CN104374020B - 水源热泵空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水源热泵空调系统，包括：空气处理装置、冷媒装置、取水井、回灌井以及控制装置；其中，空气处理装置包括设置在空调箱中的第一表冷器及第二表冷器；冷媒装置包括冷却介质循环管路上设置的第一换热器及第二换热器；取水井、第一表冷器与回灌井通过管路连接，形成第一水循环系统；取水井、第二换热器与回灌井通过管路连接，形成第二水循环系统；冷媒介质中的第一换热器的两端口与第二表冷器的两端口连接；控制装置用以控制第一水循环系统及第二水循环系统工作。本发明提供的水源热泵空调系统，能够实现多种工况运行，可根据室内外空气及地下水参数，选取系统最优运行工况，从而最大限度地提高系统的整体能效水平，以降低系统总能耗。

Description

水源热泵空调系统
技术领域
本发明涉及空调技术，尤其涉及一种水源热泵空调系统。
背景技术
热泵技术是近年来全世界备受关注的新能源技术。水源热泵是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的空调系统。目前所用的水源热泵机组工作原理图如附图1与附图2所示。其中附图1给出的是制冷工况时系统的工作原理图，图1中，第一换热器101作为冷凝器使用，第二换热器103作为蒸发器使用，经压缩机102压缩的制冷工质，进入第一换热器101放热，放出的热量被地下水105带走，然后通过膨胀阀104绝热膨胀，产生的低温工质直接进入第二换热器103制取冷水（送入用户106进行制冷），其后再被压缩机102吸入进行压缩，如此循环往复实现制冷。附图2给出的是制热工况时系统的工作原理图。图2中，第一换热器101作为蒸发器使用，第二换热器103作为冷凝器使用，经压缩机102压缩的制冷工质，进入第二换热器103放热制取高温热水（送入用户106进行供热），然后通过膨胀阀104绝热膨胀，产生的低温工质直接进入第一换热器101吸取地下水105中的热量，其后工质再被压缩机102吸入进行压缩，如此循环往复实现制热。
但是现有技术中的水源热泵，均采用统一的工作模式，如在夏季时，只采用统一的制冷模式，在冬季时，只采用一种统一的制热模式，这种不考虑室内外空气及地下水水源的参数的水源热泵系统，不利于提高系统的整体能效水平。
发明内容
本发明提供一种水源热泵空调系统，可实现多工况运行，根据室内外空气及水源参数选择系统最优运行工况，能够提高系统的整体能效水平，降低系统总能耗。
本发明提供一种水源热泵空调系统，该水源热泵空调系统包括：空气处理装置、冷媒装置、取水井、回灌井以及控制装置；其中，
所述空气处理装置包括设置在空调箱中的第一表冷器及第二表冷器；
所述冷媒装置包括冷却介质循环管路，所述冷却介质循环管路上设置有第一换热器及第二换热器；
所述取水井与所述第一表冷器的入口通过第一进水管路连接，所述第一表冷器的出口与所述回灌井通过第一回水管路连接，形成第一水循环系统，用以使所述第一水循环系统中的循环水与所述第一表冷器进行热交换；
所述取水井与所述第二换热器的入口通过第二进水管路连接，所述第二换热器的出口与所述回灌井通过第二回水管路连接，形成第二水循环系统，用以使所述第二水循环系统中的循环水与所述第二换热器中的冷却介质进行热交换；
所述冷媒介质中的第一换热器的两端口与所述第二表冷器的两端口连接，用以使所述第一换热器中的冷却介质与所述第二表冷器进行热交换；
所述控制装置用以控制所述第一水循环系统及第二水循环系统工作。
本发明提供的水源热泵空调系统，能够实现多种工况运行，可根据室内外空气及地下水参数，选取系统最优运行工况，从而最大限度地提高系统的整体能效水平，以降低系统总能耗。
附图说明
图1为现有技术中水源热泵机组制冷时的工作原理示意图；
图2为现有技术中水源热泵机组制热时的工作原理示意图；
图3为本发明实施例提供的水源热泵空调系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制冷工况一时的工作原理示意图；
图5为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制冷工况二时的工作原理示意图；
图6为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制冷工况三时的工作原理示意图；
图7为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制冷工况四时的工作原理示意图；
图8为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制冷工况五时的工作原理示意图；
图9为本发明实施例提供的水源热泵空调系统在制热工况六时的工作原理示意图；
具体实施方式
本发明实施例提供一种水源热泵空调系统，如图3所示，该水源热泵空调系统包括：空气处理装置1、冷媒装置2、取水井6以及回灌井7；其中，空气处理装置1包括空调箱13及设置在空调箱13中的第一表冷器11及第二表冷器12；冷媒装置2包括冷却介质循环管路，所述冷却介质循环管路上设置有第一换热器21及第二换热器22。
本实施例中，如图3所示，取水井6与第一表冷器11的入口通过第一进水管路41连接，第一表冷器11的出口与回灌井7通过第一回水管路42连接，形成第一水循环系统4，用以使该第一水循环系统4中的循环水与第一表冷器11进行热交换；取水井6与第二换热器22的入口通过第二进水管路51连接，第二换热器22的出口与回灌井7通过第二回水管路52连接，形成第二水循环系统5，用以使第二水循环系统5中的循环水与所述第二换热器22中的冷却介质进行热交换；冷媒装置2中的第一换热器21的两端口与第二表冷器12的两端口连接，用以使第一换热器21中的冷却介质与第二表冷器12进行热交换，从而实现第二表冷器12通过冷媒装置2中的第一换热器21及第二换热器22实现与循环水的热交换。
本实施例中，第一进水管路41及第二进水管路51均通过取水泵8进行抽水，取水泵8设置在取水井6中，通过取水泵8，将取水井6中的水通过第一进水管路41抽取到第一表冷器11中，或者通过第二进水管路51抽取到第二换热器22中。
本实施例中，所述冷媒装置2的冷却介质循环管路上还设置有压缩机24、膨胀阀25，所述第一换热器21、压缩机24、第二换热器22、膨胀阀25依此连接，形成循环回路；其中，压缩机24的两端分别连接在四通换向阀23的两端口上，所述四通换向阀23的另外两端口分别连接至第一换热器21及第二换热器22；膨胀阀25为两个，按顺序依此连接，且与每个所述膨胀阀25并联设置有单向阀26。
利用冷媒装置2对第二表冷器12进行制冷及制热的工作过程如下：在制冷模式，第一换热器21作为蒸发器使用，第二换热器22作为冷凝器使用，工作时，压缩机24吸入第一换热器21产生的低温低压制冷剂蒸气，吸入的蒸气经过压缩，其温度、压力升高，创造了制冷剂被液化的条件；高温高压的制冷剂蒸气排入第二换热器22后，被第二水循环系统5中的循环水冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成高压制冷剂液体，高温高压制冷剂液体从第二换热器22进入膨胀阀25时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体气化，吸收气化潜热，使其本身的温度也相应降低，成为低温低压下的湿蒸气，进入第一换热器21；在第一换热器21中，制冷剂又通过循环泵27进入到第二表冷器12，从第二表冷器12吸收热量以对空调箱13中的空气进行制冷，然后制冷剂再循环进入第一换热器21中，第一换热器21中形成的低压低温蒸气又被压缩机24吸走，如此周而复始的往复循环，使第二水循环系统5中的循环水通过冷媒装置2带走第二换热器22中的热量，把热量排入回灌井7中，实现制冷。
制热模式时，其工作原理与上述制冷模式类似，不同的是，在制热模式时，四通阀23、膨胀阀25及单向阀26都会换向，第一换热器21作为冷凝器使用，第二换热器22作为蒸发器使用，第二换热器22吸收第二水循环系统5中循环水的热量，并经冷媒装置2中的制冷剂带入第一换热器21，第一换热器21中的制冷剂经循环泵27进入第二表冷器12，放出热量，对空调箱13中的空气进行加热处理。
本实施例中，水源热泵空调系统还包括控制装置3，用以控制所述第一水循环系统4及第二水循环系统5工作。具体的，控制装置3包括设置在第一进水管路41上的第一调节阀31及第二进水管路51上的第二调节阀32，通过第一调节阀31可控制取水井6中的水是否通过第一进水管路41进入到第一表冷器11，即控制第一水循环系统4工作，通过第二调节阀32可控制取水井6中的水是否通过第二进水管路51进入到第二换热器22，即控制第二水循环系统5工作，本实施例中，第一水循环系统4中的循环水是与第一表冷器11进行热交换，第二水循环系统5中的循环水是通过冷媒装置2与第二表冷器12进行热交换。因此，本实施例中，通过第一调节阀31与第二调节阀32可控制三种工况的运行，即当打开第一调节阀31并关闭第二调节阀32时，第一水循环系统4中的循环水与第一表冷器11热交换，当关闭第一调节阀31并打开第二调节阀32时，第二水循环系统5中的循环水通过冷媒装置2与第二表冷器12热交换，当第一调节阀31及第二调节阀32同时打开时，第一表冷器11及第二表冷器12同时工作进行制冷。工况的具体选择可根据室内外空气及地下水参数，选取系统最优运行工况，最大限度地提高系统的整体能效水平，以降低系统总能耗。
本实施例中，控制装置3还包括设置在第一回水管路42上的三通阀33，三通阀33的第三端口连接至第二换热器22，通过三通阀33，可选择第一回水管路42中的水回流进入到回灌井7还是进入到第二换热器22，还是同时进入到回灌井7及第二换热器22中，由此可实现更多工况的运行。
本实施例中，空气处理装置1还包括设置在空调箱13中的空气过滤器14及风机15，所述空气过滤器14、第一表冷器11、第二表冷器12及所述风机15依次设置在空调箱13中。新风从新风口16及回风从回风口17进入到空调箱13中，混合后的新风及回风在空调箱13中经空气过滤器14过滤后，经第一表冷器11及第二表冷器12冷却或加热后，通过风机15从出风口18送出。
本实施例提供的水源热泵空调系统，可根据环境的不同情况选择不同的工况运行，以降低系统总能耗。下面对本实施例提供的水源热泵空调系统在各个不同工况进行运行的情况进行详细说明（图中虚线所示的管路为不工作的管路）。
制冷工况一
该工况仅利用低温的地下水进行免费供冷，如图4所示，打开第一调节阀31，关闭第二调节阀32、压缩机24及循环泵27，同时三通阀33接通第一表冷器11与回灌井7之间的管路，本工况是利用第一水循环系统4中的循环水流经第一表冷器11对空气进行降温，工作时，经取水泵8从取水井6中抽取的地下水从第一进水管路41进入到第一表冷器11，对混合后的新风和回风进行冷却降温，然后通过第一回水管路42经三通阀33排入回灌井7中，被冷却降温的空气经风机15送入室内进行空气调节。
制冷工况二
该工况利用低温的地下水通过冷媒装置2进行制冷，如图5所示，关闭第一调节阀31，打开第二调节阀32、压缩机24及循环泵27。本工况是利用第二水循环系统5中的循环水通过冷媒装置2对第二表冷器22进行降温，工作时，经取水泵8从取水井6中抽取的地下水从第二进水管路51进入到第二换热器22中，带走由冷媒装置2产生的冷凝排热（冷媒装置2进行制冷的具体过程在见上述描述），而后排入回灌井7中，冷媒装置2产生的制冷剂经循环泵27送入到第二表冷器12，对混合后的新风和回风进行冷却降温，被冷却降温处理的空气，经风机15送入室内进行空气调节。
制冷工况三
该工况利用低温的地下水直接制冷以及利用地下水通过冷媒装置2制冷同时进行，如图6所示，第一调节阀31及第二调节阀32同时打开，三通阀33接通第一表冷器11与回灌井7的管路，而断开与第二换热器22连通的管路，地下水经取水泵8抽取后分为两路，一路经第一进水管路41送入到第一表冷器11中，使第一表冷器11对混合的新风及回风进行降温处理，而后排入回灌井7中；另一路经第二进水管路51送入到冷媒装置2中的第二换热器22，带走由冷媒装置2产生的冷凝排热，而后排入回灌井7，冷媒装置2产生的制冷剂经循环泵27送入到第二表冷器12，对混合后的新风和回风进行冷却降温，被冷却降温处理的空气，经风机15送入室内进行空气调节。
制冷工况四
该工况利用低温的地下水直接制冷以及利用地下水通过冷媒装置2制冷同时进行，但进入到冷媒装置2中第二换热器22中的循环水全部来自于经第一表冷器11加热后进入到第一回水管路42中的水，如图7所示，第一调节阀31打开，第二调节阀32关闭，同时三通阀33断开第一表冷器11与回灌井7连通的管路，而接通与第二换热器22的管路，地下水经取水泵8抽取后经第一进水管路41送入到第一表冷器11中，使第一表冷器11对混合的新风及回风进行降温处理后，从第一回水管路42进入第二换热器22中，带走由冷媒装置2产生的冷凝排热，而后排入回灌井7，冷媒装置2产生的制冷剂经循环泵27送入到第二表冷器12，对混合后的新风和回风进行冷却降温，被冷却降温处理的空气，经风机15送入室内进行空气调节。
制冷工况五
该工况利用低温的地下水直接制冷以及利用地下水通过冷媒装置2制冷同时进行，但进入到第二换热器22中的循环水包括经第一表冷器11加热后的水以及直接抽取的地下水。如图8所示，第一调节阀31及第二调节阀32同时打开，三通阀33断开第一表冷器11与回灌井7之间的管路，同时接通与第二换热器22连通的管路，地下水经取水泵8抽取后分为两路，一路经第一进水管路41送入到第一表冷器11中，使第一表冷器11对混合的新风及回风进行降温处理，而后经第一回水管路42进入到第二换热器22中；另一路经第二进水管路51送入到冷媒装置2中的第二换热器22，第二换热器22中的循环水带走由冷媒装置2产生的冷凝排热，而后排入回灌井7，冷媒装置2产生的制冷剂经循环泵27送入到第二表冷器12，对混合后的新风和回风进行冷却降温，被冷却降温处理的空气，经风机15送入室内进行空气调节。
制热工况六
制热工况时，如图9所示，关闭第一调节阀31，打开第二调节阀32，仅利用冷媒装置2对第二表冷器进行热交换，工作时，系统中的四通换向阀23、膨胀阀25及单向阀26换向，此时，第一换热器21作为冷凝器使用，第二换热器22作为蒸发器使用，地下水经取水泵8送入到第二换热器22，被冷媒装置2中的制冷剂吸热后排入到回灌井7中，而吸热后的制冷剂在第一换热器21中经循环泵27送入到第二表冷器12，对混合后的新风和回风进行加热处理，被加热后的空气，经风机15送入到室内进行空气调节。
综上，本发明实施例提供水源热泵空调系统，能够实现多种工况运行，可根据室内外空气及地下水参数，选取系统最优运行工况，从而最大限度地提高系统的整体能效水平，以降低系统总能耗。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种水源热泵空调系统，其特征在于，包括：空气处理装置、冷媒装置、取水井、回灌井和控制装置；其中，
所述空气处理装置包括设置在空调箱中的第一表冷器及第二表冷器；
所述冷媒装置包括冷却介质循环管路，所述冷却介质循环管路上设置有第一换热器及第二换热器；
所述取水井与所述第一表冷器的入口通过第一进水管路连接，所述第一表冷器的出口与所述回灌井通过第一回水管路连接，形成第一水循环系统，用以使所述第一水循环系统中的循环水与所述第一表冷器进行热交换；
所述取水井与所述第二换热器的入口通过第二进水管路连接，所述第二换热器的出口与所述回灌井通过第二回水管路连接，形成第二水循环系统，用以使所述第二水循环系统中的循环水与所述第二换热器中的冷却介质进行热交换；
所述冷媒介质中的第一换热器的两端口与所述第二表冷器的两端口连接，用以使所述第一换热器中的冷却介质与所述第二表冷器进行热交换；
所述控制装置用以控制所述第一水循环系统及第二水循环系统工作；所述控制装置包括设置在所述第一进水管路上的第一调节阀及所述第二进水管路上的第二调节阀；所述控制装置还包括设置在所述第一回水管路上的三通阀，所述三通阀的第三端口连接至所述第二换热器。
2.根据权利要求1所述的水源热泵空调系统，其特征在于，所述冷媒装置的冷却介质循环管路上还设置有压缩机及膨胀阀，所述第一换热器、压缩机、第二换热器、膨胀阀依此连接，形成循环回路；其中，
所述压缩机的两端分别连接在四通换向阀的两端口上，所述四通换向阀的另外两端口分别连接至所述第一换热器及所述第二换热器；
所述膨胀阀为两个，按顺序依此连接，且与每个所述膨胀阀并联设置有单向阀。
3.根据权利要求1-2任一所述的水源热泵空调系统，其特征在于，所述第一换热器与所述第二表冷器之间的管路上设置有循环泵，用以将所述第一换热器中的冷却介质送入到所述第二表冷器。
4.根据权利要求1-2任一所述的水源热泵空调系统，其特征在于，所述空气处理装置还包括设置在所述空调箱中的空气过滤器及风机，所述空气过滤器、第一表冷器、第二表冷器及所述风机依次设置在所述空调箱中。
5.根据权利要求3所述的水源热泵空调系统，其特征在于，所述空气处理装置还包括设置在所述空调箱中的空气过滤器及风机，所述空气过滤器、第一表冷器、第二表冷器及所述风机依次设置在所述空调箱中。
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