專利名稱：一種熱環境控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱環境控制系統，特別是關于一種適用于高顯熱散熱密度空間的熱環境控制系統。
背景技術：
以信息機房為代表的高顯熱散熱密度空間(顯熱比大于0. 9，設備發熱密度為 500 2000W/m2)對室內的熱環境控制要求較高。現有的熱環境控制技術包括壓縮機制冷與自然制冷。使用壓縮機制冷，需要全年開啟壓縮機，要求無論室外環境溫度如何變化，壓縮機始終承擔全部顯熱負荷，由于壓縮比固定，即使當室外環境溫度較低時壓縮機功耗依然沒有明顯降低，導致機房空調全年運行能耗偏高。自然制冷包括自然通風，空氣-空氣換熱器，熱管排熱，載冷劑換熱等技術，但都是在特定室外工況下通過切換制冷模式，關閉壓縮機實現自然冷卻，當室外環境不能滿足要求時又重新開啟壓縮機進行機械制冷，不能實現在不同室外工況下機械制冷和自然冷卻的連續轉換調節。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種適用于高顯熱散熱密度空間的熱環境控制系統，其可以有效地減少在降低環境顯熱過程中壓縮機的功耗。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種熱環境控制系統，包括冷卻塔， 冷卻塔風機，水泵，冷卻塔出水管，冷卻塔回水管，由冷凝器、壓縮機、節流裝置和蒸發器組成的制冷劑循環系統，低溫冷凍水管，高溫冷凍水管，兩個水-熱管換熱器，兩路空氣-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器連接其中一水-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器為并聯設置的多個，所述兩個水-熱管換熱器串聯連接在所述低溫冷凍水管與所述高溫冷凍水管之間，所述冷卻塔下部設置有室外空氣進口，所述蒸發器與相鄰的一所述水-熱管換熱器之間設置有一水泵；其特征在于所述蒸發器殼體進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述高溫冷凍水管；所述冷凝器殼體進口連接所述高溫冷凍水管，出口連接所述冷卻塔回水管。所述冷卻塔內設置有換熱盤管，所述換熱盤管進口連接所述冷卻塔回水管，出口連接所述冷卻塔出水管；所述噴淋塔下部與所述冷卻塔頂部的噴淋管之間設置有一噴淋供
水管和一水泵。所述室外空氣進口設置有空氣預冷換熱器，所述空氣預冷換熱器的換熱管進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述冷卻塔頂部的噴淋管。所述制冷劑循環系統為并聯設置的多個，各所述制冷劑循環系統的冷凝器殼體通過管路串聯，各所述制冷劑循環系統的蒸發器殼體通過管路串聯。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由于將制冷劑循環系統的蒸發器的殼體進、出口分別連接冷卻塔出水管和高溫冷凍水管，將所述冷凝器殼體的進、出口分別連接高溫冷凍水管和冷卻塔回水管，因此將室內顯熱負荷全部由本發明設置
3的冷水循環回路承擔，只有當冷卻塔出水溫度較高時才需要通過壓縮機將冷卻塔出水冷卻至設定溫度，因此有效地降低了壓縮機承擔的負荷。2、本發明設置的系統在室內顯熱的控制中，當室外空氣溫度較低時，如果冷卻塔出水管溫度比較接近甚至低于冷凍水的設定溫度，可以關閉壓縮機，只依靠冷卻水循環回路完成吸熱和排熱，因此實現了低能耗的熱環境控制。3、本發明由于在系統中設置了多組并聯的冷卻劑循環系統，因此可以進一步提高了壓縮機的效率，并根據室外環境的變化調整壓縮機運行的臺數，均勻分配壓縮機負荷，從而實現了機械制冷和自然冷卻的連續調節轉換。本發明對現有技術的改變不大，但是節能效果和降低設備損耗效果明顯，它可以廣泛用于各種熱環境的調節控制中，特別是高顯熱散熱密度空間的調節控制中。
圖1是現有技術中的空調系統示意2是本發明實施例1結構示意3是本發明實施例2結構示意4是本發明實施例3結構示意5是本發明實施例4結構示意圖
具體實施例方式為了能夠清楚地了解本發明提供的熱環境控制系統，首先介紹一下現有技術中的空調系統。如圖1所示，現有技術的空調系統中包括冷卻塔1，冷卻塔風機2，水泵3，室外空氣進口 4，冷卻塔出水管5，冷卻塔回水管6，冷凝器7，壓縮機8，節流裝置9，制冷劑10，蒸發器 11，低溫冷凍水管12，高溫冷凍水管13，兩個串聯的水-熱管換熱器14、15，兩路空氣-熱管換熱器16、17和室內熱源(例如服務器機柜等)18。其中一路多個空氣-熱管換熱器16并聯連接水-熱管換熱器14，另一路多個空氣-熱管換熱器17并聯連接水-熱管換熱器15，熱源18設置在由各熱管換熱器14、15、16、 17圍設的空間內；其中制冷劑10在冷凝器7、壓縮機8、蒸發器11和節流裝置9組成的制冷劑循環系統中流動；其中冷卻塔1、水泵3、冷卻塔出水管5、冷凝器7殼體和冷卻塔回水管 6連接形成一冷卻水循環回路；低溫冷凍水管12，蒸發器11殼體、兩個水-熱管換熱器14、 15和高溫冷凍水管13連接形成一冷凍水循環回路。在蒸發器11與水-熱管換熱器14之間連接有一水泵19，水泵19用于控制循環水流量。室內熱源18散發的熱量經由空氣-熱管換熱器16送入水-熱管換熱器14，同時經由空氣-熱管換熱器17送入水-熱管換熱器15，通過冷凍水循環回路傳遞到蒸發器11， 再通過壓縮機8做功，經由冷凝器7通過冷卻水循環回路傳遞到冷卻塔1，熱氣通過冷卻塔風機2散熱到室外大氣環境中，落入冷卻塔1底部的水繼續循環。現有技術的空調系統由于壓縮機7承擔的熱負荷大，全年走在高壓縮比工況下，制冷效率低，功耗大。下面結合附圖和實施例對本發明提供的熱環境控制系統進行介紹。實施例1 如圖2所示，本實施例提供的熱環境控制系統與現有技術的空調系統區別在于將制冷劑循環系統的冷凝器7殼體的進口連接高溫冷凍水管13，出口連接冷卻塔回水管6 ； 將制冷劑循環系統的蒸發器11殼體的進口連接冷卻塔出水管5，出口連接連接低溫冷凍水管12，從而形成一開放的冷水塔串聯冷水循環機組。本實施例操作時，通常情況下不用啟動制冷劑循環系統的壓縮機8，室內熱源18 散發的熱量經由空氣-熱管換熱器16送入水-熱管換熱器14，同時經由空氣-熱管換熱器 17送入水-熱管換熱器15，并通過本發明設置的冷卻塔串聯冷水循環機組將熱源的顯熱負荷帶走，通過冷卻塔1排入室外大氣。只有當冷卻塔出水管5超過設定溫度時，壓縮機8才開啟，經由蒸發器11將冷卻塔出水管5冷卻至設定溫度的冷凍水12，依次流經水-熱管換熱器14、15，帶走室內全部熱量后變為高溫冷凍水管13，經由冷凝器7加熱至高溫冷卻塔回水管6，再進入冷卻塔1排熱，完成循環。實施例2 如圖3所示，本實施例提供的熱環境控制系統與實施例1之間的區別在于在冷卻塔的室外空氣進口 4處設置空氣預冷換熱器20，空氣預冷換熱器20的換熱管進口連接冷卻塔出水管5，出口連接冷卻塔1頂部的噴淋管。本實施例工作時，與實施例1基本相同，不同之處是室外空氣4需要先通過空氣預冷換熱器20預冷后再進入冷卻塔1內，以使冷卻塔1的出水溫度接近空氣露點溫度。這樣在相同室外工況條件下，本實施例可以進一步降低壓縮機8承擔的負荷，進一步減小壓縮機8的制冷功耗。實施例3 如圖4所示，本實施例提供的熱環境控制系統與實施例1之間的區別在于在冷卻塔1內設置有螺旋盤繞或回轉成排的換熱盤管21，并將換熱盤管21進口連接冷卻塔回水管6，出口連接冷卻塔出水管5，進而形成一封閉的冷卻塔串聯式冷水循環機組。同時在冷卻塔1下部引出一噴淋供水管22和一水泵23，向冷卻塔1頂部的噴淋管供水。本實施例工作時，與實施例1基本相同，不同之處是循環工作的冷水是經由盤管 21進入冷卻塔1，再與噴淋塔1內的空氣、噴淋水換熱，這樣可以有效地改善水質在開式的冷卻塔1內引發的換熱器管路結垢等不利情況，始終保持冷卻水循環流路的暢通。實施例4 如圖5所示，本實施例提供的熱環境控制系統與實施例1或實施例2或實施例3 之間的區別在于在開放的或封閉的冷卻塔串聯式冷水循環機組中并聯設置有多個制冷劑循環系統。各制冷劑循環系統中的冷凝器7殼體通過管路串聯，各制冷劑循環系統中的蒸發器11殼體通過管路串聯。這樣可以使每臺壓縮機8保持相近的壓縮比和工作溫差，進一步提高了壓縮機8的效率；同時可以根據室外環境(冷卻塔出水管5溫度)的變化，或者根據蒸發器11的入水溫度的變化，自動調整壓縮機8運行臺數，均勻分配負荷，實現機械制冷和自然冷卻的連續調節轉換。本實施例工作時，當室外空氣溫度較低時，如果冷卻塔出水管5溫度比較接近、甚至低于冷凍水12的設定溫度，或者蒸發器11的入水溫度低于設定溫度時，可以關閉壓縮機 8，只依靠冷卻水循環回路完成吸熱和排熱，實現低能耗的熱環境控制。上述各實施例僅用于說明本發明，其中各實施例中的結構設置和連接不但可以有所變化，而且可以交叉結合使用，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，
5均不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種熱環境控制系統，包括冷卻塔，冷卻塔風機，水泵，冷卻塔出水管，冷卻塔回水管，由冷凝器、壓縮機、節流裝置和蒸發器組成的制冷劑循環系統，低溫冷凍水管，高溫冷凍水管，兩個水-熱管換熱器，兩路空氣-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器連接其中一水-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器為并聯設置的多個，所述兩個水-熱管換熱器串聯連接在所述低溫冷凍水管與所述高溫冷凍水管之間，所述冷卻塔下部設置有室外空氣進口，所述蒸發器與相鄰的一所述水-熱管換熱器之間設置有一水泵；其特征在于 所述蒸發器殼體進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述高溫冷凍水管；所述冷凝器殼體進口連接所述高溫冷凍水管，出口連接所述冷卻塔回水管。
2.如權利要求1所述的熱環境控制系統，其特征在于所述室外空氣進口設置有空氣預冷換熱器，所述空氣預冷換熱器的換熱管進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述冷卻塔頂部的噴淋管。
3.如權利要求1所述的熱環境控制系統，其特征在于所述冷卻塔內設置有換熱盤管， 所述換熱盤管進口連接所述冷卻塔回水管，出口連接所述冷卻塔出水管；所述噴淋塔下部與所述冷卻塔頂部的噴淋管之間設置有一噴淋供水管和一水泵。
4.如權利要求3所述的熱環境控制系統，其特征在于所述室外空氣進口設置有空氣預冷換熱器，所述空氣預冷換熱器的換熱管進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述冷卻塔頂部的噴淋管。
5.如權利要求1或2或3或4所述的熱環境控制系統，其特征在于所述制冷劑循環系統為并聯設置的多個，各所述制冷劑循環系統的冷凝器殼體通過管路串聯，各所述制冷劑循環系統的蒸發器殼體通過管路串聯。
全文摘要
本發明涉及一種熱環境控制系統，包括冷卻塔，冷卻塔風機，水泵，冷卻塔出水管，冷卻塔回水管，由冷凝器、壓縮機、節流裝置和蒸發器組成的制冷劑循環系統，低溫冷凍水管，高溫冷凍水管，兩個水-熱管換熱器，兩路空氣-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器連接其中一水-熱管換熱器，每一路所述空氣-熱管換熱器為并聯設置的多個，所述兩個水-熱管換熱器串聯連接在所述低溫冷凍水管和高溫冷凍水管之間，所述冷卻塔下部設置有室外空氣進口；其特征在于所述蒸發器的殼體進口連接所述冷卻塔出水管，出口連接所述高溫冷凍水管；所述冷凝器殼體的進口連接所述高溫冷凍水管，出口連接所述冷卻塔回水管。本發明有效地減少了在降低環境顯熱過程中壓縮機的功耗。
文檔編號F24F3/06GK102213466SQ20111009501
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者劉曉華, 張倫, 李震, 江億, 田 浩, 鐘志鵬 申請人:北京納源豐科技發展有限公司, 清華大學