CN102865632A - 一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统，常规热泵机组空调系统，设备选型满足季节供冷供热最大负荷的需要，不仅热泵机组容量较大，而且相关的水源设备和埋管数量均应满足热泵机组最大散热和取热要求，造成工程成本大幅度上升。本发明一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统包括地下换热器、地源侧循环泵、串联热泵机组、蓄能水泵、蓄能水池、第一末端放能水泵、板式换热器、第二末端放能水泵、末端新风机组、辐射盘管、调节水泵、风管、多个温度传感器、多个流量传感器、温湿度控制器、多个电动开关阀、多个电动调节阀和多个手动阀。串联热泵机组包括两个相同的热泵机。本发明设备投资省，大幅度地降低运营成本，同时节能显著。

Description

一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统

技术领域

本发明涉及一种蓄能节能、温度梯级利用及可再生能源空调系统，特别是一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统。 

背景技术

传统的空调冷热源需要不同的设备分别制冷制热，夏季空调采用冷水机组制成7℃的冷冻水，再通过输送设备（冷冻水循环泵）将低温的冷冻水输送到空调的末端。空调末端设备多为风机盘管和空调处理器将空气与冷冻水进行冷热交换和冷却除湿。而冬季供热需另外的设备如锅炉或城市热网供空调供热，制成的空调热水再输送到末端供热。 

目前中央空调和分散式的家用空调等制冷设备多采用电力驱动，空调用电占建筑物用电的30～40%。空调使用时间、空调用电量多少与人们的生产和生活活动息息相关。由于人们的活动规律，全天建筑物用电的趋势与空调用电趋势基本一致，导致空调用电与其它用电的不平衡，昼夜用电出现较大的峰谷差，对电力电网用电负荷的波动造成巨大的冲击。以往国内许多大城市一到夏季就出现电荒，拉闸限电，影响到人们的正常生产和生活。 

常规的热泵机组应用于建筑物的空调，可以解决夏季供冷冬季供热，一机多用。由于夏季的冷量和冬季的热量主要来自于土壤蓄积的热量，节能效果显著，有着良好的经济和社会效益。但在有的地区热泵长期运行，也存在着冬夏季冷热负荷相差过大，出现夏季取冷冬季排热不平衡现象，会导致空调效果降低。另外，常规热泵机组空调系统，设备选型应满足季节供冷供热最大负荷的需要，不仅热泵机组容量较大，而且相关的水源设备和埋管数量均应满足热泵机组最大散热和取热技术要求，造成工程成本大幅度上升。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统。 

本发明一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统包括地下换热器、地源侧循环泵、串联热泵机组、蓄能水泵、蓄能水池、第一末端放能水泵、板式换热器、第二末端放能水泵、末端新风机组、辐射盘管、调节水泵、风管、多个温度传感器、多个流量传感器、温湿度控制器、多个电动开关阀、多个电动调节阀和多个手动阀。串联热泵机组包括两个相同的热泵机，包括第一热泵机和第二热泵机。 

地下换热器的一端通过管道与地源侧循环泵的进口连接，地下换热器与地源侧循环泵之间的管道臂上设有第一温度传感器和第一流量传感器，地源侧循环泵的出口与第二手动阀的一端、第四手动阀的一端连接，第二手动阀的另一端与第三手动阀的一端、第十六电动开关阀的一端、第一热泵机的蒸发器进口连接，第四手动阀的另一端与第一手动阀的一端、第十三电动开关阀的一端、第二热泵机的冷凝器的进口连接，第十六电动开关阀的另一端与第十八电动开关阀的一端、第二热泵机的蒸发器进口连接，第十三电动开关阀的另一端与第一热泵机的冷凝器进口、第十五电动开关阀的一端连接，第十八电动开关阀的另一端与第一热泵机的蒸发器出口、第十七电动开关阀的一端连接，第十五电动开关阀的另一端与第二热泵机的冷凝器出口、第十四电动开关阀的一端连接，第一热泵机的冷凝器的出口与第十四电动开关阀的另一端、第六手动阀的一端、第七手动阀的一端连接，第二热泵机的蒸发器出口与第十七电动开关阀的另一端、第五手动阀的一端、第八手动阀的一端连接，地下换热器的另一端通过管道与第六手动阀的另一端、第八手动阀的另一端连接，地下换热器与第六手动阀、第八手动阀之间的管道壁上设有第二温度传感器，第一手动阀的另一端与第三手动阀的另一端、第六电动开关阀的一端、第七电动开关阀的一端连接，第七电动开关阀的另一端与第二末端放能水泵的出口连接，第六电动开关阀的另一端与第十九电动开关阀的一端、蓄能水泵的出口连接，第五手动阀的另一端与第七手动阀的另一端、第八电动开关阀的一端、第九电动开关阀的一端连接，第八电动开关阀的另一端与第四电动开关阀的一端、第二电动开关阀的一端、板式换热器一次侧进口连接，板式换热器一次侧出口与第十九电动开关阀的另一端连接，第二末端放能水泵的进口与第一末端放能水泵的进口、调节水泵的进口、并接的辐射系统的一端连接，每个辐射系统包括一个辐射盘管和一个接有温湿度传感器的电动调节阀，辐射盘管与接有温湿度传感器的电动调节阀串接，每一个温湿度传感器接有温湿度控制器，第十二电动调节阀与辐射系统并接，第十二电动调节阀两端并接一个压力传感器，并接的辐射系统的另一端与调节水泵的出口、第十一电动调节阀的一端、末端新风机组的出口连接，辐射系统的另一端与调节水泵之间的管道上设有第五温度传感器，末端新风机组的进口与第十电动调节阀的一端连接，末端新风机组的送风口与风管连接，风管上设有温度传感器、风量传感器和压力传感器，第十电动调节阀的另一端与第十一电动调节阀的另一端、板式换热器的第二侧出口、第九电动开关阀的另一端连接，第一末端放能水泵的出口与板式换热器的第二侧进口连接，第十电动调节阀的另一端、第十一电动调节阀的另一端与板式换热器的第二侧出口、第九电动开关阀的另一端之间的管道壁上设有第四温度传感器，第四电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的一端、蓄能水池连接，第四电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的一端、蓄能水池之间的管道壁上设有第七温度传感器，第二电动开关阀的另一端与第一电动开关阀的一端、蓄能水池连接，第二电动开关阀的另一端与第一电动开关阀的一端、蓄能水池之间的管道壁上设有第六温度传感器，第一电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的另一端、蓄能水泵的进口连接。 

有益效果：由于热泵机组在夏季制冷时冷却水来自深层土壤较稳定的冷源或地下水，冷却水温度低，有利于提高热泵机组制冷效率，热泵技术与水蓄能技术的结合，不仅可以大幅度地降低运营成本，同时节能显著。由于蓄冷时冷水机组的蒸发器出水温度高于0℃，可以采用常规的冷水机组进行蓄冷，夜间蓄冷效率高，设备投资省。将温度和湿度分别独立控制，采用不同的设备和方式进行处理，由于两者所需的冷冻水温度不同，可以采用同源的冷冻水进行温度梯级利用，最大程度地提高冷冻水温度和使用的温差，大大改善冷水机组制冷COP能效比和减少水蓄冷水池的容积。水系统的输配系统采用大温差的形式，在相同的能量输送情况下，大温差的输配形式能减少水量的输送，从而减少水泵的能耗。温湿度独立控制空调系统和常规空调系统相比，其运行能耗量仅为常规空调的60%～90%。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

具体实施方式

本发明一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统包括地下换热器1、地源侧循环泵2、串联热泵机组3、蓄能水泵4、蓄能水池5、第一末端放能水泵6、板式换热器7、第二末端放能水泵8、末端新风机组9、辐射盘管10、调节水泵11、风管12、多个温度传感器、多个流量传感器、温湿度控制器、多个电动开关阀、多个电动调节阀和多个手动阀。串联热泵机组包括两个相同的热泵机。 

地下换热器1的一端通过管道与地源侧循环泵2的进口连接，地下换热器1与地源侧循环泵2之间的管道臂上设有第一温度传感器Ti1和第一流量传感器Fi1，地源侧循环泵2的出口与第二手动阀W2的一端、第四手动阀S2的一端连接，第二手动阀W2的另一端与第三手动阀S1的一端、第十六电动开关阀Vi16的一端、第一热泵机3a的蒸发器进口连接，第四手动阀S2的另一端与第一手动阀W1的一端、第十三电动开关阀Vi13的一端、第二热泵机3b的冷凝器的进口连接，第十六电动开关阀Vi16的另一端与第十八电动开关阀Vi18的一端、第二热泵机3b的蒸发器进口连接，第十三电动开关阀Vi13的另一端与第一热泵机3a的冷凝器进口、第十五电动开关阀Vi15的一端连接，第十八电动开关阀Vi18的另一端与第一热泵机3a的蒸发器出口、第十七电动开关阀Vi17的一端连接，第十五电动开关阀Vi15的另一端与第二热泵机3b的冷凝器出口、第十四电动开关阀Vi14的一端连接，第一热泵机3a的冷凝器的出口与第十四电动开关阀Vi14的另一端、第六手动阀S4的一端、第七手动阀W3的一端连接，第二热泵机3b的蒸发器出口与第十七电动开关阀Vi17的另一端、第五手动阀S3的一端、第八手动阀W4的一端连接，地下换热器1的另一端通过管道与第六手动阀S4的另一端、第八手动阀W4的另一端连接，地下换热器与第六手动阀S4、第八手动阀W4之间的管道壁上设有第二温度传感器Ti2，第一手动阀W1的另一端与第三手动阀S1的另一端、第六电动开关阀Vi6的一端、第七电动开关阀Vi7的一端连接，第七电动开关阀Vi7的另一端与第二末端放能水泵8的出口连接，第六电动开关阀Vi6的另一端与第十九电动开关阀Vi19的一端、蓄能水泵4的出口连接，第五手动阀S3的另一端与第七手动阀W3的另一端、第八电动开关阀Vi8的一端、第九电动开关阀Vi9的一端连接，第八电动开关阀Vi8的另一端与第四电动开关阀Vi4的一端、第二电动开关阀Vi2的一端、板式换热器7一次侧进口连接，板式换热器7一次侧出口与第十九电动开关阀Vi19的另一端连接，第二末端放能水泵8的进口与第一末端放能水泵6的进口、调节水泵11的进口、并接的辐射系统的一端连接，每个辐射系统包括一个辐射盘管10和一个接有温湿度传感器的电动调节阀，辐射盘管10与接有温湿度传感器的电动调节阀串接，每一个温湿度传感器接有温湿度控制器，第十二电动调节阀Vi12与辐射系统并接，第十二电动调节阀Vi12两端并接一个压力传感器，并接的辐射系统的另一端与调节水泵11的出口、第十一电动调节阀Vi11的一端、末端新风机组9的出口连接，辐射系统的另一端与调节水泵11之间的管道上设有第五温度传感器Ti5，末端新风机组9的进口与第十电动调节阀Vi10的一端连接，末端新风机组9的送风口与风管12连接，风管12上设有温度传感器、风量传感器和压力传感器，第十电动调节阀Vi10的另一端与第十一电动调节阀Vi11的另一端、板式换热器7的第二侧出口、第九电动开关阀Vi9的另一端连接，第一末端放能水泵6的出口与板式换热器7的第二侧进口连接，第十电动调节阀Vi10的另一端、第十一电动调节阀Vi11的另一端与板式换热器7的第二侧出口、第九电动开关阀Vi9的另一端之间的管道壁上设有第四温度传感器Ti4，第四电动开关阀Vi4的另一端与第三电动开关阀Vi3的一端、蓄能水池5连接，第四电动开关阀Vi4的另一端与第三电动开关阀Vi3的一端、蓄能水池5之间的管道壁上设有第七温度传感器Ti7，第二电动开关阀Vi2的另一端与第一电动开关阀Vi1的一端、蓄能水池5连接，第二电动开关阀Vi2的另一端与第一电动开关阀Vi1的一端、蓄能水池5之间的管道壁上设有第六温度传感器Ti6，第一电动开关阀Vi1的另一端与第三电动开关阀Vi3的另一端、蓄能水泵4的进口连接。 

夏季供冷 

开启S1~S4，关闭W1~W4，进入夏季供冷模式。开启Vi13、Vi14、Vi18，关闭Vi15、Vi16、Vi17，使两台串联热泵机组3的蒸发器串联、冷凝器并联。

1、蓄冷工况（管路电动阀切换至蓄冷工况） 

热泵机组3在制冷时，冷却水来自地下水或土壤源换热后的水，冷却水温较低，有利于热泵机组性能系数的提高。热泵机组3由二台或二组串联运行，可以实现10～15℃大温差供冷和蓄冷，同时第一台热泵机组制冷时运行效率较高。利用水蓄冷自然分层原理，热泵机组蒸发器出口温度设定4℃出水，进行蓄冷。蓄冷水池5可利用建筑物消防水池或新设，水池需保温防水处理，减少冷量损失。池内需做布水器，水流均匀减少扰动，稳定水中的斜温层，确保水池容积利用最大化。在蓄冷时，开启蓄能水泵4，开启Vi1、Vi4、Vi6、Vi8，关闭Vi2、Vi3、Vi5、Vi7、Vi9。经热泵机组3冷却后的水从水池5的下方进入，流入水池下布水器，均匀扩散，将4℃的冷水存放至水池5的底部。而上部温度高的水由上布水器收集，从水池的上方流出至热泵机组3进行冷却，通过蓄能泵循环，逐渐将水池5温度高的水抽出进行冷却再放入水池5。不断循环，周而复始，最终将水池5完全蓄存成设计要求的冷水。

2、放冷工况（管路电动阀切换至放冷工况） 

此时热泵机组3不开，地下换热器1不用。开启Vi2、Vi3、Vi5、Vi7、Vi9，关闭Vi1、Vi4、Vi6、Vi8。开启放冷泵4，低温的冷水从水池5下布水器汇集通过泵打至板式换热器7与末端的冷冻水进行换热，换热后的水温度升高，温度高的水再回到蓄能水池5的上布水器。

无论蓄冷工况，还是放冷工况蓄冷水池5温度低的冷水始终在下布水器进入，温度高的温水始终在上布水器进入，保持水池内的水自然状态下温度分层。 

3、热泵供冷工况（管路电动阀切换至热泵供冷工况） 

热泵机组3冷却水来自地下水或土壤源换热后的冷水。开启第二末端放能水泵8，水流不经过水池，只经热泵机组5降温冷却，供往末端，满足末端负荷。 

4、联合供冷工况（管路电动阀切换至联合供冷工况） 

此时水池的冷水和热泵机组联合供冷，热泵机组冷却水来自地下水或土壤源换热后的水。开启蓄能水泵4和第一末端放能水泵6，可以实现水池释冷供末端空调负荷要求。同时，开启第二末端放能水泵8、串联热泵机组3，直接向末端空调供冷，满足末端较大负荷的要求。

5、末端供冷工况 

由于末端采用温湿度独立控制空调系统，7℃的冷冻水首先作为热回收型新机组的除湿冷源，经机组换热后水冷冻回水温度升高，再以此冷冻回水作为地板和吊顶辐射供冷系统的冷源，对空调房间的空气进行降温处理，以实现冷冻水大温差、温度梯级利用。

6、系统的控制调节 

水源侧循环泵2采用变频控制，根据热泵机组制冷负荷大小调节循环泵运转频率，实现系统高效运行，获取最大综合能效。对于蓄冷水池5进行蓄冷和放冷时，通过管路上电动阀门的切换，以实现不同工况转换需求。热泵机组蒸发器、冷凝器进出口管路设置电动阀，以实现多台机组的串并联流程，提高热泵机组能效，满足末端空调供冷供热的要求。末端热回收型新机组设置电动调节阀，以满足负荷变化的需求。辐射供冷系统设置调节水泵11，可保证系统提供适宜的冷冻水温度。

冬季采暖 

开启W1~W4，关闭S1~S4，进入冬季采暖模式。开启Vi15、Vi16、Vi17，关闭Vi13、Vi14、Vi18，使两台串联热泵机组3的冷凝器串联、蒸发器并联。

1、蓄热工况（管路电动阀切换至蓄热工况） 

热泵机组3在制热时，进入热泵蒸发器的水为来自地下水或土壤源换热后的水，水温较高，有利于热泵机组性能系数的提高。热泵机组3由二台或二组串联运行，可以实现8～10℃大温差供热和蓄热。利用水蓄热自然分层原理，热泵机组蒸发器出口温度设定50℃出水，进行蓄热。在蓄热时，开启Vi2、Vi3、Vi6、Vi8，关闭Vi1、Vi4、Vi5、Vi7、Vi9。经热泵机组3升温后的水从水池5的上方进入，流入水池上布水器，均匀扩散，将50℃的热水存放至水池5的底部。而下部温度低的水由下布水器收集，从水池的下方流出至热泵机组3进行升温，通过蓄能泵循环，逐渐将水池5温度低的水抽出进行升温再放入水池5。不断循环，周而复始，最终将水池5完全蓄存成设计要求的热水。

2、放热工况（管路电动阀切换至放热工况） 

此时热泵机组3不开，地下换热器1不用。开启Vi1、Vi4、Vi5、Vi7、Vi9，关闭Vi2、Vi3、Vi6、Vi8。开启蓄能泵4，热水从水池5上布水器汇集通过泵打至板式换热器7与末端的循环水进行换热，换热后的水温度降低，再回到蓄能水池5的下布水器。

无论蓄热工况，还是放热工况蓄热水池5温度低的冷水始终在下布水器进入，温度高的温水始终在上布水器进入，保持水池内的水自然状态下温度分层。 

3、热泵供热工况（管路电动阀切换至热泵供热工况） 

热泵机组3进入蒸发器的水来自地下水或土壤源换热后的水。开启第二末端放能水泵8，水流不经过水池，只经热泵机组5升温，供往末端，满足末端负荷。 

4、联合供冷工况（管路电动阀切换至联合供热工况） 

此时水池的热水和热泵机组联合供热，热泵机组进入蒸发器的水来自地下水或土壤源换热后的水。开启蓄能水泵4和第一末端放能水泵6，可以实现水池放热供末端空调负荷要求。同时，开启第二末端放能水泵8、串联热泵机组3，直接向末端空调供热，满足末端较大负荷的要求。

5、末端供热工况 

板换和热泵主机配置的热水作为地板和吊顶辐射供冷系统的热源，对空调房间的空气进行升温处理。

Claims (1)

1. 一种热泵蓄能与温湿度独立控制系统包括地下换热器、地源侧循环泵、串联热泵机组、蓄能水泵、蓄能水池、第一末端放能水泵、板式换热器、第二末端放能水泵、末端新风机组、辐射盘管、调节水泵、风管、多个温度传感器、多个流量传感器、温湿度控制器、多个电动开关阀、多个电动调节阀和多个手动阀，串联热泵机组包括两个相同的热泵机，包括第一热泵机和第二热泵机；

地下换热器的一端通过管道与地源侧循环泵的进口连接，地下换热器与地源侧循环泵之间的管道臂上设有第一温度传感器和第一流量传感器，地源侧循环泵的出口与第二手动阀的一端、第四手动阀的一端连接，第二手动阀的另一端与第三手动阀的一端、第十六电动开关阀的一端、第一热泵机的蒸发器进口连接，第四手动阀的另一端与第一手动阀的一端、第十三电动开关阀的一端、第二热泵机的冷凝器的进口连接，第十六电动开关阀的另一端与第十八电动开关阀的一端、第二热泵机的蒸发器进口连接，第十三电动开关阀的另一端与第一热泵机的冷凝器进口、第十五电动开关阀的一端连接，第十八电动开关阀的另一端与第一热泵机的蒸发器出口、第十七电动开关阀的一端连接，第十五电动开关阀的另一端与第二热泵机的冷凝器出口、第十四电动开关阀的一端连接，第一热泵机的冷凝器的出口与第十四电动开关阀的另一端、第六手动阀的一端、第七手动阀的一端连接，第二热泵机的蒸发器出口与第十七电动开关阀的另一端、第五手动阀的一端、第八手动阀的一端连接，地下换热器的另一端通过管道与第六手动阀的另一端、第八手动阀的另一端连接，地下换热器与第六手动阀、第八手动阀之间的管道壁上设有第二温度传感器，第一手动阀的另一端与第三手动阀的另一端、第六电动开关阀的一端、第七电动开关阀的一端连接，第七电动开关阀的另一端与第二末端放能水泵的出口连接，第六电动开关阀的另一端与第十九电动开关阀的一端、蓄能水泵的出口连接，第五手动阀的另一端与第七手动阀的另一端、第八电动开关阀的一端、第九电动开关阀的一端连接，第八电动开关阀的另一端与第四电动开关阀的一端、第二电动开关阀的一端、板式换热器一次侧进口连接，板式换热器一次侧出口与第十九电动开关阀的另一端连接，第二末端放能水泵的进口与第一末端放能水泵的进口、调节水泵的进口、并接的辐射系统的一端连接，每个辐射系统包括一个辐射盘管和一个接有温湿度传感器的电动调节阀，辐射盘管与接有温湿度传感器的电动调节阀串接，每一个温湿度传感器接有温湿度控制器，第十二电动调节阀与辐射系统并接，第十二电动调节阀两端并接一个压力传感器，并接的辐射系统的另一端与调节水泵的出口、第十一电动调节阀的一端、末端新风机组的出口连接，辐射系统的另一端与调节水泵之间的管道上设有第五温度传感器，末端新风机组的进口与第十电动调节阀的一端连接，末端新风机组的送风口与风管连接，风管上设有温度传感器、风量传感器和压力传感器，第十电动调节阀的另一端与第十一电动调节阀的另一端、板式换热器的第二侧出口、第九电动开关阀的另一端连接，第一末端放能水泵的出口与板式换热器的第二侧进口连接，第十电动调节阀的另一端、第十一电动调节阀的另一端与板式换热器的第二侧出口、第九电动开关阀的另一端之间的管道壁上设有第四温度传感器，第四电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的一端、蓄能水池连接，第四电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的一端、蓄能水池之间的管道壁上设有第七温度传感器，第二电动开关阀的另一端与第一电动开关阀的一端、蓄能水池连接，第二电动开关阀的另一端与第一电动开关阀的一端、蓄能水池之间的管道壁上设有第六温度传感器，第一电动开关阀的另一端与第三电动开关阀的另一端、蓄能水泵的进口连接。