本實用新型涉及空調(diào)系統(tǒng)領域，尤其涉及一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)。

背景技術：

全球能源供應日益緊張，能源節(jié)約及綜合利用問題受到世界各國的普遍關注，節(jié)能工作是一個長期而艱巨的任務。其中，建筑節(jié)能是整個節(jié)能工作的重要組成部分，而建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗在建筑運行能耗中又占有很大比例，所以降低建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗是減少建筑用能浪費的重要措施。

對于具有空調(diào)系統(tǒng)的大中型建筑，建筑的周邊區(qū)域受室外氣象條件影響較大，冬季需及時供熱，夏季需及時供冷，并且每天的冷熱負荷也隨室外氣溫及太陽輻射熱的變換呈周期性變化，周邊區(qū)域不同朝向的區(qū)域冷熱負荷也有一定區(qū)別；而建筑的內(nèi)部區(qū)域由于機器設備、工作人員等會產(chǎn)生熱量使得常年有余熱存在，其與周邊區(qū)域的冷熱負荷具有很大區(qū)別。正是由于此種原因，大型建筑內(nèi)不同位置對空調(diào)的調(diào)節(jié)需求往往有一定的差異；更有甚者，例如在天變冷的情況下，會出現(xiàn)建筑周邊區(qū)域停止供冷或已開始供熱，而內(nèi)部區(qū)域仍需供冷的現(xiàn)象。在面對此種狀況時，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)需要對空氣進行再熱處理然后對建筑周邊區(qū)域進行供熱，這樣勢必造成能源浪費。

而且，許多大中型建筑受辦公時間和個人供暖供冷需求的影響，部分區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)使用率不高，尤其是在過渡性季節(jié)，熱泵機組或冷水機組對應的負荷率很低，遠遠偏離高效運行點，COP值（即制熱量或制冷量與輸入功率的比值）遠小于設計工況，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

另外，對于建筑空調(diào)系統(tǒng)而言，風機是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的設計工況下進行選型的，對于全空氣系統(tǒng)，由于需要空氣直接送入室內(nèi)，空氣的比熱遠小于水，導致需要較大的風量才能承載室內(nèi)所需要的負荷，基于此，全空氣系統(tǒng)中的風機亦能造成較大能耗。

基于以上，行業(yè)有待提供一種有效的解決手段以實現(xiàn)大中型建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術存在的技術問題之一，為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)，其具體設計方式如下。

一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)，包括冷卻水總線子系統(tǒng)及變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻水總線子系統(tǒng)包括循環(huán)水管道、循環(huán)水泵，所述循環(huán)水管道內(nèi)部具有冷卻水，所述循環(huán)水管道包括循環(huán)水干路管道及與所述循環(huán)水干路管道連通的若干并聯(lián)的循環(huán)水支路管道，所述循環(huán)水支路管道上設置有水源熱泵機組；所述每個水源熱泵機組對應的設置有一個所述變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，所述變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括空氣處理機組及送風模塊，所述送風模塊包括送風管道、風機及變風量箱VAVbox，所述送風模塊用于將空氣輸送至與所述送風管道終端連通的空間以滿足所述空間的溫度和/或濕度需求；每條所述循環(huán)水支路管道上的所述水源熱泵機組與相應所述變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的空氣處理機組聯(lián)動實現(xiàn)空氣與冷卻水的熱量交換，進行熱量交換后，所述空氣經(jīng)由所述送風管道進入與所述送風管道終端連通的空間，若干循環(huán)水支路管道中所述冷卻水在循環(huán)水干路管道中匯合。

進一步，所述一體化系統(tǒng)用于按不同冷熱需求劃分為不同類型區(qū)域的建筑物，以在不同類型區(qū)域同時實現(xiàn)供冷和/或供熱。

進一步，所述水源熱泵機組分層設置，同一層次包含有若干所述水源熱泵機組，每一所述水源熱泵機組與建筑物的同一類型區(qū)域相匹配。

進一步，所述變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括一個空氣處理機組及若干個變風量箱VAVbox。

進一步，所述變風量箱VAVbox根據(jù)各類型區(qū)域的負荷調(diào)整閥門的開度。

進一步，所述風機為變頻風機，所述風機的頻率根據(jù)所述變風量箱VAVbox的閥門開度進行調(diào)整。

進一步，所述水源熱泵機組根據(jù)所述送風管道的送風溫度及所述循環(huán)水管道中冷卻水回水溫度自動調(diào)節(jié)輸出功率。一更為具體的方式，所述水源熱泵機組通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部壓縮機的運行數(shù)量以實現(xiàn)。

進一步，所述冷卻水總線子系統(tǒng)還包括冷卻塔、鍋爐，所述冷卻塔、鍋爐并聯(lián)的設置在所述循環(huán)水干路管道上。

進一步，所述一體化系統(tǒng)還包括有控制子系統(tǒng)、膨脹水箱、盤管，其中，所述控制子系統(tǒng)用于控制所述一體化系統(tǒng)的運行，所述膨脹水箱用于收容和補償系統(tǒng)中水的脹縮量，所述盤管用于實現(xiàn)所述一體化系統(tǒng)中冷量或熱量的交換。

另外，為了更好的本實用新型，本實用新型還公開了一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)的冷熱兼用運行方法，其包括以下步驟：

a、在需要供冷的類型區(qū)域內(nèi)，相應的所述水源熱泵機組按制冷方式運行，空氣通過空氣處理機組將熱量傳給循環(huán)水支路管道中的冷卻水；

b、在需要供冷的類型區(qū)域內(nèi)，相應的所述水源熱泵機組按制熱方式運行，空氣通過空氣處理機組將冷量傳給循環(huán)水支路管道中的冷卻水；

c、a與b兩步驟中的冷卻水在所述循環(huán)水干路管道中匯合；

d、檢測經(jīng)過匯合后循環(huán)水干路管道中冷卻水的實際溫度，將其與冷卻水的設定溫度范圍進行對比，若冷卻水的實際溫度高于設定溫度范圍上限時，冷卻塔啟用，冷卻水通過冷卻塔進行降溫至溫度處于設定溫度范圍內(nèi)；若冷卻水的實際溫度低于設定溫度范圍下限時，鍋爐啟用，冷卻水通過鍋爐進行加熱至溫度處于設定溫度范圍內(nèi)。

基于以上設計，本實用新型具有以下有益效果：

1）在同時對建筑不同區(qū)域進行供冷和供熱時，在冷卻水總線子系統(tǒng)中，不同區(qū)域的冷卻水通過循環(huán)水干路管道匯合，以實現(xiàn)不同循環(huán)水支路管道中冷卻水冷量和熱量的相互抵消，從而相應的減少循環(huán)水干路管道上冷卻塔或鍋爐所承擔的負荷；2）所述水源熱泵機組能夠根據(jù)需求實現(xiàn)功率的調(diào)整，如此使得水源熱泵機組在滿足用戶端需求的前提下保持高效率運行，避免了因低負荷運行而導致COP值下降的情況；3）本實用新型中風機根據(jù)室內(nèi)負荷自動改變頻率調(diào)整送風量，保證室內(nèi)負荷需求的前提下極大地降低了風機的功耗。

附圖說明

圖1為本實用新型中所涉及建筑的一種分區(qū)示意圖；

圖2為本實用新型中冷卻水總線子系統(tǒng)主要組成結(jié)構的一種實施例示意圖；

圖3為本實用新型變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)主要組成結(jié)構的一種實施例示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述，參照圖1至圖3所示，其展示的為本實用新型的一些較佳實施方式。

圖1所示為建筑的一種分區(qū)示意圖，本實施例為了較為簡單的展示本實用新型的意圖，僅將建筑內(nèi)部在平面空間上分為內(nèi)部區(qū)域及外部區(qū)域，在其它一些實施例中，可以將建筑內(nèi)部分設為更多的區(qū)域。

與圖1所示分區(qū)建筑相匹配，圖2所示為本實用新型中冷卻水總線子系統(tǒng)主要組成結(jié)構的一種實施例示意圖，圖3所示為本實用新型變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)主要組成結(jié)構的一種實施例示意圖。

結(jié)合附圖所示，本實施例中的基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)，包括冷卻水總線子系統(tǒng)及變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。

其中，冷卻水總線子系統(tǒng)基本結(jié)構如圖2所示，其包括循環(huán)水管道、循環(huán)水泵（圖中未示出，用于驅(qū)動循環(huán)水在循環(huán)水管道中循環(huán)流通），循環(huán)水管道內(nèi)部具有冷卻水，循環(huán)水管道包括循環(huán)水干路管道及與循環(huán)水干路管道連通的若干并聯(lián)的循環(huán)水支路管道。參考圖2所示，3條循環(huán)水支路管道上均設置有一套水源熱泵機組。

參考圖3所示，每個水源熱泵機組對應的設置有一個變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括空氣處理機組（簡化為AHU）及送風模塊，其中，送風模塊包括送風管道、風機（圖中未示出，用于驅(qū)動送風管道內(nèi)部空氣流通）及變風量箱VAVbox，送風模塊用于將空氣輸送至特定空間以滿足空間的溫度和/或濕度需求。如圖3所示，由新風及回風構成的空氣經(jīng)過空氣處理機組（AHU）后經(jīng)由送風模塊送入建筑內(nèi)部與送風管道終端連通的的空間（即圖中所示房間）。

更為具體的，每條循環(huán)水支路管道上的水源熱泵機組與相應變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的空氣處理機組（AHU）聯(lián)動實現(xiàn)空氣與冷卻水的熱量交換，進行熱量交換后，空氣經(jīng)由送風管道進入與所述送風管道終端連通的空間，若干循環(huán)水支路管道中所述冷卻水在循環(huán)水干路管道中匯合。

在一些更為具體的系統(tǒng)運行過程中，水源熱泵機組與空氣處理機組（AHU）聯(lián)動的具體方式為：需要供冷的區(qū)域?qū)乃礋岜脵C組按制冷方式運行，空氣在空氣處理機組（AHU）中將熱量傳給冷凍水，最終又將熱量傳給冷卻水循環(huán)管道中的循環(huán)水；而需要供熱的區(qū)域?qū)乃礋岜脵C組按制熱方式運行，并最終也將空氣的冷量傳給冷卻水循環(huán)管道中的循環(huán)水。

本實用新型的一體化系統(tǒng)適用于按不同冷熱需求劃分為不同類型區(qū)域的建筑物（不限于圖1所示分區(qū)方法），其包括辦公大樓、商業(yè)建筑、綜合型辦公大樓等大中型建筑，采用本實用新型的一體化系統(tǒng)能夠在不同類型區(qū)域同時實現(xiàn)供冷和/或供熱（即所有區(qū)域同時供熱、同時供冷或部分區(qū)域供熱部分區(qū)域供冷）。

本實用新型中的水源熱泵機組分層設置，對于高層建筑而言，即每層樓均設置有一定數(shù)量的水源熱泵機組，作為一種優(yōu)選方式，每一層中的每一臺水源熱泵機組對應建筑物內(nèi)同一類型區(qū)域（同一類型區(qū)域即表示該區(qū)域只需供熱或只需供冷）。如圖2所示，每一水源熱泵機組只與內(nèi)部區(qū)域或外部區(qū)域相匹配，不存在同一水源熱泵機組與內(nèi)部、外部區(qū)域同時匹配；換而言之，水源熱泵機組所對應的區(qū)域在某個特定的時間內(nèi)就不會出現(xiàn)同時供熱和供冷的情況。

在一具體實施例中，本實用新型的變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括一個空氣處理機組及若干個變風量箱VAVbox，其中，變風量箱VAVbox根據(jù)各類型區(qū)域的負荷調(diào)整閥門的開度。如圖3所示，每一個水源熱泵機組對應一個變負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其作為一個整體承擔同一區(qū)域多個房間的負荷。在傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)中，一個水源熱泵機組對應多個空氣處理機組，由于每個空氣處理機組對應的區(qū)域需要的負荷量不同，所以需要的水溫也不同，而一個水源熱泵只能提供一種水溫，使得某些區(qū)域所需要的冷量或者熱量得不到滿足，有時只能采用其他極為耗能的方式（比如再熱）解決；而本實用新型采用每個水源熱泵對應一個變負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的形式，較好地解決了該問題。

作為本實用新型的優(yōu)選方案，本實用新型中的風機為變頻風機，風機的頻率根據(jù)變風量箱VAVbox的閥門開度進行調(diào)整。相對于定風量系統(tǒng)，該方式可以實現(xiàn)不同房間溫度個性化設置；另外，傳統(tǒng)的定靜壓控制是根據(jù)管道某點的靜壓調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，然而靜壓點的選取和靜壓值的設定的問題仍然存在，通常的解決辦法是選取更高的靜壓設定值來保證負荷的需求，然而當負荷需求較低時，該系統(tǒng)的運行狀態(tài)為閥門開度很小，同時風機為保證靜壓設定值仍然需要保持一定的轉(zhuǎn)速，此時的能耗都消耗在了閥門上，使得系統(tǒng)效率較低。而本實施例中采用變靜壓方式，其可以根據(jù)末端閥門的開度來調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，從而使得閥門盡可能地開大，風機在盡可能低的轉(zhuǎn)速下保證風量的需求，從而實現(xiàn)了最大限度的節(jié)能。

另外，本實用新型的水源熱泵機組可根據(jù)送風管道的送風溫度及循環(huán)水管道中冷卻水回水溫度自動調(diào)節(jié)輸出功率。一更為具體的方式，水源熱泵機組通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部壓縮機的運行數(shù)量以實現(xiàn)輸出功率調(diào)節(jié)。

根據(jù)以上實施方式，本實用新型中的冷卻水總線子系統(tǒng)還包括冷卻塔、鍋爐，所涉及的冷卻塔、鍋爐并聯(lián)的設置在循環(huán)水干路管道上，從而實現(xiàn)對冷卻水進行選擇性的加熱或制冷。此外，為了便于整個一體化系統(tǒng)的正常運行，本實用新型的一體化系統(tǒng)還包括有控制子系統(tǒng)、膨脹水箱、盤管等，其中，控制子系統(tǒng)用于控制所述一體化系統(tǒng)的運行（用于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動或手動控制），膨脹水箱用于收容和補償系統(tǒng)中水的脹縮量，盤管用于實現(xiàn)一體化系統(tǒng)中熱量（或冷量）的交換。在一些更為具體的實施方式中，本實用新型中的送風管道、盤管、閥門等部件均為一體化設計制造，以便于快速安裝，從而在全新項目或改造項目中具有極大的安裝優(yōu)勢。

本實用新型還提供了一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)的冷熱兼用運行方法，其包括以下步驟：

a、在需要供冷的類型區(qū)域內(nèi)，相應的水源熱泵機組按制冷方式運行，空氣通過空氣處理機組將熱量傳給循環(huán)水支路管道中的冷卻水；

b、在需要供冷的類型區(qū)域內(nèi)，相應的水源熱泵機組按制熱方式運行，空氣通過空氣處理機組將冷量傳給循環(huán)水支路管道中的冷卻水；

c、a與b兩步驟中的冷卻水在循環(huán)水干路管道中匯合；

d、檢測經(jīng)過匯合后循環(huán)水干路管道中冷卻水的實際溫度，將其與冷卻水的設定溫度范圍進行對比，若冷卻水的實際溫度高于設定溫度范圍上限時，冷卻塔啟用，冷卻水通過冷卻塔進行降溫至溫度處于設定溫度范圍內(nèi)；若冷卻水的實際溫度低于設定溫度范圍下限時，鍋爐啟用，冷卻水通過鍋爐進行加熱至溫度處于設定溫度范圍內(nèi)。

結(jié)合圖1至圖3，具體展開如下：

當大環(huán)境氣溫降低時（例如天剛轉(zhuǎn)涼），會面臨如圖1所示建筑的外部區(qū)域需要供熱，內(nèi)部區(qū)域由于具有余熱而需要繼續(xù)供冷的情況。此時，系統(tǒng)向建筑物內(nèi)部區(qū)域供冷，內(nèi)部區(qū)域的水源熱泵機組按制冷方式運行，新風與回風混合后在空氣處理機組（AHU）中將熱量傳給冷凍水，并最終傳遞給冷卻水；外部區(qū)域的水源熱泵機組按制熱方式運行，空氣中的冷量最終也傳遞給冷卻水，而后冷卻水在循環(huán)水干路管道中匯合，使得前述所獲得的熱量和冷量實現(xiàn)部分或全部抵消，從而極大的減少了冷卻塔或鍋爐所需承擔的負荷。在系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)的冷卻水的溫度維持在設計范圍內(nèi)，通常為15-35℃，當系統(tǒng)冷卻水溫度高于設計上限35℃時，冷卻塔開啟，循環(huán)水通過冷卻塔進行散熱；當系統(tǒng)冷卻水溫度低于設計下限15℃時，鍋爐投入使用，對循環(huán)水進行加熱，由此保證冷卻水溫度維持在設計范圍內(nèi)。

與此同時，不同房間的用戶可以根據(jù)自己熱舒適的需要設定溫度，風閥根據(jù)設定溫度與室內(nèi)實際溫度的差值改變開度，風機根據(jù)風管靜壓或者閥門的開度改變轉(zhuǎn)速，實時實現(xiàn)風量與所需求負荷的匹配，在保證負荷需求的情況下盡可能地降低了風機的能耗。

另外，為了更好的理解本實用新型，進一步作以下內(nèi)容補充：

首先，在過度型季節(jié)，由于每個人對溫度有不同的熱舒適感受，在相同的室外溫度條件下，只有部分人選擇開啟空調(diào)。對于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，整棟大樓采用的是集中大型冷機，在此種情況下必然會在低效率點運行。而通過本實用新型提供的一種基于冷卻水總線的冷熱兼用變負荷調(diào)節(jié)一體化系統(tǒng)，僅僅在空調(diào)開啟區(qū)域?qū)乃礋岜脵C組自動開啟，而其它的水源熱泵機組則關機，由于此水源熱泵的容量較小，負荷率相對較高，同時水源熱泵可以根據(jù)供水溫度可以控制壓縮機的個數(shù)，從而保證水源熱泵能在高能效點的工況下運行?；緦嵱眯滦吞峁┑囊惑w化系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)全年都在較高效率區(qū)間運行，從而減少能源的消耗，

其次，針對變負荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，變風量箱VAVbox可根據(jù)室內(nèi)設定溫度和室內(nèi)實際溫度自動改變閥門的開度。對于夏季，當室內(nèi)溫度高于設定溫度時則開大閥門，而當室內(nèi)溫度低于設定溫度值時則關小閥門。對于冬季，當室內(nèi)溫度高于設定溫度時則關小閥門，而當室內(nèi)溫度低于設定溫度值時則開大閥門。同時系統(tǒng)根據(jù)各閥門的開度自動調(diào)整風機的頻率，從而保證風機在盡可能低的頻率下滿足室內(nèi)所需要的風量，亦能最大限度實現(xiàn)節(jié)能。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。