CN201177332Y - 带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，属于空调系统节能技术领域。本实用新型系统包括：冷却水系统、载冷剂水系统、冷冻水系统、末端空气处理系统、双冷源热泵空调装置、板式换热器。冷却水系统与双冷源热泵空调装置内的水冷冷凝器连接。载冷剂水系统分别连接于双冷源热泵空调装置的蒸发器、板式换热器，分别用来进行与冷却水系统、冷冻水系统进行热交换。冷冻水系统连接板式换热器从而可以与载冷剂水系统进行换热并通过末端空气处理系统将能量传送给空调风系统，最后通过风管输送到需要场所。本实用新型系统能够避让用电高峰，“削峰填谷”降低运行电费，降低了电网的峰值负荷，有良好的社会效益和经济效益。

Description

带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置

技术领域

本实用新型涉及一种集中式空调系统节能技术领域的系统，具体是一种带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置。

背景技术

目前市场上使用的集中式空调系统热泵主机都是单一冷却方式，以空气源、水源或地源为冷却方式的装置，其中空气源热泵由于其节能，安装方便，不需要专用机房，机组布置占地小等优势，因此在城市中心地区的办公楼、商场、酒店等得到广泛使用。空气源热泵运行时消耗电能；如果采用空气源热泵作为冰蓄冷系统中的主机，由于在蓄冰工况运行时效率较低，经济型差，无法推广。而且目前市场上的冰蓄冷集中式空调装置只能提供夏季运行的冷源，不能提供冬季运行的热源。所以对集中式空调系统热泵装置进行综合性应用与节能改造，就有很大的社会效益和经济效益。

现有技术介绍：如图1所示，为目前通常使用的集中式空调系统中空气源热泵装置的组成，主要部件包括：热泵空调压缩机51、四通换向阀57、风冷冷凝器53、冷凝风机54、蒸发器56，冷冻水泵PU、末端设备G，由水系统、风系统连接而成。空气源热泵空调压缩机51运行中，输送着制冷剂，按四通换向阀57控制的流程输送到不同的换热器进行吸热或放热。风冷冷凝器53向大气环境释放废热或吸收热量。蒸发器56通过水系统与末端设备G、风系统连接，向需用空调区域吸收或放出热量，向空调区域提供舒适的空气环境。

一般办公楼和商场等集中式空调系统都是在白天使用，使用时段正处于电网供电高峰时节，空调系统用电是造成电网峰值负荷的重要因素。夏季气温逐年攀升，风冷热泵机组在夏季运行效率随着环境气温升高而下降、随冷冻水温度下降而下降，导致风冷热泵机组如运行蓄冰时，运行效率下降，失去了应用于冰蓄冷系统的价值，这是其一；其二，目前市场上的冰蓄冷空调系统主要使用的是螺杆式水冷冷水机组，它只能运行于夏季供冷工况，冬季制热运行需要另配电加热设备和蓄热设备；其三，目前市场上也能见到少量的地源热泵机组应用于冰蓄冷空调系统，它可以解决夏季供冷工况，冬季制热工况；但由于它需要很大的场地来布置地埋换热管，这对于大城市土地比较紧张的用户就不能应用了；一般只有在小型的集中式空调系统中见到过应用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，有效提高了空气源热泵空调主机蓄冰、制冷运行时的能效，解决了冰蓄冷空调装置冬季不能提供采暖热源的问题。本实用新型系统能够避让用电高峰，“削峰填谷”降低运行电费，降低了电网的峰值负荷，有良好的社会效益和经济效益。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，本实用新型带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置包括：冷却水系统、载冷剂水系统、冷冻水系统、末端空气处理系统、双冷源热泵空调装置、板式换热器。冷却水系统与双冷源热泵空调装置内的水冷冷凝器连接。载冷剂水系统分别连接于双冷源热泵空调装置的蒸发器、板式换热器，分别用来进行与冷却水系统、冷冻水系统进行热交换。冷冻水系统连接板式换热器从而可以与载冷剂水系统进行换热并通过末端空气处理系统将能量传送给空调风系统，最后通过风管输送到需要场所。

所述冷却水系统包括：冷却水泵、冷却塔，热回收水泵、热水回收水箱。冷却水泵和热回收水泵一端直接与双冷源热泵空调装置中的水冷冷凝器相连，冷却水泵另一端与冷却塔，热回收水泵另一端与热回收水箱相连，形成并联的管路系统。通过冷却塔或热水回收水箱将水冷冷凝器中的热量释放给外界。

所述载冷剂水系统包括：载冷剂水泵、蓄冰装置、载冷剂膨胀水箱、自动阀门V1、自动阀门V2、自动阀门V3、自动阀门V4。载冷剂水泵其一端与双冷源热泵空调装置的蒸发器相连，然后分别与板式换热器、蓄冰装置依次串连连接，其另一端分别与载冷剂膨胀水箱、板式换热器连接，从而整个载冷剂系统构成一个水路循环。自动阀门V1为进入蓄冰装置的截止阀，一端连接蓄冰装置进口，另一端连接蒸发器出口；自动阀门V2作为蓄冰装置的旁通阀，分别连接蓄冰装置的进出口；自动阀门V3是板式换热器的旁通阀，分别连接板式换热器的进出口；自动阀门V4是进入板式换热器的截止阀，一端连接蓄冰装置出口，另一端连接板式换热器进口；通过自动阀门V1、V2、V3、V4的转换，实现水路的变化，达到蓄冰和放冷的目的。

所述冷冻水系统包括：冷冻水泵、分水器、集水器、膨胀水箱。冷冻水泵一端与板式换热器相连，另一端与分水器相连，分水器的另一端连接到末端设备的进口，末端设备的出口与集水器连接，集水器的另一端连通膨胀水箱组成一个水路循环。

所述末端空气处理系统为由依次连接的末端设备、风管、送风口，还包括回风口等部件，组成空气处理循环系统。

所述的双冷源热泵空调装置包括：压缩机、截止阀、风冷冷凝器、冷凝风机，水冷冷凝器，蒸发器、四通阀、热力膨胀阀、视液镜、制冷剂干燥过滤器、储液器、吸气气液分离器、若干止回阀组成。压缩机排气分别与并联的四通阀、水冷冷凝器连接。四通阀一端连接风冷冷凝器，一端连接蒸发器，中间端经由吸气气液分离器再连接于压缩机的吸气端。储液器、制冷剂干燥过滤器、视液镜，热力膨胀阀顺次连接，储液器其一端与风冷冷凝器出口和水冷冷凝器出口连接，热力膨胀阀其另一端与蒸发器进口和风冷冷凝器出口连接。冷凝风机与风冷冷凝器相对放置。

本实用新型具备制冷、蓄冰、制热三大功能，能利用空气源与水源作为热量交换介质，实现功能的同时具备较高的能效比，从而达到节能与平衡电网峰值负荷。风冷热泵式冷水机组制冷时由于环境温度的影响，其平均能效小于水冷式冷水机组，如果用作蓄冰主机，其使用效率已经不具备经济意义上的使用要求，仅具有技术意义；水冷冷水机组虽然可以满足制冷、蓄冰时效益，但无法实现热泵制热功能，需要用锅炉等其他加热形式装置实现冬季供热。本实用新型综合应用多种制冷装置在同一空调系统中的功能，通过在热泵机组制冷系统中增加一个换热器，使该换热器同时具备冷凝和热回收功能，再充分考虑制冷系统的可靠和高效，利用自动化技术实现制冷、制热、蓄冰的转换；制冷时用水冷模式，可进行制冷、热回收与蓄冰；制热时用风冷模式，可进行供热应用。

本实用新型可应用于办公楼、商场等舒适性空调系统和某些工厂的工艺性空调系统。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：提高了空气源热泵空调主机蓄冰运行效率，且便于推广应用；热泵空调主机、蓄冰装置与系统自控三部分得到了合理地系统匹配；使空气源热泵空调主机实现了高效地夏季供冷和蓄冰、冬季供热的要求；确保了整个系统按照负荷预测方案运行，使之成为自动化程度较高的高效节能集中式空调系统；使由空气源热泵空调主机组成的冰蓄冷空调系统更具有广泛推广应用价值。

附图说明

图1为现有技术中的热泵空调系统的原理流程示意图；

图2为本实用新型系统中双冷源热泵空调装置的原理示意图；

图3是本实用新型系统的整体结构示意图；

图4是现有技术中典型的蓄冰空调系统的日负荷图。

标记说明：

冷却水系统-1、载冷剂水系统-2、冷冻水系统-3、末端空气处理系统-4、双冷源热泵空调装置-5、板式换热器-6、冷却水泵-11、冷却塔-12、热回收水泵-13、热水回收水箱-14、载冷剂水泵-21、蓄冰装置-23、载冷剂膨胀水箱-24、冷冻水泵31-，分水器-32、集水器-33、膨胀水箱-34、末端设备-41、风管-42、送风口-43、回风口-44、压缩机-51、截止阀-52、风冷冷凝-53，冷凝风机-54，水冷冷凝器-55，蒸发器-56、四通阀-57、热力膨胀阀-58、视液镜-59、制冷剂干燥过滤器-510、储液器-511、吸气气液分离器-512、止回阀-513。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图3所示，本实用新型系统结构包括：冷却水系统1、载冷剂水系统2、冷冻水系统3、末端空气处理系统4、双冷源热泵空调装置5、板式换热器6。它们的连接关系是：冷却水系统1与双冷源热泵空调装置5内的水冷冷凝器55连接。载冷剂水系统2分别连接于双冷源热泵空调装置5的蒸发器56、板式换热器6，分别用来进行与冷却水系统1、冷冻水系统3进行热交换。冷冻水系统3连接板式换热器6从而可以与载冷剂水系统2进行换热并通过末端空气处理系统4将能量传送给空调风系统，最后通过风管输送到需要场所。

所述冷却水系统1包括：冷却水泵11、冷却塔12，热回收水泵13、热水回收水箱14，冷却水泵11和热回收水泵13一端直接与双冷源热泵空调装置5中的水冷冷凝器55相连，冷却水泵11另-端与冷却塔12，热回收水泵13另一端与热回收水箱14相连，形成并联的管路系统。通过冷却塔12或热水回收水箱14将水冷冷凝器55中的热量释放给外界。

所述载冷剂水系统2包括：载冷剂水泵21、蓄冰装置23、载冷剂膨胀水箱24、自动阀门V1、自动阀门V2、自动阀门V3、自动阀门V4。载冷剂水泵21其一端与双冷源热泵空调装置5的蒸发器56相连，然后分别与板式换热器6、蓄冰装置23依次串连连接，其另一端分别与载冷剂膨胀水箱24、板式换热器6连接，从而整个载冷剂水系统2构成一个水路循环。自动阀门V1为进入蓄冰装置23的截止阀，一端连接蓄冰装置23进口，另一端连接蒸发器56出口；自动阀门V2作为蓄冰装置23的旁通阀，分别连接蓄冰装置23的进出口；自动阀门V3是板式换热器6的旁通阀，分别连接板式换热器6的进出口；自动阀门V4是进入板式换热器6的截止阀，一端连接蓄冰装置23出口，另一端连接板式换热器6进口；通过自动阀门V1、V2、V3、V4的转换，实现水路的变化，达到蓄冰和放冷的目的。

所述的蓄冰装置23是由桶体、传热盘管组成的冰桶。当传热盘管内液体温度低于0℃时，水被凝结成冰，当传热盘管内温度较高时，冰被融化后重新转换为水。

所述冷冻水系统3包括：冷冻水泵31、分水器32、集水器33、膨胀水箱34。冷冻水泵31一端与板式换热器6相连，另一端与分水器32相连，分水器32的另一端连接到末端设备41的进口，末端设备41的出口与集水器33连接，集水器33的另一端连通膨胀水箱34组成一个水路循环。

所述末端空气处理系统4为由依次连接的末端设备41、风管42、送风口43，还包括回风口44等部件，组成空气处理循环系统。

如图2所示，所述的双冷源热泵空调装置5包括：压缩机51、截止阀52、风冷冷凝器53、冷凝风机54，水冷冷凝器55，蒸发器56、四通阀57、热力膨胀阀58、视液镜59、制冷剂干燥过滤器510、储液器511、吸气气液分离器512、若干止回阀513组成。压缩机51排气分别与并联的四通阀57、水冷冷凝器55连接。四通阀57一端连接风冷冷凝器53，一端连接蒸发器56，中间端经由吸气气液分离器512再连接于压缩机51的吸气端。储液器511、制冷剂干燥过滤器510、视液镜59，热力膨胀阀58顺次连接，储液器511其一端与风冷冷凝器53出口和水冷冷凝器55出口连接，热力膨胀阀58其另一端与蒸发器56进口和风冷冷凝器53出口连接。冷凝风机54与风冷冷凝器53相对放置。经过水冷冷凝器55后的制冷剂在止回阀513的作用下，依次经过储液器511、制冷剂干燥过滤器510、视液镜59，热力膨胀阀58，然后到蒸发器56。

所述的双冷源热泵空调装置5的工作原理过程为：

在蓄冰工况下，压缩机51排出的高温高压气体直接到水冷冷凝器55，冷却成高温液体后输送到储液器511，再经过制冷剂干燥过滤器510、视液镜59，热力膨胀阀58，然后到蒸发器56完成吸热工作，再经过四通阀57、吸气气液分离器512，最后回到压缩机51吸气端的工作过程。在蒸发器56中，将载冷剂溶液冷却到-6℃，用作蓄冰供冷；

在空调工况下，压缩机51排出的高温高压气体，经过和蓄冰工况时完全相同的制冷流程路线回到压缩机51吸气端，区别是蒸发器56中产生5℃载冷剂溶液的工作过程；

在热泵工况下，压缩机51排出的高温高压气体首先经过四通阀57，然后到蒸发器56中进行放热，制冷剂被冷却成高温液体后输送到储液器511，再经过干燥过滤器510、视液镜59，热力膨胀阀58，然后到风冷冷凝器53，再通过四通阀57吸气气液分离器512，最后回到压缩机51吸气端的工作过程。在蒸发器56中将载冷剂溶液加热到45℃用作供热。

本实用新型系统还包括自动控制系统，自动控制系统为冷冻站中央控制器，由工业电脑、控制软件、传感器和执行机构(如各种电动阀，水泵)等组成的一套综合控制系统，能自动启动冷水机组、水泵、电动阀门和末端设备，并随时跟踪运行情况做出调整三工况机组(即双冷源热泵空调装置5)的工作状态，保证系统可靠高效的运行。

如图3所示，本实用新型双冷源热泵集中式空调系统的制热、制冷、冰蓄冷作用和工作流程如下：

一，水冷式制冷模式：

自控装置设定在制冷状态；关闭冷凝风机，确认冷却水泵11和冷冻水泵31运行正常后开机，双冷源热泵空调装置5即运行在水冷式制冷模式。

(1)蓄冰工况运行：利用晚间低价电费时段，双冷源热泵空调装置5运行于水冷式制冷模式，完成载冷剂溶液经蒸发器56、载冷剂水泵21、向蓄冰装置23作蓄冷运行；使双冷源热泵空调装置5也能在较高的能效段运行。

(2)空调工况运行：在白天峰值电价时段，停止或部分停止双冷源热泵空调装置5运行；将蓄冰装置23储存的冷量，通过载冷剂经蓄冰装置23、载冷剂水泵21、板式换热器6、冷冻水泵31向空调系统供冷运行；从而减少双冷源热泵空调装置5在白天用电高峰时段的运行，降低了空调系统运行的电费；降低了白天电网的峰值电量，具有良好的社会效益。

二，风冷制热模式：

关闭水冷冷凝器制冷剂进口管路球阀，开启风冷冷凝器制冷剂进出口管路球阀，自控装置设定在制热状态；打开冷凝器风机开关，确认载冷剂水泵21运行正常后开机，双冷源热泵空调装置5即运行在风冷热泵制热模式下，机组从风冷冷凝器53吸收热量，通过蒸发器56传递给载冷剂溶液，经板式换热器6将热量传输给冷冻水系统3，向空调系统供热。对比于电加热向空调系统供热，风冷热泵机组的供热效率要大于2倍以上，具有较好的节能效果。

如图4所示，用负荷作为蓄冰削峰填谷作用的说明：

以10:00-11:00需要空调负载举例，本时段共需要冷量860KW，按照常规水冷螺杆机单位时间需要耗电为860KW/4.8＝179KW，注4.8为水冷螺杆机Cop值；如果采用本实用新型的融冰技术，只需要机载520KW冷量，依靠融冰340KW，水冷螺杆机单位时间耗电：520KW/4.8＝108KW；扣除融冰泵运行18.5KW；单位时间内可少耗电52.5KW；约节省30％总需求量。

蓄冰经济效益说明：

同样按照10:00-11:00电价0.97元/KW，晚间0.26元/KW电价对举例时段做计算：晚间制冰量340KW需要消耗电量：340KW/4.8/0.6＝118KW，注：0.6为效率系数；需要电费118KW×0.26元/KW＝30.68元；如果白天用冷水机组直接制取340K冷量，需要电费为340KW/4.8×0.97元/KW＝68.7元；可节约费用38.02元。

由此可见，利用晚间低谷价格的电制取冷量储存到白天峰值时段使用，不仅具有很好的经济效益，同时还具有很好的社会效益；

本实用新型系统同时具备制热功能，可省去冬季供暖锅炉一套，其综合效益十分明显。

Claims (6)

1.一种带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，包括：冷却水系统、载冷剂水系统、冷冻水系统、末端空气处理系统、双冷源热泵空调装置、板式换热器，其特征在于，冷却水系统与双冷源热泵空调装置内的水冷冷凝器连接，载冷剂水系统分别连接于双冷源热泵空调装置的蒸发器、板式换热器，冷冻水系统连接板式换热器，并通过末端空气处理系统将能量传送给空调风系统。

2.如权利要求1所述的带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，其特征在于，所述冷却水系统包括：冷却水泵、冷却塔，热回收水泵、热水回收水箱，冷却水泵和热回收水泵一端直接与双冷源热泵空调装置中的水冷冷凝器相连，冷却水泵另一端与冷却塔，热回收水泵另一端与热回收水箱相连，形成并联的管路系统。

3.如权利要求1所述的带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，其特征在于，所述载冷剂水系统包括：载冷剂水泵、蓄冰装置、载冷剂膨胀水箱、自动阀门V1、自动阀门V2、自动阀门V3、自动阀门V4，载冷剂水泵其一端与双冷源热泵空调装置的蒸发器相连，然后分别与板式换热器、蓄冰装置依次串连连接，其另一端分别与载冷剂膨胀水箱、板式换热器连接，从而整个载冷剂系统构成一个水路循环；

自动阀门V1为进入蓄冰装置的截止阀，一端连接蓄冰装置进口，另一端连接蒸发器出口；自动阀门V2作为蓄冰装置的旁通阀，分别连接蓄冰装置的进出口；自动阀门V3是板式换热器的旁通阀，分别连接板式换热器的进出口；自动阀门V4是进入板式换热器的截止阀，一端连接蓄冰装置出口，另一端连接板式换热器进口。

4.如权利要求1所述的带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，其特征在于，所述冷冻水系统包括：冷冻水泵、分水器、集水器、膨胀水箱，冷冻水泵一端与板式换热器相连，另一端与分水器相连，分水器的另一端连接到末端设备的进口，末端设备的出口与集水器连接，集水器的另一端连通膨胀水箱组成一个水路循环。

5.如权利要求1所述的带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，其特征在于，所述末端空气处理系统为由依次连接的末端设备、风管、送风口，还包括回风口，组成空气处理循环系统。

6.如权利要求1所述的带热回收冰蓄冷的双冷源热泵集中式空调装置，其特征在于，所述的双冷源热泵空调装置包括：压缩机、截止阀、风冷冷凝器、冷凝风机，水冷冷凝器，蒸发器、四通阀、热力膨胀阀、视液镜、制冷剂干燥过滤器、储液器、吸气气液分离器、若干止回阀，压缩机排气分别与并联的四通阀、水冷冷凝器连接；四通阀一端连接风冷冷凝器，一端连接蒸发器，中间端经由吸气气液分离器再连接于压缩机的吸气端；储液器、制冷剂干燥过滤器、视液镜，热力膨胀阀顺次连接，储液器其一端与风冷冷凝器出口和水冷冷凝器出口连接，热力膨胀阀其另一端与蒸发器进口和风冷冷凝器出口连接；冷凝风机与风冷冷凝器相对放置。

Images