一种可实现免费制冷的节能运行方法与流程

本发明涉及节能减排，具体为一种可实现免费制冷的节能运行方法。

背景技术：

1、循环冷却系统广泛应用于石油化工、热电、冶金、医药、建筑、暖通等各种领域，是处理设备热负荷不可或缺的组成部分。制冷机组因其冷却温度低，性能稳定等优势，成为众多冷却系统中冷源的首选设备。但制冷机组压缩机耗能巨大，配套的冷冻水泵和冷却水泵，也都是高耗能设备。除此之外还要另外配套冷却塔冷却制冷机组的冷凝器。

2、冷却塔也经常作为独立冷源来使用，耗能也低，但是对目标温度t2和环境湿球温度τ有要求，其差值t2-τ通常不能低于3℃，综合考虑经济等因素，这个限值会更高。当不满足此要求时，还是只能选择制冷机组。因此以制冷机组为唯一冷源的循环冷却系统便以其简单便于控制等优势被普遍采用。这类系统中制冷机组是唯一的冷源，运行模式也只有一种，即制冷机组的制冷循环。因无其他替换冷源，制冷机组等耗能设备随被冷却设备全工况运行。然而实际运行过程中，高湿度工况其实并不多。在很多原本可以用冷却塔冷却的场合依然使用了制冷机组，这就使得整个系统多数情况都在高耗能低效率状态下运行。存在严重的“大马拉小车”的现象。

3、为响应号召，大力推动节能减排，加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系，针对循环冷却领域的节能研究比比皆是。然而传统节能研究和实践手段多有不足：

4、1、局限于单一设备节能。设备厂家各自为政，仅针对自身设备，而没有考虑到整个系统设备间的互相影响和制约。甚至可能产生单个设备节能，系统整体能耗增加的情况。

5、2、偏重于设备性能提升的理论研究，缺乏实用性。现有研究多集中在如何提高单个设备的性能和效率，研究目标也多是设备当中的一些特定的零部件或者模块，如风机效率、风道结构、水泵性能曲线、换热模块的型式和材质等等。这些研究虽然也都很有意义，但是实际应用却相对比较复杂，很难真正实践。

6、3、实践手段过于单一，过分依赖变频。在可真正实践的节能手段当中，变频控制的应用十分广泛。节能减排变频先上，变频似乎成为了节能减排的通行证和标志。然而变频通常也仅针对单一设备，各设备各自变频，互不关联，无法做到全系统联控节能。

7、传统循环冷却系统能耗高，传统节能方法单一不实用。如何在上述困境当中另辟蹊径，找到真正有效实用的系统节能方法刻不容缓。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可实现免费制冷的节能运行方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可实现免费制冷的节能运行方法，包括如下步骤：

3、步骤一、明确系统的目标温度、热流体温度和设计湿球温度；

4、步骤二、初步确定可用冷却设备的种类；

5、步骤三、定义系统极限逼近度；

6、步骤四、确定冷却塔独立冷却被冷却设备的最高湿球温度；

7、步骤五、确定冷却塔与制冷机组联合运行的最高湿球温度；

8、步骤六、确定系统的运行模式；

9、步骤七、根据选定的运行模式对设备进行选型；

10、所述系统的目标温度记为t2，所述热流体温度记为t1，所述设计湿球温度记为τ0,所述极限逼近度记为a,所述冷却塔独立冷却被冷却设备的最高湿球温度记为τlm，所述冷却塔与制冷机组联合运行的最高湿球温度记为τcm；系统由冷却塔、制冷机组、循环泵组组成。

11、优选的，所述步骤一中，还需要确认冷却系统中主循环冷却介质的流量q。

12、优选的，所述步骤二中，根据t2-τ0的值确定冷却设备的种类；具体如下：

13、当t2-τ0<3℃时，使用制冷机组进行冷却；

14、当t2-τ0≥3℃时，无需制冷机组，直接用冷却塔进行冷却。

15、优选的，所述步骤三中，逼近度为冷却塔的冷却驱动力，指的是冷却塔的出口温度与环境湿球温度τ的差值；冷却塔所能达到的最低逼近度为极限逼近度，即：a＝min(t0-τ)；其中，t0为冷却塔的出口温度。

16、优选的，所述步骤四中，具体过程如下：

17、当t2-τ≥a时，冷却塔的出口温度t0可以达到目标温度t2，即冷却塔可以独立冷却被冷却设备；

18、当t2-τ<a时，目标温度过低，冷却塔的出口温度t0无法达到目标温度t2，即t0>t2；此时的环境湿球温度τ>t2-a，冷却塔无法独立完成被冷却设备的冷却，需要借助制冷机组；

19、由此到冷却塔独立冷却被冷却设备的最高湿球温度τlm，具体为：

20、τlm＝t2-a；

21、此湿球温度亦为开启制冷机组的最低湿球温度，即冷却塔与制冷机组联合运行的最低湿球温度。

22、优选的，所述步骤五中，具体过程如下：

23、当t1-τ>a且t2-τ<a时，环境湿球温度τ与热流体温度t1存在温差驱动，冷却塔冷却主循环冷却介质到t1以下；此时冷却塔与制冷机组联合运行，冷却塔先将主循环冷却介质的温度从t1降低到中间温度tm，再由制冷机组降低到t2；

24、当环境湿球温度τ进一步升高到t1-τ≤a时，主循环冷却介质与环境之间不再存在足够的温差驱动，冷却塔无法再对主冷却介质降温，此时单独启用制冷机组进行冷却；由此可得到冷却塔与制冷机组联合运行的最高湿球温度τcm，具体为：

25、τcm＝t1-a；

26、此湿球温度亦为制冷机组独立运行的起始湿球温度。

27、优选的，所述步骤六中，系统根据是否存在冷却塔、制冷机组联合运行的模式分为两种系统，分别为“三模式”系统和“双模式”系统；

28、在“三模式”系统下：

29、当τ≤τlm时，系统运行冷却塔独立运行模式；

30、当τlm<τ<τcm时，系统运行联合运行模式；

31、当τ≥τcm时，系统运行制冷机组独立运行模式；

32、在“双模式”系统下：

33、当τ≤τlm时，系统运行冷却塔独立运行模式；

34、当τ>τlm时，系统即运行制冷机组独立运行，省去联合运行模式。

35、优选的，所述步骤七中，按照设计湿球温度τ0下制冷机组独立运行的负荷确定选型制冷机组的选型；根据各个运行模式下的需求选择相应的泵组，送主循环冷却介质的主循环泵组、输送制冷机组冷冻水的冷冻水泵组以及输送制冷机组冷却水的冷却水泵组。

36、优选的，所述步骤七中，分别计算出冷却塔独立运行和制冷机组独立运行两个模式下冷却塔的最大负荷；

37、冷却塔独立运行模式下的最大标况流量为qlm，即为湿球温度τlm下对应的标况流量；

38、制冷机组独立运行模式下的最大标况流量qcm，通常即为设计湿球温度τ0下对应的标况流量，此模式下的冷却塔全部用于制冷机组冷凝器的冷却；

39、选择同一型号标况流量为q0的冷却塔，冷却塔独立运行模式下，数量为m，制冷机组独立运行模式下的数量为n，即：

40、qlm＝n*q0；

41、qcm＝m*q0；

42、最终系统选择的冷却塔数量为m和n中的较大者，即max(m,n)。

43、优选的，所述步骤七中，根据系统需要，进行换热器、换热水箱、循环水箱、高位水箱的选型。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有很强的适应性、稳定性以及可拓展性；可以适应被冷却设备的工况变化，随时切换最优最节能的运行模式；最大限度利用冷却塔的冷却能力和优势，极大地缩短了制冷机组的运行时间，在高稳定性和高运行效率的前提下降低系统能耗。