专利名称：冷冻水直供系统及方法
技术领域：
本发明涉及制冷系统，特别涉及冷冻水直供系统及其方法。
背景技术：
目前，中小型中央空调工程中普遍采用一级泵系统。而系统较大、阻力较高，且各 环路负荷特性或阻力相差悬殊时，则普遍采用二级泵系统。二级泵系统在空气调节水的冷 热源侧和负荷侧分别布置水泵，冷热源侧与冷水机组相对应的水泵称为一次泵或初级泵， 并与冷水机组和旁通管路组成一次环路；负荷侧的水泵称为二次泵或次级泵，与负荷末端 设备、管路系统及旁通管一起构成二次环路。一次 环路负责冷冻水的制备，二次环路负责冷 冻水的输送。请参见图1，其为现有的一种冷冻水供水系统的结构示意图。一次环路中的供水管 15和回水管16之间设置有多台并联的制冷机11，每台制冷机11串接一台一次泵12，一次 环路的供水管15和回水管16连接到板式热交换器13的一侧。板式热交换器13的另一侧 连接二次环路的供水管17和回水管18，板式热交换器13用来完成一次环路和二次环路管 道之间的热交换。二次环路的供水管17上连接有多个并联的二次泵14，二次泵14的出水 端连接多个并联的风机19，二次泵14将经过板式热交换器13降温处理后的冷水传输到风 机19处进行制冷。现有的这种冷冻水供水系统通常都会采用板式热交换器，既可以完成冷热水之间 的热交换，又能将整个供水系统分成两个环路，以解决大型供水系统输水动力不足的问题， 但是采用板式热交换器也会存在一定问题1、对于大型的供水系统，必然也需要大型的板式热交换器，而板式热交换器价格 昂贵，从而增加了供水系统初期的投资成本。2、大型的板式热交换器安装占用空间多，需要较多的土地成本投入。3、利用板式热交换器转换热能时，有很大一部分能量流失到空气中，能源损失率
尚ο
发明内容
本发明的目的是提供一种冷冻水直供系统，以解决现有的冷冻水供水系统成本、 能源损失率高、占用面积大的问题。本发明的另一目的是提供一种冷冻水直供方法，以解决现有的冷冻水供水系统成 本、能源损失率高、占用面积大的问题。本发明提出一种冷冻水直供系统，包括能源中心、热力交换站和至少一二次泵，能 源中心和热力交换站之间通过总供水管和总回水管相连。其中，能源中心用于制备冷冻水， 其又进一步包括至少一制冷机和至少一一次泵，制冷机和一次泵串接后设置在总供水管和 总回水管之间。热力交换站用于消耗冷冻水的冷量，其又进一步包括至少一风机和至少 一三次泵，风机和三次泵串接后设置在总供水管和总回水管之间。二次泵设置在总供水管上，用于将能源中心输出的冷冻水传输到热力交换站。优选的，能源中心还包括至少一蓄冷水罐，蓄冷水罐与制冷机相连，用于存储冷冻 水。
优选的，制冷机为离心式冷水机。优选的，所述的冷冻水直供系统还包括若干调节阀和控制中心。调节阀设置在各 个风机的供水口。控制中心与各个调节阀以及各个一次泵、二次泵、三次泵相连，用于通过 调节各个调节阀的开度以及各个一次泵、二次泵、三次泵的工作频率，实现对冷冻水流量的 控制。优选的，所述的冷冻水直供系统还包括温度传感器，其设置在总回水管上，并与控 制中心相连，用于测量回水温度，并将测量信号传输给控制中心。优选的，所述的冷冻水直供系统还包括若干共有管和若干正反向流量计。共有管 设置在总供水管和总回水管之间，以及该热力交换站中的各支供水管和支回水管之间。正 反向流量计与共有管一一相连，并与控制中心相连，用于监测共有管上的水流方向，以推测 冷冻水的需求量，并将监测信号发送给控制中心。优选的，所述的冷冻水直供系统还包括压差传感器，压差传感器设置在总供水管 和总回水管之间，并与控制中心相连，用于根据总供水管和总回水管之间的压差来控制该
二次泵的工作频率。本发明另提出一种冷冻水直供方法，包括以下步骤(1)在一能源中心中设置至 少一一次泵，在总供水管上设置至少一二次泵，在一热力交换站中设置至少一三次泵。(2) 利用一次泵将该能源中心制备的冷冻水传输到总供水管中。(3)利用二次泵将冷冻水通过 总供水管传输到该热力交换站。(4)利用三次泵将冷冻水输送到该热力交换站的风机。优选的，所述的冷冻水直供方法，还包括步骤(1)测量总回水管中的回水温度。 (2)根据回水温度控制各个水泵的工作频率，以控制冷冻水的供水流量。优选的，所述的冷冻水直供方法，还包括步骤(1)在总供水管和总回水管之间， 以及热力交换站中的各支供水管和支回水管之间设置共有管。(2)监测共有管中的水流方 向。(3)根据共有管中的水流方向，控制冷冻水的供水流量。相对于现有技术，本发明的有益效果是1、本发明采用了二次泵来代替原有的板式热交换器，在保证输送能力的前提下， 大大降低了系统初期的资金投入成本。2、相对于板式热交换器，二次泵的占地面积，安装和搬运更加方便。3、本发明采用二次泵直接将冷冻水供应至热力交换站，避免在供水中途进行热交 换，减少换热损失的前提下大大提高了热交换效率，符合节能减排的要求。4、本发明采用两种控制方案对供水量进行控制，可以实时根据冷量需求调整供水 量，有效降低了能源的浪费。5、本发明采用两种控制方案对供水量进行控制，且在一套方案出现故障时自动切 换到另一套方案，可以长时间地保证系统的正常运行。当然，实施本申请的任一系统并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
图1为现有的一种冷冻水供水系统的结构示意图；图2为本发明冷冻水直供系统的一种实施例结构图；图3为本发明冷冻水直供系统的另一种实施例结构图；图4为本发明冷冻水直供方法的一种实施例流程图；图5为本发明冷冻水直供方法的一种供水量控制方案流程图；图6为本发明冷冻水直供方法的另一种供水量控制方案流程图。
具体实施例方式本发明的主要思想是使冷冻水不经板式热交换器而直接进入末端风机盘管进行 热交换，从而可以大大节约建设成本和运行成本。以下结合附图具体说明本发明。请参见图2，其为本发明冷冻水直供系统的一种实施例结构图。此系统包括能源中 心21和热力交换站22，能源中心21和热力交换站22之间通过总供水管23和总回水管24 相连。在总供水管23上设置有多个并联的二次泵25，用于将能源中心21输出的冷冻水输 送到热力交换站22处，以对冷量进行消耗。其中，能源中心21包括并联的多个制冷机211，制冷机211可以采用离心式冷水机 (离心式冷水机冷量衰减极少，可实现无极调节，具有很好的节能效果)，每个制冷机211串 接一个一次泵212，并将经每个制冷机211降温处理的冷冻水汇聚到总供水管23上。由于 一次泵212通常是定流量的，因而其供水距离有限，因此为了保证一次泵212的传输能力， 连接各个制冷机211的水管管径不能过大。由于受一次泵212的传输距离的限制，冷冻水汇聚到总供水管23之后，需要采用 二次泵25将其输送到热力交换站22。本实施例的热力交换站22包括多个风机221和多个 三次泵222，三次泵222和风机221串接后设置在总供水管23和总回水管24之间。冷冻水 被输送到热力交换站22之后，利用三次泵222传输到风机221的盘管处，并由风机221将 冷空气送入各个空调设备。本发明采用了二次泵25来代替原有的板式热交换器，在保证输送能力的前提下， 大大降低了系统初期的资金投入成本。而且相对于板式热交换器，二次泵25的体积更小， 安装和搬运更加方便。请参见图3，其为本发明冷冻水直供系统的另一种实施例结构图。此系统包括能 源中心31、热力交换站32和控制中心33，能源中心31和热力交换站32之间通过总供水管 23和总回水管24相连。总供水管23上设置有多个并联的二次泵25，用于将能源中心31 输出的冷冻水输送到热力交换站32处。能源中心21包括并联的多个制冷机211和多个蓄冷水罐311，制冷机211可以采用 离心式冷水机，每个制冷机211串接一个一次泵212，并将经每个制冷机211降温处理的冷冻 水汇聚到总供水管23上。蓄冷水罐311和制冷机211相连通，制冷机211制备的冷冻水也可 以存储在蓄冷水罐311中，以备需要时使用。由于一次泵212通常是定 流量的，因而其供水距 离有限，因此为了保证一次泵212的传输能力，连接各个制冷机211的水管管径不能过大。热力交换站32包括多个风机221和多个三次泵222，总供水管23和总回水管24在热力交换站32处分出多组支供水管321和支回水管322，每条支供水管321上设置一个 三次泵222，且每组支供水管321和支回水管322之间并接两个风机221。冷冻水被输送到 热力交换站32之后，利用三次泵222传输到各个风机221的盘管处，并由风机221将冷空 气送入各个空调设备。其中，在各个风机221的供水口设置调节阀323，用来调节风机221
管盘的供冷量。另外，在总回水管24上设置有一个温度传感器34，用来测量总回水管24中的水 温，从而推测热力交换站32消耗的冷量，并进一步对能源中心31的供冷量进行控制。即当 总回水管24中的水温较高时，则减小供冷量，当总回水管24中的水温较低时，增大供冷量。 在总供水管23和总回水管24之间，以及各组支供水管321和支回水管322之间 均设置有共有管35，每个共有管35上均连接一个正反向流量计36，用来监测共有管35中 的水流方向，以推测冷冻水的需求量。当冷冻水的供水量与需求量相同时，总供水管23和 总回水管24之间的共有管35上的流量为零。当总供水管23上的流量小于总回水管24上 的流量时，说明此时能源中心21的冷冻水供水量大于热力交换站32的需求量(例如某个 风机221停止工作，原来经过该风机221盘管的冷冻水直接进入回水管，造成回水流量增 大)，因此可以控制能源中心21相应地减小冷冻水的供应量。而各组支供水管321和支回 水管322之间的共有管35，可以用来判断热力交换站32各处的冷冻水需求量。反之，当总 供水管23上的流量大于总回水管24上的流量时，可以控制能源中心21相应地增大冷冻水 的供应量。在总供水管23和总回水管24之间还设置有压差传感器37，其用来测量总供水管 23和总回水管24之间的压差，并控制二次泵25的工作频率。即当总供水管23中的水压超 过总回水管24中水压一个阀值时，说明此时供水速度大于回水速度，二次泵25的工作频率 过高，可以相应地降低二次泵25的工作频率。反之，当总供水管23中的水压低于总回水管 24中水压一个阀值时，可以相应地提高二次泵25的工作频率。在本实施例中，控制中心33是整个系统的控制核心，其通过有线或无线的方式与 系统中的各个被控单元和测量单元相连(此处所述的被控单元包括各个一次泵212、二次 泵25、三次泵222、调节阀323，所述的测量单元包括正反向流量计36、温度传感器34、压差 传感器37。由于布线较为复杂，因而图3中未绘示出控制中心33与各个被控单元和测量单 元的连接关系)。控制中心33用来接收各个测量单元发送来的采集数据，并对各个位置的 采集数据进行处理，以及对各个被控单元进行调节，从而达到供需平衡、节约能源的目的。特别的，控制中心33可以采用两套方案来对各个被控单元进行控制。一套方案是 根据温度传感器34所测量的总回水管24温度进行控制，另一套方案是根据各个正反向流 量计36所测的各个共有管35中的流量方向来实现的控制，其中一套方案可以作为主控方 案，另一套方案则作为辅助控制方案，而在主控方案故障时可以切换到辅助控制方案，从而 保证系统的正常运行。上述两个实施例仅为本发明冷冻水直供系统的两种实施方式，但并不以此限制本 发明，其中各个测量单元和被控单元的数量和安装位置均可以根据实际需要进行调整，而 在迎合本发明主要思想的情况下，任何可以思之的变化均应在本发明的保护范围内。为了 更能说明本发明所带来的实际效益，申请人根据计算统计，给出了一组数据如下申请人:试运行的冷冻水直供系统选用8台1，900RT离心式冷水机组，设计2台22000m 3蓄冷水罐进行蓄冷，系统供、回水温度5/13°C，温差达8°C。1、初投资的比较1)、离心式冷水机组在相同设计工况下制冷量下降1. 95%，合计296. 4USRT，节省 造价799，500元；2)、冷冻水二次泵单台最大流量1500m 3/h，5用1备，若采用板交系统(即采用板 式热交换器的冷冻水供水系统)，扬程将由45mH 20提高到51mH 20，造价(含变频控制器 等配件)将由3028800元升至3634560元，因此节省造价605760元；
3)、若采用板交系统，各热力交换站房造价将由5467680元提升至18021186元，直 供系统造价为板交系统30. 34%，节约造价1255万元；4)、节省建筑面积380m2，节约输配电100万元；因此，应用冷冻水直供系统，共减少直接投资1396万元。2、运行能耗比较1)、在直供系统形式下，全年供冷期离心式冷水机组运行能耗减少375303kWh/ 年，节能率达2. 16% ；2)、冷冻水二次泵能耗比较直供系统运行能耗1379923. 4kffh板交系统运行能耗1517293. 4kffh节约运行能耗137370kWh/年节能率9%3)、各热力交换站房内三次泵运行能耗节约为111821kWh/年，节能率达7. 5%。因此，直供系统减少运行能耗624494kWh/年，系统综合节能率3. 1 %。相应于上述系统，本发明另提出一种冷冻水直供方法，请参见图4，其包括以下步 骤S401，在一能源中心中设置至少一一次泵，在总供水管上设置至少一二次泵，在一 热力交换站中设置至少一三次泵。其中一次泵定流量，二次泵为变频泵。S402，利用一次泵将该能源中心制备的冷冻水传输到总供水管中。S403，利用二次泵将冷冻水通过总供水管传输到该热力交换站。S404，利用三次泵将冷冻水输送到该热力交换站的风机。其中，此冷冻水直供方法可以采用两种方案实现对供水量的控制，请参见图5，其 为本发明冷冻水直供方法的一种供水量控制方案流程图，其包括以下步骤S501，测量总回水管中的回水温度。S502，根据回水温度控制各个水泵的工作频率，以控制冷冻水的供水流量。当总回 水管中的水温较高时，则减小供冷量，当总回水管中的水温较低时，增大供冷量。请参见图6，其为本发明冷冻水直供方法的另一种供水量控制方案流程图，其包括 以下步骤S601，在总供水管和总回水管之间，以及热力交换站中的各支供水管和支回水管 之间设置共有管。S602，监测共有管中的水流方向。S603，根据共有管中的水流方向，控制冷冻水的供水流量。
当冷冻水的供水量与需求量相同时，总供水管和总回水管之间的共有管上的流量 为零。当总供水管上的流量小于总回水管上的流量时，说明此时能源中心的冷冻水供水量 大于热力交换站的需求量(例如某个风机停止工作，原来经过该风机盘管的冷冻水直接进 入回水管，造成回水流量增大)，因此可以控制能源中心相应地减小冷冻水的供应量。而各 组支供水管和支回水管之间的共有管，可以用来判断热力交换站各处的冷冻水需求量。反 之，当总供水管上的流量大于总回水管上的流量时，可以控制能源中心相应地增大冷冻水 的供应量。
本发明采用了二次泵来代替原有的板式热交换器，在保证输送能力的前提下，大 大降低了系统初期的资金投入成本。而且相对于板式热交换器，二次泵的体积更小，安装和 搬运更加方便。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域 的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。
权利要求
一种冷冻水直供系统，包括一能源中心，用于制备冷冻水，其又进一步包括至少一制冷机和至少一一次泵，该制冷机和该一次泵串接后设置在总供水管和总回水管之间；一热力交换站，通过总供水管和总回水管与该能源中心相连，用于消耗冷冻水的冷量，其又进一步包括至少一风机和至少一三次泵，该风机和该三次泵串接后设置在总供水管和总回水管之间，其特征在于，其还包括至少一二次泵，该二次泵设置在总供水管上，用于将该能源中心输出的冷冻水传输到热力交换站。
2.如权利要求1所述的冷冻水直供系统，其特征在于，该能源中心还包括至少一蓄冷 水罐，该蓄冷水罐与该制冷机相连，用于存储冷冻水。
3.如权利要求1所述的冷冻水直供系统，其特征在于，该制冷机为离心式冷水机。
4.如权利要求1所述的冷冻水直供系统，其特征在于，其还包括 若干调节阀，其设置在各个风机的供水口 ；一控制中心，其与各个调节阀以及各个一次泵、二次泵、三次泵相连，用于通过调节各 个调节阀的开度以及各个一次泵、二次泵、三次泵的工作频率，实现对冷冻水流量的控制。
5.如权利要求4所述的冷冻水直供系统，其特征在于，其还包括一温度传感器，其设置在 总回水管上，并与该控制中心相连，用于测量回水温度，并将测量信号传输给该控制中心。
6.如权利要求4所述的冷冻水直供系统，其特征在于，其还包括若干共有管，其设置在总供水管和总回水管之间，以及该热力交换站中的各支供水管 和支回水管之间；若干正反向流量计，其与该共有管一一相连，并与该控制中心相连，用于监测该共有管 上的水流方向，以推测冷冻水的需求量，并将监测信号发送给该控制中心。
7.如权利要求1所述的冷冻水直供系统，其特征在于，其还包括一压差传感器，该压差 传感器设置在总供水管和总回水管之间，并与该控制中心相连，用于根据总供水管和总回 水管之间的压差来控制该二次泵的工作频率。
8.—种冷冻水直供方法，其特征在于，包括以下步骤在一能源中心中设置至少一一次泵，在总供水管上设置至少一二次泵，在一热力交换 站中设置至少一三次泵；利用一次泵将该能源中心制备的冷冻水传输到总供水管中； 利用二次泵将冷冻水通过总供水管传输到该热力交换站； 利用三次泵将冷冻水输送到该热力交换站的风机。
9.如权利要求8所述的冷冻水直供方法，其特征在于，还包括步骤 测量总回水管中的回水温度；根据回水温度控制各个水泵的工作频率，以控制冷冻水的供水流量。
10.如权利要求8所述的冷冻水直供方法，其特征在于，还包括步骤在总供水管和总回水管之间，以及该热力交换站中的各支供水管和支回水管之间设置 共有管；监测该共有管中的水流方向； 根据该共有管中的水流方向，控制冷冻水的供水流量。
全文摘要
本发明提出一种冷冻水直供系统及方法，其系统包括能源中心、热力交换站和至少一二次泵，能源中心和热力交换站之间通过总供水管和总回水管相连。其中，能源中心用于制备冷冻水，其又进一步包括至少一制冷机和至少一一次泵，制冷机和一次泵串接后设置在总供水管和总回水管之间。热力交换站用于消耗冷冻水的冷量，其又进一步包括至少一风机和至少一三次泵，风机和三次泵串接后设置在总供水管和总回水管之间。二次泵设置在总供水管上，用于将能源中心输出的冷冻水传输到热力交换站。本发明具有成本、能源损失率低、占用面积小的优点。
文档编号F24F11/02GK101865496SQ20101020693
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者丁锐, 代永军, 刘涛, 吕永峰, 张成林, 张海燕, 张雷, 敖立平, 曾青, 李本勇, 杨柯, 王勤虎, 芮立平, 苗冬梅, 赵元山, 赵建春, 陈永昌, 高迎军 申请人:中国建筑第八工程局有限公司;中建工业设备安装有限公司