一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统及方法

1.本发明属于供冷和供水技术领域，尤其涉及一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统及方法。


背景技术：

2.近年来，某些地区夏季高温天气增多，并将成为世界上最致命的热浪区。连续的高温天气导致城市用电量一再爆表。同时，建筑空调能耗的急剧增加，加剧了城市的“热岛效应”。在能源短缺的当下，降低空调系统能耗成为重中之重，而冷源对制冷机组能效影响较大。如何合理选择和利用当地冷源提高制冷机组能效、降低空调运行能耗和改善城市“热岛效应”是一项值得深入探讨和研究的重要课题。
3.发明人发现，在大部分区域供冷系统中，水作为冷源的主体部分，就近的水源成为供冷系统运行的关键；目前，利用水源供冷较为成功的哥本哈根、多伦多和赫尔辛基等城市，气候条件使其临近的水源温度不会太高，白天将冷水输送至城区，通过管道循环水输出的热水被储存在城市的水库，晚上再进行降温，供冷系统效率较高，可以减少75％的空调能耗，这种方式的冷水的供回水温差较小，输送冷水量大，泵耗较高，且对当地水源依赖较为严重，对于某些城市，特别是空调需求较大的中心城区，通常远离地表水源，使得取水能耗大，费用高，难以推广应用。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述问题，提出了一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统及方法，针对城市夏季空调运行能耗高、城市热岛效应突出等问题，提出一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统及方法，显著降低了制冷能耗，节约了水资源，改善了城市热岛效应。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统，采用如下技术方案：
6.一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统，包括：
7.分布在水库不同深度的多个进水管，多个进水管上分别安装有阀门，多个进水管并联后连接到同一原水输水管上；
8.水处理系统，进水端连接所述原水输水管的出水端；
9.能量回收装置，所述水处理系统的进水端管道经过所述能量回收装置的冷端，出水端管道经过所述能量回收装置的热端；
10.板式换热器，所述水处理系统出水端管道经过所述能量回收装置的热端后，经过所述板式换热器的冷端；
11.制冷机组，其循环管道经过所述板式换热器的热端；
12.空调装置，与所述制冷机组连接。
13.进一步的，所述原水输水管上安装有原水输水泵。
14.进一步的，所述水处理系统的进水端管道包括并联的两根管道，一根管道直接连接所述原水输水管，另一根管道经过所述能量回收装置的冷端后连接所述原水输水管；直接连接所述原水输水管的管道上安装有第四阀门，另一根管道上安装有第六阀门。
15.进一步的，所述水处理系统包括与所述原水输水管连接的配水井以及与所述配水井通过配水井出水管连接的水处理装置。
16.进一步的，所述水处理装置的水处理设施出水管分为两根管道，一根管道连接清水池，另一根管道经过所述能量回收装置的热端后再经过所述板式换热器的冷端；连接清水池的管道上安装有第五阀门，另一根管道上安装有第七阀门。
17.进一步的，经过所述能量回收装置的热端后再经过所述板式换热器冷端的管道的出水口与所述清水池的进水口连接；所述清水池的出水口连接有供水管，所述供水管上安装有供水泵。
18.进一步的，制冷机组包括串联的多个，进入所述板式换热器热端的管道上安装有冷却水循环泵。
19.进一步的，所述空调装置中的循环管道经过所述制冷机组的冷端。
20.进一步的，所述空调装置中的循环管道上安装有冷冻水循环泵。
21.为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的方法，采用如下技术方案：
22.一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的方法，采用了如第一方面中所述的利用水库源水实现水冷联供的系统，包括：
23.开启多个进水管中深度最深的一根进水管上的阀门，关闭其他进水管上的阀门以及关闭第四阀门和第五阀门，开启第六阀门和第七阀门；水库底层水源水在原水输水泵的驱动作用下，通过原水输水管进入能量回收装置，驱动来自水处理装置的清水进入板式换热器，进入板式换热器的清水与制冷机组进行热量交换，升温后的清水进入清水池，供水泵抽取清水池内清水通过供水管向居民供水；
24.在板式换热器内，循环冷却水回水从制冷机组的冷凝器吸收的热量释放至清水中，水温降低，通过循环冷却水供水管和循环冷却水入户管依次进入多个制冷机组的冷凝器，吸收冷冻水侧的热量，水温升高，在冷却水循环泵的驱动下，通过循环冷却水出户管和循环冷却水回水管返回至板式换热器，循环流动；
25.来自空调装置的回水在冷冻水循环泵的驱动下，通过冷冻水回水管分别进入多个制冷机组的蒸发器进行冷却，降温后通过冷冻水供水管返回空调装置进行供冷。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.1、本发明中在水库不同深度的多个进水管实现水源的供水，可以采用水库底层水作为冷源实现制冷机组高效运行，大幅降低空调运行能耗；水处理系统的进水端管道经过能量回收装置的冷端，出水端管道经过所述能量回收装置的热端，可以利用输水剩余压能驱动循环水流动，节省电能，同时，水处理系统进水管道和出水管经过能量回收装置，可以提高对源水冷能的利用率；水处理系统出水端管道经过能量回收装置后再经过板式换热器的冷端，制冷机组的循环管道经过板式换热器的热端，实现对制冷机组的冷能供应，制冷机组连接空调装置实现水冷联供，供水和供冷共享一套输水管，无需安装冷却塔，改善了城市热岛效应，节约水资源。
28.2、本发明中制冷机组采用多级串联形式，实现循环冷却水大温差运行，降低输送能耗，提高供冷能力。
附图说明
29.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
30.图1为本发明实施例1的结构示意图；
31.其中，1、温度分层型水库；2、能量回收装置；3、配水井；4、水处理装置；5、清水池；6、板式换热器；7、第一制冷机组；8、第二制冷机组；9、第三制冷机组；10、空调装置；p1、原水输水泵；p2、供水泵；p3、冷却水循环泵；p4、冷冻水循环泵；l1、原水输水管；l2、配水井出水管；l3、水处理设施出水管；l4、供水管；l5、循环冷却水供水管；l6、循环冷却水回水管；l7、循环冷却水入户管；l8、循环冷却水出户管；l9、冷冻水供水管；l10、冷冻水回水管；v1、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。
具体实施方式
32.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
33.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.实施例1：
35.如图1所示，本实施例提供了一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统，包括水库1、能量回收装置3、配水井2、水处理装置4、清水池5、板式换热器6、第一制冷机组7、第二制冷机组8、第三制冷机组9、空调装置10、原水输水泵p1、供水泵p2、冷却水循环泵p3、冷冻水循环泵p4、原水输水管 l1、配水井出水管l2、水处理设施出水管l3、供水管l4、循环冷却水供水管l5、循环冷却水回水管l6、循环冷却水入户管l7、循环冷却水出户管l8、冷冻水供水管l9、冷冻水回水管l10、第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4、第五阀门v5和第六阀门v6；
36.水源供给部分包括分布在温度分层型水库1不同深度的多个进水管，多个进水管上分别安装有阀门，多个进水管并联后连接到同一原水输水管上l1；本实施例中，所述温度分层型水库无内源污染，所述温度分层型水库采用分层取水方式，夏季底层取水，水温一般可达到8℃～12℃；进水管可以设置为3个，分别布设在所述水库1的上端、中间和下端位置；
37.本实施例水冷联供的系统设置有水处理系统，所述水处理系统的进水端连接所述原水输水管l1的出水端；
38.所述水处理系统的进水端管道经过所述能量回收装置2的冷端，出水端管道经过所述能量回收装置2的热端；本实施例中，所述能量回收装置2可以设置为换热器等常规装置，可以实现对流管道内冷能和热能的交换；所述能量回收装置2回收过程，可以利用输水剩余压能驱动水处理装置2出水在板式换热器6内循环流动；
39.所述水处理系统出水端管道经过所述能量回收装置2的热端后，经过所述板式换热器6的冷端；
40.所述第一制冷机组7、所述第二制冷机组8和所述第三制冷机组9串联后构成制冷机组，所述制冷机组的循环管道经过所述板式换热器6的热端；
41.所述空调装置10与所述制冷机组连接。
42.需要说明的是，本实施例中，所述冷端可以理解为管道中物料温度较低的一端，工作时作为冷能提供端；所述热端可以理解为管道中物料温度较高的一端，工作时作为冷能被提供端；
43.具体的，本实施例中，在水库不同深度的多个进水管实现水源的供水，可以采用水库底层水作为冷源实现制冷机组高效运行，大幅降低空调运行能耗；水处理系统的进水端管道经过能量回收装置的冷端，出水端管道经过所述能量回收装置的热端，可以利用输水剩余压能驱动循环水流动，节省电能，同时，水处理系统进水管道和出水管经过能量回收装置，可以提高对源水冷能的利用率；水处理系统出水端管道经过能量回收装置后再经过板式换热器的冷端，制冷机组的循环管道经过板式换热器的热端，实现对制冷机组的冷能供应，制冷机组连接空调装置实现水冷联供，无需安装冷却塔，改善了城市热岛效应，节约水资源。
44.所述原水输水管l1上安装有原水输水泵p1，所述原水输水泵p1实现将说书水库1中的水源抽入系统内。
45.所述水处理系统的进水端管道包括并联的两根管道，一根管道直接连接所述原水输水管l1，另一根管道经过所述能量回收装置2的冷端后连接所述原水输水管l1；直接连接所述原水输水管l1的管道上安装有第四阀门v4，另一根管道上安装有第六阀门v6；具体的，在冷能供给要求较高时，关闭所述第四阀门v4，打开所述第六阀门v6，水源经过水处理系统后再次进入所述能量回收装置2，在所述能量回收装置2中吸收第一次进入所述能量回收装置2中水源的冷能，提高了对冷能的领用率，避免了在所述水处理系统中冷能的损失。
46.所述水处理系统可以包括与所述原水输水管l1连接的配水井3以及与所述配水井3通过配水井出水管l2连接的水处理装置4；所述配水井3作用可以是分配原水，在污水处理中，通常设置在沉砂池之后，生物处理系统之前，其作用是收集污水，减少流量变化给处理系统带来冲击，污水经过沉砂池后，首先流到配水井，达到一定容量后，将污水均匀分配给下一级构筑物进行处理；水处理装置4可以用于但不限于混凝、沉淀和过滤。
47.所述水处理装置4的水处理设施出水管l3分为两根管道，一根管道连接所述清水池5，另一根管道经过所述能量回收装置2的热端后再经过所述板式换热器6的冷端；连接所述清水池5的管道上安装所述第五阀门v5，另一根管道上安装所述第七阀门v7；具体的，在需要供冷时，关闭所述第五阀门v5，打开所述第七阀门v7，保证水源进入所述能量回收装置2和所述板式换热器6；当不需要供冷时，打开所述第五阀门v5，关闭所述第七阀门v7，水源经过所述水处理系统后直接排入所述清水池5。
48.经过所述能量回收装置2的热端后再经过所述板式换热器6冷端的管道的出水口与所述清水池5的进水口连接；所述清水池5的出水口连接有供水管l4，所述供水管l4上安装有供水泵p2；具体的，所述供水管l4为用户提供清水，所述供水泵p2提供动力。
49.制冷机组包括串联的多个，进入所述板式换热器6热端的管道上安装有冷却水循环泵。述空调装置10中的循环管道经过所述制冷机组的冷端；所述空调装置10中的循环管道上安装有冷冻水循环泵p4。
50.本实施例的一种工作方法或过程为：
51.关闭第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4、第五阀门v5、第八阀门 v8、第九阀门v9和第十阀门v10，开启第一阀门v1、第六阀门v6和第七阀门v7，水库1底层水源水在原水输水泵p1的驱动作用下，通过原水输水管l1 进入能量回收装置2，驱动来自水处理设施4的清水进入板式换热器6与第一制冷机组7、第二制冷机组8和第三制冷机组9进行热量交换，升温后的清水进入清水池，供水泵p2抽取清水池5内清水通过供水管l4向居民供水。
52.在板式换热器6内循环冷却水回水将从第一制冷机组7、第二制冷机组8和第三制冷机组9的冷凝器吸收的热量释放至清水中，水温降低，通过循环冷却水供水管l5和循环冷却水入户管l7依次进入第一制冷机组7、第二制冷机组8 和第三制冷机组9的冷凝器，吸收冷冻水侧的热量，水温升高，在冷却水循环泵p3的驱动下，通过循环冷却水出户管l8和循环冷却水回水管l6返回至板式换热器6，循环流动；所述循环冷却水供水管l5和所述循环冷却水回水管l6 可以采用现状供热管网或新建管网。
53.来自空调装置10的回水在冷冻水循环泵p4的驱动下，通过冷冻水回水管 l10分别进入第一制冷机组7、第二制冷机组8和第三制冷机组9的蒸发器进行冷却，降温后通过冷冻水供水管l9返回空调装置10进行供冷。
54.实施例2：
55.本实施例提供了一种利用温度分层型水库源水实现水冷联供的方法，采用了如实施例1所述的利用温度分层型水库源水实现水冷联供的系统，包括：
56.开启多个进水管中深度最深的一根进水管上的阀门，关闭其他进水管上的阀门以及关闭第四阀门v4和第五阀门v5，开启第六阀门v6和第七阀门v7；水库底层水源水在原水输水泵p1的驱动作用下，通过原水输水管l1进入能量回收装置2，驱动来自水处理装置4的清水进入板式换热器6，进入板式换热器 6的清水与制冷机组进行热量交换，升温后的清水进入清水池5，供水泵p2抽取清水池5内清水通过供水管l4向居民供水；
57.在板式换热器6内，循环冷却水回水从制冷机组的冷凝器吸收的热量释放至清水中，水温降低，通过循环冷却水供水管l5和循环冷却水入户管l7依次进入多个冷机组的冷凝器，吸收冷冻水侧的热量，水温升高，在冷却水循环泵 p3的驱动下，通过循环冷却水出户管l8和循环冷却水回水管l6返回至板式换热器6，循环流动；
58.来自空调装置10的回水在冷冻水循环泵p4的驱动下，通过冷冻水回水管 l10分别进入多个冷机组的蒸发器进行冷却，降温后通过冷冻水供水管l9返回空调装置10进行供冷。
59.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。