CN102483243B - 用于向主系统中循环排水的热泵的对称中间蓄水箱 - Google Patents

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Abstract

如果连接的热源和散热器的温差(偏移)尽可能的小，热泵和制冷机能最佳地运行。如果不是这种情况，那么会造成两种不利的影响：1、在高温差时增高的损耗会出现在冷凝器和蒸发器中。2、为了形成增高的温差，热回流经常要与热泵流混合。为了这一目的，采用液压分离器和溢流阀。这导致具有不同温度的导热介质的高损耗混合。借助一对根据本发明的中间蓄水箱(参见例如图3)可以将出现的损耗大幅减少。热泵的小温差与剩余系统的高温差相符。系统的能效比(COP)可以被中间蓄水箱明显改善。借助热泵，这一根据系统被改善的范围约为5％至20％。

Description

用于向主系统中循环排水的热泵的对称中间蓄水箱
现有技术
目前，热泵被部分连接到缓冲蓄水箱上[1、2、3]。根据结构，供暖水或者(借助热交换器)生活用水从缓冲蓄水箱中被排出。目前，热泵工作时多数具有约5到10K的温差。在这种温差下，缓冲蓄水箱达到一个所需的额定温度。由此可以看出，整个缓冲蓄水箱在热泵的加水阶段结束时达到很高的平均温度。该蓄水箱被热透[4]。
图1展示了一种借助热泵以加热生活用水的传统供暖系统的结构[5]。热泵通过导热介质并且在位于生活用水蓄水箱中的热交换器中将热量传递给生活用水蓄水箱。其中，整个蓄水箱被循环加热到使用水平(Nutzniveau)。在蓄水箱的上部可将热的生活用水排出。在排水情况下，冷水随之流入蓄水箱下方。如果热泵在工作时同时使用塞子(Zapfung)或者如果蓄水箱被部分排空，那么冷水就会进入热泵而且会导致在缓冲蓄水箱的上部加热区域仅被轻微加热。其中，蓄水箱中早先的分层(Schicht)在进一步的加水过程中被破坏。由此，破坏了有效能量，使得系统的工作系数下降。
最近提出了一种中间蓄水箱，该蓄水箱允许可相对自由混合的蓄水箱加水过程[6、7]。该系统解决以下问题：
1、在生活用水蓄水箱中的分层处，被加热的热水区域不能与冷水层混合。对有效能量的破坏被大大减少。
2、加热过程非常短，即，直到缓冲蓄水箱上部在加水之后蓄热介质再次达到使用温度水平的过程非常短。
3、通常在缓冲蓄水箱下部有冷的导热介质。当该缓冲蓄水箱结合其他能源生成设备，比如燃烧锅炉或者太阳能设备，同时投入运行时，这种情况对于上述子系统的系统效率有积极的影响。
4、缓冲蓄水箱可以没有舒适度损失地保持较小的平均温度，这由于蓄水箱绝热会产生小的热量损失。系统的工作系数可以整体提高20％到30％。
所示系统的缺点在于，对于一些系统而言，在中间蓄水箱中，短时间内较冷的水位于较热的水上面，其中，这种状况是不期望出现的且不利的，因为这会引起冷水和温水间破坏有效能量的混合。在[5]和[6]所示系统中，没有发生混合，构造复杂且需要大量阀。
要解决的技术问题
本发明的任务是，提供一种包括热泵和中间蓄水箱的系统，其中，该系统具有简单的结构而且在中间蓄水箱中较热的导热介质一直位于较冷的导热介质的上面。
具有对称结构的循环中间蓄水箱
为了解决上述问题，建议在设备中采用配置有热泵或者制冷机的两个中间蓄水箱，其中，中间蓄水箱容纳导热介质，大多是水。导热介质从中间蓄水箱1和2被交替地泵送至剩余系统中，比如，缓冲蓄水箱中。在这个泵送过程中，冷水从该剩余系统中被泵送至中间蓄水箱。
当蓄水箱将导热介质传递给所述剩余系统时，其他蓄水箱的内容物被热泵加热。其中，与所述剩余系统的温差和泵流量相比，热泵回路中的温差很小且泵流量很大。这些边界值对于两个子系统的效率而言是有利的。
中间蓄水箱被安装成，使得其能够允许对位于中间蓄水箱中的导热介质进行调温(Temperieren)，且能够将这些导热介质在调温之后传递给剩余的系统。在需要时实现交替地从中间蓄水箱1和2向所述剩余系统进行传递，例如，向生活用水蓄水箱进行传递。这里应当明确指出，调温也意味着冷却，本发明也即适用于制冷情况，其中，在冷却情况下必须交换安排进水口和排水口的位置，也就是说，通过制冷机进水被安排在下面且排水至剩余系统被安排在上面。通过这种方式可以确保，在任何时间较冷的导热介质位于较热的导热介质下方，而且中间蓄水箱的温度分层保持稳定。
具有两个对称中间蓄水箱的系统的工作方式
如果将所有被调温的水从中间蓄水箱1引入剩余的系统，应该再次开启阀，使得中间蓄水箱1能够通过热泵被重新调温。必须要注意的是，所涉及的蓄水箱应被设计为，使尽可能无混合地进水、蓄水(以有利的方式分层)以及排水成为可能。例如，可以采用挡板(Prallbleche)以避免涡流和混合。
在从中间蓄水箱排水到剩余系统中时，与没有中间蓄水箱的传统系统相比，导热液体具有理想的温度，而且具有明显较小的平均流量。高温度和小流量会导致：
1、当系统运行时，在可能的现有主蓄水箱中保持分层，
2、热的导热介质在较短时间之后已经可用，
3、其他的能源生成设备能够在系统比如，燃烧锅炉或太阳能设备中，以较好的效率工作，这是因为在主蓄水箱的下部存在冷的导热介质，
4、减少主蓄水箱的热损失，
5、系统的工作系数提高了20％至30％。
为了说明该中间蓄水箱和其后续系统的位置和功能，在图2中展示了具有用于加热生活用水的热泵以及两个对称的中间蓄水箱的供暖系统。止回阀防止这两个回路的混合。控制器和其他必要的组件在附图中没有显示。在具有供暖连接(未显示)的系统中，根据需要，中间蓄水箱或者被加热至所需的生活用水温度然后被泵送至生活用水蓄水箱，或者该中间蓄水箱仅被加热到所需的室内供暖温度然后被泵送至加热缓冲蓄水箱中。出于这一目的，控制单元确定生活用水加热和室内供暖的需要并且控制相应的阀。
图3显示了一种管道布局被优化的结构。在该结构中，在热泵至中间蓄水箱的管道中的热水被泵送至生活用水蓄水箱中，并且如图2所示没有与冷水混合。对有效能量的破坏通过该布局被进一步降低。
推荐的中间蓄水箱可以在投入新设备时直接集成到热泵上。不过，对现有设备的改装也是有市场的。中间蓄水箱的有益结构形式、阀控制以及其他结构方面已经在[6]和[7]中进行了描述。阀开关的控制逻辑遵循系统的性能。
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权利要求和附图的描述
权利要求1描述了一种将两个对称安装的中间蓄水箱与热泵结合的基本应用，所述热泵用于对导热介质进行调温并将被调过温的导热介质传输至剩余系统，该剩余系统在大多数情况下是加热设备。
权利要求2包括了一种使用热泵和两个中间蓄水箱的调温系统，其中，被调过温的介质在被调温后泵送至缓冲蓄水箱，其中，该缓冲蓄水箱以有益的方式允许温度分层。
权利要求3涉及一种使用热泵和两个中间蓄水箱的系统，其中，被加热的导热介质在被加热之后从中间蓄水箱泵送至生活用水蓄水箱、供暖蓄水箱或多用蓄水箱。该系统用于建筑物的供暖以及在可能的情况下提供热的生活用水。
权利要求4涉及中间蓄水箱中的水流方向。在中间蓄水箱加水时液体从上向下流过中间蓄水箱，而在排水时液体从下向上流过中间蓄水箱。在制冷机运行情况下是相反的，也就是说，在中间蓄水箱加水时冷的导热液体从下向上流过中间蓄水箱，而在排水至剩余系统时从上向下流过中间蓄水箱。
图1展示了一种借助热泵加热生活用水的传统供暖系统的结构。热泵加热导热介质。导热介质通过位于生活用水蓄水箱中的热交换器将热量传递给生活用水。其中，整个蓄水箱被加热到使用水平。在该蓄水箱的上部热水可被排出。在排水情况下，冷水随之流入蓄水箱下部。
图2展示了根据本发明的使用热泵和两个中间蓄水箱的供暖系统的结构。在第一周期中，V1和V3打开并且V2和V4关闭。中间蓄水箱1通过热泵以高流量和小温差加水。同时中间蓄水箱2以小流量向主蓄水箱中放水，其中，主蓄水箱的冷水通过止回阀R2回流至中间蓄水箱2。在第二周期中，V2和V4打开并且V1和V3关闭。中间蓄水箱的角色互换，即中间蓄水箱1被放水，而中间蓄水箱2被加水。
图3展示了基本上与图2相同的结构，其中，导管被优化。在图3中，位于热泵和中间蓄水箱之间的热水在转换阀时被泵送至缓冲蓄水箱中。在图2中，与此相反，热水与冷水混合，这相应于对有效能量的破坏(但很小)。
图4展示了用于借助热交换器WT加热生活用水的系统结构。来自中间蓄水箱的、被加热的水将其热量通过热交换器WT传递给饮用水。在该结构中，基于饮用水回路需要另外一个水泵P3。热交换器WT基于很小的泵流量工作并有非常好的效率。

Claims (7)

1.一种调温系统，其包括热泵或制冷机，包括一对中间蓄水箱以及包括剩余系统，该调温系统提供被调过温的导热液体，其特征在于，
热泵/制冷机在第一周期中使第一中间蓄水箱中的导热介质达到所需的温度水平，同时第二中间蓄水箱已经把被加热/制冷的导热介质传输给剩余系统，并且热泵/制冷机在第二周期中使第二中间蓄水箱中的导热介质达到所需的温度水平，同时第一中间蓄水箱已经把被加热/制冷的导热介质传输给剩余系统，其中，在需要加热/制冷时再次执行第一周期。
2.如权利要求1所述的调温系统，其特征在于，
两个中间蓄水箱能够通过阀可选地并交替地与热泵或制冷机接通，或者与所述剩余系统接通。
3.如权利要求1所述的调温系统，其特征在于，
所述剩余系统包括具有蓄水箱的加热设备，被调过温的导热介质从中间蓄水箱被泵送至所述蓄水箱，其中，所述剩余系统的蓄水箱允许分层地热存储。
4.如权利要求2所述的调温系统，其特征在于，
所述剩余系统包括具有蓄水箱的加热设备，被调过温的导热介质从中间蓄水箱被泵送至所述蓄水箱，其中，所述剩余系统的蓄水箱允许分层地热存储。
5.如权利要求1至4中任一项所述的调温系统，其特征在于，
整个系统包括用于加热生活用水和/或室内供暖的设备。
6.如权利要求1至4中任一项所述的调温系统，其特征在于，
在加水和放水时液体以相反的方向流过所述中间蓄水箱，其中，中间蓄水箱使用热泵时加水从上向下实现，而中间蓄水箱使用制冷机时加水从下向上实现。
7.如权利要求5所述的调温系统，其特征在于，
在加水和放水时液体以相反的方向流过所述中间蓄水箱，其中，中间蓄水箱使用热泵时加水从上向下实现，而中间蓄水箱使用制冷机时加水从下向上实现。
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