CN111121356B - 一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***及方法。属于能源管理和节能技术领域。它主要是解决现有机房类冷却***与电机类冷却***不能耦合连接而存在能耗高和冷却效果差的问题。它的主要特征是：包括机房类冷却***、电机类冷却***、蓄冷器、储水箱、冷却水箱、冷冻机组、调温水箱和加热器；针对季节变化而导致储水箱中及冷却水箱出口水温出现变化的现象，依据储水箱中及冷却水箱出口的水温范围不同，设置有相对应的五条循环冷却路径，以实现削峰填谷、环境冷量及***废热利用的目的。本发明具有调节方便、运行稳定和节电显著的优点。
Description
技术领域
本发明属于能源管理和节能技术领域，具体涉及一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***及方法。
背景技术
当前，能源短缺问题已成为制约工业发展的全球性的问题，在我国的能源消耗中，工业是我国能源消耗的大户，能源消耗量占全国能源消耗总量的70%左右，传统的能源资源高消耗与粗放型工业控制管理发展道路已难以为继。对依据策略，将多个***耦合连接，实现优势互补是节能发展的趋势，如比较成熟的热电冷联供***。
对于生产企业，机房、配电室、电机及水泵等场所及设备是必须要进行冷却的。一些企业对机房及配电室等各自采用一个空调进行冷却，此种方法简单粗暴，相对于中央冷却***，无法通过蓄冷器实现削峰填谷节约电费。还有一些企业虽然采用中央冷却***，但是在过渡季节，其冷冻机组依旧是开启的，无法利用自然冷量。
在冬季时，即使在北方，机房及配电室依旧存在大量余热，仍需要对其冷却。但是在冬季，冷却水不使用冷冻机组其温度也很低，为防止机房及配电室内出现温度过低的现象，此时需要对冷却水进行加热，控制冷却水的温度。此加热过程消耗了电能。
还有，在企业中，电机、水泵等机电设备在炎热夏季因冷却效果降低时常出现机温升高被迫停机的现象，尤其是一些老旧的设备。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***及方法，将机房、配电室等采用中央冷却方式，并与电机、水泵等设备的冷却***耦合连接，通过温度监测，使温度条件与对应的循环冷却路径相匹配，实现节能并改善机电设备的冷却效果。
为了达到上述的目的，本发明节能***所采用的技术解决方案是：包括机房类冷却***、电机类冷却***、蓄冷器、储水箱、冷却水箱和冷冻机组，蓄冷器、机房类冷却***、储水箱和冷冻机组连接构成第一循环冷却路径，其特征在于：还包括调温水箱和加热器；所述冷却水箱和电机类冷却***连接构成第二循环冷却路径；所述蓄冷器、机房类冷却***、储水箱、冷冻机组、调温水箱、电机类冷却***和冷却水箱连接构成第三循环冷却路径；所述蓄冷器、机房类冷却***、储水箱、加热器和电机类冷却***连接构成第四循环冷却路径；所述蓄冷器、机房类冷却***和储水箱连接构成第五循环冷却路径。
本发明节能***的技术解决方案中所述的储水箱、冷却水箱和调温水箱上分别设置有第一温度监测器、第二温度监测器和第三温度监测器。
本发明节能***的技术解决方案中所述的储水箱经冷冻水泵后分别通过第一电磁阀门、第二电磁阀门和第三电磁阀门与冷冻机组、加热器和蓄冷器连接，冷冻机组、加热器与蓄冷器连接；所述冷却水箱经第一冷却水泵后分别通过第五电磁阀门、第六电磁阀门和第四电磁阀门与电机类冷却***、调温水箱和储水箱连接，调温水箱和与储水箱之间通过第七电磁阀门连接。
本发明节能***的技术解决方案中还包括第一控制器、第二控制器和第三控制器；所述第一控制器与储水箱及与冷冻水泵之后的第一电磁阀门、第二电磁阀门和第三电磁阀门连接；所述第二控制器与冷却水箱及与第一冷却水泵之后的第四电磁阀门、第五电磁阀门和第六电磁阀门连接；所述第三控制器与调温水箱及与调温水箱连接的第七电磁阀门电连接。
本发明节能***的技术解决方案中所述的第一温度监测器、第二温度监测器和第三温度监测器获取的温度分别传递给第一控制器、第二控制器和第三控制器，随后第一控制器、第二控制器和第三控制器依据设定的温度范围调控各循环冷却路径上相应电磁阀门的开关量，从而选用合适的循环冷却路径。
本发明节能方法的技术解决方案是：一种采用上述基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的节能方法，其特征在于包括以下步骤：
④当储水箱（3）温度处于5℃～10℃，冷却水箱（18）出口温度＜30℃，启动第二循环冷却路径与第五循环冷却路径；第二循环路径为冷却水从冷却水箱出来，进入电机类冷却***冷却吸热，最后又回到冷却水箱；这两条路径单独运行，分别实现对机房类及电机类的冷却；第五循环路径为冷却水从蓄水器出来，进入机房类冷却***冷却吸热冷却，随后进入储水器中与环境换热，最后送入蓄水器。
本发明由于将机房、配电室等采用中央冷却方式，并与电机、水泵等设备的冷却***耦合连接，因而可根据四季室温的变化特点，通过控制器，使温度条件与对应的循环冷却路径相匹配，实现节能并改善机电设备的冷却效果。本发明主要用于基于中央冷却***的生产企业中机房、配电室、电机及水泵等场所及设备的冷却。本发明具有调节方便、运行稳定和节电显著的优点。
附图说明
图1为本发明一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的控制结构简图。
图2为本发明一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的过程控制图。
图3为本发明一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的冷却水温度分析策略图。
图4为本发明一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的结构框图。
图中： 1. 蓄冷器；2. 机房类冷却***；3. 储水箱；4. 冷冻水泵；5. 冷冻机组；6. 加热器；7. 第一温度监测器； 8. 第一控制器；9. 信号传输线；10. 第一电磁阀门；11.第二电磁阀门；12. 第三电磁阀门；13. 第四电磁阀门；14. 第五电磁阀门；15. 第六电磁阀门；16. 第七电磁阀门；17. 第二控制器；18. 冷却水箱；19. 电机类冷却***；20. 调温水箱；21. 第三控制器；22. 第一冷却水泵；23. 第二冷却水泵；24. 第二温度监测器；25.第三温度监测器。
具体实施方式
下面根据技术方案，并结合附图，对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明在储水箱3、冷却水箱18及调温水箱20上分别设置了第一控制器8、第二控制器17和第三控制器21，根据第一温度监测器7、第二温度监测器24和第三温度监测器25获取的温度，控制相应第一电磁阀门10、第二电磁阀门11、第三电磁阀门12、第四电磁阀门13、第五电磁阀门14、第六电磁阀门15和第七电磁阀门16的开关状态进而选择不同的循环冷却路径。
请参阅图4，本发明一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***包括机房类冷却***2、电机类冷却***19、蓄冷器1、储水箱3、冷冻水泵4、冷却水箱18、冷冻机组5、调温水箱20、加热器6、第一温度监测器7、第一电磁阀门10、第二电磁阀门11、第三电磁阀门12、第四电磁阀门13、第五电磁阀门14、第六电磁阀门15、第七电磁阀门16、第一控制器8、第二控制器17和第三控制器21。其中，储水箱3经冷冻水泵4后分别通过第一电磁阀门10、第二电磁阀门11和第三电磁阀门12与冷冻机组5、加热器6和蓄冷器1连接，冷冻机组5、加热器6与蓄冷器1连接。冷却水箱18经第一冷却水泵22后分别通过第五电磁阀门14、第六电磁阀门15和第四电磁阀门13与电机类冷却***19、调温水箱20和储水箱3连接，调温水箱20和与储水箱3之间通过第七电磁阀门16连接。由蓄冷器1、机房类冷却***2、储水箱3和冷冻机组5连接构成第一循环冷却路径，第一温度监测器7设置在储水箱3上，储水箱3与冷冻机组5之间通过冷冻水泵4和第一电磁阀门10连接，第一控制器8与第一电磁阀门10、第二电磁阀门11和第三电磁阀门12及第一温度监测器7连接。冷却水箱18和电机类冷却***19连接构成第二循环冷却路径。蓄冷器1、机房类冷却***2、储水箱3、冷冻机组5、调温水箱20、电机类冷却***19和冷却水箱18连接构成第三循环冷却路径，冷却水箱18进水端与电机类冷却***19出水端连接，冷却水箱18的出水端经冷冻水泵4和第六电磁阀门15与调温水箱20进水端连接，冷却水箱18上设置有第二温度监测器24，第二控制器17与第六电磁阀门15和第二温度监测器24连接。蓄冷器1、机房类冷却***2、储水箱3、加热器6和电机类冷却***19连接构成第四循环冷却路径，电机类冷却***19出水端经第四电磁阀门13、第五电磁阀门14与储水箱3进水端连接，第二控制器17与第四电磁阀门13、第五电磁阀门14连接，电机类冷却***19进水端通过第二冷却水泵23、调温水箱20和第七电磁阀门16与机房类冷却***2出水端连接，在调温水箱20上设置有第三温度监测器25，第三控制器21与该温度监测器及第七电磁阀门16连接。
由蓄冷器1、机房类冷却***2和储水箱3连接构成第五循环冷却路径，机房类冷却***2两端分别连接蓄冷器1和储水箱3，储水箱与蓄冷器之间由第二电磁阀门11控制。
第一温度监测器7、第二温度监测器24和第三温度监测器25获取的温度分别传递给第一控制器8、第二控制器17和第三控制器21，随后第一控制器8、第二控制器17和第三控制器21依据设定的温度范围调控各循环冷却路径上相应电磁阀门的开关量，从而选用合适的循环冷却路径。以储水箱3中及冷却水箱18出口处的水温为变量，根据温度范围的不同，启动与之对应的循环冷却路径。
请参阅图1、图2及图3，当储水箱3上的第一温度监测器7获取的水温＞10℃时，启动第一循环冷却路径工作形成回路，储水箱3与冷冻机组5之间的第一电磁阀门10打开，其它阀门关闭，其循环过程为冷冻机组5将冷冻水温度降至5～10℃，送至蓄冷器1储藏，随后冷冻水由蓄冷器1分配进入机房类冷却***2进行冷却吸热，温度升高后的冷冻水进入储水箱3，最后又送入冷冻机组5降温，至此完成一个冷却循环。
当储水箱3上第一温度监测器7检测到储水箱3水温在5～10℃之间时，启动第五循环冷却路径工作形成回路，冷冻水直接从储水箱3进入蓄冷器1，进而对机房类冷却***2进行冷却，其循环过程为，储水箱3从自然吸收冷量进入蓄冷器1，由蓄冷器1将冷冻水送至机房类冷却***2，冷却吸热后返回储水箱3。当储水箱温度监测器监测到储水箱3水温＜5℃时，启动第四循环冷却路径工作形成回路，此时将电机类冷却***19与储水箱3之间的第四电磁阀门13和第五电磁阀门14打开，使电机类冷却***19的冷却水进入储水箱3，混合加热，送入加热器6，当温度符合5～10℃时，直接进入蓄冷器1，进而对机房类冷却***2进行冷却，随后从机房类冷却***2出来的部分冷却水进入电机类冷却***19进行冷却。当加热器监测到储水箱3混合后水温依旧＜5℃时，此时需要加热器6开始加热，使其温度在5～10℃之间，进而送入蓄冷器1，进而对机房类冷却***2进行冷却。
请参阅图1、图2及图3，当冷却水箱18上的第二温度监测器24检测到冷却水出口水温＞30℃，启动第三循环冷却路径形成回路，冷却水由冷却水箱18进入调温水箱20，与来自储水箱3的冷水混合降温，若调温水箱温度＞30℃，第三控制器21调整第七电磁阀门16的开度，增大来自储水箱3的冷却水，当调温水箱20温度降至28℃时，第七电磁阀门16的开度维持不变。冷却水进入电机类冷却***19中吸热冷却，之后进入冷却水箱18，冷却水箱18出来的冷却水分为两部分，一部分进入储水箱3，一部分进入调温水箱20。当监测到冷却水箱18的冷却水出口水温＜30℃时，启动第二循环冷却路径工作形成回路，该循环过程为，冷却水由冷却水箱18中送至各个需要冷却的电机类冷却***19，在电机类冷却***19中冷却吸热后，返回冷却水箱18降温。
本发明在夏季时，蓄冷器1与冷冻机组5搭配，可实现削峰填谷；在过渡季节时，可借助环境的冷量对机房类冷却***2进行冷却；在冬季时，将电机类冷却***12的冷却水用来加热储水箱中的水，实现废热利用。此***具有调节方便、运行稳定且全年可实现节省用电10%～20%的优点。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，包括机房类冷却***（2）、电机类冷却***（19）、蓄冷器（1）、储水箱（3）、冷却水箱（18）和冷冻机组（5），蓄冷器（1）、机房类冷却***（2）、储水箱（3）和冷冻机组（5）连接构成第一循环冷却路径，其特征在于：还包括调温水箱（20）和加热器（6）；所述冷却水箱（18）和电机类冷却***（19）连接构成第二循环冷却路径；所述蓄冷器（1）、机房类冷却***（2）、储水箱（3）、冷冻机组（5）、调温水箱（20）、电机类冷却***（19）和冷却水箱（18）连接构成第三循环冷却路径；所述蓄冷器（1）、机房类冷却***（2）、储水箱（3）、加热器（6）和电机类冷却***（19）连接构成第四循环冷却路径；所述蓄冷器（1）、机房类冷却***（2）和储水箱（3）连接构成第五循环冷却路径；当储水箱（3）温度＞10℃，且冷却水箱（18）出口温度＜30℃时，启动第一循环冷却路径与第二循环路径；当储水箱（3）温度＞10℃，且冷却水箱（18）出口温度＞30℃时，启动第三循环冷却路径；当储水箱（3）温度＜5℃，冷却水箱（18）温度＜30℃，启动第四循环冷却路径，通过加热器（6）控制冷却水达到5～10℃后送入蓄冷器（1）；当储水箱（3）温度处于5℃～10℃，冷却水箱（18）出口温度＜30℃，启动第二循环冷却路径与第五循环冷却路径。
2.根据权利要求1所述的一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，其特征在于：所述的储水箱（3）、冷却水箱（18）和调温水箱（20）上分别设置有第一温度监测器（7）、第二温度监测器（24）和第三温度监测器（25）。
3.根据权利要求2所述的一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，其特征在于：所述的储水箱（3）经冷冻水泵（4）后分别通过第一电磁阀门（10）、第二电磁阀门（11）和第三电磁阀门（12）与冷冻机组（5）、加热器（6）和蓄冷器（1）连接，冷冻机组（5）、加热器（6）与蓄冷器（1）连接；所述冷却水箱（18）经第一冷却水泵（22）后分别通过第五电磁阀门（14）、第六电磁阀门（15）和第四电磁阀门（13）与电机类冷却***（19）、调温水箱（20）和储水箱（3）连接，调温水箱（20）和与储水箱（3）之间通过第七电磁阀门（16）连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，其特征在于：还包括第一控制器（8）、第二控制器（17）和第三控制器（21）；所述第一控制器（8）与储水箱（3）及与冷冻水泵（4）之后的第一电磁阀门（10）、第二电磁阀门（11）和第三电磁阀门（12）连接；所述第二控制器（17）与冷却水箱（18）及与第一冷却水泵（22）之后的第四电磁阀门（13）、第五电磁阀门（14）和第六电磁阀门（15）连接；所述第三控制器（21）与调温水箱（20）及与调温水箱（20）连接的第七电磁阀门（16）电连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，其特征在于：所述的第一温度监测器（7）、第二温度监测器（24）和第三温度监测器（25）获取的温度分别传递给第一控制器（8）、第二控制器（17）和第三控制器（21），随后第一控制器（8）、第二控制器（17）和第三控制器（21）依据设定的温度范围调控各循环冷却路径上相应电磁阀门的开关量，从而选用合适的循环冷却路径。
6.根据权利要求5所述的一种基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***，其特征在于：以储水箱（3）中及冷却水箱（18）出口处的水温为变量，根据温度范围的不同，启动与之对应的循环冷却路径。
7.一种采用权利要求6所述的基于中央冷却***的工业循环冷却水节能***的节能方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)当储水箱（3）温度＞10℃，且冷却水箱（18）出口温度＜30℃时，启动第一循环冷却路径与第二循环路径；第一循环路径为冷冻机组（5）将冷却水降温，送至蓄冷器（1）储藏，再分配进入机房类冷却***（2）进行冷却吸热，温度升高后的冷冻水进入储水箱（3），最后又送入冷冻机组（5）降温；第二循环路径为冷却水从冷却水箱（18）出来，进入电机类冷却***（19）冷却吸热，最后又回到冷却水箱；这两条路径单独运行，分别实现对机房类及电机类的冷却；
(2)当储水箱（3）温度＞10℃，且冷却水箱（18）出口温度＞30℃时，启动第三循环冷却路径；第三循环路径的核心是，储水箱（3）的冷却水进入调温水箱（20），混合后的冷却水送至电机类冷却***（19）冷却，出来的冷却水进入冷却水箱（18），冷却水箱（18）出来的部分冷却水进入储水箱（3），其他的返回调温水箱（20）；若储水箱（3）的冷却水与调温水箱（20）中的冷却水混合后，水温依旧＞30℃，通过第三控制器（21）控制第七电磁阀门（16）的开度，调整储水箱（3）的冷却水流量，当水温处于28℃时，第七电磁阀门（16）的开度维持不变；
(3)当储水箱（3）温度＜5℃，冷却水箱（18）温度＜30℃，启动第四循环冷却路径；来自电机类冷却***（19）的冷却水进入储水箱（3），并与来自机房类冷却***（2）的冷却水混合，随后送至加热器（6），当加热器（6）监测到混合后的冷却水若温度达到5～10℃，则直接进入蓄冷器（1）；若监测到混合后若温度＜5℃，加热器（6）开始工作，使冷却水达到5～10℃后送入蓄冷器（1）；
(4)当储水箱（3）温度处于5℃～10℃，冷却水箱（18）出口温度＜30℃，启动第二循环冷却路径与第五循环冷却路径；第二循环路径为冷却水从冷却水箱（18）出来，进入电机类冷却***（19）冷却吸热，最后又回到冷却水箱；这两条路径单独运行，分别实现对机房类及电机类的冷却；第五循环路径为冷却水从蓄水器（1）出来，进入机房类冷却***冷却（2）吸热冷却，随后进入储水器（3）中与环境换热，最后送入蓄水器（4）。
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Denomination of invention: An energy-saving system and method for industrial circulating cooling water based on central cooling system Granted publication date: 20210611 Pledgee: Bank of China Limited Xiangyang Branch Pledgor: WORLDWIDE ELECTRIC STOCK CO.,LTD. Registration number: Y2024980020446 |
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