CN112378054B - 一种智能型节能中央空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型节能中央空调系统，其包括：冷热源系统、新风系统、用于制冷或供热的热泵机组、布置在室外用于冷却循环冷却水并具有回收能量功能的冷却塔、对空气进行过滤、加热、冷却、加湿、净化处理的风柜、对冷却水进行加压并把冷却水输送到冷却塔的水泵、控制驱动机构的智能控制系统，该系统包括DDC控制器、及分别与DDC控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速传感器、流速传感器，DDC控制器通过各传感器采集的数据和内置程序，对热泵机组、冷却塔、风柜的运行参数进行控制：优先使用水轮机输出的动力，不足时再补充气轮机输出的动力，以保证冷却塔内的水温保持在设定的范围内。还公开了智能型节能中央空调系统的控制方法。

Description

一种智能型节能中央空调系统及其控制方法

本申请为分案申请,原申请号为201610885144.9,申请日为2016年10月10日,发明名称为“一种智能型节能中央空调系统及其控制方法”。

技术领域

本发明涉及节能领域，尤其涉及一种智能型节能中央空调系统及其控制方法。

背景技术

中央空调系统由冷热源系统和新风系统组成。冷热源系统的作用是根据要求为室内提供冷量或者热量，保证室内的温度要求；新风系统的作用是利用室外的新鲜空气进行过滤、加湿、净化等处理后置换室内的污浊空气，保证室内空气的质量和湿度要求。中央系统的主要耗能部件是主机、冷却塔中驱动风机运转的风机和水泵、新风系统中的风机。

在实际应用中，为了保证中央空调中冷却水的循环流量，水泵的扬程一般都会有一定的富余量，在风机用电机驱动的冷却塔中，这部分富余量的能量一般会随着冷却水的喷洒而浪费。

新风系统主要由风柜、集合送风管、集合回风管、支送风管、支回风管、新风管和排风管等部件组成。室外的新鲜空气与从集合回风管回来的部分回风进行混合，经过处理后再送到室内，而另一部分回风则通过排风管直接排放到室外环境。

一般情况下，排风管排出来的空气具有6—8m/s的速度，在大型的建筑中，由于风量大，这部分的能量是相当可观的，而目前的一般做法是直接排到大气中，得不到任何的利用。

因此，现有技术还有待于改进和发展,以提高能源的综合利用率，降低中央空调的整体能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可进行能量回收的节能中央空调系统，对富余的水能、冷能进行高效回收并再次利用，降低中央空调的整体能耗。

在冷却塔上匹配适合的水轮机和气轮机，分别把水泵和新风换气机所消耗的部分能量回收并转换成冷却塔风机运转的动力，从而减小风机需要匹配的电机功率，甚至可以无需匹配电机便可使风机正常运转，某些情况还可以把回收的余量通过发电机转换成电能并储存起来。所以本中央空调系统经济、节能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种智能型节能中央空调系统，其包括：冷热源系统和新风系统，其特征在于，其还包括：

用于制冷或者供热的热泵机组，所述热泵机组的作用是冷却或者加热循环的冷却水，使其达到所要求温度；

布置在室外用于冷却循环冷却水并具有回收能量功能的冷却塔，所述冷却塔由冷却塔本体和驱动机构组成；

对空气进行过滤、加热、冷却、加湿、净化处理的风柜，所述风柜里面包含有压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等部件；

对冷却水进行加压并把冷却水输送到冷却塔的水泵；

所述驱动机构，包括传动轴、风机、水轮机、气轮机；所述气轮机通过变速轴承或超越离合器与所述的风机、水轮机连接在处于同一轴线、垂直方向设置的分段传动轴上；

所述水轮机用于回收扬程富余水流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机；

所述的气轮机用于回收新风系统排出气流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机；

其还包括一控制所述驱动机构的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速转矩传感器、流速传感器。该控制器通过各传感器采集的数据和内置程序，对所述热泵机组、冷却塔、风柜的运行参数进行控制：优先使用水轮机输出的动力，不足时再补充气轮机输出的动力，以保证冷却塔内的水温保持在设定的范围内。

作为本发明的进一步改进，其还设置有一辅助电机，所述辅助电机通过减速齿轮对与所述传动轴连接；

所述的DDC控制器根据冷却塔内水温、当前风机转速，计算出风机所需功率的变化量；再根据该变化量及所述的水轮机、气轮机提供动力的大小，二者之间存在不足时，驱动所述的辅助电机提供相应的匹配功率的，使所述风机在所需的转速范围内运转，使冷却塔内水温维持在设定的范围内；

而当所述水轮机和气轮机提供的动力之和大于所述风机所需动力时，所述的DDC控制器将辅助电机换成发电工作模式，使所述风机维持在所需转速运转的情况下，辅助电机把富余能量转换成电能并储存在储电装置中。

作为本发明的进一步改进，所述水轮机下底面中心位置设置一轴向出水口，并与同轴线且垂直布置的布水管进口相接；所述水轮机外沿设置一切向进水口，所述切向进水口与冷却塔第二回水管道相接。

作为本发明的进一步改进，所述气轮机由支架固定在所述冷却塔上，进气口与所述新风系统的排风管经变径后的管口相接，所述气轮机出气口与出气管相接，所述出气管通过同心大小头与大出气管相接。

作为本发明的进一步改进，所述热泵机组的冷凝器出水口引出第一冷却塔回水管，所述第一冷却塔回水管与所述水泵进水口相接；所述冷凝器的进水口与冷却塔送水管相接；所述热泵机组的蒸发器出水口与风柜回水管相接，所述蒸发器进水口与风柜送水管相接，冷冻水在经述蒸发器降温后，通过所述风柜回水管输送到所述风柜里面对空气进行冷却，再通过所述风柜送水管输送回到蒸发器进行冷却。

作为本发明的进一步改进，所述风柜的进水口与所述风柜回水管相接，出水口与所述风柜送水管相接；所诉风柜的送风口与所述新风系统的集合送风管相接，所述集合送风管与支送风管相接，所述风柜回风口与所述新风系统的集合回风管相接，所述集合回风管相接再与支回风管相接；所诉风柜的新风口与所述新风系统的新风管相接，所诉风柜的排风口与所述新风系统的排风管相接。

作为本发明的进一步改进，所述排风管与扩压管相接，扩压管与单向阀相接，单向阀通过同心大小头与小排风管相接，所述小排风管与所述气轮机的进气口相接。从排风管出来的气体经同心大小头加速后通过气轮机做功，驱动所述风机运转。

根据上述智能型节能中央空调系统的控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)设置一控制所述驱动机构的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速转矩传感器、流速传感器，在该控制器内置根据各传感器采集的数据和内置程序，通过该程序的运算，对所述热泵机组、冷却塔、风柜的运行参数进行控制；设定冷却塔中水温与所需风机转速之间的函数对应关系；

(2)启动中央空调系统，启动热泵机组、冷却塔、风柜，使其均处于运行状态；

(3)根据冷却塔本体内温度传感器和风机当前转速转矩传感器的数据，及预设的水温与所需风机转速之间的函数对应关系，计算出驱动运转所需风机转速的功率P及对应所需的功率增量ΔP；

(4)根据水轮机的转速传感器或流入管内的流速传感器，计算出此时水轮机平稳运行状态下的输出功率P 3及其增量ΔP 3；

(5)根据风柜内风机的转速转矩或管道内空气的流速，计算出风机功率P 1的增量ΔP 1；

(6)根据气轮机的转速转矩传感器或气轮机与水轮机、辅助电机、冷却塔风机的功率关系，计算出气轮机功率P 5及其增量ΔP 5；

(7)根据下列条件进行自动控制，使冷却塔内水温保持在设定的范围内：

当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，仅使水轮机运转，关闭气轮机，使空气直接排入大气中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，启动气轮机运转，超越离合器处于结合状态时，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP；超越离合器处于超越状态时，排风管排出的空气流向布风器，从布风器排出冷却冷却水。

作为本发明的进一步改进；

所述的步骤(1)还包括设置一辅助电机；

所述的步骤(7)还包括：设辅助电机的输出功率为P 2，其输出功率增量为ΔP 2，则：

①超越离合器处于结合状态：

当P 5+P 3≤P，且ΔP 5+ΔP 3≤ΔP时，启动辅助电机运转，使其达到P 5+P 2+P3≥P时，且ΔP 5+ΔP 2+ΔP 3≥ΔP，所述的辅助电机为电动机；

②超越离合器处于超越状态：

冷却塔风机运转所需的功率P下降，当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，辅助电机启动发电模式，并将富余的电能储蓄在蓄电装置中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，辅助电机为电动机，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP。当P 1+P 3-P≥0，且ΔP 1+ΔP 3-ΔP≥0时，此时启动辅助电机发电模式，所述的辅助电机为发电机，并将使富余的电能存储在蓄电装置内，待需要时再驱动辅助电机对外输出机械功率。

作为本发明的进一步改进，其还包括如下步骤：

所述风柜风机的转矩T 1与转速n 1由转矩转速传感器测出，其功率P 1由公式(1)求得，风柜的风机功率P 1的增量为ΔP 1，辅助电机5的输出功率P 2由公式(2)求得，水轮机出力P 3由公式(3)求得，冷却塔风机的转矩T 4与转速n 4由转矩转速传感器测出，其功率P 4由公式(1)求得，气轮机的功率P 5由公式(4)求得：

所述DDC控制器根据风柜风机的功率P 1的增量ΔP 1与气轮机的功率P 5的差值X＝ΔP 1-P 5控制阀门，以达到下列效果：

①X≥0时，DDC控制器执行所述步骤(7)，排风管排出的空气流向气轮机；

②X＜0时，DDC控制器不执行所述步骤(7)，排风管排出的空气流向布风器，从布风器排出冷却冷却水，当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，辅助电机启动发电模式，并将富余的电能储蓄在蓄电装置中；当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，辅助电机为电动机，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP。

当排风管排出的气体驱动气轮机做功为中央空调系统带来收益时对气体能量进行回收，否则不进行回收。

P:风机的功率，W

n：任一时刻的转速，r/min

T：任一时刻的转矩，N*m

P＝1.732*U*T*cosα*效率(2)

P:电机的功率，W

U：输入电压，V

I：输入电流，A

cosα：功率因素

P＝P n*η t＝γQH*η t (3)

P:水轮机的功率，W

γ：水的重度，N/m 3

Q：水流量，m 3/s

H：水头，m

ηt：循环热效率

P 5＝P 4-P 2-P 3 (4)

P 2：辅助电机5的输出功率，W

P 3：水轮机205的出力，W

P 4：冷却塔风机功率，W

P 5：气轮机206的功率，W

所述冷却塔出水口处安装有温度传感器(图中未标示)，检测冷却塔出水口处的冷却水温度T 1，冷却塔出水口的冷却水温度T 1与冷却塔出水口设置的温度T 2的差值ΔT＝T 1-T 2，DDC控制器根据ΔT和风机的转速控制变频器，变频器控制辅助电机5，以达到下列效果：①ΔT≥0时，辅助电机5输出功率，使风机204达到额定转速；②ΔT＜0时，辅助电机5吸收功率。

回风管回来的部分回风与所述新风管进来的新风在所述风柜进行混合，经过过滤、加热、冷却、加湿、净化等处理后，再经过送风管送到各个房间。回风管回来的另一部分回风通过所述排风管变径加速后送到气轮机，驱动气轮机做功为风机提供动力。所述水泵把从所述风柜出来的冷却水加压后进入所述水轮机，在所述水轮机里面做功驱动风机运转后进入所述布水管，从布水器喷洒出来冷却后，通过所述冷却塔送水管回到所述风柜再循环。

不同的建筑新风占总风的比例不同，排风量也不同，气轮机提供的能量也不同。

冷却塔风机的优先驱动装置为水轮机，当水轮机提供的动力不足时，水轮机与气轮机共同驱动风机转动，当水轮机与气轮机共同驱动提供的动力不足时，水轮机、气轮机、辅助电机共同驱动风机转动，使风机在额定转速范围内运转。

气轮机功率为0时，冷却塔风机的优先驱动装置仍为水轮机，当水轮机提供的动力不足时，水轮机与辅助电机共同驱动风机转动。

当水轮机和汽轮机提供的动力大于风机所需动力时，辅助电机换成发电机，风机在额定转速运转的情况下，发电机把富余能量转换成电能并储存在储电装置中。

所述可进行能量回收的节能中央空调系统能量的回收体现在两个方面：

一、目前的中央空调冷却塔中，为了保证系统冷却水的流量，水泵的扬程一般会大于冷却塔实际需要的扬程，富余的扬程具有一定的能量，本发明通过水轮机回收这部分的能量，并转换成冷却塔风机的动力。

二、新风系统排出来的空气速度一般为6—8m/s，具有一定的动能，本发明通过气轮机或者布气管回收这部分的能量。

本发明的有益效果为：

1.节能。通过水轮机，实现水泵富余能量的回收；通过气轮机实现排风口空气动能的回收，并将所回收的能量转换成冷却塔风机的动力。减少了电机的能量消耗，甚至可以无需电机或者对外发电，提高了能量的利用效率。

2.经济。电机作为高耗能设备，本发明通过对中央空调的改造，实现了大幅度降低冷却塔电机功率的目的，甚至无需电机，所以本发明能节省大量的电能，经济性好。

3.运转稳定。中央空调系统中的冷却水流量、排风量和电机的功率一般都是定常的，所以冷却塔风机在相对稳定的情况下运转，整个系统也在稳定的状态下运转。

上述是发明技术方案，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是中央空调系统整体结构示意图。

图2是冷却塔结构透视示意图。

图3是布风器结构示意图。

图4是冷却塔驱动机构局部放大图。

图5是热泵机组内部结构示意图。

图6是气轮机进气口与排风管连接局部放大图。

其中，各部的标号表示如下：

A、冷热源系统B、新风系统

1、热泵机组101、压缩机102、冷凝器103、膨胀阀104、蒸发器2、冷却塔201、冷却塔本体202、驱动机构203、分段传动轴204、风机205、水轮机206、气轮机207、减速齿轮组208、支架209、气轮机出气管210、大出气管3、风柜4、水泵5、辅助电机6、第一冷却塔回水管7、第二冷却塔回水管8、冷却塔送水管9、风柜回水管10、风柜送水管11、集合送风管12、集合回风管13、新风管14、排风管15、小排风管16、布水管17、支送风管18、支回风管19、单向阀20、扩压管21、阀门22、布风器23、布风器进气管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1与图6，本发明提供的一种智能型节能中央空调系统及其控制方法，其中可进行能量回收的智能型节能中央空调系统，包括：冷热源系统A和新风系统B，其还包括：

用于制冷或者供热的热泵机组1，所述热泵机组1的作用是冷却或者加热循环的冷却水，使其达到所要求温度；

布置在室外用于冷却循环冷却水并具有回收能量功能的冷却塔2；所述冷却塔2由冷却塔本体201和驱动机构202组成。

对空气进行过滤、加热、冷却、加湿、净化处理的风柜3，对冷却水进行加压并把冷却水输送到冷却塔2的水泵4；

所述风柜3里面包含有压缩机101、冷凝器102、膨胀阀103和蒸发器104等部件。

所述驱动机构202，包括传动轴203、风机204、水轮机205、气轮机206；所述气轮机206通过变速轴承或超越离合器与所述的风机204、水轮机205连接在处于同一轴线、垂直方向设置的分段传动轴203上；

所述水轮机205用于回收扬程富余水流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机204；

所述的气轮机206用于回收新风系统排出气流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机204；

其还包括一控制所述驱动机构202的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速转矩传感器、流速传感器。该控制器通过各传感器采集的数据和内置程序，对所述热泵机组1、冷却塔2、风柜3的运行参数进行控制：优先使用水轮机205输出的动力，不足时再补充气轮机206输出的动力，以保证冷却塔内的水温保持在设定的范围内。

本实施例智能型节能中央空调系统，还设置有一辅助电机5，所述辅助电机5与所述传动轴203通过减速齿轮组207连接。

所述的DDC控制器根据冷却塔2内水温、当前风机204转速，计算出风机204所需功率的变化量ΔP；再根据该变化量及所述的水轮机205、气轮机206提供动力的大小，二者之间存在不足时，驱动所述的辅助电机5提供相应的匹配功率的，使所述风机204在所需的转速范围内运转，使冷却塔2内水温维持在设定的范围内；

当所述水轮机205和气轮机206提供的动力之和大于所述风机204所需动力时，所述的DDC控制器将辅助电机5换成发电工作模式，使所述风机204维持在所需转速运转的情况下，辅助电机5把富余能量转换成电能并储存在储电装置中。所述水轮机205下底面中心位置设置一轴向出水口，并与同轴线且垂直布置的布水管16进口相接；所述水轮机205外沿设置一切向进水口，所述切向进水口与冷却塔2第二回水管7相接。

所述气轮机206由支架208固定在所述冷却塔2上，进气口与单向阀19经变径后的出气口相接，所述单向阀19的进气口与扩压管20相接，所述扩压管20与所述新风系统B的排风管14的管口相接，所述气轮机出气口与气轮机出气管209相接，所述气轮机出气管209通过同心大小头与大出气管210相接。

所述布风器22与布风器进气管23出口相连，布风器进气管23进口与阀门21相连，排风管14排出的空气具有干度较大、温度较低的特点，从布风器22排出冷却冷却水。

所述热泵机组1的冷凝器出水口引出第一冷却塔回水管6，所述第一冷却塔回水管6的另一端与所述水泵进水口相接；所述冷凝器102的进水口与冷却塔送水管8相接。所述热泵机组1的蒸发器104出水口与风柜回水管9相接，所述蒸发器进水口与风柜送水管10相接，冷冻水在经所述蒸发器104降温后，通过所述风柜回水管9输送到所述风柜3里面对空气进行冷却，再通过所述风柜送水管10输送回到蒸发器104进行冷却。

所述风柜3的进水口与所述风柜回水管9相接，出水口与所述风柜送水管10相接；所诉风柜3的送风口与所述新风系统B的集合送风管11相接，所述集合送风管11与支送风管17相接，所述风柜回风口与所述新风系统B的集合回风管12相接，所述集合回风管12与支回风管18相接；所诉风柜3的新风口与所述新风系统B的新风管13相接，所诉风柜3的排风口与所述新风系统B的排风管14相接。

所述排风管14与扩压管20相接，扩压管20与单向阀19相接，单向阀19通过同心大小头与小排风管15相接，所述小排风管15与所述气轮机206的进气口相接。从排风管14出来的气体经同心大小头加速后通过气轮机206做功，驱动所述风机204运转。

集合回风管12回来的部分回风与所述新风管13进来的新风在所述风柜3进行混合，经过过滤、加热、冷却、加湿、净化等处理后，再经过送风管17送到各个房间。集合回风管12回来的另一部分回风通过所述排风管14变径加速后送到气轮机206，驱动气轮机做功为风机204提供动力。所述水泵4把从所述风柜3出来的冷却水加压后进入所述水轮机205，在所述水轮机205里面做功驱动风机204运转后进入所述布水管16，从布水管16喷洒出来冷却后，通过所述冷却塔送水管8回到所述风柜3再循环。

不同的建筑新风占总风的比例不同，排风量也不同，气轮机提供的能量也不同。

冷却塔风机204的优先驱动装置为水轮机205，当水轮机205提供的动力不足时，水轮机205与气轮机206共同驱动风机转动，当水轮机205与气轮机206共同驱动提供的动力不足时，水轮机205、气轮机206、辅助电机5共同驱动风机204转动，使风机204在额定转速范围内运转。

所述水轮机205功率P1为0时，冷却塔风机204的优先驱动装置仍为水轮机205，当水轮机205提供的动力不足时，水轮机205与辅助电机5共同驱动风机转动。当水轮机205和气轮机206提供的动力大于风机204所需动力时，辅助电机5换成发电机，风机204在额定转速运转的情况下，发电机把富余能量转换成电能并储存在储电装置中。

本发明实施例还提供了一种智能型节能中央空调系统的控制方法，其包括如下步骤：

(1)设置一控制所述驱动机构202的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速转矩传感器、流速传感器，在该控制器内置根据各传感器采集的数据和内置程序，通过该程序的运算，对所述热泵机组1、冷却塔2、风柜3的运行参数进行控制；设定冷却塔2中水温与所需风机204转速之间的函数对应关系；

(2)启动中央空调系统，启动热泵机组1、冷却塔2、风柜3，使其均处于运行状态；

(3)根据冷却塔2内温度传感器和风机204当前转速转矩传感器的数据，及预设的水温与所需风机204转速之间的函数对应关系，计算出驱动运转所需风机转速的功率P及对应所需的功率增量ΔP；

(4)根据水轮机205的转速传感器或流入管内的流速传感器，计算出此时水轮机205平稳运行状态下的输出功率P 3；

(5)根据风柜内风机(图中未标示)的转速转矩或管道内空气的流速，计算出风机功率P 1的增量ΔP 1；

(6)根据气轮机206的转速转矩传感器或气轮机206与水轮机205、辅助电机5、冷却塔风机204的功率关系，计算出气轮机206功率P 5；

(7)根据下列条件进行自动控制，使冷却塔2内水温保持在设定的范围内：

当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，仅使水轮机205运转，关闭气轮机206，使空气直接排入大气中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，启动气轮机206运转，超越离合器处于结合状态时，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP；超越离合器处于超越状态时，排风管排出的空气流向布风器22，从布风器22排出冷却冷却水。

所述的步骤(1)还包括设置一辅助电机5；

所述的步骤(7)还包括：设辅助电机5的输出功率为P 2，其输出功率增量为ΔP 2，则：

①超越离合器处于结合状态：

当P 5+P 3≤P，且ΔP 5+ΔP 3≤ΔP时，启动辅助电机5运转，使其达到P 5+P 2+P3≥P时，且ΔP 5+ΔP 2+ΔP 3≥ΔP，所述的辅助电机5为电动机；

②超越离合器处于超越状态：

冷却塔风机204运转所需的功率P下降，当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，辅助电机5启动发电模式，并将富余的电能储蓄在蓄电装置中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，辅助电机5为电动机，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP。

当P 1+P 3-P≥0，且ΔP 1+ΔP 3-ΔP≥0时，此时启动辅助电机5发电模式，所述的辅助电机5为发电机，并将使富余的电能存储在蓄电装置内，待需要时再驱动辅助电机5对外输出机械功率。

所述风柜3的风机(图中未标示)的转矩T 1与转速n 1由转矩转速传感器测出，其功率P 1由公式(1)求得，风柜3的风机功率P 1的增量为ΔP 1，辅助电机5的输出功率P 2由公式(2)求得，水轮机205输出功率P 3由公式(3)求得，冷却塔风机204的转矩T 4与转速n 4由转矩转速传感器测出，其功率P 4由公式(1)求得，气轮机206的功率P 5由公式(4)求得。

所述DDC控制器根据风柜3风机的功率P 1的增量ΔP 1与气轮机206的功率P 5的差值X＝ΔP 1-P 5控制阀门21，以达到下列效果：

①X≥0时，DDC控制器执行所述步骤(7)，排风管14排出的空气流向气轮机206；

②X＜0时，DDC控制器不执行所述步骤(7)，排风管14排出的空气流向布风器22，从布风器22排出冷却冷却水，当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，辅助电机5启动发电模式，并将富余的电能储蓄在蓄电装置中；当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，辅助电机5为电动机，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP。

当排风管14排出的气体驱动气轮机做功为中央空调系统带来收益时对气体能量进行回收，否则不进行回收。

P:风机的功率，W

n：任一时刻的转速，r/min

T：任一时刻的转矩，N*m

P＝1.732*U*T*cosα*效率 (2)

P:电机的功率，W

U：输入电压，V

I：输入电流，A

cosα：功率因素

P＝P n*η t＝γQH*η t (3)

P:水轮机的输出功率，W

γ：水的重度，N/m 3

Q：水流量，m 3/s

H：水头，m

ηt：循环热效率

P 5 ＝P 4-P 2-P 3 (4)

P 2：辅助电机5的输出功率，W

P 3：水轮机205的出力，W

P 4：冷却塔风机功率，W

P 5：气轮机206的功率，W

所述冷却塔2出水口处安装有温度传感器(图中未标示)，检测冷却塔2出水口处的冷却水温度T 1，所述冷却塔2出水口的冷却水温度T 1与冷却塔2出水口设置的温度T 2的差值ΔT＝T 1-T 2，所述DDC控制器根据ΔT和风机204的转速控制变频器，变频器控制辅助电机5，以达到下列效果：①ΔT≥0时，辅助电机5输出功率，使风机204达到额定转速；②ΔT＜0时，辅助电机5吸收功率。

在冷却塔上匹配适合的水轮机和气轮机，分别把水泵和新风换气机所消耗的部分能量回收并转换成冷却塔风机运转的动力，从而减小风机需要匹配的电机功率，甚至可以无需匹配电机便可使风机正常运转，某些情况还可以把回收的余量通过发电机转换成电能并储存起来，达到经济且节能的效果。

所述可进行能量回收的节能中央空调系统能量的回收体现在两个方面：

1、目前的中央空调冷却塔中，为了保证系统冷却水的流量，水泵的扬程一般会大于冷却塔实际需要的扬程，富余的扬程具有一定的能量，本发明通过水轮机回收这部分的能量，并转换成冷却塔风机的动力。

2、新风系统排出来的空气速度一般为6—8m/s，具有一定的动能，本发明通过气轮机或者布气管回收这部分的能量。

本发明的重点主要在于：

1、节能。通过水轮机，实现水泵富余能量的回收；通过气轮机实现排风口空气动能的回收，并将所回收的能量转换成冷却塔风机的动力。减少了电机的能量消耗，甚至可以无需电机或者对外发电，提高了能量的利用效率。

2、经济。电机作为高耗能设备，本发明通过对中央空调的改造，实现了大幅度降低冷却塔电机功率的目的，甚至无需电机，所以本发明能节省大量的电能，经济性好。

3、运转稳定。中央空调系统中的冷却水流量、排风量和电机的功率一般都是定常的，所以冷却塔风机在相对稳定的情况下运转，整个系统也在稳定的状态下运转。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能型节能中央空调系统，其包括：冷热源系统和新风系统，其特征在于，其还包括：

用于制冷或者供热的热泵机组，所述热泵机组的作用是冷却或者加热循环的冷却水，使其达到所要求温度；

布置在室外用于冷却循环冷却水并具有回收能量功能的冷却塔，所述冷却塔由冷却塔本体和驱动机构组成；

对空气进行过滤、加热、冷却、加湿、净化处理的风柜，所述风柜里面包含有压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等部件；

对冷却水进行加压并把冷却水输送到冷却塔的水泵；

所述驱动机构，包括传动轴、风机、水轮机、气轮机；所述气轮机通过变速轴承或超越离合器与所述的风机、水轮机、气轮机连接在处于同一轴线、垂直方向设置的分段传动轴上；

所述水轮机用于回收扬程富余水流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机；

所述的气轮机用于回收新风系统排出气流的能源，并将其转化为动力输出至所述的风机；

其还包括一控制所述驱动机构的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速传感器、流速传感器，该控制器通过各传感器采集的数据和内置程序，对所述热泵机组、冷却塔、风柜的运行参数进行控制：优先使用水轮机输出的动力，不足时再补充气轮机输出的动力，以保证冷却塔内的水温保持在设定的范围内。

2.根据权利要求1所述的智能型节能中央空调系统，其特征在于，其还设置有一辅助电机，所述辅助电机通过减速齿轮对与所述传动轴连接；

所述的DDC控制器根据冷却塔内水温、当前风机转速，计算出风机所需功率的变化量；再根据该变化量及所述的水轮机、气轮机提供动力的大小，二者之间存在不足时，驱动所述的辅助电机提供相应的匹配功率的，使所述风机在所需的转速范围内运转，使冷却塔内水温维持在设定的范围内；

而当所述水轮机和气轮机提供的动力之和大于所述风机所需动力时，所述的DDC控制器将辅助电机换成发电工作模式，使所述风机维持在所需转速运转的情况下，辅助电机把富余能量转换成电能并储存在储电装置中。

3.根据权利要求1所述的智能型节能中央空调系统，其特征在于，所述水轮机下底面中心位置设置一轴向出水口，并与同轴线且垂直布置的布水管进口相接；所述水轮机外沿设置一切向进水口，所述切向进水口与冷却塔第二回水管道相接；所述气轮机由支架固定在所述冷却塔上，进气口与所述新风系统的排风管经变径后的管口相接，出气口与出气管相接，所述出气管通过同心大小头与大出气管相接。

4.根据权利要求2所述的智能型节能中央空调系统，其特征在于，所述热泵机组的冷凝器出水口引出第一冷却塔回水管，所述第一冷却塔回水管与水泵进水口相接；所述冷凝器的进水口与冷却塔送水管相接；所述热泵机组的蒸发器出水口与风柜回水管相接，蒸发器进水口与风柜送水管相接。

5.根据权利要求1所述的智能型节能中央空调系统，其特征在于，所述风柜的进水口与所述风柜回水管相接，出水口与所述风柜送水管相接；所诉风柜的送风口与所述新风系统的集合送风管相接，回风口与所述新风系统的集合回风管相接；所诉风柜的新风口与所述新风系统的新风口相接，所诉风柜的排风口与所述新风系统的排风管相接。

6.根据权利要求1所述的智能型节能中央空调系统，其特征在于，排风管通过同心大小头与小排风管相接，所述小排风管与所述气轮机的进气口相接,从排风管出来的气体经同心大小头加速后通过气轮机做功，驱动所述风机运转。

7.根据权利要求1～6之一所述智能型节能中央空调系统的控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)设置一控制所述驱动机构的智能控制系统，该智能控制系统包括DDC控制器及分别与该控制器电性连接的温度传感器、风速传感器、转速传感器、流速传感器，在该控制器内置根据各传感器采集的数据和内置程序，通过该程序的运算，对所述热泵机组、冷却塔、风柜的运行参数进行控制；设定冷却塔中水温与所需风机转速之间的函数对应关系；

(2)启动中央空调系统，启动热泵机组、冷却塔、风柜，使其均处于运行状态；

(3)根据冷却塔本体内温度传感器和风机当前转速传感器的数据，及预设的水温与所需风机转速之间的函数对应关系，计算出驱动运转所需风机转速的功率P及对应所需的功率增量ΔP；

(4)根据水轮机的转速传感器或流入管内的流速传感器，计算出此时水轮机平稳运行状态下的输出功率P 3及其增量ΔP 3；

(5)根据风柜内风机的转速转矩或管道内空气的流速，计算出风机功率P1及其增量ΔP1；

(6)根据气轮机的转速转矩传感器或气轮机与水轮机、辅助电机、冷却塔风机的功率关系，计算出气轮机功率P 5及其增量ΔP 5；

(7)根据下列条件进行自动控制，使冷却塔内水温保持在设定的范围内：

当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，仅使水轮机运转，关闭气轮机，使空气直接排入大气中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，启动气轮机运转，超越离合器处于结合状态时，使其达到P5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP；超越离合器处于超越状态时，排风管排出的空气流向布风器，从布风器排出冷却水。

8.根据权利要求7所述智能型节能中央空调系统的控制方法，其特征在于，

步骤(1)还包括设置一辅助电机；

步骤(7)还包括：设辅助电机的输出功率为P 2，其输出功率变量为ΔP 2，则：

①超越离合器处于结合状态：

当P 5+P 3≤P，且ΔP 5+ΔP 3≤ΔP时，启动辅助电机运转，使其达到P 5+P 2+P 3≥P时，且ΔP 5+ΔP 2+ΔP 3≥ΔP，所述的辅助电机为电动机；

②超越离合器处于超越状态：

冷却塔风机运转所需的功率P下降，当P 3≥P，且ΔP 3≥ΔP时，辅助电机启动发电模式，并将富余的电能储蓄在蓄电装置中；

当P 3≤P，且ΔP 3≤ΔP时，辅助电机为电动机，使其达到P 5+P 3≥P，且ΔP 5+ΔP 3≥ΔP。

9.根据权利要求8所述智能型节能中央空调系统的控制方法，其特征在于，其还包括如下步骤：

所述的辅助电机为发电电动机；

当P 5+P 3-P≥0，且ΔP 5+ΔP 3-ΔP≥0时，此时启动辅助电机发电模式，并将使富余的电能存储在蓄电装置内，待需要时再驱动辅助电机对外输出机械功率。

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