CN101498499B - 冷热源一体机组 - Google Patents

Abstract

一种冷热源一体机组，压缩机的出口分别与风冷冷凝器、水冷冷凝器相连，风冷冷凝器和水冷冷凝器汇合后连接节流装置，节流装置再分别与水冷蒸发器、风冷蒸发器相连，水冷蒸发器和风冷蒸发器汇合后再连接到压缩机的进口；水冷蒸发器的出口与冷冻水用户端的进口相连，冷冻水用户端的出口与水冷蒸发器循环连接；水冷冷凝器的出口与热水用户端的进口相连，热水用户端的出口与水冷冷凝器循环连接。本发明的优点是改变了传统将建筑中某特定空间为控制目标，转变成整幢大楼为控制目标，综合规划整幢大楼的冷源、热源供给，使之冷热量平衡，减少废热或废冷排放，从而将不可再生能源消耗降低到最低，形成综合节能体系。

Description

冷热源一体机组

技术领域

本发明涉及供热通风与空调工程技术领域，特别涉及一种利用能量转移原理并综合利用的冷热源一体机组。

背景技术

目前公共建筑的传统冷源、热源大多为压缩式制冷机组与蒸汽式锅炉组合，并由冷源、热源分别供给整幢大楼中各功能空间所需的冷媒与热媒。这种传统的冷源在消耗电能输出冷冻水的同时放出非常可观的废热量，向室外排放。同样热源消耗矿物燃料输出蒸汽的同时排出高温的烟气和冷凝水。由此可见传统冷源、热源的概念永远在消耗能源、产生废热。这种冷源可以达到零下几十度，热源所用燃烧手段甚至能达到上千度，对于公共建筑室内控制来说，室温只要求控制在二十多度。冷源、热源又是分成不同单体，自成系统，独立供给所需要的控制空间。目前建筑节能的理念又是各个专业(建筑、动力、暖通、给排水等)从自己角度提出的节能措施，不可能形成综合措施。即使采用最先进系统或末端上的节能手段，难以使建筑能耗有效下降。这就是目前建筑节能的症结或根本。

发明内容

本发明针对建筑传统的、独立的冷源、热源，提出了利用能量转移原理将冷热源合为一体的机组。设想机组的两侧原有两股常温的自来水，如果源源不断将一股水的热量移到另一股水去，则一股水变为冷冻水，另一股水则成为热水，供给整幢大楼。同时成为整幢大楼的冷热源，所耗的电量仅仅是两股水之间的热能搬运能量，没有废热排出。这样彻底地改变了产生冷、热量的传统形式，从根本上解决了建筑耗能的主要因素。由于这一装置将冷源、热源组合在一起，本发明称之为冷热源一体机组。

本发明的技术问题是要提供一种将冷源与热源组合在一起的冷热源一体机组。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种冷热源一体机组，该冷热源一体机组分为冷剂系统单元和水系统单元，所述冷剂系统单元包括压缩机、风冷冷凝器、水冷冷凝器、风冷蒸发器和水冷蒸发器，其中压缩机的出口分别与风冷冷凝器、水冷冷凝器相连，风冷冷凝器和水冷冷凝器汇合后连接节流装置，节流装置再分别与水冷蒸发器、风冷蒸发器相连，水冷蒸发器和风冷蒸发器汇合后再连接到压缩机的进口；压缩机将高压蒸气的冷剂压出，根据热负荷需要分配给水冷冷凝器，将热传给热水，如有多余的分配给风冷冷凝器，调节量从0到全流量，将热排到空气中。冷剂经冷凝后成为高压液体，汇合后由节流装置变为低压液体。再根据冷负荷需要分配给水冷蒸发器，将冷传给冷冻水。若有多余的分配给风冷蒸发器，调节量从0到全流量，将冷排到空气中，冷剂经蒸发后成为低压蒸气，汇合后再回到压缩机，完成一个循环，周而复始。

所述压缩机是离心式、或是活塞式、或是螺杆式；所述风冷冷凝器是翅片式；所述水冷冷凝器是壳管式、或是套管式；所述风冷蒸发器是翅片式；所述水冷蒸发器是壳管式、或是套管式。

水系统单元包括两个独立的冷冻水系统单元和热水系统单元，冷冻水系统单元和热水系统单元各自包括多个冷冻水用户端和热水用户端，水冷蒸发器的出口与冷冻水用户端的进口相连，冷冻水用户端的出口与水冷蒸发器循环连接；水冷冷凝器的出口与热水用户端的进口相连，热水用户端的出口与水冷冷凝器循环连接。

所述冷冻水用户端并联连接一台或数台辅助供冷装置。所述辅助供冷装置是冷水机组，或是直膨式空调机组。

所述热水用户端并联连接一台或数台辅助供热装置。所述辅助供热装置是水源、地源和空气源热泵，或是燃气与燃油锅炉。

所述热水循环连接中并联一台或数台热水储水罐。

冷热源一体机组一侧的冷冻水进入水冷蒸发器后温度降低，水冷蒸发器的出口与各个冷冻水用户端相连，冷冻水在各用户端释放冷后温度升高，再回到水冷蒸发器，周而复始。也可根据冷负荷变化，进行变水量运行。从全水量变到0，这时机组就成为空气源热水机组。当本发明供给的最大冷量还不能满足冷负荷时，启动辅助供冷装置。冷热源一体机组另一侧的热水进入水冷冷凝器温度升高，水冷冷凝器的出口与各个热水用户端相连，热水在各用户端释放热后温度降低，再回到水冷冷凝器，周而复始。也可根据热负荷变化，变水量运行。从全水量变到0，这时冷热源一体机组就成为空气源冷水机组。当冷热源一体机组供给的最大热量还不能满足冷负荷时，启动辅助供热装置。由于热水是间歇供给，需要数台热水储水罐将热水储存以备用。

本发明提出的冷热源一体机组，不同于热泵。热泵有一个服务对象，当冬夏季节转换时服务对象需求发生了变化，需要设置四通阀进行转换，总是一侧向服务对象供热或供冷，另一侧向室外排出废冷或废热。本发明冷热源一体机组没有四通转换阀，两侧同时为服务对象供冷、供热，没有废热排出。

本发明提出的冷热源一体机组也不同于热回收机组。热回收机组仅仅在夏季回收废热，其他季节不供冷只制热水。本发明冷热源一体机组是全年从两端同时供冷和供热，因为没有废热产生，也就不存在热回收。因此热回收机组主要适用于夏季，而本发明冷热源一体机组全年都能同时供给热水和冷冻水。

本发明提出的冷热源一体机组也不同于所谓的“能量提升机”。“能量提升机”仅以机组自身为控制体，以保持自身冷热量平衡，一旦热量不平衡，机组就会有废热或废冷不断排放。特别是在夏季，当“能量提升机”转换为主要供冷时，其效率COP低于一般单冷机组。同样在冬季，“能量提升机”转换成主要供热时，当温度下降到一定程度，其效率降低到甚至低于电加热。本发明冷热源一体机组是以整栋建筑为控制目标，实施最佳能量控制，尽可能提高整栋建筑能量利用效率，减少排放量。本发明冷热源一体机组配备了风冷冷凝器和水冷冷凝器，而“能量提升机”仅配备公用风冷热交换器。

本发明的优越功效在于：

1)本发明冷热源一体机组改变了传统将建筑中某特定空间为控制目标，转变成整幢大楼为控制目标，综合规划整幢大楼的冷源、热源供给，使之冷热量平衡，减少废热或废冷排放，从而将不可再生能源消耗降低到最低，这就是综合节能体系。因此要求不仅仅从暖通空调专业自身的角度，而是从所有需热、需冷的各专业角度出发，如工艺、动力、暖通、给排水等，计算出向大楼各种功能空间，输入的总冷量与总热量，并创造条件均衡冷量与热量。在设计时要求夏天设法多用热，除了供生活热水外，应提倡空调采用四管制系统，一次回风再加热处理方式，不仅可靠而且提高机器露点，消耗多余的热水，并提升室内环境控制质量。在冬季利用建筑本体特性少用热或多用冷。

2)本发明的冷热源一体机组是模块式，或分组卸载。依据整幢大楼冷热负荷的特点，通过优化不同辅助供能装置，如单冷冷水机组、直膨式空调机组、分散式燃气供热水机组，污水源热回收机组、水源、地源与空气源热泵等的组合，以及不同工况下的运行调节来编制整幢大楼自控程序，实现能量的最佳利用和回收自动运行。

如果在夏季冷负荷大于热负荷较多，可以将冷热源一体机组与辅助供冷装置，如单冷冷水机组、直膨式空调机组组合。在冬季，如热负荷大于冷负荷较多，可以将冷热源一体机组与辅助供热装置，如分散式燃气供热水机组或污水源热回收机组等组合。根据建筑在不同季节下、不同供能装置功能与效率，采用不同组合运行，以实现最佳综合能效，实施“最佳能量调节”策略，这种运行模式也可以根据建筑特点与运行要求实施“冷量优先”或“热量优先”。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明冷剂系统单元的结构示意图；

图3为本发明水系统单元的结构示意图；

图中标号说明

1-压缩机；              2-风冷冷凝器；

3-水冷冷凝器；          4-风冷蒸发器；

5-水冷蒸发器；          6-热水用户端；

7-冷水用户端；          8-辅助供热装置；

9-辅助供冷装置；        10-节流装置；

11-热水储水罐。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

如图1所述，本发明提供了一种冷热源一体机组，该冷热源一体机组分为冷剂系统单元和水系统单元，所述冷剂系统单元包括压缩机1、风冷冷凝器2、水冷冷凝器3、风冷蒸发器4和水冷蒸发器5，其中压缩机1的出口分别与风冷冷凝器2、水冷冷凝器3相连，风冷冷凝器2和水冷冷凝器3汇合后连接节流装置10，节流装置10再分别与水冷蒸发器5、风冷蒸发器4相连，水冷蒸发器5和风冷蒸发器4汇合后再连接到压缩机1的进口；压缩机1将高压蒸气的冷剂压出，根据热负荷需要分配给水冷冷凝器3，将热传给热水，如有多余的分配给风冷冷凝器2，调节量从0到全流量，将热排到空气中。冷剂经冷凝后成为高压液体，汇合后由节流装置10变为低压液体。再根据冷负荷需要分配给水冷蒸发器5，将冷传给冷冻水。若有多余的分配给风冷蒸发器4，调节量从0到全流量，将冷排到空气中，冷剂经蒸发后成为低压蒸气，汇合后再回到压缩机1，完成一个循环，周而复始。

水系统单元包括两个独立的冷冻水系统单元和热水系统单元，冷冻水系统单元和热水系统单元各自包括多个冷冻水用户端7和热水用户端6，水冷蒸发器5的出口与冷冻水用户端7的进口相连，冷冻水用户端7的出口与水冷蒸发器5循环连接；水冷冷凝器3的出口与热水用户端6的进口相连，热水用户端6的出口与水冷冷凝器3循环连接。

所述冷冻水用户端7并联连接一台或数台辅助供冷装置9。所述辅助供冷装置9是冷水机组，或是直膨式空调机组。

所述热水用户端6并联连接一台或数台辅助供热装置8。所述辅助供热装置8是水源、地源和空气源热泵，或是燃气与燃油锅炉。

所述热水循环连接中并联一台或数台热水储水罐11。

冷热源一体机组一侧的冷冻水进入水冷蒸发器5后温度降低，水冷蒸发器5的出口与各个冷冻水用户端7相连，冷冻水在各用户端7释放冷后温度升高，再回到水冷蒸发器5，周而复始。也可根据冷负荷变化，进行变水量运行。从全水量变到0，这时机组就成为空气源热水机组。当本发明供给的最大冷量还不能满足冷负荷时，启动辅助供冷装置9。冷热源一体机组另一侧的热水进入水冷冷凝器3温度升高，水冷冷凝器3的出口与各个热水用户端6相连，热水在各用户端6释放热后温度降低，再回到水冷冷凝器3，周而复始。也可根据热负荷变化，变水量运行。从全水量变到0，这时冷热源一体机组就成为空气源冷水机组。当冷热源一体机组供给的最大热量还不能满足冷负荷时，启动辅助供热装置8。由于热水是间歇供给，需要数台热水储水罐11将热水储存以备用。

实施例1：医院建筑冷热源及其系统的场所

本发明冷热源一体机组对医院建筑特别适合。现代医院要求整幢建筑进行环境控制，需要大量的空调冷冻水和热水。而现在灭菌所需的蒸汽使用量越来越少，品质要求越来越高。高品质蒸汽往往由灭菌就地供应，不再靠蒸汽系统供给。

将本发明冷热源一体机组替代大型冷水机组和锅炉，成为医院集中冷热源，设置在屋顶。通过管道井，冷热源一体机组热端一侧与供热系统相连，冷端一侧与供冷冻水系统相连，全年同时供热、供冷，称为四管制系统。能全年供给满足空调需要的7℃冷冻水，同时可提供大量55℃的热水。医院供热末端除了空调需求外，还有生活热水、医疗供热、消毒清洗、食堂炊饮和水疗等。现代医院热水用量已被看成是医院感染控制与疗养质量的重要标志之一，即使在夏季也须消耗大量热水。医院供冷末端主要是空调设备，还有一些发热量大的设备需要冷冻水冷却。

特别要提出现代医院即使冬季也需要冷冻水来控制，夏季空调也需要热水来控制。因为现代医院的体量越来越大，出现了空调内区，即使冬季也需供冷，即也需要冷冻水。需要采用四管制空调系统来保证环境控制。有湿度控制的医院关键科室采用一次回风再加热的空气处理方式更为适宜，也需要热水。大功率、先进的诊疗设备，大型控制中心等由于室内发热量大，对室内环境控制有较高的要求，也需要全年供冷，有的需要恒温、恒湿控制。另外像中心供应室、餐厅等场所冬季热负荷与夏季冷负荷相比要小得多，冬季空调供热水量并非很多。这就是现代医院冷、热负荷特点。再如在冬季病房在短时需要冷热源一体机提供大量洗浴用热水时，冷热源一体机可以暂停供暖的热水，利用建筑本体蓄热，维持室内温度。洗完澡后再恢复供暖用热水，这样不仅减少供热量而且还提高了设备利用率，降低了造价。通过以上这些措施有利于平衡冷热源一体机两侧的供热量和供冷量。

现代医院因为由于集中能源供给主要是冷冻水和热水，而且全年冷水和热水供应量稳定，是对冷热源一体机组应用最大的支撑。冷热源一体机完全消除了医院因烧锅炉所产生的大量烟气排放，或冷冻机大量的废热排放。在过渡季节和冬季，冷热源一体机组供热效率远高于锅炉，仍是合算的。只有在严寒或供热量不足，才开启辅助供热装置如分散式燃气供热水机组或洗浴污水源热回收机组作补充。

实施例2：旅馆建筑冷热源及其系统的场所

冷热源一体机组也适合大型旅馆建筑。将冷热源一体机组替代大型冷水机组和锅炉，成为旅馆建筑的集中冷热源，设置在屋顶。通过管道井，冷热源一体机组热端一侧与供热系统相连，冷端一侧与供冷冻水系统相连，全年同时供热、供冷，称为四管制系统。冷热源一体机组全年供给能满足空调需要的7℃冷冻水，同时可提供大量55℃的热水，供洗浴用。旅馆建筑除了需要大量的洗浴热水外，也像现代公共建筑那样体量越来越大，存在着全年供冷的空调内区。另外，现代旅馆的功能越来越多，像餐厅、各种娱乐场所、游泳池、温泉、健身房等场所也需要全年同时供冷和供热。冷热源一体机组能保证全年供冷、供热。同样也可实施客房空调优先，夏季供热水，两者各得其所。在冬季冷热源一体机组在短时供给客房需用大量热水时，可以暂停供暖用热水，利用建筑本体蓄热，维持室内温度。洗完澡后再恢复供暖热水。在春秋季节，客房也可采用一次回风再加热的空调处理方式，不仅可以消耗冷冻水、同时又消耗热水，可以提高客房的湿度控制，改善室内空气品质，提升整个旅馆的档次。并节省了大量能耗。

在夏季旅馆建筑供热量小于供冷量，因此需要开启辅助供冷装置，如单冷冷水机组、直膨式空调机组等补充不足的供冷量。

Claims (4)

1.一种冷热源一体机组，其特征在于：

该冷热源一体机组分为冷剂系统单元和水系统单元，所述冷剂系统单元包括压缩机、风冷冷凝器、水冷冷凝器、风冷蒸发器和水冷蒸发器，其中压缩机的出口分别与风冷冷凝器、水冷冷凝器相连，风冷冷凝器和水冷冷凝器汇合后连接节流装置，节流装置再分别与水冷蒸发器、风冷蒸发器相连，水冷蒸发器和风冷蒸发器汇合后再连接到压缩机的进口；

水系统单元包括两个独立的冷冻水系统单元和热水系统单元，冷冻水系统单元和热水系统单元各自包括多个冷冻水用户端和热水用户端，水冷蒸发器的出口与冷冻水用户端的进口相连，冷冻水用户端的出口与水冷蒸发器循环连接；水冷冷凝器的出口与热水用户端的进口相连，热水用户端的出口与水冷冷凝器循环连接。

2.按权利要求1所述的冷热源一体机组，其特征在于：

所述冷冻水用户端并联连接一台或数台辅助供冷装置。

3.按权利要求1所述的冷热源一体机组，其特征在于：

所述热水用户端并联连接一台或数台辅助供热装置。

4.按权利要求1所述的冷热源一体机组，其特征在于：

所述热水循环连接中并联一台或数台热水储水罐。

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