CN102589194A

CN102589194A - 一种用热泵提高能源综合利用效率的方法及装置

Info

Publication number: CN102589194A
Application number: CN2012100525068A
Authority: CN
Inventors: 刘小江
Original assignee: 刘小江
Current assignee: Hunan Chuanghua Low-carbon Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种用热泵提高能源综合利用效率的方法及装置，该方法如下：在热源环境温度高于8℃时，以含低品位能的空气、水或太阳能作为低温热源，通过热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境；当热源环境温度低于8℃时，以含高品位能的煤、石油或电能作为低温热源，通过供热设备和热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境。本发明还包括所述用热泵提高能源综合利用效率的装置。利用本发明，可更好地充分利用热泵和提高能源综合利用效率30%。

Description

一种用热泵提高能源综合利用效率的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用热泵提高能源综合利用效率的方法及装置。

背景技术

随着人口数量的不断增长和经济的迅速发展，加剧了矿物能源的消耗和枯竭，同时给环境也带来了较严重污染和破坏。为此，人们正以极大的努力去寻找能源的出路：一是节约能源，二是开发新能源。到目前为止，节能技术一方面以热力学第一定律为基础，从量方面着手，减少各种损失与浪费；另一方面从热力学第二定律出发，从质的方面着手研究，利用低位能源（空气、土地、水、太阳能、工业废热等）代替一部分高位能源（煤、石油、电能），以节约高位能源。因此，利用低位能源的热泵技术已经引起人们重视。

热泵技术经历了一段非常艰难的发展过程，在目前无疑已经取得了重大突破。一些家庭、公共建筑物及厂房均已使用热泵装置，用于制冷、采暖和提供生活热水。目前，热泵主要用来解决100℃以下的低温用能。据估算，欧洲在100℃以下的低温用能方面的能耗约占总能耗的50%左右，而这些能耗主要用于建筑采暖。然而，在热源温度较低的情况下，把低温热源的热量移到适合人们采暖的温度环境时，压缩机需加大其输出功率，这样不仅大大提高运行成本，而且也会降低其使用寿命。为了克服热泵在环境温度较低的情况下，其能效比急剧下降的问题，尤其在我国北方热泵难以被应用的情况，科技工作者寻求多种方法，如采用多级压缩或多热源一体机等方式来解决上述问题。另一方面，近来出现的燃气壁挂炉在满足用户采暖和生活热水双重需求的同时，还能减少对环境的污染，但其不足之处在于，夏季不能满足用户的制冷需求。如果把壁挂炉与空调结合成一个系统，不但可以降低环境压力，还可以克服两者的局限性，实现功能互补，集制冷、采暖和提供生活热水三项功能于一身。

目前，该系统已研制成功并有样机制造出来。该系统采用了热泵空调的工作原理，设计为夏冬季两档，工作原理如下：

夏季档：需要制冷时，接通系统电源，在空调四通阀的控制下，空调压缩机产生的高压介质通过储水罐中高压介质流道与储水罐里的卫生水进行热交换后，再经空调机外机膨胀后，形成低温低压介质，最后到板式换热器中与室内冷暖系统介质进行热交换，从而使末端系统（室内冷暖系统）温度降低，实现制冷；同时，储水罐可提供生活热水。当储水罐里生活用水的温度较低时，空调压缩机产生的高温高压介质与其换热比较充分，空调机外机可以不用工作；当储水罐里的生活用水温度较高时，空调压缩机产生的高温高压介质与其换热不够充分，空调外机则开始工作，高温介质与室外空气进行二次热交换，从而达到室内制冷要求。

需制取生活热水时，若在制冷模式下，当储水罐里水温达不到生活用水温度要求时，则启动壁挂炉，加热储水罐里的生活用水，使其达到所需温度要求；若不在制冷模式下，则可直接启动壁挂炉，加热生活用水。

冬季档：在冬季，若需启动采暖与生活热水系统时，生活热水模式优先启动。

（一）若系统中的空调机组为单冷机组，在需用生活热水时，若储水罐里的热水温度满足不了要求，则将壁挂炉设置为卫浴状态，同时停止空调水泵运行；当储水罐里热水的温度满足要求又有采暖要求时，将壁挂炉设置为采暖模式，同时启动空调水泵。

（二）若系统中的空调机组为冷暖一体机，在需采暖时，若室外温度高于5℃，采用空调机采暖，壁挂炉水泵不工作；若室外温度低于5℃，采用壁挂炉采暖，空调机不工作。在需用生活热水时，室内冷暖系统和壁挂炉水泵不工作，空调压缩机产生的高温高压介质由四通阀相应出口进入板式换热器，与冷暖系统中的介质进行热交换，使冷暖系统中的介质温度升高，经三通阀进入储水罐与生活用水进行热交换，从而使生活用水达到温度要求；若上述压缩机产生的高温介质不能使生活用水满足温度要求，则同时启动壁挂炉加热冷暖系统中的介质，从而使生活用水达到温度要求。

该热泵技术虽然取得了进步，但热泵的功能并没有得到充分的发挥，能源综合利用效率也有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用热泵提高能源综合利用效率的方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

研究表明，在适当的热源温度和冷凝温度（或者是使用温度）相差不大的情况下，热泵能效比是相当高的，而锅炉是无法与其比拟的，一般锅炉的效率只在85%左右，而热泵的能效比却可以达到500%以上；其次，热能传递是需要温差的，温差越大热能传递速度越快，传递的热量也越多，据此，回流锅炉热媒介质的温度越低越好，就可以使用户末端设备中的热媒介质获得更多的热量，而使锅炉排出烟气达到很低，就可以避免许多矿物燃料所产生的热量浪费，使其得到极大利用。

本发明之用热泵提高能源综合利用效率的方法，其特征在于：在热源环境温度高于8℃时（热泵的能效比在200%以上），以含低品位能的空气、水或太阳能等作为低温热源，通过热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境，用于采暖或/和提供生活热水等；当热源环境温度低于8℃时（热泵的能效比在200%以下），以含高品位能的煤、石油或电能等作为低温热源，通过供热设备和热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境，用于采暖或/和提供生活热水等。

本发明之用热泵提高能源综合利用效率的装置，包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀、冷却散热器、供热设备，所述压缩机的一端通过管路与蒸发器中制冷剂流道的出口相连，另一端通过管路与冷凝器中制冷剂流道的进口相连，所述节流阀的一端通过管路与蒸发器中制冷剂流道的进口相连，另一端通过管路与冷凝器中制冷剂流道的出口相连；所述蒸发器中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅰ的进口相连，所述循环泵Ⅰ的出口分别通过设有电磁阀Ⅵ的管路与用户末端设备的进口相连，设有电磁阀Ⅱ的管路与冷却散热器的出口相连，设有电磁阀Ⅹ的管路与供热设备的进口相连；所述蒸发器中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅷ的管路与用户末端设备的出口相连，设有电磁阀Ⅰ的管路与冷却散热器的进口相连，通过管路与供热设备的出口相连；所述冷凝器中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅱ的进口相连，所述循环泵Ⅱ的出口分别通过设有电磁阀Ⅴ的管路与冷却散热器的进口相连，设有电磁阀Ⅶ的管路与用户末端设备的进口相连；所述冷凝器中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅳ的管路与冷却散热器的出口相连，设有电磁阀Ⅸ的管路与用户末端设备的出口相连。

进一步，还设有卫生热水系统，所述卫生热水系统包括卫生热水箱，所述卫生热水箱的上端设有进水口和排气阀，所述卫生热水箱的下端设有带热水取用阀的出水口；所述冷凝器上还设有用作冷凝的卫生热水补水流道，所述卫生热水补水流道的出口通过管路与卫生热水箱的进水口相连，所述卫生热水补水流道的进口处设有电磁阀Ⅲ。

进一步，所述供热设备可为热水器或锅炉等。

利用本发明，可以使回流供热设备的热媒介质的温度降到很低，最低可以降到零度以下（当然，此时热媒介质须采用不冻液），这样，在获取同样多的采暖热量情况下，供热设备所消耗的燃料只有其原来消耗燃料的三分之一；对于热泵所消耗的电能来说，也是非常低的，因为这时从供热设备中出来的热媒介质温度可达三十度以上，比原来从空气中所获取十几度以下热源温度要高出许多，这时热泵能效比依然非常高，所耗功率只是原来的三分之一，与单独热泵或单独锅炉运行的情况相比，这两项能耗总和可降低30%以上。

本发明可充分发挥热泵高能效比的优势，与现有多热源热泵所采取的在环境温度低于5℃时，放弃热泵工作，而采用其它热源的松散结合形式相比，本发明采取紧密结合的形式，在环境温度低于8℃时，放弃空气热源，采用其它热源，而热泵并未停止工作，通过切换阀门向其它热源取热，可避免因热源温度过低所造成的热泵能效比低的现象，另外它无须通过压缩机循环侧（也就是压缩机和蒸发器、冷凝器，还有节流阀所组成的最核心循环系统）来改变蒸发器和冷凝器相互间的位置，即可实现冬季和夏季间采暖与制冷空调的相互转换。

附图说明

图1为本发明之用热泵提高能源综合利用效率的装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例之用热泵提高能源综合利用效率的方法，其特征在于：在热源环境温度高于8℃时，以含低品位能的空气作为低温热源，通过热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境，用于采暖和提供生活热水；当热源环境温度低于8℃时，以含高品位能的煤作为低温热源，通过供热设备和热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境，用于采暖和提供生活热水。

参照图1，本实施例之用热泵提高能源综合利用效率的装置，包括蒸发器3、冷凝器4、压缩机7、节流阀8、冷却散热器1、热水器2，所述压缩机7的一端通过管路与蒸发器6中制冷剂流道的出口相连，另一端通过管路与冷凝器4中制冷剂流道的进口相连，所述节流阀8的一端通过管路与蒸发器3中制冷剂流道的进口相连，另一端通过管路与冷凝器4中制冷剂流道的出口相连；所述蒸发器3中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅰ11的进口相连，所述循环泵Ⅰ11的出口分别通过设有电磁阀Ⅵ18的管路与用户末端设备6的进口相连，设有电磁阀Ⅱ14的管路与冷却散热器1的出口相连，设有电磁阀Ⅹ22的管路与热水器2的进口相连；所述蒸发器3中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅷ20的管路与用户末端设备6的出口相连，设有电磁阀Ⅰ13的管路与冷却散热器1的进口相连，通过管路与热水器2的出口相连；所述冷凝器4中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅱ12的进口相连，所述循环泵Ⅱ12的出口分别通过设有电磁阀Ⅴ17的管路与冷却散热器1的进口相连，设有电磁阀Ⅶ19的管路与用户末端设备6的进口相连；所述冷凝器4中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅳ16的管路与冷却散热器1的出口相连，设有电磁阀Ⅸ21的管路与用户末端设备6的出口相连。

还设有卫生热水系统，所述卫生热水系统包括卫生热水箱5，所述卫生热水箱5的上端设有进水口和排气阀10，所述卫生热水箱5的下端设有带热水取用阀9的出水口；所述冷凝器4上还设有用作冷凝的卫生热水补水流道，所述卫生热水补水流道的出口通过管路与卫生热水箱5的进水口相连，所述卫生热水补水流道的进口处设有电磁阀Ⅲ5。所述卫生热水系统在辅助冷却的同时能提供生活卫生热水，可减少能源的浪费，实现节能。

所述蒸发器3、冷凝器4、压缩机7和节流阀8一起构成一个核心循环系统，该系统在一年四季中不管是采暖还是制冷，自始至终处于工作状态。而与冷凝器相连的卫生热水系统，自始至终也可处于工作状态。

所述热水器2也可为锅炉等供热设备。

其工作原理如下：

当夏季制冷时，热水器2不工作，循环泵Ⅰ11和循环泵Ⅱ12工作，电磁阀Ⅳ16、电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅵ18、电磁阀Ⅷ20处于打开状态，电磁阀Ⅰ13、电磁阀Ⅱ14、电磁阀Ⅶ19、电磁阀Ⅸ21、电磁阀Ⅹ22处于关闭状态；则冷凝器4、循环泵Ⅱ12、电磁阀Ⅳ16、电磁阀Ⅴ17和冷却散热器1一起构成冷却循环系统，而蒸发器3、循环泵Ⅰ11、用户末端设备6、电磁阀Ⅵ18和电磁阀Ⅷ20一起构成输出冷量循环系统，从而实现制冷。

当冬季采暖时，可分成两种运行模式（主要是视环境温度情况而定）：

（1）当环境温度8℃以上时，热水器2不工作，循环泵Ⅰ11、循环泵Ⅱ12、冷却散热器1和用户末端设备6工作，电磁阀Ⅰ13、电磁阀Ⅱ14、电磁阀Ⅶ19、电磁阀Ⅸ21处于打开状态，电磁阀Ⅳ16、电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅵ18、电磁阀Ⅷ20、电磁阀Ⅹ22处于关闭状态；则冷凝器4、循环泵Ⅱ12、用户末端设备6、电磁阀Ⅶ19和电磁阀Ⅸ21一起构成一套采暖系统，而蒸发器3、冷却散热器1、循环泵Ⅰ11、电磁阀Ⅰ13和电磁阀Ⅱ14一起构成空气热能循环系统，单纯从空气中去获取热源。

（2）当环境温度低于8℃时，热水器2工作，冷却散热器1不工作，电磁阀Ⅹ22、电磁阀Ⅶ19、电磁阀Ⅸ21处于打开状态，电磁阀Ⅰ13、电磁阀Ⅱ14、电磁阀Ⅳ16、电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅵ18、电磁阀Ⅷ20处于关闭状态；则冷凝器4、循环泵Ⅱ12、用户末端设备6、电磁阀Ⅶ19和电磁阀Ⅸ21一起构成采暖循环系统，而热水器2、电磁阀Ⅷ22、循环泵B1和蒸发器3一起构成矿物热能循环系统，以矿物能源为燃料来获取热源。

本实施例之用热泵提高能源综合利用效率的装置配置优化，可提高能源综合利用效率30%。

Claims

1. 一种用热泵提高能源综合利用效率的方法，其特征在于：在热源环境温度高于8℃时，以含低品位能的空气、水或太阳能作为低温热源，通过热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境；当热源环境温度低于8℃时，以含高品位能的煤、石油或电能作为低温热源，通过供热设备和热泵装置，将低温热源的热量移向人们生活要求的高温环境。

2.一种实施权利要求1所述用热泵提高能源综合利用效率的装置，其特征在于：包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀、冷却散热器、供热设备，所述压缩机的一端通过管路与蒸发器中制冷剂流道的出口相连，另一端通过管路与冷凝器中制冷剂流道的进口相连，所述节流阀的一端通过管路与蒸发器中制冷剂流道的进口相连，另一端通过管路与冷凝器中制冷剂流道的出口相连；所述蒸发器中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅰ的进口相连，所述循环泵Ⅰ的出口分别通过设有电磁阀Ⅵ的管路与用户末端设备的进口相连，设有电磁阀Ⅱ的管路与冷却散热器的出口相连，设有电磁阀Ⅹ的管路与供热设备的进口相连；所述蒸发器中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅷ的管路与用户末端设备的出口相连，设有电磁阀Ⅰ的管路与冷却散热器的进口相连，通过管路与供热设备的出口相连；所述冷凝器中冷媒流体流道的出口通过管路与循环泵Ⅱ的进口相连，所述循环泵Ⅱ的出口分别通过设有电磁阀Ⅴ的管路与冷却散热器的进口相连，设有电磁阀Ⅶ的管路与用户末端设备的进口相连；所述冷凝器中冷媒流体流道的进口分别通过设有电磁阀Ⅳ的管路与冷却散热器的出口相连，设有电磁阀Ⅸ的管路与用户末端设备的出口相连。

3.根据权利要求2所述的用热泵提高能源综合利用效率的装置，其特征在于：还设有卫生热水系统，所述卫生热水系统包括卫生热水箱，所述卫生热水箱的上端设有进水口和排气阀，所述卫生热水箱的下端设有带热水取用阀的出水口；所述冷凝器上还设有用作冷凝的卫生热水补水流道，所述卫生热水补水流道的出口通过管路与卫生热水箱的进水口相连，所述卫生热水补水流道的进口处设有电磁阀Ⅲ。

4.根据权利要求2或3所述的用热泵提高能源综合利用效率的装置，其特征在于：所述供热设备为热水器或锅炉。