CN201407781Y - 应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，包括冷水机组压缩机、冷凝器、冷却水系统及余热回收系统，在冷凝器前串联有热回收热交换器，热回收热交换器出水端管道处设温度传感器，余热回收系统的保温蓄热水箱内装有监测箱内水位状况的水位传感器，由变频冷却水泵及冷却塔构成的冷却水系统回路中设有温度传感器。根据本应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，可在回收废热制备热水的同时，使冷却水系统也能以恒温方式运行，实现热水水温稳定、冷却水水温稳定、冷凝压力稳定三者兼备的技术目的，并提高中央空调冷水机组的制冷效率，降低能耗的同时又减少热污染，节能环保意义显著。

Description

应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统

技术领域

本实用新型属于节能环保领域，尤其涉及中央空调的余热循环回收系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展，对资源的有效利用和节能、环保，提出了更高的要求。在“十一五”规划中，国家对单位GDP的能源消耗明确提出降低20％，主要的污染排放总量减少10％的目标与要求。

由此可见，节能减排、保护环境已提到基本国策的高度，这不仅是国民经济可持续发展的要求，同时也给企业带来巨大的经济效益和良好的社会效益，是利国利民的举措。

随着我国改革开放和经济发展，我国商业建筑的面积日趋增大，据统计目前已经建成大约40000多幢高级宾馆和写字楼，10000多家大型商场，设有中央空调系统的建筑面积约45亿平方米。根据商业建筑的能耗调查统计，设有空调系统的商业建筑每年的能源消耗费用接近150元/平方米，现有商业建筑每年的能源消耗费用总计就高达225亿元人民币。

而另一方面，我国能源利用率较低，目前仍比先进工业国家要低10多个百分点，单位国民生产总值能耗比先进国家高6～10倍，生产单位产品的能耗比国外高出50％～100％。能源的低效率使用不仅影响到我国的经济建设和发展，也影响到我们赖以生存的环境。中央空调系统作为主要用能技术之一，必须立足于能源合理利用和有效节能措施的基础上。

而常规的中央空调系统主要由制冷剂循环、冷却水循环、冷冻水循环和空气循环组成。在制冷剂循环中，制冷剂吸热蒸发成气态的制冷剂，在压缩机内被压缩成为高温、高压气体；高温高压的气态制冷剂通过排气管，进入冷凝器中被冷却水冷却，还原成高压液体；通过节流阀减压，高压制冷剂变成低压含少量气体的气液混合物；其后，制冷剂在蒸发器内定压(低压)下吸收大量蒸发器里冷冻水的热量，蒸发变成低压的气态制冷剂；气态制冷剂再通过吸气管路再回到压缩机内，如此不断循环。在冷却水循环中，冷却水在冷凝器中吸收了制冷剂的热量后，由冷却水泵送到冷却塔的上部喷下，与逆流上升的空气进行热湿交换，冷却水温度降低，冷却水再由冷却水泵送到冷凝器与制冷剂进行热交换，温度升高，如此循环。空调房间的冷负荷(即热量)通过蒸发器进入制冷剂循环，制冷剂的蒸发热量再通过冷凝器进入冷却水循环，排到大气中去。热量处于一个搬运过程，蒸发热量＝冷凝热量(即Q蒸发＝Q冷凝)。

因此，对于常规空调制冷机，其主要作用是空气调节，空调系统的冷凝热直接排放到大气中未加以利用。制冷机组在空调工况下运行时，向大气环境排放大量的冷凝热，通常冷凝热可达制冷量的1.15～1.3倍。大量的冷凝热直接排入大气，白白散失掉，造成较大的能源浪费，这些热量的散发又使周围环境温度升高，造成严重的环境热污染，产生热岛效应。

综上所述，若将制冷机放出的冷凝热予以回收，用来加热生活热水和生产工艺热水，不但可以减少冷凝热对环境造成的污染，而且还是一种变废为宝的节能方法。

基于上述出发点，目前的中央空调冷凝排热热回收系统，是通过对中央空调冷水机组进行设置，在常规冷凝器前串联一个热回收热交换器(其实就是相当于增加一个冷凝器，此时热量搬运等式变为：Q蒸发＝Q冷凝+Q回收)，将压缩机排出的高温冷媒在通过常规冷凝器进行冷却之前，进行余热回收制备热水，其不仅取得了免费热水，还减少了通过冷却塔排放至大气的热污染，减少热岛效应的产生，有很好的节能环保效益！

然而，常规的中央空调余热回收方式是在热回收热交换器与热回收水箱之间，利用管道和水泵连接，用水泵不断循环加热，使水箱里的水在循环换热过程中逐渐升温，直至达到所需的水温(55--60℃)。该循环式中央空调余热回收方式不可避免地存在以下较为严重的缺陷与问题：

(1)、在热回收的循环换热过程中，热回收水箱的水温要不断循环加热才能达到所需水温，而不能随时达到所需要的水温；

(2)、循环式热回收使水箱的水温不断上升变化，水温始终处于动态变化之中，即水温为变量，使得水体温度不稳定，并且在使用过程中需对水箱补充自来水，又造成水体温度下降，水温不稳定给使用带来不便；

(3)、由于在热回收的循环换热过程中循环水温不断上升，循环水温与压缩机排汽温度间的温差减小，使得(Q回收)冷凝热量变小。而(Q冷凝)冷凝热量则由此变大，导致冷却水温也不断上升变化，致使冷凝压力变化，结果是运行工况不稳定，对冷水机组正常运行有影响。

发明内容

为解决背景技术所提出的技术问题，本实用新型提出一种应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，其是在中央空调系统中实施节能减排的一种系统集成技术。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统的结构由供冷负荷、冷冻泵、冷水机组压缩机、冷凝器、冷却水系统、余热回收系统所构成。其中供冷负荷通过冷冻泵与冷水机组压缩机连接，冷水机组压缩机与冷凝器相接，冷凝器连接冷却水系统，所述的冷凝器与余热回收系统的热回收热交换器相串联，在热回收热交换器出水端管道处设置有温度传感器，通过温度传感器采集温度信息量传输至数据处理器系统，而后与设定水温参数作对比判别，由变频调速器控制热水泵的转速与流量，使热回收热交换器出水端的水温达到设定的温度。所述余热回收系统还包括与热回收热交换器相接的变频热水泵、冷水箱、空气源热水机组及与之相连的保温蓄热水箱，其中所述的保温蓄热水箱内装有监测保温蓄热水箱内水位状况的水位传感器。

进一步的技术措施是，上述的冷却水系统主要由变频冷却水泵以及冷却塔组成，于冷却水系统的回路中设有温度传感器。当利用余热回收生产的热水量大于所需热水量时，需停止余热回收。此时，Q回收＝0，热能搬运等式变为：Q蒸发＝Q冷凝。蒸发热量全部由冷凝器通过冷却水系统排放，冷却水的水温上升，导致冷凝压力不稳定。而此时，通过设置于冷却水系统回路中的温度传感器，采集温度信息量传输至数据处理器系统，而后与设定水温参数作对比判别，由变频调速器控制冷却水泵的转速与流量，使冷却水回水端的水温达到设定的温度。

与现有技术相比，本实用新型的中央空调余热回收系统，采用双变频恒温控制技术，使中央空调在回收废热免费制备恒温高温热水的同时，使冷却水系统也能处于设定的恒温运行，即同时实现热水水温稳定、冷却水水温稳定以及冷凝压力稳定的目的；并且由于处于节能工况运行，运行工况良好，还能提高中央空调冷水机组的制冷效率，延长空调系统设备的使用年限，提高运行效率、降低能耗、减少热污染，节能环保意义显著。具体而言，具有以下实质性特点和显著进步：

1、突破和解决了当前中央空调余热回收循环加热生产热水过程中，需循环加热造成热水温度不稳定的问题，由直热恒温式替代原循环加温式。

2、突破和解决了当前中央空调余热回收循环加热生产热水过程中，水温不稳定造成空调冷水机组运行冷凝压力不稳定的问题，由变频恒温控制替代原工频升温控制。

3、突破和解决了当前中央空调余热回收循环加热生产热水过程中，热回收、冷却水系统无关联独立运行造成冷却水系统水温不稳定的问题，由双变频恒温控制联动运行系统替代原无关联独立运行系统。

因此，本实用新型创新技术在于使原有传统意义上的中央空调余热回收生产热水的方式发生了根本性改变，可大范围应用于宾馆酒店、医院、学校、工厂和需要同时制冷和制备热水的场所，实用性强，市场前景广阔。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型中央空调余热回收系统的结构示意图。

图中：1、供冷负荷，2、冷冻泵，3、冷水机组压缩机，4、温度传感器，5、冷凝器，6、冷却水系统，601、变频冷却水泵，602、冷却塔，7、余热回收系统，701、热回收热交换器，702、变频热水泵，703、给水管，704、冷水箱，705、空气源热水机组，706，保温蓄热水箱，707、温度传感器，708、水位传感器。

具体实施方式

参照图1所示，本应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，其组成包括供冷负荷1、冷冻泵2、冷水机组压缩机3、冷凝器5、冷却水系统6、余热回收系统7，供冷负荷1经冷冻泵2与冷水机组压缩机3相连，冷水机组压缩机3与冷凝器5相接，冷凝器5连接冷却水系统6，余热回收系统7由热回收热交换器701、变频热水泵702、给水管703、冷水箱704、空气源热水机组705、保温蓄热水箱706构成，在冷凝器5之前串联有一个热回收热交换器701，在热回收热交换器701的出水端管道处设置有温度传感器707，通过采集温度信息量后传输至数据处理器系统，然后与设定的水温参数进行对比判别，再根据此判别结果指令变频传动系统对目标值进行跟踪逼近直至达到目标值；保温蓄热水箱706内装有水位传感器708，该水位传感器708用于监测保温蓄热水箱内的水位状况。冷却水系统6主要由变频冷却水泵601及冷却塔602组成，在冷却水系统6的回路中设有温度传感器4。

本应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，由变频热水泵702将冷水输送到冷水机组压缩机3，再到热回收热交换器701，冷水经热交换器与冷凝器5进行热交换后，输出的水温为设定的水温(如55℃)，直接进入保温蓄热水箱706供使用。具体的操作实现过程以及工作原理如下：

1.采用双变频直热恒温式热回收技术：通过控制流入热回收热交换器701的水流量，使冷水机组压缩机3排出的高温冷凝热能与通过的水流进行最充分的热交换。在热量一定的情况下，水流量与水温是成反比的。即：水流量越大，水温就越低；反之，水流量越小，则水温越高。

2.双变频直热恒温式热回收水温控制：通过在热回收热交换器701的出水端管道设置一温度传感器707，将温度传感器采集到的温度信息量传输到微电脑处理器系统，与设定的水温参数(如设定为55℃)进行对比判别，微电脑处理器系统根据对比判别的结果，然后指令变频传动系统，对目标值进行跟踪逼近，直至达到目标值(即设定值)。

3.保温蓄热水箱706水位控制：在保温蓄热水箱706内装有水位传感器708，当保温蓄热水箱706的热水装满时，水位传感器708将高水位信号传输给数据处理器系统，指令变频热水泵702停止运行，从而停止进行热回收。当水箱里的热水下降到低水位时，水位传感器708将低水位信号传输给数据处理器系统，指令变频热水泵702启动，进行热回收。

4.当进行热回收时，冷水机组压缩机3排出的冷凝热量部分已被热回收热交换器701交换到生活热水里；而另外的部分冷凝热量要进入冷却水系统6中进行冷却，由于冷却水系统6也设有温度传感器4，使得变频冷却水泵601的流量同样可由设定的冷却水回路的水温及循环闭路的温差来控制。当冷却水回路的水温高于设定值(如33℃)时，变频冷却水泵601会提速增大流量；反之会减速，以减少流量。

5.当停止热回收时，冷水机组压缩机3排出的冷凝热量完全进入冷却水系统6。此时，置于冷却水系统6回路的温度传感器4将水温信息量传输给数据处理器系统，数据处理器系统将信息量与设定值(如33℃)进行对比判别，指令变频传动系统，跟踪设定目标值，使冷水机组冷却水温度处于良好的工况条件。

6.双变频直热恒温式热回收，使进入热回收热交换器的水始终是冷水，水温恒定，避免了循环式水温不断升高影响冷水机组压缩机3的工况不断改变的情况，更加利于冷水机组的运行。

本技术通过在常规的冷凝器5前串联一个热回收热交换器701，使得发热量搬运等式变为：Q蒸发＝Q冷凝+Q回收，将压缩机排出的高温冷媒在通过常规冷凝器5进行冷却之前，进行余热回收制备热水，将热回收热交换器701与常规的冷凝器5合二为一，通过直热恒温式温度控制技术，既控制了热回收水的出水温度，使出水水温可在50-60℃之间的范围内自由调节设定，又控制了冷水机组的冷凝压力，同时也适应了热回收负荷与冷却散热负荷的调节需求。

本实用新型技术通过改用双变频恒温控制中央空调余热回收技术系统生产热水，在取消锅炉使用清洁能源的情况下，可直接降低能耗70％以上，同时锅炉废气达到零排放，空调冷却水热污染排放减少30％以上，具有巨大的经济效益和社会效益。

以上内容是结合具体的主要实施方式所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员在不脱离本实用新型构思的前提下，所作出的其他若干技术精确、美化的推演或替换，都应当属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1、一种应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，包括供冷负荷、冷冻泵、冷水机组压缩机、冷凝器、冷却水系统及余热回收系统，所述供冷负荷通过冷冻泵与冷水机组压缩机连接，冷水机组压缩机与冷凝器相接，冷凝器连接冷却水系统，其特征在于：所述的冷凝器与余热回收系统的热回收热交换器相串联，在热回收热交换器出水端管道处设置有通过采集温度信息量后传输至数据处理器系统、而后与设定水温参数作对比判别的温度传感器，所述的余热回收系统还包括与热回收热交换器相接的变频热水泵、由冷水箱、空气源热水机组及与之相连的保温蓄热水箱，其中所述的保温蓄热水箱内装有监测保温蓄热水箱内水位状况的水位传感器。

2、根据权利要求1所述的应用双变频恒温控制技术的中央空调余热回收系统，其特征在于：所述的冷却水系统至少包括变频冷却水泵以及冷却塔，于冷却水系统的回路中设有温度传感器。

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