本發(fā)明涉及空調制冷系統(tǒng)技術領域，更具體地說，涉及一種高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法。

背景技術：

為了降低空調系統(tǒng)能耗，目前，越來越多的系統(tǒng)在過渡季節(jié)及冬季直接采用冷卻塔直接供冷，即自由冷卻供冷系統(tǒng)。其工作原理為：在過渡季節(jié)及冬季，室外環(huán)境溫度較低，直接利用這些低溫的室外空氣把冷卻水降溫至較低的溫度，然后通過換熱器進行換熱，把冷凍水降至目標溫度，為空調末端提供冷凍水。由于冷卻塔降溫效率是冷水主機降溫效率的15-25倍，因此由冷卻塔供冷會大大提高了空調系統(tǒng)供冷效率，節(jié)省空調能耗。

而目前大部分自由冷卻系統(tǒng)都是利用冷卻塔通過換熱器把冷凍水降溫至目標溫度后直接為空調末端提供冷凍水。但由于冷卻水溫度直接受限于室外濕球溫度，當室外濕球溫度較高時，直接由自由冷卻系統(tǒng)供冷將無法滿足系統(tǒng)溫度要求，從而導致自由冷卻系統(tǒng)無法運行。比如，換熱器(5)的冷凍水出水溫度t1大于冷凍水系統(tǒng)設定的目標溫度t0時，即當t1>t0時，自由冷卻系統(tǒng)將無法供冷。其實在換熱器(5)的冷凍水出水溫度t1大于冷凍水系統(tǒng)設定的目標溫度t0但小于冷凍水回水總管溫度th，即th>t1>t0時，自由冷卻系統(tǒng)仍然有一定的供冷能力的，但由于現(xiàn)有系統(tǒng)的原因導致無法充分發(fā)揮冷卻塔的供冷能力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法，解決了現(xiàn)有技術中冷卻塔的供冷能力無法充分發(fā)揮的問題。

本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是：一種高效制冷系統(tǒng)，包括用于自然冷卻制冷的第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和被制冷的末端設備，所述第一自由冷卻塔循環(huán)裝置與所述末端設備之間設置有用于在所述第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和所述末端設置之間進行熱交換的換熱器，所述高效制冷系統(tǒng)還包括第二自由冷卻塔循環(huán)裝置，在所述第二自由冷卻塔循環(huán)裝置與所述末端設備之間設置有用于制備冷凍水的冷水主機，所述換熱器上連接有設置在所述換熱器與所述末端設備之間的第一出水管，所述冷水主機上連接有設置在所述冷水主機與所述末端設備之間的第二出水管，所述第一出水管和所述第二出水管上分別對應設置有第一冷凍水循環(huán)泵和第二冷凍水循環(huán)泵，所述第一出水管與所述第二出水管之間連通有分支管，在所述分支管上設置有第一調節(jié)閥，所述第二出水管上還設置有第二調節(jié)閥。

在本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)中，所述第一出水管上設置有用于檢測所述換熱器的冷凍水的出水溫度的第一溫度傳感器。

在本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)中，所述第一出水管與所述第二出水管在第一交連點處交互連通，在所述第一交連點與所述末端設備之間還設置有冷凍水出水總管，且所述冷凍水出水總管分別與所述第一出水管和所述第二出水管相互連通，在所述冷凍水出水總管上設置有用于檢測冷凍水出水總管溫度的第二溫度傳感器。

在本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)中，所述換熱器上還連接有設置在所述換熱器與所述末端設備之間的第一回水管，所述冷水主機上還連接有設置在所述冷水主機與所述末端設備之間的第二回水管，所述第一回水管與所述第二回水管在第二交連點處交互連通，在所述第二交連點與所述末端設備之間還設置有冷凍水回水總管，且所述冷凍水回水總管分別與所述第一回水管和所述第二回水管相互連通，在所述冷凍水回水總管上設置有用于檢測冷凍水回水總管溫度的第三溫度傳感器。

在本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)中，所述高效制冷系統(tǒng)還包括用于檢測室外溫濕度的溫濕度傳感器。

在本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)中，所述高效制冷系統(tǒng)還包括分別與所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器、溫濕度傳感器、第一調節(jié)閥、第二調節(jié)閥、第一冷凍水循環(huán)泵以及第二冷凍水循環(huán)泵以通訊方式連接的控制器。

本發(fā)明還提供了上述的高效制冷系統(tǒng)的制冷方法，包括：

獲取室外濕球溫度；

當確定室外濕球溫度≤第一閾值時，則開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和換熱器；

當確定室外濕球溫度＞第一閾值時，則同時開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器、第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機。

在本發(fā)明的制冷方法中，當確定室外濕球溫度≤第一閾值時，開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和換熱器后，還包括：

開啟第一冷凍水循環(huán)泵；

獲取換熱器的第一出水管的冷凍出水溫度t1，

確定換熱器的第一出水管的冷凍出水溫度t1≤第二閾值時，則使第一調節(jié)閥處于關閉狀態(tài)。

在本發(fā)明的制冷方法中，當確定換熱器的第一出水管的冷凍出水溫度t1≤第二閾值時，還包括：

獲取末端設備的冷凍水回水溫度th；

確定末端設備的冷凍水回水溫度th＞第三閾值時，則開啟第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機，使第二調節(jié)閥和第二冷凍水循環(huán)泵均處于開啟狀態(tài)。

在本發(fā)明的制冷方法中，當確定室外濕球溫度＞第一閾值，同時開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器、第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機后，還包括：

開啟第一冷凍水循環(huán)泵；

獲取換熱器的第一出水管的冷凍出水溫度t1，

確定換熱器的第一出水管的冷凍出水溫度t1＞第二閾值且同時＜末端設備的冷凍水回水溫度th時，則同時使第一調節(jié)閥和第二調節(jié)閥處于打開狀態(tài)，使第一冷凍水循環(huán)泵處于關閉狀態(tài)，使第二冷凍水循環(huán)泵處于打開狀態(tài)。

實施本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法，具有以下有益效果：本發(fā)明高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法除了能夠保證原有系統(tǒng)在t1≤t0時能夠正常供冷外，還能夠使得th>t1>t0時，依然可以正常供冷，充分發(fā)揮冷卻塔的供冷能力，延長自由冷卻系統(tǒng)供冷時間，提高自由冷卻系統(tǒng)利用率，提高整個空調系統(tǒng)供冷效率，節(jié)省空調系統(tǒng)運行能耗；同時提高了自由冷卻系統(tǒng)供冷運行溫度范圍，即由原來的t1≤t0提高到t1<th(其中th>t0)；且在實際運行過程中，不管t1如何變化，都可以通過調節(jié)第一調節(jié)閥及第二調節(jié)閥實現(xiàn)自由冷卻與冷水主機聯(lián)合供冷，并保證冷凍水供水總管溫度t0達到目標溫度，既可以充分發(fā)揮自由冷卻供冷能力，又能保證冷凍水供冷溫度穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法作進一步說明：

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，高效制冷系統(tǒng)包括用于自然冷卻制冷的第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和被制冷的末端設備(圖中未標示)。該第一自由冷卻塔循環(huán)裝置具體包括第一冷卻塔1和在第一冷卻塔1的出水管101上設置的第一冷卻水循環(huán)泵3。末端設備是指末端空調等被供冷凍水進而供用戶直接使用的供冷裝置。

在第一自由冷卻塔循環(huán)裝置與末端設備之間設置有用于在第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和末端設置之間進行熱交換的換熱器5。具體地，第一冷卻塔1與換熱器5之間通過第一冷卻塔1的出水管101和第一冷卻塔1的回水管102實現(xiàn)交互連接。

高效制冷系統(tǒng)還包括第二自由冷卻塔循環(huán)裝置，同樣地，第二自由冷卻塔循環(huán)裝置具體包括第二冷卻塔2和在第二冷卻塔2的出水管201上設置的第二冷卻水循環(huán)泵4。

在第二自由冷卻塔循環(huán)裝置與末端設備之間設置有用于制備冷凍水的冷水主機6，具體地，第二冷卻塔2與冷水主機6之間通過第二冷卻塔2的出水管201和第二冷卻塔2的回水管202實現(xiàn)交互連接。冷水主機6與第一冷卻塔1和第二冷卻塔2不同，第一冷卻塔1和第二冷卻塔2是靠外界環(huán)境的低溫制冷，而冷水主機6需要動力，如電力等使其實現(xiàn)制冷。

換熱器5上連接有設置在換熱器5與末端設備之間的第一出水管51以及設置在換熱器5與末端設備之間的第一回水管52。在冷水主機6上連接有設置在冷水主機6與末端設備之間的第二出水管61以及設置在冷水主機6與末端設備之間的第二回水管62。

在第一出水管51和第二出水管61上分別對應設置有第一冷凍水循環(huán)泵9和第二冷凍水循環(huán)泵10。在第一出水管51與第二出水管61之間連通有分支管71，在分支管71上設置有第一調節(jié)閥7，第二出水管51上還設置有第二調節(jié)閥8。在第一出水管51上設置有用于檢測換熱器5的冷凍水的出水溫度的第一溫度傳感器11。

第一出水管51與第二出水管61在第一交連點100處交互連通，在第一交連點100與末端設備之間還設置有冷凍水出水總管30，且冷凍水出水總管30分別與第一出水管51和第二出水管61相互連通，而冷凍水出水總管30遠離第一交連點100的一端與末端設備相連。在冷凍水出水總管30上設置有用于檢測冷凍水出水總管溫度的第二溫度傳感器12。

第一回水管52與第二回水管62在第二交連點200處交互連通，在第二交連點200與末端設備之間還設置有冷凍水回水總管40，且冷凍水回水總管40分別與第一回水管52和第二回水管62相互連通，而冷凍水回水總管40遠離第二交連點200的一端與末端設備相連。在冷凍水回水總管40上設置有用于檢測冷凍水回水總管溫度的第三溫度傳感器13。

高效制冷系統(tǒng)還包括用于檢測室外溫濕度的溫濕度傳感器14、以及分別與第一溫度傳感器11、第二溫度傳感器12、第三溫度傳感器13、溫濕度傳感器14、第一調節(jié)閥7、第二調節(jié)閥8、第一冷凍水循環(huán)泵9以及第二冷凍水循環(huán)泵10以通訊方式連接的控制器15。控制器15除了控制上述裝置之外，還用于將溫濕度傳感器14所測的溫度濕度計算轉換為濕球溫度。其通訊方式可以是有線通信連接，也可以是無線通信連接。

本發(fā)明還提供了上述的高效制冷系統(tǒng)的制冷方法，該制冷方法包括：

獲取室外濕球溫度；

當確定室外濕球溫度≤第一閾值時，則開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和換熱器5；

當確定室外濕球溫度＞第一閾值時，則同時開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5、第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機6。

其中，室外濕球溫度≤第一閾值的情況通常是指在冬季，室外溫度足夠低；而室外濕球溫度＞第一閾值的情況通常是指在過渡季節(jié)，室外溫度相對較高，冷卻水供水溫度也較高。

當確定室外濕球溫度≤第一閾值時，開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置和換熱器5后，還包括：

開啟第一冷凍水循環(huán)泵9；

獲取換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1，

確定換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1≤第二閾值時，則使第一調節(jié)閥7處于關閉狀態(tài)。

第二閾值是指目標供水溫度，該目標供水溫度即到達末端設備的冷凍水的溫度。因此，當t1≤第二閾值時，使第一調節(jié)閥7處于關閉狀態(tài)，僅由第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5、第一冷凍水循環(huán)泵9為末端設備提供冷凍水即可。

當確定換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1≤第二閾值時，還包括：

獲取末端設備的冷凍水回水溫度th；

確定th＞第三閾值時，則開啟第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機6，使第二調節(jié)閥8和第二冷凍水循環(huán)泵10均處于開啟狀態(tài)。

th＞第三閾值的情況是指單純開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5和第一冷凍水循環(huán)泵9，無法滿足整個系統(tǒng)負荷要求的情況。此時則需開啟第二自由冷卻塔循環(huán)裝置、冷水主機6、第二調節(jié)閥8和第二冷凍水循環(huán)泵10，同時供冷。其中，第三閾值優(yōu)選是7-12℃，但其它溫度也在本發(fā)明保護范圍之內。

當確定室外濕球溫度＞第一閾值，同時開啟第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5、第二自由冷卻塔循環(huán)裝置和冷水主機6后，還包括：

開啟第一冷凍水循環(huán)泵9；

獲取換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1，

確定換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1＞第二閾值且同時＜th時，則同時使第一調節(jié)閥7和第二調節(jié)閥8處于打開狀態(tài)，使第一冷凍水循環(huán)泵9處于關閉狀態(tài)，使第二冷凍水循環(huán)泵10處于打開狀態(tài)。

也就是說，在過渡季節(jié)，當室外溫度相對較高，冷卻水供水溫度也較高，從而導致?lián)Q熱器5的冷凍水出水溫度t1大于第二閾值，即目標供水溫度，但只要t1小于末端設備的冷凍水回水溫度th，即t1<th，此時需由第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5與冷水主機6進行聯(lián)合供冷。第一調節(jié)閥7及第二調節(jié)閥8均開啟，但第一冷凍水循環(huán)泵9關閉，換熱器5的冷凍水出水將經(jīng)過第一調節(jié)閥7，由第二冷凍水循環(huán)泵10加壓送至末端設備。

需要說明的是，上述室外溫濕度、換熱器5的第一出水管51的冷凍出水溫度t1、末端設備的冷凍水回水溫度th可以分別由溫濕度傳感器14、第一溫度傳感器11、第三溫度傳感器13獲取，并發(fā)送至控制器15，控制器15需要根據(jù)室外的溫濕度進行計算得到室外的濕球溫度，控制器15獲取上述溫度并進行判斷，進而對第一自由冷卻塔循環(huán)裝置、第二自由冷卻塔循環(huán)裝置、換熱器5、冷水主機6、第一調節(jié)閥7、第二調節(jié)閥8、第一冷凍水循環(huán)泵9、第二冷凍水循環(huán)泵10進行控制調節(jié)。在其它實施例也可以人工控制調節(jié)。

本發(fā)明高效制冷系統(tǒng)及其制冷方法除了能夠保證原有系統(tǒng)在t1≤t0時能夠正常供冷外，還能夠使得th>t1>t0時，依然可以正常供冷，充分發(fā)揮冷卻塔的供冷能力，延長自由冷卻系統(tǒng)供冷時間，提高自由冷卻系統(tǒng)利用率，提高整個空調系統(tǒng)供冷效率，節(jié)省空調系統(tǒng)運行能耗；同時提高了自由冷卻系統(tǒng)供冷運行溫度范圍，即由原來的t1≤t0提高到t1<th(其中th>t0)；且在實際運行過程中，不管t1如何變化，都可以通過調節(jié)第一調節(jié)閥及第二調節(jié)閥實現(xiàn)自由冷卻與冷水主機聯(lián)合供冷，并保證冷凍水供水總管溫度t0達到目標溫度，既可以充分發(fā)揮自由冷卻供冷能力，又能保證冷凍水供冷溫度穩(wěn)定。

應當理解的是，對本領域技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，但這些改進或變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍之內。