专利名称：空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组及其应用的空调系统的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑节能应用技术，适用于有常年有生活热水供应要求的商用与公共 建筑空调应用场合，特别是一种空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组及其应 用的空调系统。
背景技术：
在星级酒店、宾馆都设有中央空调系统和24小时的热水供应， 一般情况下冷、热 源分开设置，即用冷水机组作为冷源实现空调供冷、用蒸汽或热水锅炉作为热源提供 热水。而根据制冷原理，冷水机组在制冷工况运行时要通过冷却水或空气向环境排放 大量的冷凝热，通常排放的冷凝热量可达到制冷量的1.15 1.3倍。大量冷凝热的排放 对环境造成热污染，加剧了城市的"热岛效应"，也造成能源的极大浪费。与此同时， 热水供应系统需要使用燃油、燃气或电热等达到建筑供暖或卫生热水的要求，给机组 带来巨大的运行成本。在过渡季节，室外空气温度较低，而建筑物空调系统的冷量通 过冷机运行来提供，使得过渡季室外空气的自然冷能未能得到充分利用而造成空调系 统的能耗与运行费用加大。如果能结合建筑物负荷特点及空调系统的运行工况，将中 央空调系统冷凝热进行回收用来生活热水供应或作为辅助加热热源预热生活热水，会 极大地减小锅炉的加热量及其能源消耗；在过渡季节，根据室外气象特点及建筑物的 负荷状况，利用冷却塔中空气与水的热湿交换作用制备低温冷冻水向建筑物供冷，将 会延迟冷机的开机时间、降低冷机的运行能耗。如中国专利CN2508167Y、 CN1844776A 及2004年《暖通空调》(李惟毅，韦雪松，郑宗和等，集中空调冷凝热回收的应用，《暖 通空调》，2004， 34 (7))中公开了一种在制冷系统的压縮机出口与冷凝器入口之间制 冷剂管路上串联一换热器，利用压縮机的高温排气加热生活热水实现空调冷凝热回收 利用的中央空调冷凝热回收装置，其共同特点是该冷凝热回收装置只能运行于制冷 的单工况条件下，设备的利用效率较低，并且因其在高温条件下换热，换热器水侧表 面容易结垢，影响传热性能；同时由于该冷凝热回收装置(换热器)与冷凝器串联于 制冷剂系统中，对已建的中央空调系统进行改造时需破坏制冷循环，实现改造比较困难。又如中国专利200510029872.1公开了一种组合式中央空调冷凝热回收利用系统和 方法，在该技术中将空调系统冷凝器流出的37'C左右热水一部分抽出至预热器预热自 来水储于热水箱中， 一部分作为锅炉房补水从而实现空调冷凝热回收利用。该技术虽 采用预热器回收部分冷凝热，但该换热装置只是一种单功能的热回收器，设备利用率 低；并且在该技术中将空调冷却水直接作为锅炉补水以实现热回收，对冷却水水质的 处理要求较高。在现有冷却塔免费供冷技术中， 一般采用在冷却塔水回路与冷冻水回 路间设换热器的间连式供冷系统或直接将冷却塔回路与冷冻水回路连接的直连式供冷 系统两种形式。在现有两种冷却塔免费供冷系统方式中，因其系统的运行均为季节性 (即过渡季节)的短期运行模式，在间连式供冷系统中，其换热设备的利用率低，设 备不能得到充分的利用，常年大部分时间处于闲置状态，加大了设备的折旧费用；而 在直连系统中，因冷却塔侧为开式系统水质较差，易造成空调末端设备堵塞和结垢， 影响空调末端设备的传热效果。
发明内容
本发明的目的在于根据建筑物空调供冷与冷却塔免费供冷运行时段的非同时性特 点，提供一种空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组及其应用的空调系统，以 提高设备利用率、充分利用空调系统冷凝热与室外自然冷能及最大限度降低中央空调 系统与热水供应系统运行的能耗。
实现本发明目的的技术解决方案为 一种空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体 化机组，包括控制器和具有一次介质流道与二次介质流道的换热器，该机组通过换热 器及其一、二次侧流体管路、阀门与外接接口将空调冷凝热回收系统与冷却塔免费供 冷系统一体化集成，并通过控制阀门实现在不同时段空调冷凝热回收与冷却塔免费供 冷运行工况的切换以及室外温度传感器通过信号线与控制器连接，从而使换热器具有 冷凝热回收与冷却塔免费供冷换热的双重功能。
本发明的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，由第二接口和第三接口 分别与换热器的一次介质流道入口连接，即所述的第二接口通过第一控制阀以及第三
接口通过第二控制阀分别与换热器的一次介质入口管道连接；第一接口与换热器的一
5次介质流道出口连接，即换热器的一次介质出口管道连接第一接口；第七接口和第八 接口分别与换热器的二次介质流道入口连接，第五接口和第九接口分别与换热器的二 次介质流道出口连接，即第九接口分两路， 一路通过第九控制阀与第八接口通过管路 并联后与第八控制阀串联，该第八控制阀及管路与连接第七接口的第六控制阀并联后 接入换热器的二次介质入口管道，另一路通过管路及第七控制阀与连接第五接口的第 四控制阀并联后接入换热器的二次介质出口管道；该控制器通过信号线与安装于室外 的室外温度传感器连接。
本发明的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组中，连接于第二接口的第 一控制阀另一端通过调节阀与换热器的一次介质出口管道连接。
本发明的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组中，调节阀采用电动调节 阀，并通过控制线与控制器连接；或者调节阀采用手动调节阀。
本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的换热器的一次介质流道与 二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器，所述的温度传感器通过信号线与控 制器连接。
本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的阀门，即第一至第九控制 阀采用电磁阀、电动调节阀或者二者的组合，所述的控制阀通过控制线分别与控制器 连接；或者第一至第九控制阀采用手动调节阀。
一种应用上述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的空调系统，该空 调系统由压縮机、蒸发器、冷凝器、冷却水回路和冷冻水回路构成，该冷却水回路由 冷凝器、冷却水出水管路、冷却水泵、冷却塔和冷却水进水管路依次连接构成回路； 冷冻水回路由蒸发器、冷冻水泵、冷冻水供水管路、分水器、集水器和冷冻水回水管 路依次连接构成封闭回路，所述的冷却水进水管路、出水管路分别断开为进水端a、回 水端b和出口端c、吸入端d端，并将第一接口连接至冷却水泵的吸入端d，将第二接 口接至冷凝器的出口端c，将第三接口接至冷却塔的回水端b，将第四接口接至冷凝器 的进水端a;所述的冷冻水回水管路断开为出水端e、入口端f端，将第六接口接至蒸 发器的入口端f，将第七接口接至集水器的出水端e;将第五接口通过管路接至冷冻水 泵的吸入口，将第八接口与自来水补水管路连接，第九接口与热水加热或换热设备的入口连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点(1)提供的冷凝热回收与冷却塔免费供冷 一体化机组有机集成了空调冷凝热回收技术与冷却塔免费供冷技术， 一台机组可实现
全年冷凝热回收与冷却塔免费供冷的双重功能；(2)提供的冷凝热回收与冷却塔免费 供冷一体化机组因采用集成的一体化结构，设备的利用率高，折旧费用低；(3)提供 的冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组因在全年运行工况下可实现冷凝热回收与 冷却塔免费功能的双重功能，能最大限度地降低建筑空调与热水供应系统的全年运行 能耗，大幅节省系统的运行费用；(4)提供的冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机 组根据室外气象条件与建筑负荷特点可实现冷凝热回收与冷却塔免费供冷运行工况的 手动或自动切换，控制灵活、简便；(5)采用外接接口与空调系统及热水供应系统进 行快速连接、并采用控制阀门进行工况切换的结构，使机组的应用灵活性增强，对空 调系统及热水供应系统的改造与破坏作用小，易于工程实现，特别是在采用中央空调 并具有热水供应的商用与公共建筑的节能改造应用场合。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的第一种结构示意图。 图2是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的第二种结构示意图。 图3是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的第三种结构示意图。 图4是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的第四种结构示意图。 图5是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组的第五种结构示意图。 图6是本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组应用的空调系统结构 示意图。
具体实施例方式
本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，包括控制器2和具有一次 介质流道与二次介质流道的换热器l，该机组通过换热器1及其一、二次侧流体管路、 阀门与外接接口将空调冷凝热回收系统与冷却塔免费供冷系统一体化集成，并通过控制阀门实现在不同时段空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷运行工况的切换以及室外温 度传感器17通过信号线27与控制器2连接，从而使换热器1具有冷凝热回收与冷却 塔免费供冷换热的双重功能。下面以实施例来具体描述实现本发明的空调冷凝热回收 与冷却塔免费供冷一体化机组。
实施例l:结合图l，本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，由第
二接口 19和第三接口 20分别与换热器1的一次介质流道入口连接，即所述的第二接 口 19通过第一控制阀4以及第三接口 20通过第二控制阀5分别与换热器1的一次介 质入口管道29连接；第一接口 18与换热器1的一次介质流道出口连接，即换热器1 的一次介质出口管道30连接第一接口 18;第七接口 24和第八接口 25分别与换热器1 的二次介质流道入口连接，第五接口 22和第九接口 26分别与换热器1的二次介质流 道出口连接，即第九接口26分两路， 一路通过第九控制阀12与第八接口25通过管路 并联后与第八控制阀11串联，该第八控制阔11及管路与连接第七接口 24的桌六控制 阔9并联后接入换热器1的二次介质入口管道31，另一路通过管路及第七控制阀10 与连接第五接口 22的第四控制阀7并联后接入换热器1的二次介质出口管道32;该控 制器2通过信号线27与安装于室外的室外温度传感器17连接。上述第一、第二、第 四、第六、第七、第八及第九控制阀4、 5、 7、 9、 10、 11、 12采用手动调节阔，此时 不需要与控制器2连接。当然，这些阀门也可以采用电磁阀、电动调节阔或者二者的 组合，并通过控制线28分别与控制器2连接。
实施例2:结合图2，本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组在换热 器1的一次介质流道与二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器13、 14、 15、 16，所述的温度传感器13、 14、 15、 16通过信号线27与控制器2连接，其他的组成 及其连接关系同实施例1。
实施例3:结合图3，本发明空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，由第 二接口 19、第三接口 20和第四接口 21分别与换热器1的一次介质流道入口连接，即 所述的第二接口 19通过第一控制阀4与换热器1的一次介质入口管道29连接，第四 接口 21与第三控制阀6连接，该第三控制阀6与第三接口 20通过管路并联后与第二 控制阀5串联再接入所述的一次介质入口管道29;第一接口 18与换热器1的一次介质出口管道30连接；第六接口23、第七接口24和第八接口25分别与换热器1的二次介 质流道入口连接，即第六接口 23与第五控制阀8连接，该第五控制阀8与第七接口 24 通过管路并联后与第六控制阀9串联再接入换热器1的二次介质入口管道31;第五接 口 22、第九接口 26分别与换热器1的二次介质流道出口连接，即第九接口 26分两路， 一路通过第九控制阀12与第八接口 25通过管路并联后与第八控制阀11串联再接入所 述的二次介质入口管道31，另一路通过管路及第七控制阀IO与连接第五接口 22的第 四控制阀7并联后接入换热器1的二次介质出口管道32;所述的室外温度传感器17 安装于室外并通过信号线27与控制器2连接。
上述的阀门，即第一至第九控制阀4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12可以采用电磁 阀、电动调节阀或者二者的组合，并且这些控制阀通过控制线28分别与控制器2连接。 当然，上述的阀门，即第一至第九控制阀4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12也可以采用 手动调节阀，此时不需要与控制器2连接。
实施例4:结合图4，本发明的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，由 连接于第二接口 19的第一控制阀4另一端通过调节阀3与换热器1的一次介质出口管 道30连接，所述的调节阀3采用了电动调节阀，并通过控制线28与控制器2连接； 并在换热器1的一次介质流道与二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器13、 14、 15、 16，所述的温度传感器13、 14、 15、 16通过信号线27与控制器2连接。其 他的组成及其连接关系同实施例3。
实施例5:结合图5，本发明的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，由 连接于第二接口 19的第一控制阀4另一端通过调节阀3与换热器1的一次介质出口管 道30连接，所述的调节阔3采用了电动调节阀，并通过控制线28与控制器2连接； 并在换热器1的一次介质流道与二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器13、 14、 15、 16，所述的温度传感器13、 14、 15、 16通过信号线27与控制器2连接；第 一、第二、第四、第六、第七、第八及第九控制阀4、 5、 7、 9、 10、 11、 12采用电磁 阀、电动调节阔或者二者的组合，这些阀门并通过控制线28分别与控制器2连接。当 然，上述的阀门，即第一、第二、第四、第六、第七、第八及第九控制阀4、 5、 7、 9、 10、 11、 12和调节阀3也可以采用手动调节阀，此时不需要与控制器2连接。其他的组成及其连接关系同实施例1。
结合图6，具有上述功能和结构的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组均 可以用于空调系统，下面举例描述实施例3的一体化机组应用在空调系统的情况。中 央空调系统由压縮机47、蒸发器33、冷凝器34、冷却水回路、冷冻水回路构成。冷却 水回路由冷凝器34、冷却水出水管路39、冷却水泵36、冷却塔37、冷却水进水管路 38依次连接构成回路；冷冻水回路由蒸发器33、冷冻水泵35、冷冻水供水管路40、 分水器43、集水器42、冷冻水回水管路41依次连接构成封闭回路。将空调系统的冷 却水进水管路38、出水管路39分别断开为进水端a、回水端b和出口端c、吸入端d 端，并将第一接口 18连接至冷却水泵36的吸入端d，将第二接口 19接至冷凝器34 出口端c，将第三接口20接至冷却塔37回水端b，将第四接口21接至冷凝器34进水 端a。将空调系统的冷冻水回水管路41断开为出水端e、入口端f端，将第六接口23 接至蒸发器入口端f，将第七接口24接至集水器42的出水端e;将第五接口22通过管 路接至冷冻水泵35的吸入口。将第八接口 25与自来水补水管路46连接，第九接口 26 与热水加热或换热设备44的入口连接。
该空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组根据室外气象条件及建筑负荷特 点，可通过第一至第九控制阀4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12的不同开闭控制实现空 调供冷运行时冷凝热回收(用于预热生活热水)及过渡季节或室外低湿球温度气候条 件下冷却塔免费供冷工况的切换运行，具体如下
a、空调供冷与冷凝热回收运行工况
当建筑物要求供冷且室外空气湿球温度高于冷却塔免费供冷的转换温度Tcr时，机 组切换至空调供冷与冷凝热回收运行工况。此时在控制器2的控制下，压缩机47、冷 却水泵36、冷冻水泵35运行；第一电磁阀4开启、第二电磁阀5关闭、第三电磁阀6 开启、第四电磁阀7关闭、第五电磁阀8开启、第六电磁阀9关闭、第七电磁阀10开 启、第八电磁阀ll开启、第九电磁阀12关闭，电动调节阀3根据温度传感器16进行 开度调节。生活热水供应系统的补水先进入换热器1的二次介质流道与高温的一次介 质换热，然后进入热水加热或换热设备44加热至要求水温送至热水供应系统。控制器 实时显示换热器l的一、二次介质流体的进出口温度、室外空气的湿球温度以及各电磁阀的开启状态。
b、冷却塔免费供冷运行工况
在过渡季节或空调供冷季的早晚部分时段，当建筑物需要空调供冷且室外空气湿 球温度低于冷却塔免费供冷的转换温度Tcr时，机组切换至冷却塔免费供冷运行工况。 此时在控制器2的控制下，压縮机47停机，冷冻水泵35、冷却水泵运行，第一电磁阀 4关闭、第二电磁阀5开启、第三电磁阀6关闭、第四电磁阔7开启、第五电磁阀8 关闭、第六电磁阀9开启、第七电磁阀10关闭、第八电磁阀ll关闭、第九电磁阀12 开启。在该运行工况下，换热器1的一次介质流道与冷却水泵36、冷却塔37构成一次 侧回路，由冷却塔中水与空气的热湿交换作用提供低温水；换热器1的二次介质流道 与冷冻水泵35、分水器43、集水器42构成空调供冷回路，向空调系统供冷。
权利要求
1、 一种空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，包括控制器[2]和具有一次 介质流道与二次介质流道的换热器[l]，其特征在于该机组通过换热器[l]及其一、二 次侧流体管路、阀门与外接接口将空调冷凝热回收系统与冷却塔免费供冷系统一体化 集成，并通过控制阀门实现在不同时段空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷运行工况的切换以及室外温度传感器[17]通过信号线[27]与控制器[2]连接，从而使换热器[1]具有冷 凝热回收与冷却塔免费供冷换热的双重功能。
2、 根据权利要求1所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其特征 在于第二接口[19]和第三接口[20]分别与换热器[1]的一次介质流道入口连接，即所述 的第二接口[19]通过第一控制阀[4]以及第三接口[20讽过第二控制阀[5]分别与换热器 [1]的一次介质入口管道[29]连接；第一接口[18]与换热器[1]的一次介质流道出口连接， 即换热器[l]的一次介质出口管道[30]连接第一接口[18];第七接口[24]和第八接口[25] 分别与换热器[l]的二次介质流道入口连接，第五接口[22]和第九接口[26]分别与换热器 [l]的二次介质流道出口连接，即第九接口[26]分两路， 一路通过第九控制阀[12]与第八 接口[25]通过管路并联后与第八控制阔[11]串联，该第八控制阀[ll]及管路与连接第七 接口[24]的第六控制阀[9]并联后接入换热器[1]的二次介质入口管道[31]，另一路通过管 路及第七控制阀[10]与连接第五接口[22]的第四控制阀[7]并联后接入换热器[1]的二次 介质出口管道[32];该控制器[2]通过信号线[27]与安装于室外的室外温度传感器[17]连 接。
3、 根据权利要求2所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其特征 在于第四接口[21]与第三控制阀[6]连接，该第三控制阀[6]与第三接口[20]通过管路并 联后与第二控制阀[5]串联再接入所述的一次介质入口管道[29];第六接口[23]与第五控 制阀[8]连接，该第五控制阀[8]与第七接口[24]通过管路并联后与第六控制阀[9]串联再 接入换热器[1]的二次介质入口管道[31]。
4、 根据权利要求2或3所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其 特征在于连接于第二接口[19]的第一控制阀[4]另一端通过调节阀[3]与换热器[1]的一 次介质出口管道[30]连接。
5、 根据权利要求4所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其特征 在于调节阀[3]采用电动调节阀，并通过控制线[28]与控制器[2]连接。
6、 根据权利要求l、 2或3所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其特征在于换热器[l]的一次介质流道与二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器[13、 14、 15、 16]，所述的温度传感器[13、 14、 15、 16]通过信号线[27]与控制器 [2]连接。
7、 根据权利要求或4所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组，其特 征在于换热器[l]的一次介质流道与二次介质流道的进、出口处分别安装温度传感器 [13、 14、 15、 16]，所述的温度传感器[13、 14、 15、 16]通过信号线[27]与控制器[2]连 接。
8、 根据权利要求1、 2或3所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组， 其特征在于所述的阀门，即第一至第九控制阀[4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12]采用 电磁阀、电动调节阀或者二者的组合，所述的控制阀通过控制线[28]分别与控制器[2〗 连接。
9、 根据权利要求l、 2或3所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组， 其特征在于所述的阀门，即第一至第九控制阀[4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12]采用 手动调节阀。
10、 一种应用权利要求l、 2或3所述的空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化 机组的空调系统，该空调系统由压縮机[47]、蒸发器[33]、冷凝器[34]、冷却水回路和 冷冻水回路构成，该冷却水回路由冷凝器[34]、冷却水出水管路[39]、冷却水泵[36]、 冷却塔[37]和冷却水进水管路[38]依次连接构成回路；冷冻水回路由蒸发器[33]、冷冻 水泵[35]、冷冻水供水管路[40]、分水器[43]、集水器[42]和冷冻水回水管路[41]依次连 接构成封闭回路，其特征在于所述的冷却水进水管路[38]、出水管路[39]分别断开为 进水端a、回水端b和出口端c、吸入端d端，并将第一接口[18]连接至冷却水泵[36] 的吸入端d，将第二接口[19]接至冷凝器[34]的出口端c，将第三接口[20]接至冷却塔[37] 的回水端b，将第四接口[21]接至冷凝器[34]的进水端a;所述的冷冻水回水管路[41]断 开为出水端e、入口端f端，将第六接口[23]接至蒸发器[33]的入口端f，将第七接口[24] 接至集水器[42]的出水端e;将第五接口[22]通过管路接至冷冻水泵[35]的吸入口，将第 八接口[25]与自来水补水管路[46]连接，第九接口 [26]与热水加热或换热设备[44]的入口 连接。
全文摘要
本发明公开了一种空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷一体化机组及其应用的空调系统。它包括控制器和具有一次介质流道与二次介质流道的换热器，该机组通过换热器及其一、二次侧流体管路、阀门与外接接口将空调冷凝热回收系统与冷却塔免费供冷系统一体化集成，并通过控制阀门实现在不同时段空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷运行工况的切换以及室外温度传感器通过信号线与控制器连接，从而使换热器具有冷凝热回收与冷却塔免费供冷换热的双重功能。本发明集成了空调冷凝热回收与冷却塔免费供冷，一台机组可实现全年冷凝热回收与冷却塔免费供冷的双重功能；设备的利用率高，折旧费用低；可实现冷凝热回收与冷却塔免费供冷运行工况的手动或自动切换，控制灵活、简便。
文档编号F24F11/02GK101311639SQ200710022918
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者余延顺, 张少凡, 牛艳青, 赵永军 申请人:南京理工大学