帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置的製作方法

2023-07-06 16:15:46

專利名稱：帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種集中式空調系統節能技術領域的系統，具體是一種帶 熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置。
背景技術：
目前市場上使用的集中式空調系統熱泵主機都是單一冷卻方式，以空氣源、 水源或地源為冷卻方式的裝置，其中空氣源熱泵由於其節能，安裝方便，不需 要專用機房，機組布置佔地小等優勢，因此在城市中心地區的辦公樓、商場、 酒店等得到廣泛使用。空氣源熱泵運行時消耗電能；如果採用空氣源熱泵作為 冰蓄冷系統中的主機，由於在蓄冰工況運行時效率較低，經濟型差，無法推廣。 而且目前市場上的冰蓄冷集中式空調裝置只能提供夏季運行的冷源，不能提供 冬季運行的熱源。所以對集中式空調系統熱泵裝置進行綜合性應用與節能改造， 就有很大的社會效益和經濟效益。
現有技術介紹如圖1所示，為目前通常使用的集中式空調系統中空氣源 熱泵裝置的組成，主要部件包括熱泵空調壓縮機51、四通換向閥57、風冷冷 凝器53、冷凝風機54、蒸發器56，冷凍水泵PU、末端設備G，由水系統、風 系統連接而成。空氣源熱泵空調壓縮機51運行中，輸送著製冷劑，按四通換向 閥57控制的流程輸送到不同的換熱器進行吸熱或放熱。風冷冷凝器53向大氣 環境釋放廢熱或吸收熱量。蒸發器56通過水系統與末端設備G、風系統連接， 向需用空調區域吸收或放出熱量，向空調區域提供舒適的空氣環境。
一般辦公樓和商場等集中式空調系統都是在白天使用，使用時段正處於電 網供電高峰時節，空調系統用電是造成電網峰值負荷的重要因素。夏季氣溫逐 年攀升，風冷熱泵機組在夏季運行效率隨著環境氣溫升髙而下降、隨冷凍水溫 度下降而下降，導致風冷熱泵機組如運行蓄冰時，運行效率下降，失去了應用 於冰蓄冷系統的價值，這是其一；其二，目前市場上的冰蓄冷空調系統主要使 用的是蠊杆式水冷冷水機組，它只能運行於夏季供冷工況，冬季制熱運行需要
另配電加熱設備和蓄熱設備；其三，目前市場上也能見到少量的地源熱泵機組 應用於冰蓄冷空調系統，它可以解決夏季供冷工況，冬季制熱工況；但由於它 需要很大的場地來布置地埋換熱管，這對於大城市土地比較緊張的用戶就不能 應用了； 一般只有在小型的集中式空調系統中見到過應用。
發明內容
本實用新型的目的在於克服現有技術中的不足，提供了一種帶熱回收冰蓄 冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，有效提高了空氣源熱泵空調主機蓄冰、製冷 運行時的能效，解決了冰蓄冷空調裝置冬季不能提供採暖熱源的問題。本實用 新型系統能夠避讓用電高峰，"削峰填谷"降低運行電費，降低了電網的峰值負 荷，有良好的社會效益和經濟效益。
本實用新型是通過如下技術方案實現的，本實用新型帶熱回收冰蓄冷的雙 冷源熱泵集中式空調裝置包括冷卻水系統、載冷劑水系統、冷凍水系統、末 端空氣處理系統、雙冷源熱泵空調裝置、板式換熱器。冷卻水系統與雙冷源熱 泵空調裝置內的水冷冷凝器連接。載冷劑水系統分別連接於雙冷源熱泵空調裝 置的蒸發器、板式換熱器，分別用來進行與冷卻水系統、冷凍水系統進行熱交 換。冷凍水系統連接板式換熱器從而可以與載冷劑水系統進行換熱並通過末端 空氣處理系統將能量傳送給空調風系統，最後通過風管輸送到需要場所。
所述冷卻水系統包括冷卻水泵、冷卻塔，熱回收水泵、熱水回收水箱。 冷卻水泵和熱回收水泵一端直接與雙冷源熱泵空調裝置中的水冷冷凝器相連， 冷卻水泵另一端與冷卻塔，熱回收水泵另一端與熱回收水箱相連，形成並聯的 管路系統。通過冷卻塔或熱水回收水箱將水冷冷凝器中的熱量釋放給外界。
所述載冷劑水系統包括載冷劑水泵、蓄冰裝置、載冷劑膨脹水箱、自動 閥門V1、自動閥門V2、自動閥門V3、自動閥門V4。載冷劑水泵其一端與雙冷 源熱泵空調裝置的蒸發器相連，然後分別與板式換熱器、蓄冰裝置依次串連連 接，其另一端分別與載冷劑膨脹水箱、板式換熱器連接，從而整個載冷劑系統 構成一個水路循環。自動閥門V1為進入蓄冰裝置的截止閥， 一端連接蓄冰裝置 進口，另一端連接蒸發器出口；自動閥門V2作為蓄冰裝置的旁通閥，分別連接 蓄冰裝置的進出口；自動閥門V3是板式換熱器的旁通閥，分別連接板式換熱器 的進出口；自動閥門V4是進入板式換熱器的截止魄，一端連接蓄冰裝置出口，
另一端連接板式換熱器進口；通過自動閥門V1、 V2、 V3、 V4的轉換，實現水 路的變化，達到蓄冰和放冷的目的。
所述冷凍水系統包括冷凍水泵、分水器、集水器、膨脹水箱。冷凍水泵 一端與板式換熱器相連，另一端與分水器相連，分水器的另一端連接到末端設 備的進口，末端設備的出口與集水器連接，集水器的另一端連通膨脹水箱組成 一個水路循環。
所述末端空氣處理系統為由依次連接的末端設備、風管、送風口，還包括 迴風口等部件，組成空氣處理循環系統。
所述的雙冷源熱泵空調裝置包括壓縮機、截止閥、風冷冷凝器、冷凝風 機，水冷冷凝器，蒸發器、四通閥、熱力膨脹閥、視液鏡、製冷劑乾燥過濾器、 儲液器、吸氣氣液分離器、若千止回閥組成。壓縮機排氣分別與並聯的四通閥、 水冷冷凝器連接。四通閥一端連接風冷冷凝器， 一端連接蒸發器，中間端經由 吸氣氣液分離器再連接於壓縮機的吸氣端。儲液器、製冷劑乾燥過濾器、視液 鏡，熱力膨脹閥順次連接，儲液器其一端與風冷冷凝器出口和水冷冷凝器出口 連接，熱力膨脹閥其另一端與蒸發器進口和風冷冷凝器出口^^接。冷凝風機與 風冷冷凝器相對放置。
本實用新型具備製冷、蓄冰、制熱三大功能，能利用空氣源與水源作為熱 量交換介質，實現功能的同時具備較高的能效比，從而達到節能與平衡電網峰 值負荷。風冷熱泵式冷水機組製冷時由於環境溫度的影響，其平均能效小於水 冷式冷水機組，如果用作蓄冰主機，其使用效率已經不具備經濟意義上的使用 要求，僅具有技術意義；水冷冷水機組雖然可以滿足製冷、蓄冰時效益，但無 法實現熱泵制熱功能，需要用鍋爐等其他加熱形式裝置實現冬季供熱。本實用 新型綜合應用多種製冷裝置在同一空調系統中的功能，通過在熱泵機組製冷系 統中增加一個換熱器，使該換熱器同時具備冷凝和熱回收功能，再充分考慮制 冷系統的可靠和高效，利用自動化技術實現製冷、制熱、蓄冰的轉換製冷時 用水冷模式，可進行製冷、熱回收與蓄冰,*制熱時用風冷模式，可進行供熱應 用。
本實用新型可應用於辦公樓、商場等舒適性空調系統和某些工廠的工藝性 空調系統。
與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果提高了空氣源熱泵空調
主機蓄冰運行效率，且便於推廣應用；熱泵空調主機、蓄冰裝置與系統自控三 部分得到了合理地系統匹配；使空氣源熱泵空調主機實現了高效地夏季供冷和 蓄冰、冬季供熱的要求；確保了整個系統按照負荷預涵方案運行，使之成為自 動化程度較高的高效節能集中式空調系統；使由空氣源熱泵空調主機組成的冰 蓄冷空調系統更具有廣泛推廣應用價值。


圖1為現有技術中的熱泵空調系統的原理流程示意圖2為本實用新型系統中雙冷源熱泵空調裝置的原理示意圖3是本實用新型系統的整體結構示意圖4是現有技術中典型的蓄冰空調系統的日負荷圖。
標記說明
冷卻水系統一l、載冷劑水系統一2、冷凍水系統一3、末端空氣處理系統一 4、雙冷源熱泵空調裝置~5、板式換熱器~6、冷卻水泵一ll、冷卻H2、熱 回收水泵一i3、熱水回收水箱一14、載冷劑水泵一21、蓄冰裝置一23、載冷劑 膨脹水箱--24、冷凍水泵31—，分水器"~32、集水器~~33、膨脹水箱~~34、末 端設備一41、風管一42、送風口一43、迴風口一44、壓縮機~51、截止閥一52、 風冷冷凝器H冷凝風機~54，水冷冷凝器~55,蒸發器~56、四通閥~57、 熱力膨脹閥~58、視液鏡~59、製冷劑千燥過濾器一510、儲液器一Sll、吸氣氣 液分離器~512、止回閥~513。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新 型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但 本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖3所示，本實用新型系統結構包括冷卻水系統l、載冷劑水系統2、 冷凍水系統3、末端空氣處理系統4、雙冷源熱泵空調裝置S、板式換熱器6。 它們的連接關係是冷卻水系統1與雙冷源熱泵空調裝置5內的水冷冷凝器55 連接。載冷劑水系統2分別連接於雙冷源熱泵空調裝置5的蒸發器56、板式換 熱器6,分別用來進行與冷卻水系統1、冷凍水系統3進行熱交換。冷凍水系統
3連接板式換熱器6從而可以與載冷劑水系統2進行換熱並通過末端空氣處理系
統4將能量傳送給空調風系統，最後通過風管輸送到需要場所。
所述冷卻水系統l包括冷卻水泵ll、冷卻塔12,熱回收水泵13、熱水回
收水箱14,冷卻水泵11和熱回收水泵13 —端直接與雙冷源熱泵空調裝置5中
的水冷冷凝器5S相連，冷卻水泵11另一端與冷卻塔12，熱回收水泵13另一端
與熱回收水箱14相連，形成並聯的管路系統。通過冷卻塔12或熱水回收水箱
14將水冷冷凝器55中的熱量釋放給外界。
所述載冷劑水系統2包括載冷劑水泵21、蓄冰裝置23、載冷劑膨脹水箱 24、自動閥門V1、自動閥門V2、自動閥門V3、自動閥門V4。載冷劑水泵21 其一端與雙冷源熱泵空調裝置5的蒸發器56相連，然後分別與板式換熱器6、 蓄冰裝置23依次串連連接，其另一端分別與載冷劑膨脹水箱24、板式換熱器6 連接，從而整個載冷劑水系統2構成一個水路循環。自動閥門V1為進入蓄冰裝 置23的截止閥， 一端連接蓄冰裝置23進口，另一端連接蒸發器56出口；自動 閥門V2作為蓄冰裝置23的旁通閥，分別連接蓄冰裝置23的進出口；自動閥門 V3是板式換熱器6的旁通闊，分別連接板式換熱器6的迸出口；自動閥門V4 是進入板式換熱器6的截止閥，一端連接蓄冰裝置23出口，另一g接板式換 熱器6進口i通過自動閥門V1、 V2、 V3、 V4的轉換，實現水路的變化，達到 蓄冰和放冷的目的。
所述的蓄冰裝置23是由桶體、傳熱盤管組成的冰桶。當傳熱盤管內液體溫 度低於01C時，水被凝結成冰，當傳熱盤管內溫度較高時，冰被融化後重新轉換 為水。
所述冷凍水系統3包括冷凍水泵31、分水器32、集水器33、膨脹水箱 34。冷凍水泵31 —端與板式換熱器6相連，另一端與分水器32相連，分水器 32的另一端連接到末端設備41的進口，末端設備41的出口與集水器33連接， 集水器33的另一端連通膨脹水箱34組成一個水路循環。
所述末端空氣處理系統4為由依次連接的末端設備41、風管42、送風口 43， 還包括迴風口44等部件，組成空氣處理循環系統。
如圖2所示，所述的雙冷源熱泵空調裝置5包括壓縮機51、截止閥52、 風冷冷凝器53、冷凝風機54，水冷冷凝器55，蒸發器56、四通闊57、熱力膨 脹閥58、視液鏡59、製冷劑，過濾器510、儲液器511、吸氣氣液分離器512、
若干止回閥513組成。壓縮機51排氣分別與並聯的四通閥57、水冷冷凝器55 連接。西通閥57 —端連接風冷冷凝器53， 一端連接蒸發器56,中間端經由吸 氣氣液分離器512再連接於壓縮機51的吸氣端。儲液器511、製冷劑乾燥過濾 器510、視液鏡59,熱力膨脹閥58頫次連接,儲液器511其一端與風冷冷凝器 53出口和水冷冷凝器55出口連接，熱力膨脹閼58其另一端與蒸發器56進口和 風冷冷凝器53出口連接。冷凝風機54與風冷冷凝器53相對放置。經過水冷冷 凝器55後的製冷劑在止回閥513的作用下，依次經過儲液器51K製冷劑乾燥 過濾器510、視液鏡鄰，熱力膨脹閥5S，然後到蒸發器知。 所述的雙冷源熱泵空調裝置5的工作原理過程為
在蓄冰工況下，壓縮機51拌出的高溫高壓氣體直接到水冷冷凝器55，冷卻 成高溫液體後輸送到儲液器5U，再經過製冷劑^t過濾器5W、視液鏡59,熱 力膨脹閥58，然後到蒸發器56完成吸熱工作，再經過四通閥57、吸氣氣液分 離器S12，最後回到壓縮機51吸氣端的工作過程。在蒸發器56中，將載冷劑溶 液冷卻到一6°€，用作蓄冰供冷；
在空調工況K,壓縮機51排出的高溫高壓氣體，經過和蓄冰工況時完全相 同的製冷流程路線回到壓縮機51吸氣端，區別是蒸發器56中產生5°C載冷劑 溶液的工作過程；
在熱泵工況下，壓縮機51排出的高溫高壓氣體首先經過四通閥57，然後到 蒸發器56中進行放熱，製冷劑被冷卻成髙溫液體後輸送到儲液器5U,再經過 ^fM過濾器510、視液鏡59，熱力膨脹閥S8，然後到風冷冷凝器53,再Mii四 通閥57吸氣氣液分離器512,最後回到壓縮機51吸氣端的工作過程。在蒸發器 鄰中將載冷劑溶液加熱到45°C用作供熱。
本實用新型系統還包括自動控制系統，自動控制系統為冷凍站中央控制器， 由工業電腦、控制軟體、傳感器和執行機構(如各種電動閥，水泵)等組成的 一套綜合控制系統，能自動啟動冷水機組、水泵、電動閥門和末端設備，並隨 時銀蹤運行情況傲出調整三工況機組(即雙 ^源熱泵空調裝置5)的工作狀態， 保證系統可靠高效的運行。
如圖3所示，本實用新型雙冷源熱泵集中式空調系統的制熱、製冷、冰蓄 冷作用和工作流程如下
一，水冷式製冷模式
自控裝置設定在製冷狀態；關閉冷凝風機，確認冷卻水泵11和冷凍水泵31 運行正常後開機，雙冷源熱泵空調裝置5即運行在水冷式製冷模式。 (1) 蓄冰工況運行利用晚間低價電費時段，雙冷源熱泵空調裝置5運行 於水冷式製冷模式，完成載冷劑溶液經蒸發器56、載冷劑水泵21、向蓄冰裝置 23作蓄冷運行；使雙冷源熱泵空調裝置5也能在較高的能效段運行。 (2) 空調工況運行在白天峰值電價時段，停止或部分停止雙冷源熱泵空 調裝置5運行將蓄冰裝置23儲存的冷量，通過載冷劑經蓄冰裝置23、載冷劑 水泵21、板式換熱器6、冷凍水泵31向空調系統供冷運行從而減少雙冷源熱 泵空調裝置5在白天用電尖峰時段的運行，降低了空調系統運行的電費；降低 了白天電網的峰值電量，具有良好的社會效益。 二，風冷制熱模式 關閉水冷冷凝器製冷劑進口管路球閥，開啟風冷冷凝器製冷劑進出口管路 球閥，自控裝置設定在制熱狀態；打開J^凝器風機開關，確認載冷劑水泵21運 行正常後開機，雙冷源熱泵空調裝置5即運行在風冷熱泵制熱模式下，機組從 風冷冷凝器53吸收熱量，通過蒸發器56傳遞給載冷劑溶液，經板式換熱器6 將熱量傳輸給冷凍水系統3，向空調系統供熱。對比於電加熱向空調系統供熱， 風冷熱泵機組的供熱效率要大於2倍以上，具有較好的節能效果。 如圖4所示，用負荷作為蓄冰削峰填谷作用的說明 以IO.- OO—lh OO需要空調負載舉例，本時段共需要冷量860KW，按照常 規水冷權杆機單位時間需要耗電為860KW/4.8=179KW，注4.8為水冷螺杆機 Cop值；如果採用本實用新型的融冰技術，只需要機載520KW冷量，依靠融冰 340KW，水冷螺杆機單位時間耗電520KW/4.8-108KW;扣除融冰泵運行 18.5KW;單位時間內可少耗電52,5KW;約節省30%總需求量。 蓄冰經濟效益說明 同樣按照10: OO—ll: 00電價0.97 ^￡/KW，晚間0.26元/KW電價對舉例 時段做計算晚間製冰量3柳KW需要消耗電量340KW/4.8/0.6-118KW,注 0.6為效率係數；需要電費118KWX0.26^/KW-30.68元如果白夭用冷水 機組直接製取340K冷量，需要電費為340KW/48X0.97 ^6/KW=68.7元；可節 約費用38.02元。 由此可見，利用晚間低谷價格的電製取冷量儲存到白天峰值時段使用，不
僅具有很好的經濟效益，同時還具有很好的社會效益；
本實用新型系統同時具備制熱功能，可省去冬季供暖鍋爐一套，其綜合效 益十分明顯。
權利要求1.一種帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，包括冷卻水系統、載冷劑水系統、冷凍水系統、末端空氣處理系統、雙冷源熱泵空調裝置、板式換熱器，其特徵在於，冷卻水系統與雙冷源熱泵空調裝置內的水冷冷凝器連接，載冷劑水系統分別連接於雙冷源熱泵空調裝置的蒸發器、板式換熱器，冷凍水系統連接板式換熱器，並通過末端空氣處理系統將能量傳送給空調風系統。
2. 如權利要求l所述的帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，其 特徵在於，所述冷卻水系統包括冷卻水泵、冷卻塔，熱回收水泵、熱水回收 水箱，冷卻水泵和熱回收水泵一端直接與雙冷源熱泵空調裝置中的水冷冷凝器 相連，冷卻水泵另一端與冷卻塔，熱回收水泵另一端與熱回收水箱相連，形成 並聯的管路系統。
3. 如權利要求l所述的帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，其 特徵在於，所述載冷劑水系統包括載冷劑水泵、蓄冰裝置、載冷劑膨脹水箱、 自動閥門V1、自動閥門V2、自動閥門V3、自動閥門V4，載冷劑水泵其一端與雙冷源熱泵空調裝置的蒸發器相連，然後分別與梹式換熱器、蓄冰裝置依次串 連連接，其另一靖分別與載冷劑膨脹水箱、板式換熱器連接，從而整個載冷劑系統構成一個水路循環；自動閥門V1為進入蓄冰裝置的截止閥， 一端連接蓄冰裝置進口，另一端連 接蒸發器出口；自動閥門V2作為蓄冰裝置的旁通閥，分別連接蓄冰裝置的進出 口；自動閥門V3是板式換熱器的旁通閥，分別連接板式換熱器的進出口；自動 閥門V4是進入板式換熱器的截止閥， 一端連接蓄冰裝置出口，另一端連接板式 換熱器進口。
4. 如權利要求l所述的帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，其 特徵在於，所述冷凍水系統包括冷凍水泵、分水器、集水器、膨脹水箱，冷 凍水泵一端與板式換熱器相連，另一端與分水器相連，分水器的另一端連接到 末端設備的進口，末端設備的出口與集水器連接，集水器的另一端連通膨脹水 箱組成一個水路循環。
5. 如權利要求l所述的帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，其 特徵在於，所述末端空氣處理系統為由依次連接的末端設備、風管、送風口，還包括迴風口，組成空氣處理循環系統。
6.如權利要求l所述的帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，其 特徵在於，所述的雙冷源熱泵空調裝置包括壓縮機、截止陶、風冷冷凝器、 冷凝風機，水冷冷凝器，蒸發器、四通閥、熱力膨脹閥、視液鏡、製冷劑TM 過濾器、儲液器、吸氣氣液分離器、若干止回閥，壓縮機抹氣分別與並聯的四 通閥、水冷冷凝器連接；四通閥一端連接風冷冷凝器，一端連接蒸發器，中間 端經由吸氣氣液分離器再連接於壓縮機的吸氣端；儲液器、製冷劑乾燥過濾器、 視液鏡，熱力膨脹閥頫次連接，儲液器其一端與風冷冷凝器出口和水冷冷凝器 出口連接，熱力膨脹閥其另一端與蒸發器進口和風冷冷凝器出口連接；冷凝風 機與風冷冷凝器相對放置。
專利摘要本實用新型涉及一種帶熱回收冰蓄冷的雙冷源熱泵集中式空調裝置，屬於空調系統節能技術領域。本實用新型系統包括冷卻水系統、載冷劑水系統、冷凍水系統、末端空氣處理系統、雙冷源熱泵空調裝置、板式換熱器。冷卻水系統與雙冷源熱泵空調裝置內的水冷冷凝器連接。載冷劑水系統分別連接於雙冷源熱泵空調裝置的蒸發器、板式換熱器，分別用來進行與冷卻水系統、冷凍水系統進行熱交換。冷凍水系統連接板式換熱器從而可以與載冷劑水系統進行換熱並通過末端空氣處理系統將能量傳送給空調風系統，最後通過風管輸送到需要場所。本實用新型系統能夠避讓用電高峰，「削峰填谷」降低運行電費，降低了電網的峰值負荷，有良好的社會效益和經濟效益。
文檔編號F25B13/00GK201177332SQ20082005633
公開日2009年1月7日 申請日期2008年3月18日 優先權日2008年3月18日
發明者殷堯其, 陳學勤 申請人:上海阿爾西空調系統服務有限公司