排风机排出。送风子系统包括回风风道及送风机，回风风道的至少部分与换热风道的至少部分相邻，回风风道具有和室内空气连通的第二进风口和第二出风口，第二进风口开设于回风风道的一端且位于建筑顶部，第二出风口开设于回风风道的另一端且与送风机连通，送风机被配置于建筑底部，以使回风气流从第二进风口进入，沿回风风道流经第二出风口从送风机排出。

进一步地，换热风道包括相互连通的室外侧第一支路和室外侧第二支路，室外侧第一支路和室外侧第二支路均沿竖向延伸，且室外侧第一支路的底部和室外侧第二支路的底部连通，第一进风口开设于室外侧第一支路的顶部，第一出风口开设于室外侧第二支路的顶部，室外侧第二支路相对于室外侧第一支路靠近于回风风道。

进一步地，自然冷空调系统还包括冷却子系统。冷却子系统包括蓄水箱和喷淋装置，蓄水箱被配置于建筑底部，喷淋装置的进水管与蓄水箱内的水源连通，喷淋装置设置于室外侧第二支路，且沿室外侧第二支路的风道延伸。

进一步地，冷却子系统还包括挡水板，挡水板固定设置于第一出风口，以阻挡进入排风机中的换热气流中的水汽。

进一步地，喷淋装置包括喷淋管和多个喷嘴，喷淋管沿室外侧第二支路的风道延伸，多个喷嘴间隔设置于喷淋管的两侧，且用于向室外侧第二支路喷洒水雾。

进一步地，多个喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，第一喷嘴沿喷淋管的长度方向间隔设置于喷淋管的一侧，第二喷嘴沿喷淋管的长度方向间隔设置于喷淋管的另一侧，第一喷嘴和第二喷嘴在沿喷淋管的长度方向上交错设置。

进一步地，第一进风口还设置有空气过滤器。

进一步地，回风风道包括相互连通的回风主风道和支路风道，回风主风道被配置于建筑顶部，且第二进风口与回风主风道连通，支路风道与换热风道相邻且沿竖向延伸，支路风道被配置于建筑侧壁，第二出风口位于支路风道的远离回风主风道的一端。

进一步地，送风子系统还包括回风夹层，回风夹层设置于回风主风道的内侧，且被配置于建筑顶部，第二进风口开设于回风夹层和回风主风道之间，以使回风夹层与回风主风道连通。

进一步地，间接换热子系统的数量为两个，两个间接换热子系统被配置于建筑两侧；和/或，送风子系统的数量为两个，两个送风子系统被配置于建筑的两侧。

本申请实施例提供的自然冷空调系统，将自然冷空调系统与建筑结构相结合，可以充分利用干空气能制冷。通过间接换热子系统向送风子系统进行预冷；基于露点式间接蒸发冷却，提高换热效率；有利于充分发挥建筑空间的优势，提高自然冷源的利用率，进而降低设备能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的自然冷空调系统的结构示意图。

图标：100-自然冷空调系统；101-散热设备；110-间接换热子系统；1102-第一进风口；1103-空气过滤器；1105-第一出风口；112-换热风道；1121-室外侧第一支路；1125-室外侧第二支路；113-排风机；120-送风子系统；121-回风风道；1211-回风主风道；1215-支路风道；1222-第二进风口；1225-第二出风口；125-送风机；127-回风夹层；130-冷却子系统；131-蓄水箱；1310-循环泵；133-喷淋装置；1330-喷淋管；1335-喷嘴；135-挡水板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

在一些需要全年进行制冷的地区或者场所，例如，数据中心、热电厂、制冷厂等，在制冷时可以采用传统的空调系统进行制冷作业。

由于传统的空调制冷系统需要进行全面送风，导致能耗较大；另外，针对制冷空间较大的场所，传统的空调制冷系统结构比较复杂，其不仅难以充分利用自然环境的优势，还有可能受建筑特点的影响。

为了改善传统空调系统在制冷时的能耗较大的问题，可以采用一种与建筑相融合的自然冷空调系统，充分利用自然环境和建筑特点的优势，对需要冷却的对象进行制冷，既可以降低能耗，又可以改善传统空调系统结构复杂的情况。

基于此，请参照图1，本申请实施例提供了一种自然冷空调系统100。该自然冷空调系统100用于和建筑结合，且用于对位于建筑内的散热设备101进行冷却。

具体地，该自然冷空调系统100可以包括间接换热子系统110和送风子系统120。其中，间接换热子系统110可以安装于建筑的外墙体或者建筑外墙体的内侧壁，用于将室外空气吸入换热风道112中，通过蒸发冷却后排出室外，气流在流经换热风道112的同时，会带走送风子系统120的部分空气热量，为送风子系统120中的回风风道121进行预冷。送风子系统120可以安装于建筑室内，用于将室内的空气从建筑顶部汇聚进入回风风道121，然后从建筑底部侧壁排出，循环换热，对位于建筑内部的散热设备101进行散热冷却。

进一步地，间接换热子系统110可以包括换热风道112和排风机113。

其中，换热风道112具有和外界空气连通的第一进风口1102和第一出风口1105，室外气流从第一进风口1102进入，沿换热风道112流通，最后从第一出风口1105排出。

可选地，换热风道112可以沿建筑墙体竖向延伸，且在建筑底部转弯设置，第一进风口1102开设于换热风道112的一端，第一出风口1105开设于换热风道112的另一端。由于冷空气密度大，下沉运动，热空气密度小，上升运动。室外空气流经换热风道112的过程中，可以带着与换热风道112相邻的回风风道121的部分热量。故，第一进风口1102开设于建筑的顶部，第一出风口1105也开设于建筑顶部且与排风机113连通。排风机113被配置于建筑屋顶的位置，且排风机113为室外空气流经换热风道112提供驱动力。

可选地，换热风道112为冷塔式结构。当该间接换热子系统110在工作时，换热气流可以从第一进风口1102进入，沿换热风道112流经建筑底部，再弯折向上直至流经第一出风口1105，从排风机113处排出。

进一步地，换热风道112可以包括相互连通的室外侧第一支路1121和室外侧第二支路1125。

具体地，室外侧第二支路1125相对于室外侧第一支路1121靠近于回风风道121，室外侧第一支路1121和室外侧第二支路1125均沿竖向延伸，且室外侧第一支路1121和室外侧第二支路1125可以在建筑底部连通，以使换热风道112可以呈类似“U”型风道结构。第一进风口1102开设于室外侧第一支路1121的顶部，第一出风口1105开设于室外侧第二支路1125的顶部。

为了增强间接换热子系统110对送风子系统120的预冷强度，可选地，自然冷空调系统100还可以包括冷却子系统130，冷却子系统130与间接换热子系统110配合连接，为间接换热子系统110中的室外侧第二支路1125降温加湿。

具体地，冷却子系统130可以包括蓄水箱131和喷淋装置133。

其中，蓄水箱131可以被配置于建筑底部，喷淋装置133的进水管与蓄水箱131内的水源连通。喷淋装置133设置于室外侧第二支路1125中，且沿室外侧第二支路1125的风道延伸，通过喷淋装置133将蓄水箱131内的水向室外侧第二支路1125的空腔内进行喷淋，以降低室外侧第二支路1125中的空气温度。

可选地，蓄水箱131也可以设置于换热风道112的底部，通过在蓄水箱131内设置循环泵1310，喷淋装置133与循环泵1310之间可以通过PVC管连接。

由于室外侧第二支路1125是沿建筑侧壁竖向延伸，喷淋装置133位于室外侧第二支路1125的中心轴线位置且竖向延伸，通过喷淋装置133将水雾向室外侧第二支路1125的空腔周向喷水。

为了防止换热气流将水雾从第一出风口1105排出，可选地，冷却子系统130还可以包括挡水板135。

具体地，挡水板135可以固定设置于换热风道112的第一出风口1105位置，用于阻挡随换热气流一同进入排风机113中的水汽。

进一步地，喷淋装置133可以包括喷淋管1330和多个喷嘴1335。

其中，喷淋管1330沿室外侧第二支路1125的风道竖向延伸，多个喷嘴1335沿轴向依次间隔设置于喷淋管1330的两侧，全部喷组均用于向室外侧第二支路1125的空腔内喷洒水雾。

为了对室外侧第二支路1125的空腔内均匀喷洒水雾。可选地，多个喷嘴1335可以包括第一喷嘴和第二喷嘴。

其中，第一喷嘴可以沿喷淋管1330的长度方向间隔设置于喷淋管1330的一侧，第二喷嘴可以沿喷淋管1330的长度方向间隔设置于喷淋管1330的另一侧。通过第一喷嘴和第二喷嘴向室外侧第二支路1125的空腔内不同方向进行喷洒水雾。

可选地，第一喷嘴和第二喷嘴在沿喷淋管1330的长度方向上交错设置，以使水雾喷洒更加均匀。

可选地，第一进风口1102还可以设置有空气过滤器1103，从而将室外空气进行过滤后再流入换热风道112内。

综上，沿室外侧空气从进入第一进风口1102到从第一出风口1105流出的流动方向，该间接换热子系统110可以依次包括第一进风口1102、空气过滤器1103、室外侧第一支路1121、室外侧第二支路1125、喷淋装置133、挡水板135以及排风机113。室外空气进入换热风道112内，在流经换热风道112的过程中会带走与室外侧第二支路1125相邻的送风子系统120中回风风道121的部分热量，实现较好的预冷效果。

室外空气先通过室外侧第一支路1121的间接蒸发冷，然后换热流体进入室外侧第二支路1125的流道内，再经过喷淋降温，水分蒸发的越多，吸收的热量就越多，会使得室外侧第二支路1125的温度降低的越多，进而有利于更多的带走回风风道121的热量。另外，通过间接换热子系统110的直接蒸发冷，可以在不需要消耗能量的前提下，实现对回风风道121的预冷。

具体地，送风子系统120可以包括回风风道121及送风机125。

其中，回风风道121的至少部分与换热风道112的室外侧第二支路1125相邻，通过换热风道112内水的蒸发带走回风风道121的热量，实现间接蒸发冷却过程。

进一步地，回风风道121可以具有和室内空气连通的第二进风口1222和第二出风口1225。第二进风口1222开设于回风风道121的一端且位于建筑顶部，第二出风口1225开设于回风风道121的另一端且与送风机125连通，送风机125被配置于建筑底部，以使回风气流从第二进风口1222汇聚进入，沿回风风道121向下流且流经第二出风口1225由建筑底部的送风机125排出。

具体地，回风风道121可以包括相互连通的回风主风道1211和支路风道1215。回风主风道1211被配置于建筑顶部，且第二进风口1222与回风主风道1211连通。支路风道1215与换热风道112相邻且沿竖向延伸，支路风道1215被配置于建筑侧壁，第二出风口1225位于支路风道1215的远离回风主风道1211的一端。室内气流从建筑顶部由回风主风道1211汇聚进入，从建筑顶部向建筑侧壁流动，再从上向下绕设于建筑侧壁，最后从建筑底部的第二出风口1225排至室内。

沿被处理的空气流向，该送风子系统120可以依次包括回风主风道1211、支路风道1215及送风机125。送风机125设置在建筑底部的侧墙上，根据实际使用需求进行侧送风；或者，送风机125采用下沉安装，通过地板下送风的方式等。

为了更好的将室内空气汇聚流入回风主风道1211，可选地，送风子系统120还可以包括回风夹层127。

回风夹层127设置于回风主风道1211的内侧，且被配置于建筑顶部。第二进风口1222开设于回风夹层127和回风主风道1211之间，以使回风夹层127与回风主风道1211连通。室内气流进入回风夹层127，可以在回风主风道1211处设置汇流管，以使气流更加方便的汇聚进入回风主风道1211中。

可选地，间接换热子系统110的数量可以为两个，且两个间接换热子系统110可以被配置于建筑两侧。

可选地，送风子系统120的数量可以为两个，且两个送风子系统120可以被配置于建筑的两侧。

当间接换热子系统110和送风子系统120的数量均为两个时，本申请实施例提供的自然冷空调系统100，以建筑本身为参照，间接换热子系统110和送风子系统120可以呈左右对称的形式分布，实现两侧送风。

可以理解的是，间接换热子系统110和送风子系统120的数量可以根据实际需要进行设置。例如，在建筑本身的单侧设置间接换热子系统110和送风子系统120，实现单侧送风的目的。

本申请实施例提供的自然冷空调系统100的工作原理如下：

自然冷空调系统100可以根据不同的季节选择不同的自然冷模式，从而实现在满足制冷性能要求的前提下，充分利用自然环境与工程特点的优势，降低能耗。

具体地，在冬季，可以采用完全自然冷模式。

完全自然冷模式包括以下三种对流方式：自然对流、半强迫对流以及完全强迫对流。

其中，自然对流是指关闭间接换热子系统110中的排风机113，和送风子系统120中的送风机125。结合建筑本身的优势，在自然对流作用下，室外气流从第一进风口1102进入，流经室外侧第一支路1121后进入室外侧第二支路1125，室外侧第二支路1125内的气流吸收室内侧送风子系统120中回风风道121的热量，温度上升排出换热风道112；同时，室内侧送风子系统120中的回风风道121被预冷，温度降低下沉从第二出风口1225进入室内，室内的热回风上升从第二进风口1222进入回风主风道1211，如此循环。

当自然对流方式无法满足循环或换热效果较差时，可以开启间接换热子系统110中的排风机113或者送风子系统120中的送风机125，该方式为半强迫对流，用于提高自然对流方式的换热强度。

当半强迫对流方式无法满足循环或换热效果较差时，可以同时开启间接换热子系统110中的排风机113和送风子系统120中的送风机125，该方式为完全强迫对流，用于提高半强迫对流方式的换热强度。

在春季和秋季，可以采用水蒸发自然冷模式。

其中，水蒸发自然冷模式是指：同时开启间接换热子系统110中的排风机113、送风子系统120中的送风机125以及冷却子系统130。

室外气流在流经换热风道112中的室外侧第二支路1125时会发生直接蒸发冷却，从而对室外侧第一支路1121中的空气和回风风道121中的支路风道1215内的空气进行冷却。当室外侧第一支路1121中的空气预冷后，湿球温度会降低，从室外侧第一支路1121进入室外侧第二支路1125中的气流会发生直接蒸发冷却，以使室外侧第二支路1125内的温度进一步降低，进而可以带走回风风道121中的支路风道1215内更多热量，如此循环往复。当循环至一定工况下，可以实现露点式间接蒸发冷却制冷换热，从而使得室内的送风温度达到室外侧进风的亚湿球温度。

在夏季，可以采用水蒸发自然冷模式和可选补偿单元。

对于部分地区，当水蒸发自然冷模式无法满足制冷需求时，可以根据实际需要增加一些可选补偿单元。

其中，可选补偿单元可以包括压缩机、电加热、热泵、暖风机等辅助单元。

本申请实施例提供的自然冷空调系统100为一种冷塔型、多风道、逆流间接蒸发的空调系统，通过将自然冷空调系统100与建筑结构相结合，可以充分利用干空气能制冷，通过间接换热子系统110对送风子系统120进行预冷，基于露点式间接蒸发冷却，提高换热效率；有利于充分发挥建筑空间的优势，提高自然冷源的利用率，进而降低设备能耗；还可以减少室内占地面积，减轻屋顶称重。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。