CN102418973A - 一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，包括水源热泵系统、土壤源热泵系统、末端用能系统，所述水源热泵系统的工质出口通过工质管路连接末端用能系统的工质进口，末端用能系统的工质出口通过工质管路连接所述土壤源热泵的工质进口，所述土壤源热泵的工质出口通过工质管路连接所述水源热泵的工质进口。
Description
技术领域
本发明涉及暖通空调领域，特别涉及一种将自然界的多种可再生能源整合应用的热泵空调系统。
背景技术
随着可再生能源利用技术的进步，利用浅表地热能、空气能、太阳能等多种能源的制冷空调系统是空调发展的一个趋势，如水源热泵、土壤源热泵等技术及应用都已比较成熟，通过对自然界中的水源、土壤中的冷量或热量的吸收，对空调工质进行冷却或加热，实现对可再生能源的利用，达到节能目的。但这种自然能地利用受环境、气候的制约，有一定的局限性。比较理想的是通过多种技术耦合的方式，将多种自然界的能源协同应用，然而目前这种研究和应用都并不多，其原因主要是两方面的，一是技术，二是经济。技术方面，多源制取方式的联合存在各源间的负荷分配、运行协调模式和运行参数优化等问题，三者之一不合理，则不能发挥多源的优势。经济方面，采取多种冷源制取方式时存在重叠建设问题，较采用单一源制取方式初投资会增大。
可再生能源的应用往往是节约了能源却加大了投资，减少投资却降低了能源利用效率，很难实现既节能又节资。然而，多源可再生能源利用系统的工艺设计是可再生能源应用成功的关键因素，工艺设计合理是可以有效利用可再生能源，实现节能节资的目的。本专利正是基于充分整合多种能源，提高能源利用效率，有效降低可再生能源应用成本，提供一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，以实现能源系统的节能节资。
发明内容
本发明旨在提供一种采用地表水热能、岩土热能和自然空气热能协同，热泵技术、热回收技术和蓄能技术耦合的多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，充分整合多种能源，提高能源利用效率，有效降低可再生能源应用成本。
本发明的技术方案如下：
一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，包括水源热泵系统、土壤源热泵系统、末端用能系统，其特征在于：所述水源热泵系统的工质出口通过工质管路连接末端用能系统的工质进口，末端用能系统的工质出口通过工质管路连接所述土壤源热泵的工质进口，所述土壤源热泵的工质出口通过工质管路连接所述水源热泵的工质进口。
所述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统还可包括一自然冷源利用冷却塔系统，所述冷却塔系统设有工质进口和工质出口，冷却塔系统的工质进口通过工质管路与所述土壤源热泵的工质进口并联，所述冷却塔系统的工质出口通过工质管路与所述土壤源热泵的工质出口并联。所述土壤源热泵和所述冷却塔系统的工质进口处分别设置有阀门。
所述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统还可包括一蓄热系统，所述蓄热系统包括蓄热水箱和热回收系统，所述蓄热水箱设置进水管接外部自来水管，设置有出水管连接热水用户；所述热回收系统包括热水循环管和与所述水源热泵系统及土壤源热泵系统的冷凝器进行热交换的热回收盘管，所述热水循环管一端由所述蓄热水箱通过热水循环泵连接所述热回收盘管的进水端，所述热回收盘管的回水端通过所述热水循环管的另一端连接所述蓄热水箱。
本发明提供了一种将土壤源、自然空气能源与水源三种可再生能源协同应用的方案，克服了目前单一能源利用受环境及气候因素的局限，实现多种能源间相互协同及其技术的耦合，提高了可再生能源利用系统的效率，降低了系统运行成本。
附图说明
图1是本发明的系统结构原理图
图2是本发明一种实施实例的结构示意图
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，包括水源热泵系统1、土壤源热泵系统2、末端用能系统3，所述水源热泵系统1的工质出口11通过工质管路连接末端用能系统的工质进口32，末端用能系统的工质出口31通过工质管路连接所述土壤源热泵的工质进口22，所述土壤源热泵的工质出口21通过工质管路连接所述水源热泵的工质进口12。
上述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统的工质一般为水，工质沿工质管路在水源热泵系统1、末端用能系统3、土壤源热泵系统2间形成循环。为克服管网阻力，上述系统可在水源热泵系统工质出口侧的设置一次泵4，在土壤源热泵的工质进口侧设置二次泵5，以提供工质循环的动力。
上述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统中，当末端用能系统有多个工质出口时，可设置一集水器6，多个末端用能系统的工质出口31连接所述集水器6，集水器6再通过工质管路连接土壤源热泵的工质进口22；当末端用能系统有多个工质进口时，可设置一分水器7，水源热泵系统的出水口连接所述分水器7，分水器7再通过工质管路连接末端用能系统的多个工质进口32。
所述的水源热泵系统1，通过取水泵13提取江水或其他外部水源，水源热泵的换热器吸收外部水源的热量或冷量，实现对自然能源的利用；所述的土壤源热泵，通过设置于土壤中的埋地换热器23，吸收土壤中的冷量或热量，实现对自然能源的利用。
为利用自然界的冷源，上述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统还可设置一自然冷源利用冷却塔系统8，所述冷却塔系统设有工质进口和工质出口，冷却塔系统的工质进口82通过工质管路与所述土壤源热泵的工质进口22并联，所述冷却塔系统的工质出口81通过工质管路与所述土壤源热泵的工质出口21并联。所述土壤源热泵和所述冷却塔系统的工质进口处分别设置有阀门，以便根据需要选择由冷却塔系统或由土壤源热泵对工质进行冷却。
为充分利用水源热泵和土壤源热泵冷凝器散发的热量，上述多能源协同多技术耦合的热泵空调系统还可设置一蓄热系统9，所述蓄热系统包括蓄热水箱91和热回收系统，所述蓄热水箱91设置进水管接外部自来水92，设置有出水管连接热水用户93；所述热回收系统包括热水循环管和与所述水源热泵系统及土壤源热泵系统的冷凝器进行热交换的热回收盘管，所述热水循环管一端由所述蓄热水箱通过热水循环泵连接所述热回收盘管的进水端，所述热回收盘管的回水端通过所述热水循环管的另一端连接所述蓄热水箱。通过上述设置，蓄热水箱的水经热回收盘管吸热后温度升高后又返回蓄热水箱，形成循环。
如上所述，构成一个完整的多能源协同多技术耦合的热泵空调系统。以下分别通过在制冷工况和制热工况的运行实施例，对本发明的运行原理进行说明。以下实施例用于解释而非限定本发明。
在制冷工况时：
在水源热泵系统端，首先通过蓄热系统的热回收盘管及外部水源的水与水源热泵的冷凝器进行换热冷却，再经水源热泵的蒸发器与工质换热后，工质温度降到8℃，由一次泵加压将工质送至末端用能系统换热后，温度升高到17℃；工质在末端用能系统换热后汇总到集水器，由二次泵加压，在夏季，将工质送至土壤源热泵，首先通过蓄热系统的热回收盘管及土壤对土壤源热泵的冷凝器进行换热冷却，再经土壤源热泵的蒸发器与工质换热后，工质温度降低至14℃；冬季和过渡季节(室外气温较低时)，可将工质送至自然冷源利用冷却塔系统换热，换热后工质温度降低至14℃。可通过土壤源热泵和冷却塔工质进口处的阀门，选择由土壤源热泵或冷却塔冷却。经土壤源热泵或冷却塔冷却的工质，再进入水源热泵系统换热，进一步冷却，温度降低至8℃，送至末端用能系统，进入下一个循环。
蓄热水箱的水经换热后，温度升高，由出水管输送到热水用户，实现热量回收利用。
在制热工况时：
在水源热泵系统端，通过外部水源与水源热泵蒸发器进行热交换，水源热泵蒸发器吸收外部水源的热量，并通过水源热泵冷凝器与工质换热，将工质温度升高到45℃，由一次泵加压将工质送至末端用能系统换热，温度降低到35℃；工质在末端用能系统换热后汇总到集水器，由二次泵加压后，将工质送至土壤源热泵，经土壤源热泵冷凝器与工质换热，工质温度升高至41℃，此温度的工质再进入水源热泵机组系统换热，温度进一步升高至45℃，送至末端用能系统，进入下一个循环。
本发明可根据外部水源、土壤和自然冷空气等得温度变化，设置运行参数，分配冷热负荷，由水源热泵系统、土壤源热泵系统和自然冷源利用冷却塔分梯度、分阶段、分时间协同完成工质的加热升温和冷却降温，提高了能源综合利用效率，减少了系统初期投资，有明显的节能节资效益。
Claims (4)
1.一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，包括水源热泵系统、土壤源热泵系统、末端用能系统，其特征在于：所述水源热泵系统的工质出口通过工质管路连接末端用能系统的工质进口，末端用能系统的工质出口通过工质管路连接所述土壤源热泵的工质进口，所述土壤源热泵的工质出口通过工质管路连接所述水源热泵的工质进口。
2.根据权利要求1所述的多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，其特征在于：所述热泵空调系统还包括一自然冷源利用冷却塔系统，所述冷却塔系统设有工质进口和工质出口，冷却塔系统的工质进口通过工质管路与所述土壤源热泵的工质进口并联，所述冷却塔系统的工质出口通过工质管路与所述土壤源热泵的工质出口并联。
3.根据权利要求2所述的多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，其特征在于：所述土壤源热泵和所述冷却塔系统的工质进口处分别设置有阀门。
4.根据权利要求1所述的多能源协同多技术耦合的热泵空调系统，其特征在于：所述热泵空调系统还包括一蓄热系统，所述蓄热系统包括蓄热水箱和热回收系统，所述蓄热水箱设置进水管接外部自来水管，设置有出水管连接热水用户；所述热回收系统包括热水循环管和与所述水源热泵系统及土壤源热泵系统的冷凝器进行热交换的热回收盘管，所述热水循环管一端由所述蓄热水箱通过热水循环泵连接所述热回收盘管的进水端，所述热回收盘管的回水端通过所述热水循环管的另一端连接所述蓄热水箱。
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