CN201513992U - 一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，包括水/空气热泵机组、冷热源塔、太阳能平板集热型水溶液再生装置、储液装置、阀门和泵；所述水/空气热泵机组的出口、储液装置和泵之间的连接管道均设置有阀门和旁通阀门，其中旁通阀门使得水/空气热泵机组和泵通过管道连接形成闭式循环通路；储液装置的进、出口也分别设置有阀门；所述泵、冷热源塔及太阳能平板集热型水溶液再生装置采用管道相互并联，且通过阀门接入水/空气热泵机组的出口；同时，在泵的出口、冷热源塔及太阳能平板集热型水溶液再生装置的进口分别设置有阀门。所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统初步投资成本较低、运行经济、管理方便、且环保，能最大限度利用可再生能源降低能耗。

Description

一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统

技术领域

本实用新型公开了一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，特别适用于黄河以南冬季高湿环境条件地区的写字楼、办公楼等公共建筑与民用建筑。

背景技术

当今，环境恶化和能源危机已成为威胁人类生存的大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑、生态建筑及多种新型空调技术应运而生，而热泵技术正是在这一背景下出现并逐渐受到重视的一种节能空调技术。随着经济的发展和人民生活水平的提高，在建筑中保持舒适的热环境已成为普遍的需求。在发达国家中，供热和空调的能耗可占到社会总能耗的25～30％。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，其中大部分是煤炭，大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已成为我国政府和公众关注的焦点，建筑节能工作也日益受到各界的重视。

为了使水环热泵空调系统正常运行，传统的水环热泵空调系统一般在水系统中设置加热设备，如电锅炉、燃油(气)锅炉等，从外部引入高位能量以补足建筑物不足的热量。当水环路中水温低时，使加热设备投入运行。显然，这种采用高位能(电、燃气、油等)通过锅炉(或换热装置)转变为循环水的低位能，再由室内水/空气热泵向室内供热的用能方式十分不合理，高位能具有的做功能力未被合理利用，不符合按质用能的原则。而且使用锅炉等设备会对环境产生严重的污染，随着对环境问题的重视，在我国大中城市中已陆续开始限制中小型锅炉设备的应用。目前国内外在开展水环热泵辅助热源形式方面的研究，主要有水(地表水、井水、河水、海水等)能、土壤能等，但受到季节气候、地区、投资运行费用等限制。

实用新型内容

针对现有水环热泵技术中的问题与不足，本实用新型的目的是提供一种初投资成本较低、运行经济、管理方便、环保的基于冷热源塔的水环热泵空调系统，以便最大限度的利用可再生能源降低普通制冷空调系统运行能耗。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是，

一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，包括水/空气热泵机组、冷热源塔、太阳能平板集热型水溶液再生装置、储液装置、多个阀门、第一泵和第二泵；所述水/空气热泵机组的出口、储液装置和第一泵之间的连接管道均设置有阀门和旁通阀门，其中旁通阀门使得水/空气热泵机组和第一泵通过管道连接形成闭式循环通路；储液装置的进、出口也分别设置有阀门；所述第二泵、冷热源塔及太阳能平板集热型水溶液再生装置采用管道相互并联，且通过阀门接入水/空气热泵机组的出口；同时，在第二泵的出口、冷热源塔及太阳能平板集热型水溶液再生装置的进口分别设置有阀门。

其中太阳能平板集热型水溶液再生装置包括喷淋装置、热防护层、不锈钢吸热板、玻璃面盖和支架，位于支架上的不锈钢吸热板与水平面成角度安装，在所述不锈钢吸热板上方盖有透明玻璃面盖，使得所述不锈钢吸热板与透明玻璃面盖间构成空气和溶液的流道，不锈钢吸热板上部设有由有机玻璃制作的布液管；且有与储液装置的出口端连接的喷淋装置接入布液管的入口端，布液管下部开设的喷淋孔对准不锈钢吸热板。

为保证溶液能够均匀地布在不锈钢吸热板的表面，在不锈钢吸热板板片表面覆盖了薄质尼龙纱网。

上述太阳能平板集热型水溶液再生装置由防锈材料制成，且所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统中的管路均采用防腐蚀管材。

本实用新型采取的技术方案以如下方式实现：

一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统在常规水环热泵空调系统基础上进行创新改进。其特征在于一方面对常规的水环热泵空调系统进行改进，另一方面对原有的冷却塔进行改进，使之既能在夏季喷淋水向室外空气中散热，亦能在冬季喷淋合适的水溶液从室外空气中吸热，并称之为冷热源塔。夏季水/空气热泵机组以制冷工况运行，制取冷量满足建筑物需求，通过冷热源塔中冷却水的喷淋向室外空气排放热量；冬季，则选择合适的溶质，配成合适浓度的水溶液，替换原有冷却水系统中的水作为冬季室外循环介质，将水溶液均匀喷淋在冷热源塔具有亲液性质填料层上，水溶液在亲液填料面形成液膜，空气则经过多层凹凸形填料空间的表面空隙流通，形成液气之间的接触面积热质交换，获得空气中低品位能源。水/空气热泵机组以制热工况运行，制取热量满足建筑物需求，并使水溶液在热泵机组蒸发器和冷热源塔之间进行循环，从室外空气中吸取热量。

所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统夏季运行的原理与常规水环热泵空调系统相同，但其冬季运行的原理则有特殊之处：冬季工况时，水溶液在冷热源塔中进行喷淋，与空气间的热交换包括显热和潜热交换，其显热交换驱动力是溶液与空气间的温度差，其潜热交换驱动力是喷淋溶液液滴的表面与空气之间的水蒸气分压力差，由于室外空气状态(尤其是相对湿度)的变化，潜热换热方向可从空气至溶液，亦可从溶液至空气，溶液的吸湿放湿特性导致系统中溶液浓度和体积的变化。

上述冬季喷淋的水溶液需能够保证有效浓度范围，该系统方可连续正常运行，其特征在于浓溶液经过冷热源塔喷淋从空气中获得低品味能源后，吸收湿空气中的部分水分，溶液浓度降低，稀溶液通过循环泵流进流进太阳能平板集热型水溶液再生装置吸收太阳辐射热，使水分蒸发到空气中，溶液的浓度升高，恢复了吸湿能力，再通过泵进入水环热泵系统循环运行。

所述水溶液具有较低的表面蒸汽压、较高的溶解度、低粘度，高沸点，溶液性质稳定，低挥发性、低腐蚀性，无毒性，溶质价格低廉，容易获得等等。可运用的常用溶液包括：尿素溶液、氯化锂溶液、溴化锂溶液、溴化锂与氯化钙混合溶液、氯化锂和氯化钙混合溶液，以及除以上混合方式外，加入碘化锂溶液，硝酸锂溶液，溴化锌抑止结晶，提高溶解度的作用的其他混合溶液。

所述太阳能平板集热型水溶液再生装置由喷淋装置、热防护层、不锈钢吸热板、玻璃面盖、支架构成。由于溶液对金属材料有一定的腐蚀作用，不但会对管路和再生器壳体造成损伤，而且由于化学反应会改变溶液的性质，直接影响系统的稳定运行，因此再生装置由不锈钢板制成，系统中的水溶液管路采用防腐管材避免腐蚀。

上述太阳能平板集热型水溶液再生装置中，不锈钢吸热板与水平面成一定的角度安装，保证最佳吸热，不锈钢吸热板上方盖上透明玻璃面盖，不锈钢吸热板板片与透明玻璃面盖间构成空气和溶液的流道，不锈钢吸热板上部是有机玻璃制作的布液管，其下部开了一排小孔，溶液由储液罐通过喷淋装置进入布液管内，通过喷淋孔流到吸热板上，在重力作用下成降膜形式沿不锈钢吸热板向下流动。为保证溶液能够均匀地布在不锈钢吸热板的表面，在不锈钢吸热板板片表面覆盖了薄质尼龙纱网。空气从再生装置下部进入，与溶液的流动方向相反，在气液界面上与溶液发生质量和热量的交换。使水分蒸发到空气中，溶液的浓度不断升高，恢复吸湿能力进入系统循环运行。

本实用新型为一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，夏季为普通的水环热泵系统，冬季为利用可再生溶液吸热的水环热泵系统，一机多用。

本实用新型由于采用上述技术方案，使之与现有水环热泵技术相比，具有以下优点和积极效果：

1、本实用新型对于改善写字楼、办公建筑等公共建筑与民用建筑空调效果、节能减排，具有重要意义。

2、本实用新型在冬季制热时充分利用了夏季普通开式冷却塔水蒸发冷却水环热泵系统，取消锅炉等方式供暖，从而大大降低了成本，有利于进入生产实践。

3、本实用新型的控制方法简单，运行管理方便，使用环保的溶液，最大限度的利用可再生能源降低了普通制冷空调系统运行能耗。

附图说明

图1为所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统的结构示意图。

图2为图1中太阳能平板集热型水溶液再生装置的结构示意图。

在上述附图中：

1-水/空气热泵机组    2-冷热源塔

3-太阳能平板集热型水溶液再生装置    4-第一泵    5-第二泵

6-储液装置    7-喷淋装置    8-热防护层    9-不锈钢吸热板

10-玻璃面盖    11-支架A～G-阀门

具体实施方式

以下结合附图具体说明本实用新型其中一种较优实施方式。

参见图1，一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，包括水/空气热泵机组1、冷热源塔2、太阳能平板集热型水溶液再生装置3、储液装置6、作为旁通阀门的A阀门、B阀门、C阀门、D阀门、E阀门、F阀门、G阀门和第一泵4、第二泵5；所述水/空气热泵机组1的出口、储液装置6和第一泵4之间的连接管道设置有B阀门和C阀门，并设置旁通阀门；A阀门使得水/空气热泵机组1、第一泵4通过管道连接形成闭式循环通路；储液装置6进、出口分别设置B阀门、C阀门；所述第二泵5、冷热源塔2及太阳能平板集热型水溶液再生装置3采用管道相互并联，且通过D阀门接入水/空气热泵机组1的出口；同时，在第二泵5出口、冷热源塔2及太阳能平板集热型水溶液再生装置3的进口分别设置E阀门、F阀门和G阀门。

参见图2，所述太阳能平板集热型水溶液再生装置3包括喷淋装置7、热防护层8、不锈钢吸热板9、玻璃面盖10和支架11，位于支架11上的不锈钢吸热板9与水平面成角度安装，在所述不锈钢吸热板9上方盖上透明的玻璃面盖10，使得所述不锈钢吸热板9与透明玻璃面盖10间构成空气和溶液的流道，不锈钢吸热板9上部是有机玻璃制作的布液管；且有与储液装置6的出口端连接的喷淋装置接入布液管的入口端，布液管下部开设的喷淋孔对准吸热板。

本实施例中水/空气热泵机组1、冷热源塔2、储液装置6、泵等均可采用现有技术中的已有结构。

上述基于冷热源塔的水环热泵空调系统的使用方法为：

1、过渡季节时周边区的水/空气热泵机组1部分按制热工况运行，部分按制冷工况运行，内区的机组按制冷工况运行，若冷热负荷相当，环路供水温度维持一定范围内，室外冷热源塔2、太阳能平板集热型水溶液再生装置3、第二泵5都不投入运行。即水/空气热泵机组1、第一泵4运行，阀门A打开，其它阀门均关闭。

2、夏季时各室内水/空气热泵机组1都按制冷工况运行，向环路中释放冷凝热，为保持系统稳定运行，需通过冷热源塔2将冷凝热释放到大气中，使得环路供水温度维持一定范围内。即水/空气热泵机组1、冷热源塔2、第一泵4运行，C阀门、D阀门、F阀门打开，其它阀门均关闭。

3、冬季时周边区的水/空气热泵机组1大部分或全部按供热工况运行，内区的水/空气热泵机组1按制冷工况运行，循环水溶液温度下降，为保持系统稳定运行，需通过冷热源塔2投入运行，从室外空气中吸热向水环路不断供给热量，使得环路供水溶液温度维持一定范围内。即水/空气热泵机组1、冷热源塔2、第一泵4、第二泵5运行，B阀门、C阀门、E阀门、F阀门打开，其它阀门均关闭。

4、冬季运行工况下，当水溶液经过冷热源塔2喷淋从空气中获得低品味能源后，吸收湿空气中的部分水分，水溶液浓度降低，冷热源塔2运行效果下降，需打开G阀门，使得水溶液通过循环泵流进流进太阳能平板集热型水溶液再生装置3吸收太阳辐射热，使水分蒸发到空气中，溶液的浓度升高，恢复吸湿能力，再进入水环热泵系统循环运行。

上述具体实施方案为一种优选实施例，并不能对本实用新型的权利要求进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于冷热源塔的水环热泵空调系统，包括水/空气热泵机组(1)、冷热源塔(2)、太阳能平板集热型水溶液再生装置(3)、储液装置(6)、作为旁通阀门的A阀门、B阀门、C阀门、D阀门、E阀门、F阀门、G阀门、第一泵(4)和第二泵(5)；其特征是，所述水/空气热泵机组(1)的出口、储液装置(6)和第一泵(4)之间的连接管道设置有B阀门、C阀门和A阀门；其中A阀门使得水/空气热泵机组(1)和第一泵(4)通过管道连接形成闭式循环通路；储液装置(6)的进、出口分别设置B阀门和C阀门；所述第二泵(5)、冷热源塔(2)及太阳能平板集热型水溶液再生装置(3)采用管道相互并联，且通过D阀门接入水/空气热泵机组(1)的出口；同时，在第二泵(5)出口、冷热源塔(2)及太阳能平板集热型水溶液再生装置(3)的进口分别设置E阀门、F阀门和G阀门。

2.根据权利要求1所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统，其特征在于：所述太阳能平板集热型水溶液再生装置(3)包括喷淋装置(7)、热防护层(8)、不锈钢吸热板(9)、玻璃面盖(10)和支架(11)，位于支架(11)上的不锈钢吸热板与水平面成角度安装，在所述不锈钢吸热板上方盖上透明玻璃面盖，使得所述不锈钢吸热板与透明玻璃面盖间构成空气和溶液的流道，不锈钢吸热板上部是有机玻璃制作的布液管；且有与储液装置的出口端连接的喷淋装置接入布液管的入口端，布液管下部开设的喷淋孔对准不锈钢吸热板。

3.根据权利要求2所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统，其特征在于：所述不锈钢吸热板(9)的板片表面覆盖有薄质尼龙纱网。

4.如权利要求1所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统，其特征在于：太阳能平板集热型水溶液再生装置(3)由防锈材料制成。

5.如权利要求1-4之一所述基于冷热源塔的水环热泵空调系统，其特征在于：所有管路均采用防腐蚀管材。

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