一种水蓄冷高效空调机房供冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及中央空调技术领域，尤其涉及一种水蓄冷高效空调机房供冷系统及其控制方法。

背景技术

电力能源工业是国民经济的基础产业之一，随着经济的发展和社会的进步，电力能源的需求愈来愈大，电力供需矛盾逐步凸显。而空调电力负荷占据电网高峰负荷较大的比重，造成了电网高峰时用电紧张，低谷时电力消耗达不到电网最低负荷等问题；因此，市面上出现了高效制冷机房系统与蓄能空调设备这两种方案来降低制冷能耗，其中，通过蓄冷储能的方式降低制冷能耗的蓄能空调设备因其结构简单、安装成本低得到了更大的重视，使水蓄冷空调设备得到了更好的推广和应用。

然而，在一些与建筑围护结构外边界相隔离的区域，或者是精密设备的机房等在冬季有供冷需求的区域中，水蓄冷空调设备内的水仍需要经过制冷主机进行制冷后再给各空调设备供冷，无法利用室外的低温空气，造成能源消耗与浪费；并且，水蓄冷空调设备在经过多次循环后，蓄冷水槽及管道内的水温上升，导致制冷主机的制冷效果下降，影响水蓄冷空调的制冷效率。

发明内容

为了解决上述背景技术中的问题，本发明提高了一种水蓄冷高效空调机房供冷系统及其控制系统，具有投资少、效率高、节省费用较大，且系统结构简单适用于多种空调需求的特点。

本发明解决其技术问题所采取的方案是：一种水蓄冷高效空调机房供冷系统，包括制冷主机、水系统管路及分别通过所述水系统管路与所述制冷主机连接的冷却塔、蓄冷水槽、换热器及空调设备，所述水系统管路包括一次环路及二次环路，所述冷却塔与所述蓄冷水槽安装于二次环路上，所述空调设备安装于一次环路上，所述制冷主机及所述换热器均分别与一次环路及二次环路连接；

所述制冷主机的冷冻侧和/或所述换热器的一次侧通过所述一次环路向所述空调设备供冷，所述制冷主机的冷冻侧通过所述一次环路与所述换热器的一次侧换热向所述蓄冷水槽供冷；所述冷却塔和/或所述蓄冷水槽通过所述二次环路向所述制冷主机的冷却侧和/或所述换热器的二次侧换热。

进一步的，所述一次环路上安装有冷冻泵与蓄冷一次泵，所述二次环路上安装有冷却泵与蓄冷二次泵，所述蓄冷水槽的冷水口及所述冷却塔的出水口均通过所述冷却泵与所述制冷主机冷却侧的进水口连接，所述空调设备的出水口通过所述冷冻泵与所述制冷主机冷冻侧的进水口连接，所述制冷主机冷冻侧的出水口通过所述蓄冷一次泵与所述换热器的一次侧连接，所述蓄冷水槽的热水口通过所述蓄冷二次泵分别与所述换热器的二次侧及所述冷却塔的进水口连接。

进一步的，所述蓄冷水槽的冷水口通过所述蓄冷二次泵与所述换热器的二次侧连接。

进一步的，所述制冷主机冷却侧的出水口与所述冷却塔的进水口及所述蓄冷水槽的热水口连接，所述换热器的一次侧与所述空调设备的进水口连接。

进一步的，所述水系统管路上设有多个阀门，所述阀门包括V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11及V12，所述V1、V2、V3安装于一次环路上，所述V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11及V12安装于二次环路上，多个所述阀门控制所述水系统管路开关进行各供冷工况转换。

进一步的，所述蓄冷二次泵与V6、V7、V8、V9、V10、V11连接，所述V6、V7、V8、V9、V10、V11控制所述蓄冷二次泵完成所述蓄冷水槽的供冷及蓄冷工况的转换，以此设计可通过一台水泵和控制阀门完成供冷及蓄冷工作。

进一步的，所述冷却塔为开式冷却塔，所述冷却塔的下接水盘液面与蓄冷水槽的液面高度相同。

进一步的，所述冷却塔为闭式冷却塔。

一种水蓄冷高效空调机房供冷系统的控制方法，适用于上述的一种水蓄冷高效空调机房供冷系统，包括水蓄冷高效机房供冷工况、冬季蓄冷水槽供冷工况、大温差间接蓄冷工况和冬季冷却塔免费蓄冷工况；

所述水蓄冷高效机房供冷工况：

首先进行释冷工作，所述蓄冷水槽内的4℃的低温水经所述蓄冷水槽的冷水口传输至所述换热器换热供给所述空调设备，换热供冷后变成11℃的中温水通过所述蓄冷水槽的热水口进入所述蓄冷水槽内完成释冷工作；

此时由制冷机组进行供冷工作，开启所述冷却泵与所述冷冻泵，所述蓄冷水槽冷水口的中温水与所述冷却塔出水口的高温水经所述冷却泵混合达到30℃以下后进入所述制冷主机的冷却侧进行高效制冷，制冷后的低温水经所述制冷主机冷冻侧进入所述空调设备释冷，释冷后的高温水经所述制冷主机冷却侧分别送至所述冷却塔与所述蓄冷水槽，如此循环进行，直至所述蓄冷水槽内的中温水变成高温水，完成水蓄冷高效机房供冷工况；

所述冬季蓄冷水槽供冷工况：开启所述蓄冷二次泵与所述冷冻泵，所述空调设备释冷后的高温水经所述冷冻泵与所述换热器的一次侧换热后变成低温水再供给至所述空调设备，所述蓄冷水槽冷水口的低温水经所述蓄冷二次泵传输至所述换热器的二次侧换热后通过所述蓄冷水槽的热水口进入所述蓄冷水槽，如此循环，直至所述蓄冷水槽内的低温水全部升温成高温水完成冬季蓄冷水槽供冷工况；

所述大温差间接蓄冷工况：

首先制冷主机制冷，夜间电价低谷时，开启所述冷却泵，所述制冷主机冷却侧的冷却水经所述冷却塔的进水口进入所述冷却塔中降温，降温后的冷却水经所述冷却泵回流至所述制冷主机，以上冷却水系统工作循环进行；所述制冷主机冷冻侧的冷冻水经所述制冷主机的进水口进入所述制冷主机中降温，降温后的冷冻水经换热供冷后回流至所述制冷主机，以上冷冻水系统工作循环进行；

再进行换热器换冷工作，开启所述蓄冷一次泵，同时开启所述蓄冷二次泵，并开启所述蓄冷水槽冷水口与所述蓄冷二次泵之间的阀门，所述制冷主机冷冻侧的冷冻水经所述蓄冷一次泵进入所述换热器的一次侧，所述蓄冷水槽热水口的高温水与所述蓄冷水槽冷水口的低温水混合后经所述蓄冷二次泵进入所述换热器的二次侧，所述换热器的一次侧与所述换热器的二次侧进行换热后，所述换热器的一次侧换热完成后的水从所述制冷主机的冷冻侧返回所述制冷主机内，所述换热器的二次侧换热完成后的低温水经所述蓄冷水槽的冷水口进入所述蓄冷水槽，如此循环，直至蓄冷水槽内的高温水全部变成4℃左右的低温水进而完成大温差间接蓄冷工况；

所述冬季冷却塔免费蓄冷工况：开启所述蓄冷二次泵，所述蓄冷水槽热水口的高温水经所述蓄冷二次泵从所述冷却塔的进水口进入所述冷却塔与室外低温空气换热，换热完成的低温水经所述阀门从所述蓄冷水槽的冷水口进入所述蓄冷水槽，如此循环，直至所述蓄冷水槽内冷水水温降至10℃以下完成冬季冷却塔免费蓄冷工况。

进一步的，水蓄冷高效空调机房供冷系统的控制方法还包括在所述冬季蓄冷水槽供冷工况的基础上增加冷却塔供冷的冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况；

所述冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况：开启所述蓄冷二次泵与所述冷冻泵，所述空调系统释冷后的高温水经所述冷冻泵与所述换热器的一次侧换热后变成低温水再供给至所述空调系统，所述蓄冷水槽冷水口处的冷水与所述冷却塔出水口的低温水经所述蓄冷二次泵混合后进入所述换热器的二次侧换热，换热后的高温水经所述冷却塔的进水口与所述蓄冷水槽的热水口分别进入所述冷却塔与所述蓄冷水槽，如此循环，直至所述蓄冷水槽内的冷水全部升温成高温水完成冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况。

综上所述，本发明的有益效果为：

1、本发明通过在水蓄冷空调供冷系统中安装换热器，并设置蓄冷二次泵将蓄冷水槽与换热器连接，使蓄冷水槽完成常规的释冷工作后，可通过换热器二次放冷换热降低冷却水的供回水温度，从而提高了制冷主机的供冷效率，还使蓄冷水槽内的蓄冷温差增大，以此有效提升了蓄冷水槽的蓄冷量。

2、本发明在过渡季节和冬季部分场所有供冷需求情况下，利用冷却塔与换热器换热向空调设备供冷的基础上，在夜间电价低谷时段再利用冷却塔与换热器换热降低蓄冷水槽热水温度，白天再将蓄冷水槽冷水放冷供给空调设备，充分利用了冷却塔与室外低温空气换热获取低温冷却水的技术，并且加上夜间更低的室外温度换热效果更加理想，白天再由蓄冷水槽向空调设备供冷，减少了冷水机组和冷却水塔开启时间，充分利用了蓄冷水槽的使用率，做到了进一步节省空调运行费用目的。

上述说明仅是本发明的技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实施例的结构原理图；

图2为本实施例水蓄冷高效机房供冷工况的原理图；

图3为本实施例冬季蓄冷水槽供冷工况的原理图；

图4为本实施例大温差间接蓄冷工况的原理图；

图5为本实施例冬季冷却塔免费蓄冷工况的原理图；

图6为本实施例冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况的原理图。

图中：10、制冷主机；20、冷却塔；30、蓄冷水槽；40、换热器；50、空调设备；60、一次环路；601、冷冻泵；602、蓄冷一次泵；70、二次环路；701、冷却泵；702、蓄冷二次泵；80、阀门。

具体实施方式

为了使本发明的内容能更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步说明。

需要说明的是，本文所使用的术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种水蓄冷高效空调机房供冷系统，包括制冷主机10、水系统管路及分别通过水系统管路与制冷主机10连接的冷却塔20、蓄冷水槽30、换热器40及空调设备50，本实施例的水系统管路包括一次环路60与二次环路70，冷却塔20与蓄冷水槽30安装在二次环路70上，空调设备50安装在一次环路60上，且制冷主机10及换热器40的两端接口均分别与一次环路60及二次环路70连接，使本实施例的供冷系统在蓄冷水槽30完成常规的释冷工作后，换热器40可二次放冷换热降低回水温度，使回水温度下降至30℃以下再进入制冷主机10中制冷，可提高制冷主机10的供冷效率；并且，在过渡季节和冬季有供冷需求的情况下，可利用冷却塔20与室外低温空气换热获取低温冷却水储存至蓄冷水槽30中，减少了冷水机组和冷却水塔的开启时间，且充分利用了蓄冷水槽30的使用率，从而进一步节省了空调运行费用。

为了实现上述功能，本实施例的水系统管路上分别安装有冷冻泵601、冷却泵701、蓄冷一次泵602及蓄冷二次泵702，其中，冷冻泵601与蓄冷一次泵602安装在一次环路60上，冷却泵701与蓄冷二次泵702安装在二次环路70上；本实施例的蓄冷水槽30的冷水口及冷却塔20的出水口均通过冷却泵701与制冷主机10冷却侧的进水口连接，同时空调设备50的出水口通过冷冻泵601与制冷主机10冷冻侧的进水口连接，使系统供冷时，冷却泵701能抽取冷却塔20与蓄冷水槽30的中温水进行混合，使水温达到30℃以下后再进入制冷主机10中制冷，最后通过一次环路60供给至空调设备50，可有效提高制冷主机10的制冷效率，从而减少制冷成本；

同时，本实施例的制冷主机10冷冻侧的出水口通过蓄冷一次泵602与换热器40的一次侧连接，蓄冷水槽30的热水口通过蓄冷二次泵702分别与换热器40的二次侧及冷却塔20的进水口连接，使本实施例的供冷系统在蓄冷过程中，制冷主机10中的冷水可通过蓄冷一次泵602进入换热器40的一次侧，同时蓄冷水槽30中的高温水可通过蓄冷二次泵702进入换热器40的二次侧，使本实施例可通过换热器40实现蓄冷水槽30的间接蓄冷，且换热器40的一次侧为制冷主机10中制冷后的冷冻水，可扩大换热器40两侧的温差值，有效提高了换热器40的换热效率；为了避免换热器40两侧的温差值过大，影响换热器40的传热效果及使用寿命，本实施例还将蓄冷水槽30的冷水口通过蓄冷二次泵702与换热器40的二次侧连接，使蓄冷水槽30通过换热器40进行间接蓄冷的过程中，蓄冷二次泵702可将蓄冷水槽30内的高温水与低温水混合后再进入换热器40的二次侧进行换热，避免换热器40两侧的温差值过大影响换热器40的正常工作。

同时，蓄冷水槽30的热水口通过蓄冷二次泵702与冷却热的进水口连接，使得本实施例可在冬季室外温度较低时，可通过蓄冷二次泵702抽取蓄冷水槽30中的高温水进入冷却塔20中，再通过冷却塔20与外界低温进行换热从而降低冷却塔20中的水温后，再传送回蓄冷水槽30中储存起来，实现了冬季免费蓄冷的功能，从而有效降低了制冷成本。

本实施例的制冷主机10冷却侧的出水口与冷却塔20的进水口及蓄冷水槽30的热水口连接，使冷却塔20与蓄冷水槽30中的高温水在冷却泵701的作用下混合进入制冷主机10中进行高效制冷后，制冷完成的低温水可通过冷却塔20的进水口及蓄冷水槽30的热水口分别进入冷却塔20与蓄冷水槽30中，从而分别降低冷却塔20与蓄冷水槽30中的水的温度，实现本实施例的高效蓄冷；同时，本实施例的换热器40的一次侧与空调设备50的进水口连接，使空调设备50释冷后的高温水经冷冻泵601进入换热器40的一次侧与换热器40的二次侧换热后的低温水可直接供给至空调设备50中释冷，达到快速供冷的功能。

如图1所示，为了实现本实施例的上述供冷及蓄冷功能，本实施例的水系统管路上设置有有多个阀门80，使本实施例可通过阀门80控制水系统管路中各条管路的开启与关闭，从而实现本实施例的供冷与蓄冷功能；并且，本实施例的阀门80为电动阀门，便于对各条管路的流通进行控制；具体的，如图1至图6所示，本实施例的阀门80包括V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11及V12，其中，V1、V2、V3安装于一次环路60上，V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11及V12安装于二次环路70上，进而使本实施例可通过V1、V2、V3控制一次环路60上的水的流向，同时通过，V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11及V12控制二次环路70的水的流向，从而实现本实施例各供冷工况的转换。

本实施例的V6、V7、V8、V9、V10、V11设置于蓄冷水槽与蓄冷二次泵之间的水系统管路上，且均与蓄冷二次泵连接，使本实施例可通过V6、V7、V8、V9、V10、V11控制蓄冷水槽与蓄冷二次泵之间的水的流向，蓄冷水池蓄冷工况时，开启V7、V9、V10及蓄冷二次泵；蓄冷水池供冷工况时，开启V6、V8、V11及蓄冷二次泵；以此设计通过一台水泵及控制阀门开关可完成供冷及蓄冷工作，从而实现蓄冷水槽的供冷工况与蓄冷工况。

本实施例的冷却塔20为可为开式冷却塔或闭式冷却塔，当冷却塔为20开式冷却塔时，冷却塔20的下接水盘与蓄冷水槽30的高度相同，可避免蓄冷水槽30中的水溢出。

如图2至图6所示，本实施例还提供了一种水蓄冷高效空调机房供冷系统的控制方法，适用于上述的水蓄冷高效空调机房供冷系统，包括水蓄冷高效机房供冷工况、冬季蓄冷水槽供冷工况、大温差间接蓄冷工况和冬季冷却塔免费蓄冷工况；

其中，本实施例的水蓄冷高效机房供冷工况：如图2所示，首先进行释冷工作，阀门V6、V8及V11开启，蓄冷水槽30内的4℃的低温水经蓄冷水槽30的冷水口传输至换热器40换热供给空调设备50，换热供冷后变成11℃的中温水通过蓄冷水槽30的热水口进入蓄冷水槽30内完成释冷工作；

此时由制冷机组进行供冷工作，开启冷却泵701与冷冻泵601，同时阀门V4开启，蓄冷水槽30冷水口的中温水与冷却塔20出水口的高温水经冷却泵701混合达到30℃以下后进入制冷主机10的冷却侧进行高效制冷，此时，V1开启，制冷后的低温水经制冷主机10冷冻侧进入空调设备50释冷，随后进过开启的V5、V6、V12使释冷后的高温水经制冷主机10冷却侧分别送至冷却塔20与蓄冷水槽30，如此循环进行，直至蓄冷水槽30内的中温水变成高温水，完成水蓄冷高效机房供冷工况；

冬季蓄冷水槽供冷工况：如图3所示，开启蓄冷二次泵702与冷冻泵601，并开启阀门V1、V2、V3，空调设备50释冷后的高温水经冷冻泵601与换热器40的一次侧换热后变成低温水再供给至空调设备50，同时开启阀门V6、V8、V11，使蓄冷水槽30冷水口的低温水经蓄冷二次泵702传输至换热器40的二次侧换热后通过蓄冷水槽30的热水口进入蓄冷水槽30，如此循环，直至蓄冷水槽30内的低温水全部升温成高温水完成冬季蓄冷水槽供冷工况；

大温差间接蓄冷工况：如图4所示，首先制冷主机10制冷，夜间电价低谷时，开启冷却泵701与阀门V12，制冷主机10冷却侧的冷却水经冷却塔20的进水口进入冷却塔20中降温，降温后的冷却水经冷却泵701回流至制冷主机10，以上冷却水系统工作循环进行；同时阀门V2开启，使制冷主机10冷冻侧的冷冻水经制冷主机10的进水口进入制冷主机10中降温，降温后的冷冻水经换热供冷后回流至制冷主机10，以上冷冻水系统工作循环进行；

再进行换热器40换冷工作，开启蓄冷一次泵602，同时开启蓄冷二次泵702，并开启蓄冷水槽30冷水口与蓄冷二次泵702之间的阀门V7V8、V9与V10，其中V8为调节阀门控制供回水温差，制冷主机10冷冻侧的冷冻水经蓄冷一次泵602进入换热器40的一次侧，蓄冷水槽30热水口的高温水与蓄冷水槽30冷水口的低温水混合后经蓄冷二次泵702进入换热器40的二次侧，换热器40的一次侧与换热器40的二次侧进行换热后，换热器40的一次侧换热完成后的水从制冷主机10的冷冻侧返回制冷主机10内，换热器40的二次侧换热完成后的低温水经蓄冷水槽30的冷水口进入蓄冷水槽30，如此循环，直至蓄冷水槽30内的高温水全部变成4℃左右的低温水进而完成大温差间接蓄冷工况；

冬季冷却塔免费蓄冷工况：如图5所示，开启蓄冷二次泵702与阀门V5、V7、V10，蓄冷水槽30热水口的高温水经蓄冷二次泵702从冷却塔20的进水口进入冷却塔20与室外低温空气换热，换热完成的低温水经阀门V4从蓄冷水槽30的冷水口进入蓄冷水槽30，如此循环，直至蓄冷水槽30内冷水水温降至10℃以下完成冬季冷却塔免费蓄冷工况。

通过上述蓄冷工况与供冷工况，使本实施例的蓄冷水槽30完成常规释冷工作后，可通过换热器40二次放冷换热降低冷却水的供回水温度，从而提高制冷主机10的供冷效率，还使蓄冷水槽30内的蓄冷温差增大，以此有效提升了蓄冷水槽30的蓄冷量；并在过渡季节和冬季建筑有供冷需求情况下，可利用冷却塔20与换热器40换热向空调设备50供冷，并且在夜间电价低谷时段还可利用冷却塔20与换热器40换热降低蓄冷水槽30的热水温度，白天再将蓄冷水槽30冷水放冷供给空调设备50，充分利用了冷却塔20与室外低温空气换热获取低温冷却水的技术，并且加上夜间更低的室外温度换热效果更加理想，白天再由蓄冷水槽30向空调设备50供冷，减少了冷水机组和冷却水塔开启时间，充分利用了蓄冷水槽30的使用率，做到了进一步节省空调运行费用目的。

进一步的，如图6所示，本实施例的供冷系统还包括在冬季蓄冷水槽30供冷工况的基础上增加冷却塔20供冷的冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况，具体步骤如下：开启蓄冷二次泵702与冷冻泵601，空调系统释冷后的高温水经冷冻泵601及阀门V2与换热器40的一次侧换热后变成低温水，再通过阀门V1与V3供给至空调系统，此时，阀门V4、V8与V11开启，使蓄冷水槽30冷水口处的冷水与冷却塔20出水口的低温水经蓄冷二次泵702混合后进入换热器40的二次侧换热，随后阀门V5与V6开启，使换热后的高温水经冷却塔20的进水口与蓄冷水槽30的热水口分别进入冷却塔20与蓄冷水槽30，如此循环，直至蓄冷水槽30内的冷水全部升温成高温水完成冬季蓄冷水槽与冷却塔联合供冷工况；本实施例通过在冬季蓄冷水槽30供冷模式基础上，同时增加冷却塔20供冷，使蓄冷水槽30在正常供冷的情况下，冷却塔20还可同时运行进行换热，可防止冬季室外温度过低冷却水系统出现结冰现象。

本实施例通过在水蓄冷空调供冷系统中安装换热器40，并设置蓄冷二次泵702将蓄冷水槽30与换热器40连接，使蓄冷水槽30完成常规的释冷工作后，可通过换热器40二次放冷换热降低冷却水的供回水温度，从而提高了制冷主机10的供冷效率，还使蓄冷水槽30内的蓄冷温差增大，以此有效提升了蓄冷水槽30的蓄冷量；并且，本实施例可在过渡季节和冬季部分场所有供冷需求情况下，利用冷却塔20与换热器40换热向空调设备50供冷的基础上，在夜间电价低谷时段再利用冷却塔20与换热器40换热降低蓄冷水槽30热水温度，白天再将蓄冷水槽30冷水放冷供给空调设备50，充分利用了冷却塔20与室外低温空气换热获取低温冷却水的技术，并且加上夜间更低的室外温度换热效果更加理想，白天再由蓄冷水槽30向空调设备50供冷，减少了冷水机组和冷却水塔开启时间，充分利用了蓄冷水槽30的使用率，做到了进一步节省空调运行费用目的。

以上所述的实施例仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化和修改，均属于本发明的保护范围。