一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统的制作方法

本发明涉及的是一种制冷机房自然冷源系统，具体涉及一种提高工业或民用建筑领域制冷机房常规或高效冷源系统的利用率及机房整体效率制冷机房自然冷源系统。

背景技术：

1、目前，能源问题日渐成为社会高度关注的问题。根据相关统计，我国用于制冷的用电量占全社会用电量的15%以上，大中城市空调用电负荷约占夏季高峰负荷的60%。而在中央空调系统中，60%-80%的能量消耗在制冷机房，制冷机房中冷水机组的能耗占比60-80%。随着节能意识的提高，如何有效降低冷水机组的能耗已成为大家日益关注的课题，在有条件的地区采用板式换热器与冷却塔的换热进行制冷的“自然冷源系统”成为一个重要的节能方向。

2、自然冷源系统是冷水机组电制冷系统之外的，利用冷却塔、板式换热器与室外空气进行换热的制冷系统，因为不需要制冷主机的参与，单纯依靠室外空气与冷却水的物理换热实现制冷效果，所以整体能耗水平很低，节能效果明显，针对高效制冷机房项目，对机房全年综合能效的提升帮助很大。

3、现有技术常规自然冷源系统（图1），在室外气温较高时（室外湿球温度＞冷冻水供水温度），依靠自然冷源系统制冷难以有效满足用户的用冷需求，此时开启电制冷水冷机组进行制冷；当室外温度合适（室外湿球温度＜冷冻水供水温度），关闭电制冷水冷机组，仅运行循环泵和冷却塔，通过板式换热器的换热实现对末端的供冷。

4、该系统在一定条件下因为可以关闭冷水机组，仅开启板式换热器，所以整体节能效果明显，在实际工程中得到了广泛的应用。然而该系统的应用存在诸多限制条件和不足，对其扩大应用范围、拓展使用边界和进一步提升应用效果带来了诸多阻碍。具体主要有以下几个方面：

5、1）系统运行形式单一，电制冷冷水机组和自然冷源板换只能运行其一，不能联合运行，导致自然冷源系统的应用范围较窄。具体的，冷水机组因为是机械制冷，需要遵循逆卡诺循环的客观规律，冷水机组蒸发侧和冷凝侧需要具有一定的压差，也就是循环水要具有一定的温差；因此冷水机组对冷凝侧的最低进水温度均有一定的要求，该温度要求一般在18℃左右（不同厂家机组稍有差别），在该温度下自然冷源系统无法运行，故冷水机组和自然冷源系统只能运行其一，运行形式单一。

6、2）自然冷源系统的使用时间短，不能有效发挥自然冷源系统低能耗的优势。具体的，室外湿球温度小于冷冻水供回水温度的平均值或小于冷冻水供水温度时，才能切入自然冷源系统，故整体使用时间较短。

7、3）自然冷源系统供冷温度往往不稳定，波动较大，在供冷参数要求严格的工业场景使用受到极大的限制。具体的，自然冷源系统是利用冷却水和室外空气的自然物理换热，对室外气象参数的依赖较大，当室外天气参数发生变化时，自然冷源系统供冷参数也会发生较大的波动，所以自然冷源系统供冷参数往往不够稳定。

技术实现思路

1、本发明提出的是一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统，其目的旨在克服现有技术存在的上述不足，拓宽自然冷源系统运行模式，延长全年系统可使用时间，并保证供冷参数稳定性。

2、本发明的技术解决方案：一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统，其结构包括冷却塔、自然冷源板式换热器、电制冷冷水机组、末端冷却水供水接口和末端冷冻水回水接口，其中末端冷冻水回水接口通过冷冻侧回水管分别连接两电制冷冷水机组的冷冻侧进口，两电制冷冷水机组的冷冻侧进口与冷冻侧回水管之间分别设冷冻泵，其中一电制冷冷水机组的冷冻侧进口与冷冻泵之间设c阀门，自然冷源板式换热器的冷冻侧进口通过管道连接c阀门与对应冷冻泵之间管道，末端冷却水供水接口通过冷冻侧出水管分别连接自然冷源板式换热器和两电制冷冷水机组的冷冻侧出口，冷冻侧出水管与自然冷源板式换热器的冷冻侧出口之间设d阀门，d阀门与自然冷源板式换热器冷冻侧出口之间通过带e阀门管道连接c阀门与对应电制冷冷水机组的冷冻侧进口之间管道；若干个冷却塔分别通过对应的带a阀门的冷却侧回水支管连通冷却侧回水主管，冷却侧回水主管分别连接自然冷源板式换热器和两电制冷冷水机组的冷却侧出口，冷却侧回水主管与自然冷源板式换热器冷却侧出口之间设f阀门，若干个冷却塔分别通过对应的带b阀门的冷却侧出水支管连通冷却侧出水主管，冷却侧出水主管分别通过对应的冷却泵连接自然冷源板式换热器和两电制冷冷水机组的冷却侧进口。在室外湿球温度较低时，利用冷水机组的循环泵与板式换热器进行循环，利用自然冷源系统单独进行制冷，而不用开启电制冷冷水机组。板式换热器冷却侧提供冷水，通过板式换热器与冷冻侧的冷冻水进行换热，将末端的回水降温，同时冷却侧水温升高回到冷却塔进行散热，继续下一轮的自然制冷循环。

3、优选的，其中一部分所述的冷却塔分别通过带g阀门的分支进水支管连接分支进水主管，分支进水主管设h阀门且连接f阀门与源板式换热器冷却侧出口之间管道，该一部分冷却塔的b阀门与冷却塔出口之间管道分别通过带i阀门的分支出水支管连接分支出水主管，分支出水主管连接自然冷源板式换热器对应的冷却泵远离自然冷源板式换热器一侧的冷却侧出水主管。当室外环境湿球温度较高时，可通过管路切换，将自然冷源板式换热器与冷水机组串联运行，利用单独服务于自然冷源板换的冷却塔低温回水对冷冻水的高温回水进行预冷，将冷冻水回水温度降低，不足部分由冷水机组运行，将水温降到要求的供水温度，保障冷冻站冷冻水供水温度的恒定。当室外环境湿球温度更高时，自然冷源系统可退出运行，冷冻站由电制冷冷水机组承担系统的全部供冷任务。

4、优选的，所述的a阀门、b阀门、c阀门、d阀门、e阀门、f阀门、g阀门、h阀门和i阀门都为电动阀门。

5、本发明的优点：结构设计合理，解决了传统自然冷源系统供冷温度不稳定、全年自然冷源系统开启时间短、利用率低等问题，有效拓展了自然冷源系统的使用边界，大大延长了自然冷源系统全年的使用时间和提高了实际供冷量；进而实现了冷水机组全年运行能耗的降低和机房全年综合能效值的有力提升。其效果和优点具体描述如下：

6、1）在不同室外温度下，可以采用不同的运行模式，在室外气温较高或存在波动时，可以采用板式换热器与冷水机组串联的方式，恒定系统的冷水供应温度；

7、2）自然冷源板换可以只对冷冻水的回水进行预冷，而不用独立保证机房整体的供水温度，大大延伸了自然冷源系统全年可以适应的工况范围，延长了系统可以开启的时间；

8、3）提升了自然冷源系统的使用率，缩短了电制冷冷水机组的开启时间，有效降低了冷水机机组的能耗，对全年机房综合能效提升起到了关键作用；

9、4）电制冷冷水机组与冷却塔和冷却环路组成的自然冷源板式换热器的冷却系统独立配置，实现了冷水机组和自然冷源板换在不同冷却水温下的同时运行，进而延长了自然冷源的使用时间，可有效提升系统效率。

技术特征：

1.一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统，其结构包括冷却塔（1）、自然冷源板式换热器（2）、电制冷冷水机组（3）、末端冷却水供水接口（4）和末端冷冻水回水接口（5），其特征在于，所述的末端冷冻水回水接口（5）通过冷冻侧回水管（51）分别连接两电制冷冷水机组（3）的冷冻侧进口，两电制冷冷水机组（3）的冷冻侧进口与冷冻侧回水管（51）之间分别设冷冻泵（52），其中一电制冷冷水机组（3）的冷冻侧进口与冷冻泵（52）之间设c阀门（63），自然冷源板式换热器（2）的冷冻侧进口通过管道连接c阀门（63）与对应冷冻泵（52）之间管道，末端冷却水供水接口（4）通过冷冻侧出水管（41）分别连接自然冷源板式换热器（2）和两电制冷冷水机组（3）的冷冻侧出口，冷冻侧出水管（41）与自然冷源板式换热器（2）的冷冻侧出口之间设d阀门（64），d阀门（64）与自然冷源板式换热器（2）冷冻侧出口之间通过带e阀门（65）管道连接c阀门（63）与对应电制冷冷水机组（3）的冷冻侧进口之间管道；若干个冷却塔（1）分别通过对应的带a阀门（61）的冷却侧回水支管（11）连通冷却侧回水主管（12），冷却侧回水主管（12）分别连接自然冷源板式换热器（2）和两电制冷冷水机组（3）的冷却侧出口，冷却侧回水主管（12）与自然冷源板式换热器（2）冷却侧出口之间设f阀门（66），若干个冷却塔（1）分别通过对应的带b阀门（62）的冷却侧出水支管（13）连通冷却侧出水主管（14），冷却侧出水主管（14）分别通过对应的冷却泵（15）连接自然冷源板式换热器（2）和两电制冷冷水机组（3）的冷却侧进口。

2.如权利要求1所述的一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统，其特征在于，其中一部分所述的冷却塔（1）分别通过带g阀门（67）的分支进水支管（16）连接分支进水主管（17），分支进水主管（17）设h阀门（68）且连接f阀门（66）与源板式换热器（2）冷却侧出口之间管道，该一部分冷却塔（1）的b阀门（62）与冷却塔（1）出口之间管道分别通过带i阀门（69）的分支出水支管（18）连接分支出水主管（19），分支出水主管（19）连接自然冷源板式换热器（2）对应的冷却泵（15）远离自然冷源板式换热器（2）一侧的冷却侧出水主管（14）。

3.如权利要求2所述的一种提高利用率的制冷机房自然冷源系统，其特征在于，所述的a阀门（61）、b阀门（62）、c阀门（63）、d阀门（64）、e阀门（65）、f阀门（66）、g阀门（67）、h阀门（68）和i阀门（69）都为电动阀门。

技术总结本发明是提高利用率的制冷机房自然冷源系统，室外湿球温度较低时，利用冷水机组循环泵与板式换热器循环，利用自然冷源系统单独制冷，不开启电制冷冷水机组。板式换热器冷却侧提供冷水，通过板式换热器与冷冻侧冷冻水换热，将末端回水降温，冷却侧水温升高回到冷却塔散热，继续下轮自然制冷循环。室外环境湿球温度较高时，通过管路切换将自然冷源板式换热器与冷水机组串联运行，利用单独服务于自然冷源板换的冷却塔低温回水对冷冻水高温回水预冷，降低冷冻水回水温度，不足部分由冷水机组运行，将水温降到要求供水温度，保障冷冻站冷冻水供水温度恒定。室外环境湿球温度更高时，自然冷源系统退出运行，冷冻站由电制冷冷水机组承担全部供冷任务。技术研发人员：张彦锋,姬建海,华海洲,产启林,郜超,凌霏,许思佳受保护的技术使用者：中电智维（上海）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11