闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，包括有通过水管网连接的闭式热源塔、蓄冷水槽、空调末端装置及热泵机组，闭式热源塔通过风管组与空调房间连通。本发明闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统解决了蒸发冷却空调机组冬季闲置以及降温幅度有限的问题。
【专利说明】闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于空调设备【技术领域】，涉及一种闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调 系统，具体涉及一种能量回收和水蓄冷相结合的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系 统。
【背景技术】
[0002] 目前，蒸发冷却空调主要用于夏季或者过渡季节向空调房间供冷，不能满足冬季 采暖的需求，这就造成蒸发冷却空调机组在冬季闲置，不仅降低了设备利用率，而且会加速 空调设备老化。另外，蒸发冷却空调由于受室外气象条件的限制，降温幅度有限，在夏季极 端天气时不能满足降温需求。
[0003] 由于白天空气的干、湿球温度较高，蒸发冷却空调机组出风、出水温度也相对较 高，机组效率相对较低；而在夜间，空气湿球温度相对较低，蒸发冷却空调机组的效率较高， 而且制得的冷风、冷水温度较低，具有节能及经济的优势。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，解决了 蒸发冷却空调机组冬季闲置以及降温幅度有限的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，包括 有通过水管网连接的闭式热源塔、蓄冷水槽、空调末端装置及热泵机组，闭式热源塔通过风 管组与空调房间连通。
[0006] 本发明的特点还在于，
[0007] 闭式热源塔，包括有热源塔壳体，热源塔壳体内设置有换热盘管，换热盘管的上方 依次设置有填料、布水器、挡水板及风机，风机对应的机组壳体顶壁上设置有排风口；换热 盘管的下方设置有集水箱，换热盘管与集水箱之间形成风道，风道通过风管组与空调房间 连通；蓄冷水槽外设置有保温层，蓄冷水槽埋于地下；空调末端装置设置于空调房间内；热 泵机组，包括有冷凝器，冷凝器通过管道依次与节流阀、蒸发器及四通转换阀连接构成闭合 回路；四通转换阀通过管道与压缩机连接构成闭合回路。
[0008] 蓄冷水槽采用自然分层蓄冷水槽或隔膜式蓄冷槽。
[0009] 风道的两侧各连接一个进风管，进风管的管口处设置有新风入口；进风管连接有 一个回风管，两个回风管都与空调房间连通。
[0010] 新风入口内设置有新风阀。
[0011] 进风管内设置有过滤器。
[0012] 集水箱连接有供水管，供水管分别连接有第一布水管、第一溶液喷淋管，第一布水 管通过第二布水管与布水器连接，第一溶液喷淋管与蒸发器连接；换热盘管的进水口依次 通过第四水管、第六水管与冷凝器连接，换热盘管的出水口依次通过第一水管、第五水管与 冷凝器连接；蒸发器通过第二溶液喷淋管与第二布水管连接，蒸发器依次通过第十一水管、 第十二水管与空调末端装置连接，空调末端装置依次通过第九水管、第十三水管与蒸发器 连接；蓄冷水槽分别连接有第三水管、第二水管、第七水管及第十水管，第三水管与第四水 管连接，第二水管与第一水管连接，第七水管与第十一水管连接，第十水管与第十三水管连 接。
[0013] 换热盘管外接有温度传感器。
[0014] 第一水管上设置有第一循环水泵，供水管设置有第二循环水泵，第十二水管上设 置有第三循环水泵。
[0015] 第一布水管上设置有第一阀门，第一溶液喷淋管上设置有第二阀门，第五水管上 设置有第三阀门，第二水管水管上设置有第四阀门，第七水管上设置有第五阀门，第十水管 上设置有第六阀门，第十一水管上设置有第七阀门，第十三水管上设置有第八阀门。
[0016] 本发明的有益效果在于：
[0017] 1)本发明的空调系统，在夏季白天采用室内回风作为热源塔冷却盘管外二次空 气，可提高热源塔制取冷水的效率，获得较低的出水温度，从而提高热泵机组的冷凝效率； 夜晚，空气湿球温度较低，可关闭回风阀，单独开启热源塔，冷却效率较高，将制取的冷水储 存在蓄冷水槽中，供白天使用，有效缓解白天用电紧张。
[0018] 2)本发明的空调系统，在冬季采用室内温度较高的回风与换热盘管内的防冻溶液 进行热受换，可提商防冻液从空气中吸热的效率，进而提商热栗机组的蒸发效率。
[0019] 3)本发明的空调系统中，换热盘管表面连接有温度传感器，冬季可自动控制防冻 液的喷淋；需要喷淋时，防冻液先在冷凝器中吸收热量后再进行喷淋，在填料中，低温低湿 的空气与热防冻溶液进行热湿交换，实现防冻溶液再生。
[0020] 4)利用本发明的空调系统在夏季制冷时，填料能实现对淋水进行预冷的作用，同 时有助于换热盘管表面布水均匀。
[0021] 5)本发明的空调系统中，采用闭式热源塔作为空调冷热源，能够提高设备利用效 率，同时保证了换热盘管内循环水或防冻液不受外界环境的污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明空调系统的结构不意图；
[0023] 图2是本发明空调系统在夜间蓄冷模式下的结构示意图；
[0024] 图3是本发明空调系统处于供冷模式下的结构示意图；
[0025] 图4是本发明空调系统处于供热模式下的结构示意图。
[0026] 图中，1.新风入口，2.新风阀，3.回风阀，4.回风管，5.风机，6.挡水板，7.布水 器，8.填料，9.换热盘管，10.温度传感器，11.过滤器，12.进风管，13.集水箱，A.闭式热 源塔，B.蓄冷水槽，C.空调房间，D.空调末端装置，E.冷凝器，F.节流阀，G.蒸发器，H.压 缩机，I.四通转换阀，J.热泵机组，bl.第一循环水泵、b2.第二循环水泵，b3.第三循环水 泵，VI.第一阀门，V2.第二阀门，V3.第三阀门，V4.第四阀门，V5.第五阀门，V6.第六阀 门，V7.第七阀门，V8.第八阀门，G1.第一水管，G2.第二水管，G3.第三水管，G4.第四水 管，G5.第五水管，G6.第六水管，G7.第七水管，G8.第八水管，G9.第九水管，G10.第十水 管，G11.第i^一水管，G12.第十二水管，G13.第十三水管，hi.第一布水管，h2.第二布水 管，rl.第一溶液喷淋管，r2.第二溶液喷淋管。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0028] 本发明闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其结构如1图所示，包括有 通过水管网连接的闭式热源塔A、蓄冷水槽B、空调末端装置D及热泵机组J，闭式热源塔A 通过风管组与空调房间C连通。其中，闭式热源塔A、蓄冷水槽B及热泵机组J均设置于空 调房间C外部，空调末端装置D设置于空调房间C内。
[0029] 闭式热源塔A，包括有热源塔壳体，热源塔壳体内设置有换热盘管9,换热盘管9的 上方依次设置有填料8、布水器7、挡水板6及风机5,风机5对应的机组壳体顶壁上设置有 排风口，其中在换热盘管9与布水器7之间设置填料8的目的在于：夏天能实现对淋水进行 预冷的作用，冬天实现防冻溶液再生；换热盘管9的下方设置集水箱13,换热盘管9与集水 箱13之间形成风道，风道通过风管组与空调房间C连通，具体的结构为：
[0030] 风道的两侧各连接一个进风管12,进风管12的管口处设置有新风入口 1，新风入 口 1内设置有新风阀2,进风管12内设置有过滤器11，每个进风管12都连接有一个回风管 4,两个回风管4都与空调房间C连通。
[0031] 蓄冷水槽B外设置有保温层，蓄冷水槽B埋于地下；蓄冷水槽B采用自然分层蓄冷 水槽或隔膜式蓄冷槽。
[0032] 热泵机组J，包括有冷凝器E，冷凝器E通过管道依次与节流阀F、蒸发器G及四通 转换阀I连接构成闭合回路；四通转换阀I通过管道与压缩机Η连接构成闭合回路。
[0033] 闭式热源塔Α、蓄冷水槽Β、空调末端装置D、热泵机组J之间的水管网结构为：
[0034] 闭式热源塔Α内的集水箱13连接有供水管，供水管设置有第二循环水泵b2,供水 管分别连接有第一布水管hi、第一溶液喷淋管rl,第一布水管hi通过第二布水管h2与布 水器7连接，第一溶液喷淋管rl与热泵机组J内的蒸发器G连接，第一布水管hi上设置有 第一阀门VI，第一溶液喷淋管rl上设置有第二阀门V2 ;
[0035] 换热盘管9的进水口依次通过第四水管G4、第六水管G6与热泵机组J内的冷凝器 E连接，换热盘管9的出水口依次通过第一水管G1、第五水管G5与热泵机组J内的冷凝器 E连接，第一水管G1上设置有第一循环水泵bl，第五水管G5上设置有第三阀门V3 ;
[0036] 蒸发器G通过第二溶液喷淋管r2与第二布水管h2连接，蒸发器G依次通过第十一 水管G11、第十二水管G12与空调末端装置D连接，第i^一水管G11上设置有第七阀门V7， 第十二水管G12上设置有第三循环水泵b3 ;空调末端装置D依次通过第九水管G9、第十三 水管G13与蒸发器G连接，第十三水管G13上设置有第八阀门V8 ;
[0037] 蓄冷水槽B分别连接有第三水管G3、第二水管G2、第七水管G7及第十水管G10,第 三水管G3与第四水管G4连接，第二水管G2与第一水管G1连接，第二水管G2水管上设置 有第四阀门V4,第七水管G7与第i^一水管Gl 1连接，第七水管G7上设置有第五阀门V5,第 十水管G10与第十三水管G13连接，第十水管G10上设置有第六阀门V6。
[0038] 换热盘管9外接有温度传感器10,温度传感器10用于监测换热盘管9表面的温 度。
[0039] 夏季的白天，闭式热源塔A相当于冷却塔带走热泵机组J的冷凝热，提高冷凝效 率；夜晚，闭式热源塔A相当于蒸发冷却冷水机组，制取高温冷水并储存在蓄冷水槽B中，供 白天使用。冬季，闭式热源塔A作为热泵机组J的热源，提高热泵机组制热效率。室外新风 和空调房间C的回风通过风管组进入闭式热源塔A中，经换热后再由风机5经排风口排出 室外。
[0040] 本发明能量回收和水蓄冷结合的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统的 工作过程如下：
[0041] 具体可分为三种工作模式，具体如下：
[0042] 1)夜间水蓄冷模式：
[0043] 在供冷季节，夜间蓄冷时，如图2所示，热泵机组J停止运行，闭式热源塔A(此时 相当于闭式蒸发冷却冷水机组）开始工作：
[0044] 开启第一阀门VI和第四阀门V4,关闭第二阀门V2、第三阀门V3、第五阀门V5及 第六阀门V6 ;关闭第三循环水泵b3,开启第一循环水泵bl及第二循环水泵b2,此时循环水 沿第一布水管hi、第二布水管h2送往布水器7进行喷淋；然后，关闭回风阀3,开启新风阀 2,室外新风由新风入口 1进入进风管12,经过滤器11过滤后进入闭式热源塔A，与换热盘 管9和填料8表面的水膜进行热湿交换；淋水在填料8中被冷却后落到换热盘管9的表面， 继续与空气进行热湿交换，使得换热盘管9外的喷淋循环水温度进一步降低；换热盘管9内 循环水通过盘管壁与换热盘管9外的喷淋循环水进行热交换，制取高温冷水通过第一水管 G1、第二水管G2、第三水管G3及第四水管G4储存在蓄冷水槽B中。
[0045] 2)供冷模式：
[0046] 在供冷季节，白天需要供冷时，可由蓄冷水槽B中储存的高温冷水或者热泵机组J 制取的低温冷水向空调房间C内提供冷量；
[0047] 在供冷初期，由蓄冷水槽B向空调房间C供冷，减少热泵机组J的运行时间，降低 空调能耗；此时，闭式热源塔A与热泵机组J均不运行；
[0048] 关闭第七阀门V7,开启第五阀门V5及第六阀门V6,关闭第一循环水泵bl及第二 循环水泵b2,开启第三循环水泵b3,在第三循环水泵b3的带动下，高温冷水由蓄冷水槽B 沿第七水管G7、第十二水管G12送到空调末端装置D，回水经第九水管G9、第十水管G10返 回到蓄冷水槽B。
[0049] 当蓄冷水槽B中的高温冷水不能满足空调房间的冷量要求时，热泵机组J及闭式 热源塔A(此时相当于闭式冷却塔）开始工作：关闭第二阀门V2、第二阀门V4、第二阀门V5 及第二阀门V6,开启第三阀门V3、第七阀门V7及第八阀门V8,开启第一循环水泵bl、第二 循环水泵b2及第三循环水泵b3 ;调节新风阀2和回风阀3的开度，使室外新风与室内回风 以一定比例混合后进入闭式热源塔A (此时相当于闭式冷却塔）；
[0050] 制取冷却水的原理与夜间蓄冷相同：冷却水在第一循环水泵bl带动下沿第一水 管G1、第五水管G5进入冷凝器E，带走冷凝器E的热量，冷水在冷凝器E中换热后再沿第六 水管G6、第四水管G4返回到换热盘管9进行热交换循环；热泵机组J制取的低温冷冻水在 第三循环水泵b3的带动下，由蒸发器G沿第十一水管G11、第十二水管G12送到空调末端装 置D中，吸收室内余热余湿后，回水沿第九水管G9、第十三水管G13进入蒸发器G进行热交 换循环。
[0051] 3)供热模式：
[0052] 采暖季节需要供暖时，闭式热源塔A作为热泵机组J的低品位热源，向热泵机组J 提供稳定的热量；温度传感器10用于监测换热盘管9表面的温度：
[0053] 当换热盘管9的表面温度大于进入闭式热源塔A的混合空气的露点温度并且大于 零度时，闭式热源塔A的溶液喷淋系统不工作；此时，关闭第一阀门VI、第二阀门V2、第四阀 门V4、第五阀门V5及第六阀门V6,开启第三阀门V3、第七阀门V7及第八阀门V8,关闭第二 循环水泵b2,开启第一循环水泵bl及第三循环水泵b3 ;调节新风阀2和回风阀3的开度， 使室外新风与室内回风以一定比例混合后进入闭式热源塔A，通过换热盘管9的管壁与换 热盘管9内的防冻液进行换热，将热量传递给防冻液后，在风机5的作用下由排风口排出； 经过换热，防冻液温度升高，在第一循环水泵bl的带动下沿着第一水管G1、第五水管G5进 入热泵机组J的蒸发器E，放热后，沿第六水管G6、第四水管G4返回到换热盘管9进行热交 换循环；制冷剂在热泵机组J内循环，制取的空调热水在第三循环水泵b3的带动下，由蒸 发器G沿第十一水管G11、第十二水管G12送入空调末端装置D，放热后，沿第九水管G9、第 十三水管G13返回到蒸发器G进行循环热交换。
[0054] 当温度传感器10监测到换热盘管9的表面温度低于进入闭式热源塔A的混合空 气的露点温度，但高于零度时，闭式热源塔A的溶液喷淋系统仍然不工作，凝结水分离系统 自动排出换热盘管9表面的冷凝水。当温度传感器10监测到换热盘管9的表面温度低于 进入闭式热源塔A的混合空气的露点温度，并且低于零度时，闭式热源塔A的溶液喷淋系统 开始工作，以降低换热盘管9表面的冰点，防止换热盘管9表面结霜，为热泵机组J提供稳 定的热源，保证热泵机组J安全高效运行。此时，开启第二阀门V2和第二循环水泵b2,防冻 液喷淋到换热盘管9表面吸收了空气中的水蒸气，防冻液变稀，变稀后的防冻液在第二循 环水泵b2的带动下沿第一溶液喷淋管rl进入蒸发器G，被加热后沿第二溶液喷淋管路r2 进入布水器7进行喷淋，在填料8中，低温低湿的空气与热溶液进行热湿交换，空气含湿量 增加，防冻液变浓，实现再生，浓溶液落到换热盘管9表面继续为热泵机组J提供稳定的热 源。用户侧空调热水循环原理相同。
[0055] 本发明闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统主要由夜间水蓄冷系统、白天 蒸发冷却与机械制冷联合供冷系统、采暖季节供热系统组成，夜间水蓄冷系统由闭式热源 塔A和蓄冷水槽B组成，利用夜间有利的天气条件，开启热源塔A(此时相当于闭式蒸发冷 却冷水机组），将制取的冷水通过水管储存在蓄冷水槽B中，以供白天使用，缓解白天用电 紧张；蒸发冷却与机械制冷联合供冷系统由闭式热源塔A、蓄冷水槽B、热泵机组J、空调房 间C、空调末端装置D以及水管组成，可根据室内负荷大小和空调要求，通过阀门调节，单独 由蓄冷水槽B供冷，或者由蓄冷水槽B和热泵机组J制取的低温冷水联合供冷；供热系统由 闭式热源塔A、热泵机组J、空调房间C、空调末端装置D以及水管组成，闭式热源塔A作为热 泵机组J的低品位热源，向热泵机组J提供稳定的热量，热泵机组J将制取的热水通过水管 输送到空调末端装置D，向空调房间C供暖。
【权利要求】
1. 闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于，包括有通过水管网连接 的闭式热源塔（A)、蓄冷水槽（B)、空调末端装置（D)及热泵机组（J)，所述闭式热源塔（A) 通过风管组与空调房间（C)连通。
2. 根据权利要求1所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合空调系统，其特征在于，所 述闭式热源塔（A)，包括有热源塔壳体，所述热源塔壳体内设置有换热盘管（9)，所述换热 盘管（9)的上方依次设置有填料（8)、布水器（7)、挡水板（6)及风机（5)，所述风机（5)对 应的机组壳体顶壁上设置有排风口；所述换热盘管（9)的下方设置有集水箱（13)，所述换 热盘管（9)与集水箱（13)之间形成风道，所述风道通过风管组与空调房间（C)连通； 所述蓄冷水槽（B)外设置有保温层，所述蓄冷水槽（B)埋于地下； 所述空调末端装置（D)设置于空调房间（C)内； 所述热泵机组（J)，包括有冷凝器（E)，所述冷凝器（E)通过管道依次与节流阀（F)、蒸 发器（G)及四通转换阀⑴连接构成闭合回路；所述四通转换阀⑴通过管道与压缩机⑶ 连接构成闭合回路。
3. 根据权利要求1或2所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在 于，所述蓄冷水槽（B)采用自然分层蓄冷水槽或隔膜式蓄冷槽。
4. 根据权利要求2所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述风道的两侧各连接一个进风管（12)，所述进风管（12)的管口处设置有新风入口（1); 每个进风管（12)连接有一个回风管（4)，两个回风管（4)都与空调房间（C)连通。
5. 根据权利要求4所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述新风入口（1)内设置有新风阀（2)。
6. 根据权利要求4所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述进风管（12)内设置有过滤器（11)。
7. 根据权利要求2所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述集水箱（13)连接有供水管，所述供水管分别连接有第一布水管（hi)、第一溶液喷淋管 (rl)，所述第一布水管（hi)通过第二布水管（h2)与布水器（7)连接，所述第一溶液喷淋管 (rl)与蒸发器（G)连接； 所述换热盘管（9)的进水口依次通过第四水管（G4)、第六水管（G6)与冷凝器（E)连 接，所述换热盘管（9)的出水口依次通过第一水管（G1)、第五水管（G5)与冷凝器（E)连接； 所述蒸发器（G)通过第二溶液喷淋管（r2)与第二布水管（h2)连接，所述蒸发器（G) 依次通过第十一水管（G11)、第十二水管（G12)与空调末端装置（D)连接，所述空调末端装 置（D)依次通过第九水管（G9)、第十三水管（G13)与蒸发器（G)连接； 所述蓄冷水槽（B)分别连接有第三水管（G3)、第二水管（G2)、第七水管（G7)及第十水 管（G10)，所述第三水管（G3)与第四水管（G4)连接，所述第二水管（G2)与第一水管（G1)连 接，所述第七水管（G7)与第十一水管（G11)连接，所述第十水管（G10)与第十三水管（G13) 连接。
8. 根据权利要求2或7所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在 于，所述换热盘管（9)外接有温度传感器（10)。
9. 根据权利要求7所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述第一水管（G1)上设置有第一循环水泵（bl)，所述供水管设置有第二循环水泵（b2)，所 述第十二水管（G12)上设置有第三循环水泵（b3)。
10.根据权利要求7所述的闭式热源塔热泵与蒸发冷却联合的空调系统，其特征在于， 所述第一布水管（hi)上设置有第一阀门（VI)，所述第一溶液喷淋管（rl)上设置有第二阀 门（V2)，所述第五水管（G5)上设置有第三阀门（V3)，所述第二水管（G2)水管上设置有第 四阀门（V4)，所述第七水管（G7)上设置有第五阀门（V5)，所述第十水管（G10)上设置有第 六阀门（V6)，所述第十一水管（G11)上设置有第七阀门（V7)，所述第十三水管（G13)上设 置有第八阀门（V8)。
【文档编号】F24F13/00GK104061643SQ201410283069
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】黄翔, 吕伟华, 刘佳莉 申请人:西安工程大学