CN100565044C - 建筑物内热能循环利用系统集成节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，包括变频调速智能控制设备，中央空调系统设备，板式换热器和热泵机组，其中：板式换热器(26)的一次侧进水端与热泵机组(12)的一次侧进水端并联后经热泵机组一次进水电动阀(15)与冷却水出水管路(38)相连接，板式换热器(26)的一次侧出水端与热泵机组(12)的一次侧出水端并联后经热泵机组一次出水电动阀(13)与冷却水进水管路(37)相连接；变频调速智能控制设备(1)输入端连接空调主机(2)的相关传感器，输出端连接空调主机(2)的相关工作泵和备用泵。能将建筑物内的冷却水、中水、消防水低位热能提升为较高位热能，转移利用这种热能，直接制取供用户使用的卫生热水。

Description

建筑物内热能循环利用系统集成节能装置

技术领域

本发明涉及一种节能装置，具体来说涉及一种建筑物内热能循环利用系统集成节能装置。

背景技术

在现代建筑物中普遍使用中央空调系统，大多数的中央空调系统还没有采取技术措施解决节能降耗问题，只要启动空调主机，水泵和风机都在50Hz状态下运行，不能跟随空调负荷的变化，不能改变水泵和风机的运行频率，浪费了大量的电能，加剧了水泵和风机的磨损，产生了较强烈的噪音，干扰了周围的环境。空调主机在制冷状态运行时，空调区域内和空调主机内的大量热量由冷却水带出，而出水温度为37℃的冷却水又通过冷却塔风机吹风降温，通过蒸发一部分冷却水，将热量排入大气，形成进水温度为32℃的冷却水，这种处置方法，既消耗了电能和水资源，又浪费了可以利用的热能，还加剧了城市中心夏季的热岛效应，在一定程度上损害了生态环境。

目前，许多中央空调系统采用吸收式冷温水机组，虽然具有制冷、制热和制取卫生热水的功能，但是制取卫生热水的成本过高，需消耗大量的燃气，不能经济运行。同时，城市居民必需的卫生热水，多数用燃油、燃气等加热自来水制取的，燃烧加热消耗一次能源，还排放了大量的的CO₂等温室气体。

实际上，现代建筑物中存在大量的低品位热能，不能直接利用，例如在新建的高层建筑和建筑面积超过2×10⁴m²～3×10⁴m²的许多建筑物都配套建设了中水设施，建筑中水是指建筑物(群)的生活用水(厕所用水除外)经处理后达到一定的水质标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，中水存放在容积较大的地下水池中，中水量大且相对稳定，保存了生活用水的大部分热能，其温度在10℃～20℃之间，这是一种隐含大量低温热能不能直接供生活使用的水源；再如，高层建筑和大型建筑物(群)中，都在地下室修建大容积(甚至超过500m³)的消防水池，长期存放消防用水，通过消防水池的六个吸热面，不断吸收建筑物内热量和地表面热量，形成7℃～15℃的大量消防用水，这也是隐含大量低温热能不能直接供生活使用的水源。

应用现代科学技术，在保障中央空调系统舒适性的前提下，采用变频调速方法降低能耗，利用水源热泵将建筑物内具有低位热能的冷却水、消防水、中水提升为较高位热能的卫生热水，吸收了热能的冷却水、消防水、中水继续循环利用，具有节能和环保的双重意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种将建筑物内的冷却水、中水、消防水低位热能提升为较高位热能，转移利用这种热能，直接制取供用户使用的卫生热水，从而达到节能降耗，保护生态环境的建筑物内热能循环利用系统集成节能装置。

本发明提出的一种建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，包括变频调速智能控制设备，中央空调系统设备，板式换热器和热泵机组；其中：

变频调速智能控制设备是一种简约的、方便实用的、高性价比的专用计算机，输入端连接空调主机的冷/温水供水温度传感器、冷/温水回水温度传感器、冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器，输出端连接空调主机的冷/温水工作泵和冷/温水备用泵、冷却水工作泵和冷却水备用泵。

中央空调系统设备主要包括空调主机(吸收式冷温水机)、冷/温水工作泵和冷/温水备用泵、冷温水供水管路和冷温水回水管路、冷/温水供水温度传感器、冷/温水回水温度传感器、中央空调用户、冷却水工作泵和冷却水备用泵、冷却水出水温度传感器、冷却水进水温度传感器、冷却塔风机、多个电动调节阀及其他附属设备，其中：冷/温水工作泵和冷/温水备用泵用冷温水供水管路口径相同的水管并联，一端连接在空调主机冷温水出口端，另一端连接至冷温水供水管路，在冷温水供水管路上安装冷/温水供水温度传感器，在冷温水回水管路上安装冷/温水回水温度传感器，在冷温水供水管路和冷温水回水管路之间，用管道并联连接全部中央空调用户，冷却水工作泵和冷却水备用泵用冷却水进水管路口径相同的水管并联，一端连接在空调主机冷却水进水端，另一端连接在冷却塔风机底部出水端，在冷却水进水管路上安装冷却水进水温度传感器，在冷却水出水管路上安装冷却水出水温度传感器，冷却塔风机进水端通过冷却水出水管路和空调主机冷却水出水电动阀连接至空调主机冷却水出水端。

板式换热器的一次侧进水端与热泵机组的一次侧进水端并联后经热泵机组一次进水电动阀与冷却水出水管路相连接，板式换热器的一次侧出水端与热泵机组的一次侧出水端并联后经热泵机组一次出水电动阀与冷却水进水管路相连接；自来水补水管接入板式换热器二次侧进水端，板式换热器二次侧出水端与储热罐进水端相连接，低温热水循环泵进水端和出水端分别接在储热罐低位出水端和板式换热器二次侧进水端之间；储热罐高位出水端和卫生热水泵出水端并联后与热泵机组的二次侧进水端相连接，热泵机组二次侧出水端与热水罐的进水端相连接、两者之间的管道上设有热泵二次出水温度传感器，热水罐的低位出水端与卫生热水泵的进水端相连，热水罐的另一低位出水端与卫生热水供水管相连接；消防水池用管道经消防水循环泵和消防水一次进水电动阀串联接入热泵机组一次侧进水端，在热泵机组一次侧出水端连接消防水一次回水电动阀后，管道伸入消防水池中；中水池中存储的中水经中水循环泵和中水一次进水电动阀串联接入热泵机组一次侧进水端，热泵机组一次侧出水端与中水一次回水电动阀用管道连接后管道伸入中水池中。

中水池上设有中水补水管，消防水池上设有消防水补水管。

本发明与现有技术相比具有以下明显的优点和有益的效果：

本发明的装置将冷却水、中水、消防水的热能进行热交换、提升、转移和循环利用的装置。当中央空调系统设备制冷(或制热)状态运行时，受控于变频调速智能控制设备，使其水泵和风机按预定的变频调速规律运行，跟踪空调负荷的需要，建筑物内需要多少冷(或热)负荷就供给多少制冷(或制热)量，水泵和风机节电量达到60％～80％，优化运行的空调主机节约燃气超过10％；在夏季中央空调系统制冷运行时，充分回收循环利用37℃的冷却水所具有的热能，经水源热泵消耗少量的电能提升为50℃可直接使用的卫生热水，每天可制取1500t，每天可减少排放到空气中冷却水的蒸发水为20t；在冬季中央空调系统运行时，不能提供冷却水，可以分别回收循环利用建筑物内地下中水池内中水(10℃～20℃)和地下室内消防水池内消防水(7℃～15℃)所蕴含的低位热能，同样经水源热泵消耗少量的电能提升为50℃的可直接使用的卫生热水，提供现代建筑物全天候卫生热水。与燃气制取卫生热水相比较，本发明装置所消耗能源费用节省2/3，对于2×10⁴m²～3×10⁴m²的建筑物节省能源费用超过100万元，而且有效地保护了生态环境。

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

附图为本发明的建筑内热能循环利用系统集成节能装置的结构示意图。

图中标记：

1、变频调速智能控制设备；2、空调主机；3、冷/温水供水温度传感器；4、冷/温水回水温度传感器；5、冷却水出水温度传感器；6、冷却水进水温度传感器；7、冷/温水工作泵；8、冷/温水备用泵；9、冷却水工作泵；10、冷却水备用泵；11、中央空调用户；12、热泵机组；13、热泵机组一次出水电动阀；14、空调主机冷却水出水电动阀；15、热泵机组一次进水电动阀；16、中水一次回水电动阀；17、消防水一次回水电动阀；18、中水一次进水电动阀；19、消防水一次进水电动阀；20、中水循环泵；21、消防水循环泵；22、低温热水循环泵；23、卫生热水泵；24、热泵二次出水温度传感器；25、冷却塔风机；26、板式换热器；27、储热罐；28、热水罐；29、中水池；30、消防水池；31、中水补水管；32、消防水补水管；33、自来水补水管；34、卫生热水供水管；35、冷温水供水管路；36、冷温水回水管路；37、冷却水进水管路；38、冷却水出水管路。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的建筑物内热能循环利用系统集成节能装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后：

建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，包括变频调速智能控制设备，中央空调系统设备，板式换热器和热泵机组；其中：

变频调速智能控制设备1是一种简约的、方便实用的、高性价比的专用计算机，输入端连接空调主机2的冷/温水供水温度传感器3、冷/温水回水温度传感器4、冷却水进水温度传感器6、冷却水出水温度传感器5，输出端连接空调主机2的冷/温水工作泵7和冷/温水备用泵8、冷却水工作泵9和冷却水备用泵10。

中央空调系统设备主要包括空调主机2(吸收式冷温水机)、冷/温水工作泵7和冷/温水备用泵8、冷温水供水管路35和冷温水回水管路36、冷/温水供水温度传感器3、冷/温水回水温度传感器4、中央空调用户11、冷却水工作泵9和冷却水备用泵10、冷却水出水温度传感器5、冷却水进水温度传感器6、冷却塔风机25、多个电动调节阀及其他附属设备，其中：冷/温水工作泵7和冷/温水备用泵8用冷温水供水管路35口径相同的水管并联，一端连接在空调主机2冷温水出口端，另一端连接至冷温水供水管路35，在冷温水供水管路35上安装冷/温水供水温度传感器3，在冷温水回水管路36上安装冷/温水回水温度传感器4，在冷温水供水管路35和冷温水回水管路36之间，用管道并联连接全部中央空调用户11，冷却水工作泵9和冷却水备用泵10用冷却水进水管路37口径相同的水管并联，一端连接在空调主机2冷却水进水端，另一端连接在冷却塔风机25底部出水端，在冷却水进水管路37上安装冷却水进水温度传感器6，在冷却水出水管路38上安装冷却水出水温度传感器5，冷却塔风机25进水端通过冷却水出水管路38和空调主机冷却水出水电动阀14连接至空调主机冷却水出水端。

板式换热器26的一次侧进水端与热泵机组12的一次侧进水端并联后经热泵机组一次进水电动阀15与冷却水出水管路38相连接，板式换热器26的一次侧出水端与热泵机组12的一次侧出水端并联后经热泵机组一次出水电动阀13与冷却水进水管路37相连接；自来水补水管33接入板式换热器26二次侧进水端，板式换热器26二次侧出水端与储热罐27进水端相连接，低温热水循环泵22进水端和出水端分别接在储热罐27低位出水端和板式换热器26二次侧进水端之间；储热罐27高位出水端和卫生热水泵23出水端并联后与热泵机组12的二次侧进水端相连接，热泵机组12二次侧出水端与热水罐28的进水端相连接、两者之间的管道上设有热泵二次出水温度传感器24，热水罐28的低位出水端与卫生热水泵23的进水端相连，热水罐28的另一低位出水端与卫生热水供水管34相连接；消防水池30用管道经消防水循环泵21和消防水一次进水电动阀19串联接入热泵机组12一次侧进水端，在热泵机组12一次侧出水端连接消防水一次回水电动阀17后，管道伸入消防水池30中；中水池29中存储的中水经中水循环泵20和中水一次进水电动阀18串联接入热泵机组12一次侧进水端，热泵机组12一次侧出水端与中水一次回水电动阀16用管道连接后管道伸入中水池29中。

中水池29上设有中水补水管31，消防水池30上设有消防水补水管32。

使用时：

变频调速智能控制设备1采用无缝嵌入的方式，其输入端提供十个标准接口，用电缆和标准插头连接冷/温水供水温度传感器3输出端、冷/温水回水温度传感器4输出端、冷却水出水温度传感器5输出端、冷却水进水温度传感器6输出端，上述温度的测量值与预先输入的设定值在变频调速智能控制设备1内进行比较运算，按照模糊控制算法，冷/温回水温度设置值与测量值之差决定了冷/温水工作泵7和冷/温水备用泵8的工作频率，冷却水出水温度设置值与测量值之差决定了冷却水工作泵9和冷却水备用泵10的工作频率，冷却水进水温度设置值与测量值之差决定了冷却塔风机的工作频率，上述运算和控制结果都是使所有的测量值趋近于设定值的数值；变频调速智能控制设备1输出端采用八个标准插座，分为4组，每组可以连接和控制两台变频器工作，各变频器控制组分成6种类别，即冷冻水、冷温水、冷却水、冷却塔风机、热回收、水恒压，对于每个实施的工程项目可以从这六种类别中选择4组类别同频或异频同时工作，每组类别控制的两台变频器必须同频运行。这样，就可以实现建筑物内需冷(热)量多少，中央空调系统就提供冷(热)量所需的数值，实现最佳节能运行。

在夏季，中央空调系统运行时，吸收式空调主机2、冷温水工作泵7、冷却水工作泵9、冷却塔风机25同时工作，首先开启空调主机冷却水出水电动阀14、热泵机组一次出水电动阀13、热泵机组一次进水电动阀15、再启动卫生热水泵23、低温热水循环泵22、热泵机组12投入运行，调节热泵机组一次进水电动阀15的开度、空调主机冷却水出水电动阀14的开度和热泵机组一次出水电动阀13的开度，监测热泵二次出水温度传感器24所测得的热泵机组二次出水温度应为50℃，卫生热水供水34的供水量足够，并且热水罐28有充足的储水量，如果卫生热水温度偏低则加大热泵机组一次进水电动阀15的开度，直至满足卫生热水供水温度和供水量为止；在调节机组一次进水电动阀15的开度过程中，适当调节空调主机冷却水出水电动阀14的开度，使剩余的冷却水出水进入冷却塔，再经冷却水工作泵使冷却水流回空调主机，依此即可完成冷却水的热能循环利用。

在冬季，中央空调系统运行时，仅有吸收式空调主机2和冷温水工作泵7同时工作，冷却水系统停止运行，热泵机组一次出水电动阀13、空调主机冷却水出水电动阀14、热泵机组一次进水电动阀15都处于关闭状态；热泵机组12将从消防水或中水吸收低位热能，将自来水提升为可直接利用的50℃卫生热水；选用中水或消防水的原则是根据这些水源温度，尽量选用较高温度的水源，当选用中水时，开启中水循环泵20、开启中水一次进水电动阀18和中水一次回水电动阀16，启动热泵机组12，启动低温热水循环泵22，启动卫生热水泵23，中水池中具有低位热能的中水分别成为热泵机组12和板式换热器26的一次循环水，自来水作为卫生热水补水，经自来水补水管33进入板式换热器26的二次进水端后，通过与板式换热器26的一次循环中水预先进行热交换，低温热水循环泵22工作时，保证了板式换热器26二次进水与出水间的稳定流通，确保平衡地输出卫生热水。经板式换热器26充分吸收中水的热量后，提高了能量梯级的板式换热器的二次自来水进入储热罐27，作为热泵机组12的二次水进水，中水热能虽然品位不高，但是中水进入热泵机组12后，可被吸收大量的热能，消耗少量电能的热泵机组12提升了二次出水的能量梯级，节约了大量的一次热源，经提升了能量梯级的板式换热器26的二次出水，进入热泵机组12后，再进一步使热泵机组12的二次出水温度提升为温度50℃的可直接利用的卫生热水，这种卫生热水进入热水罐28后，经卫生热水供水管34直接供给卫生热水用户。控制中水一次进水电动阀18的开度可充分回收中水(高于10℃的温度)所蕴藏的热能，可在较佳节能状态下保障卫生热水的供应量；当选用消防水时，开启消防水循环泵21、开启消防水一次进水电动阀19和消防水一次回水电动阀17，启动热泵机组12，启动低温热水循环泵22，启动卫生热水泵23，消防水池中具有低位热能的消防水分别成为热泵机组12和板式换热器26的一次循环水，自来水作为卫生热水补水，经自来水进水管33进入板式换热器26的二次进水端后，通过与板式换热器26的一次循环消防水预先进行热交换，低温热水循环泵22工作时，保证了板式换热器26二次进水与出水间的稳定流通，确保平衡地输出卫生热水。经板式换热器26充分吸收消防水的热量后，提高了能量梯级的板式换热器26的二次自来水进入储热罐27，作为热泵机组12的二次水进水，消防水热能虽然品位不高，但是消防水进入热泵机组12后，可被吸收大量的热能，消耗少量电能的热泵机组12提升了二次出水的能量梯级，节约了大量的一次热源，经提升了能量梯级的板式换热器26的二次出水，进入热泵机组12后，再进一步使热泵机组12的二次出水温度提升为温度50℃的可直接利用的卫生热水，这种卫生热水进入热水罐28后，经卫生热水供水管34直接供给卫生热水用户。控制消防水一次进水电动阀19的开度可充分回收消防水(高于7℃的温度)所蕴藏的热能，可在较佳节能状态下保障卫生热水的供应量；无论采用中水还是消防水，中水池29和消防水池30容积巨大，储水量超过500t，在正常情况下用于热交换的中水和消防水不超过20～40t/h，建筑物内、地表面和地下都拥有巨大的热能又随时可与中水、消防水的热能不停地进行热交换，只要水温不低于7℃就能吸收其大量的低位热能，随着水温的提高，回收循环利用的热能越大，可以节约大量的能源和保护了周围的生态环境。

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1、一种建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，包括变频调速智能控制设备，中央空调系统设备，板式换热器和热泵机组，其特征在于：

板式换热器(26)的一次侧进水端与热泵机组(12)的一次侧进水端并联后经热泵机组一次进水电动阀(15)与冷却水出水管路(38)相连接，板式换热器(26)的一次侧出水端与热泵机组(12)的一次侧出水端并联后经热泵机组一次出水电动阀(13)与冷却水进水管路(37)相连接；自来水补水管(33)接入板式换热器(26)二次侧进水端，板式换热器(26)二次侧出水端与储热罐(27)进水端相连接，低温热水循环泵(22)进水端和出水端分别接在储热罐(27)低位出水端和板式换热器(26)二次侧进水端之间；储热罐(27)高位出水端和卫生热水泵(23)出水端并联后与热泵机组(12)的二次侧进水端相连接，热泵机组(12)二次侧出水端与热水罐(28)的进水端相连接、两者之间的管道上设有热泵二次出水温度传感器(24)，热水罐(28)的低位出水端与卫生热水泵(23)的进水端相连，热水罐(28)的另一低位出水端与卫生热水供水管(34)相连接；消防水池(30)用管道经消防水循环泵(21)和消防水一次进水电动阀(19)串联接入热泵机组(12)一次侧进水端，在热泵机组(12)一次侧出水端连接消防水一次回水电动阀(17)后，管道伸入消防水池(30)中；中水池(29)中存储的中水经中水循环泵(20)和中水一次进水电动阀(18)串联接入热泵机组(12)一次侧进水端，热泵机组(12)一次侧出水端与中水一次回水电动阀(16)用管道连接后管道伸入中水池(29)中。

2、如权利要求1所述的建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，其特征在于：中水池(29)上设有中水补水管(31)，消防水池(30)上设有消防水补水管(32)。

3、如权利要求1或2所述的建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，其特征在于：中央空调系统设备包括空调主机(2)、冷/温水工作泵(7)和冷/温水备用泵(8)、冷温水供水管路(35)和冷温水回水管路(36)、冷/温水供水温度传感器(3)、冷/温水回水温度传感器(4)、中央空调用户(11)、冷却水工作泵(9)和冷却水备用泵(10)、冷却水出水温度传感器(5)、冷却水进水温度传感器(6)、冷却塔风机(25)，其中：冷/温水工作泵(7)和冷/温水备用泵(8)用冷温水供水管路(35)口径相同的水管并联，一端连接在空调主机(2)冷温水出口端，另一端连接至冷温水供水管路(35)，在冷温水供水管路(35)上安装冷/温水供水温度传感器(3)，在冷温水回水管路(36)上安装冷/温水回水温度传感器(4)，在冷温水供水管路(35)和冷温水回水管路(36)之间，用管道并联连接中央空调用户(11)，冷却水工作泵(9)和冷却水备用泵(10)用与冷却水进水管路(37)口径相同的水管并联，并联后的一端连接在空调主机(2)冷却水进水端，另一端通过冷却水进水管路(37)连接在冷却塔风机(25)底部出水端，在冷却水进水管路(37)上安装冷却水进水温度传感器(6)，在冷却水出水管路(38)上安装冷却水出水温度传感器(5)，冷却塔风机(25)进水端通过冷却水出水管路(38)和空调主机冷却水出水电动阀(14)连接至空调主机冷却水出水端。

4、如权利要求3所述的建筑物内热能循环利用系统集成节能装置，其特征在于：变频调速智能控制设备(1)输入端连接空调主机(2)的冷/温水供水温度传感器(3)、冷/温水回水温度传感器(4)、冷却水进水温度传感器(6)、冷却水出水温度传感器(5)，输出端连接空调主机(2)的冷/温水工作泵(7)和冷/温水备用泵(8)、冷却水工作泵(9)和冷却水备用泵(10)。

Images