CN102147171A - 一种节能型集成加热、制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，包括可为用户提供制热的太阳能集热装置、相变蓄热装置、水源热泵装置，和为空调用户提供制冷的动态制冰系统，所述水源热泵装置还包含一四通换向阀，所述四通换向阀分别与压缩机、水源侧换热器、使用侧换热器和排气热回收冷凝器连接，所述水源侧换热器通过电子膨胀阀与所述使用侧换热器连接，所述使用侧换热器输出端经阀门与空调用户连接。系统充分利用太阳能和低谷电能，并可以缓解用电高峰，具有较好的经济性。系统充分发挥各部分的优点，相互补充，达到更好的节能效果。

Description

一种节能型集成加热、制冷系统

技术领域

本发明涉及一种结合太阳能集热﹑相变蓄热、低谷电制热、动态制冰和水源热泵的集成加热、制冷系统，属于太阳能采暖及机械类制冷﹑供暖和制冰设备的综合技术领域。

背景技术

太阳能是一种清洁的可再生能源，储量丰富，无污染，目前在较多领域广泛应用。太阳能集热器是利用太阳辐射对水进行加热的装置。由于太阳能热水系统在运行时受天气的影响较大，应采取热水保障系统（辅助加热系统）和储热装置来保证热水的正常供应。

相变潜热蓄热作为一种能够很有效的解决热能在供给和需求上的矛盾的技术，在太阳能和电力在“移峰填谷”和余热、废热的回收等相关领域得到广泛的应用。相变材料的相变潜热大，蓄能密度大，传热特性好，所需容器的体积较小，温度的变化范围也较小，所以相变储能与传统的水蓄能相比具有较多的优点。

水源热泵利用储存于地表浅层的可再生能源为建筑制冷和供暖。水源热泵利用水源的过程当中，只交换热量，水质几乎没有发生变化，经回灌至地层或重新排入地表水体后，不会对原有水源造成污染。浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10-25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。水源热泵同时解决了空调系统的冷热源，保证了系统的高效性和经济性。

近年来，随着社会和经济的发展，用电结构发生了很大的变化，高峰用电负荷增加，低谷用电负荷大量减少，峰谷差不断拉大，部分地区实行峰谷电价制度。因此，利用低谷电蓄能可以缓解用电高峰，具有较高的经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结合了太阳能集热，相变蓄热、低谷电制热、动态制冰和水源热泵的加热、制冷综合系统，各部分相互补充，达到更好的节能效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，包括可为用户提供制热的太阳能集热装置、相变蓄热装置、水源热泵装置，和为空调用户提供制冷的动态制冰系统，所述水源热泵装置还包含一四通换向阀，所述四通换向阀分别与压缩机、水源侧换热器、使用侧换热器和排气热回收冷凝器连接，所述水源侧换热器通过电子膨胀阀与所述使用侧换热器连接，所述使用侧换热器输出端经阀门与空调用户连接。

所述动态制冰系统包含制冰发生器及与所述制冰发生器连接的蓄冰槽，所述蓄冰槽与所述空调用户通过双向管道连接。

所述使用侧换热器输出端经阀门与所述制冰发生器连接。

所述蓄冰槽经电加热器与所述使用侧换热器连接。

所述蓄冰槽与所述使用侧换热器之间还连接有阀门、循环泵。

所述太阳能集热装置与所述相变蓄热装置循环连接。

所述相变蓄热装置与低谷电辅助加热器连接。

所述排气热回收冷凝器、所述相变蓄热装置、所述太阳能集热装置经生活热水箱与用户连接。

还包含控制装置。由所述控制装置控制系统的工作模式，工作模式包括夏季工作模式和冬季工作模式。

系统的管路中还设有多个阀门、循环泵、给水泵，均由控制装置控制。

在水源热泵机组中，较佳的是使用螺杆式压缩机，能保证最低供冷温度达到-7～-12度，满足动态制冰的要求。该水源热泵机组为内转换机组，通过制冷系统中的四通换向阀，实现冬/夏季的蒸发器与冷凝器在使用侧和水源侧的切换。夏季制冷运行时，蒸发器即为使用侧换热器；冬季制热运行时，冷凝器为使用侧换热器。在该热泵机组中增加了热回收冷凝器，从压缩机排出的高温﹑高压的制冷剂气体会优先进入到热回收冷凝器中，将热量释放给被预热的水，可供热用户使用。值得注意的是，热水的出水温度越高，冷水机组的效率就越低，制冷量也会相应的减少。

在太阳能集热和相变蓄热模块中，优先利用太阳能进行供热，夜间利用低谷电加热，将热量存储于相变蓄热器中，在夜间或白天阳光不足时辅助供热。具体实施时是通过各个阀门的开闭来进行控制的。太阳能集热器可以采用二级加热。第一级采用金属吸热体真空管集热器，它可以将输送过来的水加热至70～100℃，第二级太阳能集热器采用抛物柱面聚焦型集热器，它应用的是直通型真空管。二级加热器的设计提高了出水温度，改善了集热效率。此部分可以充分利用太阳能和低谷电能，经济性大大提高。

夏季制冷工况下，当晚上空调冷负荷稍小且处于用电低谷时，可以通过调节热泵机组制冷剂的温度，使其达到-8℃左右，用于制取过冷水，通过制冰发生器对其过冷状态的解除，得以制取冰浆，即冰晶状流动二元冰，并储存在蓄冰槽中，待到白天用电负荷高峰时供空调用户使用，可以缓解用电高峰，且具有较好的经济性。

本发明所达到的有益效果：本发明是由太阳能集热器，相变储能器，动态制冰系统及水源热泵机组等主要部分组成，所以可以对各个部分进行单独的测试，也可以对系统进行整体测试。系统集成了太阳能集热器，相变储能器，动态制冰系统及水源热泵的优点，并将几个部分整合为一个系统，互相补充，达到很好的节能效果。

对于太阳能集热和相变蓄热部分，相变蓄热器利用相变材料的潜热进行蓄热，因为相变材料的蓄能密度大，相变温度基本恒定，可以大大减少储热设备的容积。在此部分中加了一个低谷电辅助加热器，可以利用低谷电来加热水，并将热量储存在相变储能器中。可以实现太阳能和电力的“移峰填谷”，经济性大大提高。

对于水源热泵机组部分，可以在夏季制冷工况下对热泵的各项制冷性能参数进行测试，同时可以结合制冰系统，对动态制冰的效果进行测试。在冬季制热工况下，关闭制冰系统，只对制热部分进行测试。

附图说明

图1为本发明的一实施例示意图。

图中，1、四通换向阀；2、水源侧换热器；3、使用侧换热器；4、螺杆式压缩机；5、电子膨胀阀；6、排气热回收冷凝器；7、生活热水箱；8、热水用户；9、空调用户；10、制冰发生器；11、蓄冰槽；12、电加热器；13、太阳能集热器；14、相变蓄热器；15、低谷电辅助加热器；16、旋流除砂器；17、电子水处理仪；

1a、1号阀门；2a、2号阀门；3a、3号阀门；4a、4号阀门；5a、5号阀门；6a、6号阀门；7a、7号阀门；8a、8号阀门；9a、9号阀门；10a、10号阀门；11a、11号阀门；12a、12号阀门；13a、13号阀门；14a、14号阀门；15a、15号阀门；

1b、1号给水泵；2b、2号给水泵；3b、3号给水泵；4b、4号给水泵；

1c、1号循环泵；2c、2号循环泵；3c、3号循环泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，该系统可分为夏季工作模式和冬季工作模式：

（1）夏季工作模式

通过切换水源热泵机组中的四通换向阀1来进行制冷和制热工况的转换。

在夏天，水源热泵机组为制冷工况。制冷工况时制冷剂在四通换向阀1中的走向如图中实线所示。此时水源侧换热器2为冷凝器，使用侧换热器3为蒸发器。经螺杆式压缩机4压缩后的制冷剂蒸汽依次通过排气热回收冷凝器6、四通换向阀1、水源侧换热器2、电子膨胀阀5、使用侧换热器3、四通换向阀1，然后回到螺杆式压缩机4中，完成制冷剂循环。

在排气热回收冷凝器6中，高温高压的制冷剂蒸汽向输入的自来水放热，制取生活热水存储于生活热水箱7中供热水用户8使用，此时制冷剂蒸汽部分冷却冷凝为高压液体。经过水源侧换热器2后，多余的热量转移到河水中，制冷剂则完全被冷却为高压液体。在使用侧换热器3中，通过制冷剂蒸发吸热来制取冷冻水或过冷水，经9号阀门9a及管道供空调用户9使用。

机组在白天工作时，开启9号阀门9a及14号阀门14a、15号阀门15a，关闭10号阀门10a。经蒸发器换热后制取的冷冻水通过9号阀门9a所在的管道送给空调用户9，冷冻水回水经过14号阀门14a、15号阀门15a、给水泵3b回到蒸发器完成冷冻水循环。当在晚上冷负荷较小且处于用电低谷期时，关闭9号阀门9a，开启10号阀门10a，并通过调节螺杆式压缩机4频率来调节制冷量，制取-5℃的过冷水。过冷水通过10号阀门10a的管路流向制冰发生器10。过冷水流入制冰发生器10后，受制冰发生器10内部安装的电磁机械振动器作用，失去相态的平衡，解除过冷水的过冷状态，相变生成冰水混合物，形成冰晶状的二元冰经1号循环泵1c流入蓄冰槽11。通过2号循环泵2c、11号阀门11a由蓄冰槽11向空调用户10提供二元冰，并将供应空调用户10的二元冰释冷融化后形成的水经12号阀门12a送回蓄冰槽11。蓄冰槽11中的水在3号循环泵3c的作用下，经13号阀门13a，并通过电加热器12、14号阀门14a后被送回至蒸发器，进行循环连续的制取二元冰。电加热器12的作用是使水中的小冰晶完全融化，防止水过冷后由于有小冰晶的存在而结冰，堵塞管路。

在白天非用电高峰期，关闭制冰系统，只由水源热泵机组制取冷冻水向空调用户9供冷。待到用电高峰期时，可以由热泵机组和蓄冰槽11共同供冷。

对于太阳能制热部分，因为夏季白天阳光充足，经太阳能集热器13产生的热水可经8号阀门8a、7号阀门7a、2号给水泵2b、6号阀门6a直接输入存储于生活热水箱7内供热水用户8使用，多余的热水经4号阀门4a可流向相变蓄热器14，通过相变材料的相变作用以潜热的方式把热量储存在相变蓄热器14中。冷却后的水经1号阀门1a、3号阀门3a、1号给水泵1b回到太阳能集热器13继续加热。到晚上没有阳光时，可以将自来水经1号阀门1a送至相变蓄热器14，吸收相变潜热制取热水存储于生活热水箱7供热水用户8使用。可以实现太阳能在时间上的转移。

（2）冬季工作模式

在冬天，水源热泵机组为制热工况。制热工况时制冷剂在四通换向阀1中的走向如图中虚线所示。此时，水源侧换热器2为蒸发器，使用侧换热器3为冷凝器。制冷剂在水源侧换热器2中蒸发吸热，从河水中提取热量，在排气热回收冷凝器6和使用侧换热器3中释放热量，制取热水。经螺杆式压缩机4压缩后的制冷剂蒸汽依次通过排气热回收冷凝器6、四通换向阀1、使用侧换热器3、电子膨胀阀5、水源侧换热器2、四通换向阀1，然后回到螺杆式压缩机4中，完成制冷剂循环。

冬季制冰系统关闭，在使用侧换热器3中制取的热水通过9号阀门9a所在的管路输送给空调用户9制取暖气，回水在给水泵3b的作用下经14号阀门14a、15号阀门15a回到使用侧换热器3完成空调热水的循环。

对于太阳能制热部分，因为冬季阳光不足，特别是雨雪天气，由太能能集热器13制取的热水量较少。可以在夜间利用低谷电辅助加热器15来加热水，并经5号阀门5a、7号阀门7a、2号给水泵2b、4号阀门4a通过热水将热量储存在相变蓄热器14中。白天可以利用相变蓄热器14中储存的热量来制取热水，并存储于生活热水箱7中供热水用户8使用。可以实现电能的“移峰填谷”。

两种工作模式中，河水经4号给水泵4b、旋流除砂器16、电子水处理仪17处理后进入水源侧换热器2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，包括可为用户提供制热的太阳能集热装置、相变蓄热装置、水源热泵装置，和为空调用户提供制冷的动态制冰系统，所述水源热泵装置还包含一四通换向阀，所述四通换向阀分别与压缩机、水源侧换热器、使用侧换热器和排气热回收冷凝器连接，所述水源侧换热器通过电子膨胀阀与所述使用侧换热器连接，所述使用侧换热器输出端经阀门与空调用户连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述动态制冰系统包含制冰发生器及与所述制冰发生器连接的蓄冰槽，所述蓄冰槽与所述空调用户通过双向管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述使用侧换热器输出端经阀门与所述制冰发生器连接。

4.根据权利要求2所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述蓄冰槽经电加热器与所述使用侧换热器连接。

5.根据权利要求4所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述蓄冰槽与所述使用侧换热器之间还连接有阀门、循环泵。

6.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述太阳能集热装置与所述相变蓄热装置循环连接。

7.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述相变蓄热装置与低谷电辅助加热器连接。

8.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，所述排气热回收冷凝器、所述相变蓄热装置、所述太阳能集热装置经生活热水箱与用户连接。

9.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，还包含控制装置。

10.根据权利要求1所述的一种节能型集成加热、制冷系统，其特征是，系统的管路中还设有多个阀门、循环泵、给水泵。