一种自然冷却空调机组及其控制方法与流程

1.本发明涉及自然冷却空调机组控制技术领域，具体涉及一种自然冷却空调机组及其控制方法。


背景技术：

2.目前，现有技术中的自然冷却空调机组，虽然可以利用自然冷却源制冷，但都只能利用单一的自然冷源。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种自然冷却空调机组及其控制方法，可利用多种冷源，能在不同冷源之间切换，拓宽了使用自然冷却制冷的运行范围，从而使得机组更节能高效。
4.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种自然冷却空调机组，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、空气源换热器、自然冷却换热器和水源换热器，其中，压缩机分别与冷凝器和蒸发器连接，冷凝器与蒸发器连接的管路上设有第一控制阀，空气源换热器的进口和出口以及水源换热器的进口和出口均对应自然冷却换热器的出口和进口通过连接管路互相连接，空气源换热器的进口和自然冷却换热器的出口之间的连接管路上设有第二控制阀，水源换热器的进口和自然冷却换热器的出口之间的连接管路上设有第三控制阀，蒸发器的进水口与自然冷却换热器的出水口通过连接管路互相连接，自然冷却换热器的进水口与用户侧回水口连接，蒸发器的出水口与用户侧供水口连接。
6.根据本发明的自然冷却空调机组，利用多种冷源，其中包括空气冷源和水源制冷，即在空气源换热器可利用低温空气中的冷量，在水源换热器可利用地表水或地下水的冷量，空气源换热器中的载冷剂与环境中的低温空气换热，后在自然冷却换热器中将冷量传递给用户，水源换热器中载冷剂与地表水或地下水换热，后将冷量传递给用户，通过控制阀在不同冷源间切换，拓宽了使用自然冷却制冷的运行范围，从而使得机组更加节能高效。
7.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
8.根据本发明的自然冷却空调机组，在一个优选的实施方式中，靠近冷凝器的位置设有风机。
9.通过设置风机，可以加强管内高温高压冷媒和环境换热，使翅片冷凝器中的高压降低，并降低冷凝温度。
10.进一步地，在一个优选的实施方式中，空气源换热器靠近冷凝器且与冷凝器共用一组风机。
11.通过共用一组风机，不仅能够简化整个自然冷却空调机组的结构和节省成本，还可以加强空气源换热器中载冷剂与低温环境的换热，增加换热量，使空气源换热器中的出口温度降低。
12.进一步地，在一个优选的实施方式中，冷凝器至少包括两组，空气源换热器至少包括两组。
13.通过对应设置多组冷凝器和空气源换热器，可以极大程度上提高整个自然冷却机组的适用性。
14.进一步地，在一个优选的实施方式中，空气源换热器的进口和自然冷却换热器的出口之间的连接管路与水源换热器的进口和自然冷却换热器的出口之间的连接管路互相连接，空气源换热器的出口和自然冷却换热器的进口之间的连接管路与水源换热器的出口和自然冷却换热器的进口之间的连接管路互相连接。
15.通过上述管路之间的汇合连接，能够更进一步地简化内部管路结构，节省成本和方便控制。
16.进一步地，在一个优选的实施方式中，空气源换热器的出口和自然冷却换热器的进口之间的连接管路上设有单向阀。
17.通过设置单向阀，能够有效避免载冷剂在循环过程中回流而影响整个机组的换热效果。
18.进一步地，在一个优选的实施方式中，自然冷却换热器的出口与空气源换热器的进口和水源换热器的进口之间的连接管路上设有液泵。
19.通过设置液泵，能够有效提高整个机组的工作效率。
20.具体地，在一个优选的实施方式中，第一控制阀为膨胀阀，第二控制阀和第三控制阀均为电磁阀。
21.上述各种结构的控制阀，能够极大程度上确保机组各冷源切换的便捷性和可靠性。
22.本发明第二方面的自然冷却空调机组的控制方法，采用上述所述的自然冷却空调机组实施，包括如下步骤：s01、当自然冷却换热器的进水温度与水源换热器的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，第一控制阀开启，第二控制阀和第三控制阀关闭；s02、当自然冷却换热器的进水温度与水源换热器的进水温度之间的温差大于第一预设温度，并且蒸发器供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，第一控制阀和第二控制阀关闭，第三控制阀开启；
23.s03、当自然冷却换热器的进水温度与水源换热器的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器供给用户的出水温度与环境温度之间的温差大于第二预设温度时，第一控制阀和第三控制阀关闭，第二控制阀开启；s04、当自然冷却换热器的进水温度与水源换热器的进水温度之间的温差大于第一预设温度，并且蒸发器供给用户的出水温度与环境温度之间的温差大于第二预设温度时，第一控制阀关闭，第二控制阀和第三控制阀开启。
24.具体地，根据本发明的自然冷却空调机组的控制方法，当自然冷却换热器的进水温度与水源换热器的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，自然冷却侧不运行，仅仅冷媒冷却侧运行。机组自然冷却侧运行模式有三种：
25.仅水源：在环境温度较高时，空气源中可获得的冷量较少，但水源温度较低且稳
定，此时可利用水源冷量，使用水源换热器制冷；
26.空气源加水源：环境温度降低，空气源和水源温度都较低时，可同时利用空气源和水源中的冷量制冷，此时空气源换热器和水源换热器都运行；
27.仅空气源：环境温度继续降低至冰点附件，水源侧有冻结风险，此时无法利用水源中的冷量，关闭水源换热器流路，空气源温度很低，直接利用空气源即可实现较高的制冷量和能效。
28.具体地，在一个优选的实施方式中，第一预设温度为4～6℃，第二预设温度为4～6℃。
29.将第一预设温度和第二预设温度控制在上述范围内，能够有效确保整个机组控制的精准性和稳定可靠性。
30.相比现有技术，本发明的优点在于：可利用多种冷源，能在不同冷源间切换，拓宽了使用自然冷却制冷的运行范围，机组更节能高效。
附图说明
31.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
32.图1示意性显示了本发明实施例的自然冷却空调机组的整体框架原理。
33.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
34.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
35.图1示意性显示了本发明实施例的自然冷却空调机组10的整体框架原理。其中，箭头方向分别表示了各循环路线中对应的制冷剂回路、载冷剂回路、用户供水回路和自然冷水回路。
36.实施例1
37.如图1所示，本发明实施例的自然冷却空调机组10，包括压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、空气源换热器4、自然冷却换热器5和水源换热器6，其中，压缩机1分别与冷凝器2和蒸发器3连接，冷凝器2与蒸发器3连接的管路上设有第一控制阀7，空气源换热器4的进口和出口以及水源换热器6的进口和出口均对应自然冷却换热器5的出口和进口通过连接管路互相连接，空气源换热器4的进口和自然冷却换热器5的出口之间的连接管路上设有第二控制阀8，水源换热器的6进口和自然冷却换热器5的出口之间的连接管路上设有第三控制阀9，蒸发器3的进水口与自然冷却换热器5的出水口通过连接管路互相连接，自然冷却换热器5的进水口与用户侧回水口连接，蒸发器3的出水口与用户侧供水口连接。
38.根据本发明实施例的自然冷却空调机组，利用多种冷源，其中包括空气冷源和水源制冷，即在空气源换热器可利用低温空气中的冷量，在水源换热器可利用地表水或地下水的冷量，空气源换热器中的载冷剂与环境中的低温空气换热，后在自然冷却换热器中将冷量传递给用户，水源换热器中载冷剂与地表水或地下水换热，后将冷量传递给用户，通过控制阀在不同冷源间切换，拓宽了使用自然冷却制冷的运行范围，从而使得机组更加节能高效。
39.如图1所示，进一步地，在本实施例中，空气源换热器4的出口和自然冷却换热器5的进口之间的连接管路上设有单向阀101。通过设置单向阀，能够有效避免载冷剂在循环过程中回流而影响整个机组的换热效果。进一步地，在本实施例中，自然冷却换热器5的出口与空气源换热器4的进口和水源换热器6的进口之间的连接管路上设有液泵102。通过设置液泵，能够有效提高整个机组的工作效率。具体地，在本实施例中，第一控制阀7为膨胀阀，第二控制阀8和第三控制阀9均为电磁阀。上述各种结构的控制阀，能够极大程度上确保机组各冷源切换的便捷性和可靠性。
40.如图1所示，进一步地，在本实施例中，靠近冷凝器2的位置设有风机103。通过设置风机，可以加强管内高温高压冷媒和环境换热，使翅片冷凝器中的高压降低，并降低冷凝温度。进一步地，在本实施例中，空气源换热器4靠近冷凝器2且与冷凝器2共用一组风机103，并且，空气源换热器4呈倾斜的方式对称布置在冷凝器2的两侧。通过共用一组风机，不仅能够简化整个自然冷却空调机组的结构和节省成本，还可以加强空气源换热器中载冷剂与低温环境的换热，增加换热量，使空气源换热器中的出口温度降低，对称布置的空气源换热器，能够极大程度上增加换热效率，提高机组的适用性。进一步地，在本实施例中，冷凝器2至少包括两组，空气源换热器4至少包括两组。通过对应设置多组冷凝器和空气源换热器，可以极大程度上提高整个自然冷却机组的适用性。
41.如图1所示，进一步地，在本实施例中，空气源换热器4的进口和自然冷却换热器5的出口之间的连接管路与水源换热器6的进口和自然冷却换热器5的出口之间的连接管路互相连接，空气源换热器4的出口和自然冷却换热器5的进口之间的连接管路与水源换热器6的出口和自然冷却换热器5的进口之间的连接管路互相连接。通过上述管路之间的汇合连接，能够更进一步地简化内部管路结构，节省成本和方便控制。
42.优选地，在本实施例中，水源换热器6包括冷却塔、间接蒸发换热器和热管中的任意一种。
43.实施例2
44.如图1所示，本发明实施例的自然冷却空调机组的控制方法，采用上述所述的自然冷却空调机组10实施，包括如下步骤：s01、当自然冷却换热器5的进水温度与水源换热器6的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器3供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，第一控制阀7开启，第二控制阀8和第三控制阀9关闭；s02、当自然冷却换热器5的进水温度与水源换热器6的进水温度之间的温差大于第一预设温度，并且蒸发器3供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，第一控制阀7和第二控制阀8关闭，第三控制阀9开启；s03、当自然冷却换热器5的进水温度与水源换热器6的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器3供给用户的出水温度与环境温度之间的温差大于第二预设温度时，第一控制阀7和第三控制阀9关闭，第二控制阀8开启；s04、当自然冷却换热器5的进水温度与水源换热器6的进水温度之间的温差大于第一预设温度，并且蒸发器3供给用户的出水温度与环境温度之间的温差大于第二预设温度时，第一控制阀7关闭，第二控制阀8和第三控制阀9开启。具体地，在本实施例中，第一预设温度为4～6℃，尤其优选为5℃，第二预设温度为4～6℃，尤其优选为5℃。将第一预设温度和第二预设温度控制在上述范围内，能够有效确保整个机组控制的精准性和稳定可靠性。
45.具体地，本发明实施例的自然冷却空调机组的控制方法，当自然冷却换热器5的进水温度与水源换热器6的进水温度之间的温差不大于第一预设温度，并且蒸发器3供给用户的出水温度与环境温度之间的温差不大于第二预设温度时，自然冷却侧不运行，仅仅冷媒冷却侧运行。机组自然冷却侧运行模式有三种：
46.仅水源：在环境温度较高时，空气源中可获得的冷量较少，但水源温度较低且稳定，此时可利用水源冷量，使用水源换热器6制冷，此时自然冷却侧流路为：液泵102
→
第三控制阀9
→
水源换热器6
→
自然冷却换热器5；
47.空气源加水源：环境温度降低，空气源和水源温度都较低时，可同时利用空气源和水源中的冷量制冷，此时空气源换热器4和水源换热器6都运行，自然冷却侧流路为：液泵102
→
第二控制阀8
→
空气源换热器4
→
单向阀101
→
自然冷却换热器5，液泵102
→
第三控制阀9
→
水源换热器6
→
自然冷却换热器5；
48.仅空气源：环境温度继续降低至冰点附件，水源侧有冻结风险，此时无法利用水源中的冷量，关闭水源换热器6流路，空气源温度很低，直接利用空气源即可实现较高的制冷量和能效，此时自然冷却侧流路为：第二控制阀8
→
第二控制阀8
→
空气源换热器4
→
单向阀101
→
自然冷却换热器5。
49.具体地的冷源切换方法：
50.空气源自然冷却开启温差δtf＝设置蒸发器3壳管的出水温度tws(供给用户的出水温度)-环境温度thj；其中，tws是可设参数，默认为7℃，thj是检测参数；
51.水源自然冷却开启温差δts＝自然冷却换热器5的进水温度(从用户侧来的回水温度)twj-水源换热器6的进水温度(从外界获取的进水温度)ts；其中，twj和ts是检测参数；
52.当
△
ts≤5℃且δtf≤5℃时，机组自然冷却侧不运行，液泵102关闭，风机103受压缩机侧控制，第二控制阀8和第三控制阀9保持关闭；风机103开启可以加强管内高温高压冷媒和环境换热，使翅片冷凝器2中的高压降低，降低冷凝温度。
53.当
△
ts＞5℃且δtf≤5℃时，机组进入水源自然冷却模式，液泵102开启、风机103关闭，第二控制阀8保持关闭，第三控制阀9开启；
54.当
△
ts≤5℃且δtf＞5℃时，机组进入空气源自然冷却模式，液泵102、风机103开启，第二控制阀8开启，第三控制阀9保持关闭；风机103开启可以加强空气源换热器4中载冷剂与低温环境的换热，增加换热量，使空气源换热器4中的出口温度降低。
55.当
△
ts＞5℃且δtf＞5℃时，机组进入空气源加水源自然冷却模式，液泵102、风机103开启，第二控制阀8开启，第三控制阀9开启；此模式压缩机1不开启，风机103在冷凝器2中不起任何作用，对于空气源换热器4可起到加强换热的作用。
56.根据上述实施例，可见，本发明涉及的自然冷却空调机组及其控制方法，可利用多种冷源，能在不同冷源间切换，拓宽了使用自然冷却制冷的运行范围，机组更节能高效。
57.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。