CN105509315A - 水源热泵与板式换热器联合热回收系统及其控制方法 - Google Patents

水源热泵与板式换热器联合热回收系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统及其控制方法，所述的系统包括废水收集箱、砂缸过滤器、换热机组、热水箱、电控系统和反冲洗水箱，所述的砂缸过滤器通过管路分别连接废水收集箱和反冲洗水箱，所述的换热机组的热源侧分别连接排水管和砂缸过滤器、使用侧分别连接自来水管和热水箱，所述的换热机组包括板式换热器、水源热泵、循环水泵和流量控制器。本发明热源侧与加热侧首先在板式换热器实现充分换热，再进入水源热泵机组实现热能转移，大幅提升了换热效果，较单一热泵机组工作电能节省25％～50％，综合能效比6～7之间，是小型热泵机组不可能实现的效率。本发明有效地解决热源侧大温差出水的问题，延长了使用寿命。

Description

水源热泵与板式换热器联合热回收系统及其控制方法
技术领域
本发明属于水源热泵系统，尤其涉及一种提高热回收效率、降低电能消耗的水源热泵系统。
背景技术
通常的废水水源热泵在废水热能回收时均是直接将热源侧接至热泵的蒸发侧，即水源热泵蒸发器侧的入口水温为热源初始的温度。废水热源侧一般温度都在30℃或者更高，为了更好回收热源侧能量，就需要热源侧出水温度降低，但热源侧大温差出水，会影响到水源热泵机组的构造形式，通常标准型号水源热泵进出水温差5～8℃，当出水温差大于10℃或更大时，热泵机组需要定制，造价增加，系统运行效率不能充分保证。机组在初始启动，蒸发侧与冷凝侧压力不匹配，不能正常工作。
作为洗浴热水，一般是将自来水加热来使用。自来水取自室外地表水，就会有冬夏季不同水温，而且温差达到15℃以上，如何保证通过水源热泵机组稳定运行来实现热水供应，就需要系统形式或热泵做出调整。
热源侧废水含有杂质，会附着在机组换热器表面，影响机组换热效率，采用砂缸过滤器等设备进行水质净化，过滤装置需要定期反冲洗，耗费水量比较大。热泵系统工作要依靠电能驱动，而通常洗浴高峰也是用电高峰，运行成本较高。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明要提供一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统及其控制方法，有效地解决热源侧大温差出水和使用侧季节性大温差变化的问题，并实现运行流量稳定、制热工况稳定、节约用水和降低电费支出的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统，整个系统包括废水收集箱、砂缸过滤器、换热机组单元、热水箱、电控系统和反冲洗水箱，所述的砂缸过滤器通过管路分别连接废水收集箱和反冲洗水箱，所述的换热机组单元的热源侧分别连接排水管和砂缸过滤器、使用侧分别连接自来水管和热水箱，所述的废水收集箱和砂缸过滤器之间的管路上还安装有流量计和循环水泵组，所述的加压水泵组由加压水泵A和加压水泵B并联组成；
所述的换热机组单元包括板式换热器、水源热泵、循环水泵A、循环水泵B和流量控制器，所述的水源热泵的蒸发侧入口经循环水泵A和板式换热器连接到砂缸过滤器，蒸发侧出口经流量控制器A和流量控制器B连接排水管，在流量控制器A和流量控制器B之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵A的入口管路上；水源热泵的冷凝侧入口经循环水泵B连接板式换热器后连接到自来水管，冷凝侧出口经流量控制器C和流量控制器D连接热水箱，在流量控制器C和流量控制器D之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵B的入口管路上；所述的电控系统通过电缆分别连接换热机组单元中的流量控制器、废水收集箱出口的电磁阀、反冲洗水箱出口的电磁阀和排水管上的电磁阀；
所述的电控系统还分别与流量计、废水收集箱中的水位传感器和温度传感器、板式换热器四个接口处的温度传感器、水源热泵进口和出口处的温度传感器连接。
一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统的控制方法，包括以下步骤：
A、启动控制流程
A1、通过集水坑的液位控制集水坑中的潜水泵启动，将废水输送至废水收集箱，电控系统实时采集废水收集箱的水位和温度信号；
A2、所有电磁阀在非工作状态时全部关闭；
A3、检测废水收集箱的水位，当水位在控制值范围内，开启废水收集箱出水管上的电磁阀，单台轮换启动加压水泵A或加压水泵B，同时开启自来水进水管上的电磁阀；
A4、由换热机组单元出水管上的电磁阀开启循环水泵A和循环水泵B，同时开启水源热泵；
B、监控流量和工况
B1、整个系统启动后，电控系统根据热源侧流量、板式换热器四个接口处的温度，校核使用侧流量和板式换热器的换热系数，作为使用侧流量调节和板式换热器清洗的依据，当使用侧流量或板式换热器的换热系数超范围时发出报警信号；
B2、电控系统根据水源热泵进口和出口处的水温，校核换热机组单元工况，当热源侧或使用侧的进出水温差小于5℃或大于7℃时，说明换热机组单元流量超大或者偏小，需要调整；
B3、电控系统根据整个系统流量和各个节点温度，由嵌入程序核算出板式换热器和水源热泵的换热量，给出机组综合能效比，实现换热机组整体热回收效率在线实时数据，由此生成运行曲线，与换热机组单元的产品性能曲线比较，当差值大于10％时，对换热机组单元进行检查。
C、对砂缸过滤器进行反冲洗
用于废水净化的砂缸过滤器的反冲洗采用自动控制，由电控系统中设定时间定时工作，启动模式如下：
C1、将砂缸过滤器换向阀切换至反冲洗位置；
C2、打开反冲洗水箱出水管上的电磁阀，其它电磁阀均为关闭状态，加压水泵A和加压水泵B同时开启，进行反冲洗；
C3、冲洗间隔时间根据实际水质决定，反冲洗水箱容积为废水收集箱容积5％。
本发明的益处与效果如下：
1、本发明热源侧与加热侧首先在板式换热器实现充分换热，再进入水源热泵机组实现热能转移，大幅提升了换热效果，较单一热泵机组工作电能节省25％～50％，综合能效比6～7之间，是小型热泵机组不可能实现的效率。
2、本发明采取混水模式(即循环水泵A和循环水泵B制补充水与循环回水的混水模式)，并对换热机组单元热源侧或使用侧的进出水温差进行监控和和调节，确保换热机组单元工况稳定，有效地解决热源侧大温差出水和使用侧季节性大温差变化的问题，延长了使用寿命。
3、本发明的机组在谷电阶段工作，按照商业用电计，回收热量的单位费用约0.075元/kW，相当于采用市政热源费的25％。
4、本发明利用取热后的废水作为砂缸过滤器的反冲洗水，节约了宝贵的水资源。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为换热机组单元蒸发侧结构示意图。
图3为换热机组单元冷凝侧结构示意图。
图中：1、废水收集箱，2、反冲洗水箱，3、电控系统，4、热水箱，5、集水坑，6、流量计，7、加压水泵A，8、加压水泵B，9、砂缸过滤器，10、换热机组单元，11、板式换热器，12、循环水泵A，13、水源热泵，14、循环水泵B，15、流量控制器A，16、流量控制器B，17、流量控制器C，18、流量控制器D，10-1、换热机组单元蒸发侧结构，10-2、换热机组单元冷凝侧结构。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细叙述。
实施例一
如图1-3所示，一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统，整个系统包括废水收集箱1、砂缸过滤器9、换热机组单元10、热水箱4、电控系统3和反冲洗水箱2，所述的砂缸过滤器9通过管路分别连接废水收集箱1和反冲洗水箱2，所述的换热机组单元10的热源侧分别连接排水管和砂缸过滤器9、使用侧分别连接自来水管和热水箱4，所述的废水收集箱1和砂缸过滤器9之间的管路上还安装有流量计6和加压水泵组，所述的加压水泵组由加压水泵A7和加压水泵B8并联组成；
所述的换热机组单元10包括板式换热器11、水源热泵13、循环水泵A12、循环水泵B14和流量控制器，所述的水源热泵13的蒸发侧入口经循环水泵A12和板式换热器11连接到砂缸过滤器9，蒸发侧出口经流量控制器A15和流量控制器B16连接排水管，在流量控制器A15和流量控制器B16之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵A12的入口管路上；水源热泵13的冷凝侧入口经循环水泵B14连接板式换热器11后连接到自来水管，冷凝侧出口经流量控制器C17和流量控制器D18连接热水箱4，在流量控制器C17和流量控制器D18之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵B14的入口管路上；
所述的电控系统3通过电缆分别连接换热机组单元10中的流量控制器、废水收集箱1出口的电磁阀、反冲洗水箱2出口的电磁阀和排水管上的电磁阀；
所述的电控系统3还分别与流量计6、废水收集箱1中的水位传感器和温度传感器、板式换热器11四个接口处的温度传感器、水源热泵13进口和出口处的温度传感器连接。
实施例二
如图1-3所示，一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统的控制方法，包括以下步骤：
A、启动控制流程
A1、通过集水坑5的液位控制集水坑5中的潜水泵启动，将废水输送至废水收集箱1，电控系统3实时采集废水收集箱1的水位和温度信号；
A2、所有电磁阀在非工作状态时全部关闭；
A3、检测废水收集箱1的水位，当水位在控制值范围内，开启废水收集箱1出水管上的电磁阀，单台轮换启动加压水泵A7或加压水泵B8，同时开启自来水进水管上的电磁阀；
A4、由换热机组单元10出水管上的电磁阀开启循环水泵A12和循环水泵B14，同时开启水源热泵13；
B、监控流量和工况
B1、整个系统启动后，电控系统3根据热源侧流量、板式换热器11四个接口处的温度，校核使用侧流量和板式换热器11的换热系数，作为使用侧流量调节和板式换热器11清洗的依据，当使用侧流量或板式换热器11的换热系数超范围时发出报警信号；
B2、电控系统3根据水源热泵13进口和出口处的水温，校核换热机组单元10工况，当热源侧或使用侧的进出水温差小于5℃或大于7℃时，说明换热机组单元10流量超大或者偏小，需要调整；
B3、电控系统3根据整个系统流量和各个节点温度，由嵌入程序核算出板式换热器11和水源热泵13的换热量，给出机组综合能效比，实现换热机组整体热回收效率在线实时数据，由此生成运行曲线，与换热机组单元10的产品性能曲线比较，当差值大于10％时，对换热机组单元10进行检查。
C、对砂缸过滤器9进行反冲洗
用于废水净化的砂缸过滤器9的反冲洗采用自动控制，由电控系统3中设定时间定时工作，启动模式如下：
C1、将砂缸过滤器9换向阀切换至反冲洗位置；
C2、打开反冲洗水箱2出水管上的电磁阀，其它电磁阀均为关闭状态，加压水泵A7和加压水泵B8同时开启，进行反冲洗；
C3、冲洗间隔时间根据实际水质决定，反冲洗水箱2容积为废水收集箱1容积5％。
实施例三
如图1-3所示，一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统，整个系统包括废水收集箱1、砂缸过滤器9、换热机组单元10、热水箱4、电控系统3和反冲洗水箱2，所述的砂缸过滤器9通过管路分别连接废水收集箱1和反冲洗水箱2，所述的换热机组单元10的热源侧分别连接排水管和砂缸过滤器9、使用侧分别连接自来水管和热水箱4，所述的废水收集箱1和砂缸过滤器9之间的管路上还安装有流量计6和加压水泵组，所述的加压水泵组由加压水泵A7和加压水泵B8并联组成；
所述的换热机组单元10包括板式换热器11、水源热泵13、循环水泵A12、循环水泵B14和流量控制器，所述的水源热泵13的蒸发侧入口经循环水泵A12和板式换热器11连接到砂缸过滤器9，蒸发侧出口经流量控制器A15和流量控制器B16连接排水管，在流量控制器A15和流量控制器B16之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵A12的入口管路上；水源热泵13的冷凝侧入口经循环水泵B14连接板式换热器11后连接到自来水管，冷凝侧出口经流量控制器C17和流量控制器D18连接热水箱4，在流量控制器C17和流量控制器D18之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵B14的入口管路上；
所述的电控系统3通过电缆分别连接换热机组单元10中的流量控制器、废水收集箱1出口的电磁阀、反冲洗水箱2出口的电磁阀和排水管上的电磁阀；
所述的电控系统3还分别与流量计6、废水收集箱1中的水位传感器和温度传感器、板式换热器11四个接口处的温度传感器、水源热泵13进口和出口处的温度传感器连接。
利用实施例一所述的一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统的控制方法，包括以下步骤：
A、启动控制流程
A1、通过集水坑5的液位控制集水坑5中的潜水泵启动，将废水输送至废水收集箱1，电控系统3实时采集废水收集箱1的水位和温度信号；
A2、所有电磁阀在非工作状态时全部关闭；
A3、检测废水收集箱1的水位，当水位在控制值范围内，开启废水收集箱1出水管上的电磁阀，单台轮换启动加压水泵A7或加压水泵B8，同时开启自来水进水管上的电磁阀；
A4、由换热机组单元10出水管上的电磁阀开启循环水泵A12和循环水泵B14，同时开启水源热泵13；
B、监控流量和工况
B1、整个系统启动后，电控系统3根据热源侧流量、板式换热器11四个接口处的温度，校核使用侧流量和板式换热器11的换热系数，作为使用侧流量调节和板式换热器11清洗的依据，当使用侧流量或板式换热器11的换热系数超范围时发出报警信号；
B2、电控系统3根据水源热泵13进口和出口处的水温，校核换热机组单元10工况，当热源侧或使用侧的进出水温差小于5℃或大于7℃时，说明换热机组单元10流量超大或者偏小，需要调整；
B3、电控系统3根据整个系统流量和各个节点温度，由嵌入程序核算出板式换热器11和水源热泵13的换热量，给出机组综合能效比，实现换热机组整体热回收效率在线实时数据，由此生成运行曲线，与换热机组单元10的产品性能曲线比较，当差值大于10％时，对换热机组单元10进行检查。
C、对砂缸过滤器9进行反冲洗
用于废水净化的砂缸过滤器9的反冲洗采用自动控制，由电控系统3中设定时间定时工作，启动模式如下：
C1、将砂缸过滤器9换向阀切换至反冲洗位置；
C2、打开反冲洗水箱2出水管上的电磁阀，其它电磁阀均为关闭状态，加压水泵A7和加压水泵B8同时开启，进行反冲洗；
C3、冲洗间隔时间根据实际水质决定，反冲洗水箱2容积为废水收集箱1容积5％。
本发明工作时，废水排至集水坑5中，由潜水泵泵入到废水收集箱1，经砂缸过滤器9进入板式换热器11，废水经过与被加热自来水热交换后进入水源热泵13，循环水泵A12和循环水泵B14控制补充水与循环回水混合运行，流量控制器控制整个系统流量和换热机组单元10工况流量在设定范围内，经过换热机组单元10再次吸收热能后，被加热水流入热水箱4，完成废水热回收加热自来水的过程，整个系统启动由电控系统3自动完成。
本发明工作时，砂缸过滤器9对废水净化的同时，会积聚大量杂质，增大砂缸过滤器9阻力并影响净化效果，砂缸过滤器9需要定期反冲洗，耗费水量比较大。设置反冲洗水箱2，将净化处理并热回收后的水储存在反冲洗水箱2，用于过滤反冲洗，从而节约大量自来水，实现水资源的重复利用。
本发明的电控系统3，利用谷电时段开启换热机组单元10，节约运行成本达到50％以上。洗浴废水收集至热水箱4，用于实现定时工作，其增加的成本约两年可收回。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水源热泵与板式换热器联合热回收系统，整个系统包括废水收集箱(1)、砂缸过滤器(9)、换热机组单元(10)、热水箱(4)、电控系统(3)和反冲洗水箱(2)，所述的砂缸过滤器(9)通过管路分别连接废水收集箱(1)和反冲洗水箱(2)，所述的换热机组单元(10)的热源侧分别连接排水管和砂缸过滤器(9)、使用侧分别连接自来水管和热水箱(4)，所述的废水收集箱(1)和砂缸过滤器(9)之间的管路上还安装有流量计(6)和加压水泵组，所述的加压水泵组由加压水泵A(7)和加压水泵B(8)并联组成；
其特征在于：所述的换热机组单元(10)包括板式换热器(11)、水源热泵(13)、循环水泵A(12)、循环水泵B(14)和流量控制器，所述的水源热泵(13)的蒸发侧入口经循环水泵A(12)和板式换热器(11)连接到砂缸过滤器(9)，蒸发侧出口经流量控制器A(15)和流量控制器B(16)连接排水管，在流量控制器A(15)和流量控制器B(16)之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵A(12)的入口管路上；水源热泵(13)的冷凝侧入口经循环水泵B(14)连接板式换热器(11)后连接到自来水管，冷凝侧出口经流量控制器C(17)和流量控制器D(18)连接热水箱(4)，在流量控制器C(17)和流量控制器D(18)之间的管路上还有一根管路连接到循环水泵B(14)的入口管路上。
2.如权利要求1所述的水源热泵与板式换热器联合热回收系统，其特征在于：所述的电控系统(3)通过电缆分别连接换热机组单元(10)中的流量控制器、废水箱(1)出口的电磁阀、反冲洗水箱(2)出口的电磁阀和排水管上的电磁阀。
3.如权利要求1所述的水源热泵与板式换热器联合热回收系统，其特征在于：所述的电控系统(3)还分别与流量计(6)、废水收集箱(1)中的水位传感器和温度传感器、板式换热器(11)四个接口处的温度传感器连接。
4.如权利要求1所述的水源热泵与板式换热器联合热回收系统，其特征在于：所述的电控系统(3)还分别与水源热泵(13)进口和出口处的温度传感器连接。
5.如权利要求1所述的水源热泵与板式换热器联合热回收系统的控制方法，其特征在于：包括以下内容：
A、启动控制流程
A1、通过集水坑(5)的液位控制集水坑(5)中的潜水泵启动，将废水输送至废水收集箱(1)，电控系统(3)实时采集废水收集箱(1)的水位和温度信号；
A2、所有电磁阀在非工作状态时全部关闭；
A3、检测废水收集箱(1)的水位，当水位在控制值范围内，开启废水收集箱(1)出水管上的电磁阀，单台轮换启动加压水泵A(7)或加压水泵B(8)，同时开启自来水进水管上的电磁阀；
A4、由换热机组单元(10)出水管上的电磁阀开启循环水泵A(12)和循环水泵B(14)，同时开启水源热泵(13)；
B、监控流量和工况
B1、整个系统启动后，电控系统(3)根据热源侧流量、板式换热器(11)四个接口处的温度，校核使用侧流量和板式换热器(11)的换热系数，作为使用侧流量调节和板式换热器(11)清洗的依据，当使用侧流量或板式换热器(11)的换热系数超范围时发出报警信号；
B2、电控系统(3)根据水源热泵(13)进口和出口处的水温，校核换热机组单元(10)工况，当热源侧或使用侧的进出水温差小于5℃或大于7℃时，说明换热机组单元(10)流量超大或者偏小，需要调整；
B3、电控系统(3)根据整个系统流量和各个节点温度，由嵌入程序核算出板式换热器(11)和水源热泵(13)的换热量，给出机组综合能效比，实现换热机组整体热回收效率在线实时数据，由此生成运行曲线，与换热机组单元(10)的产品性能曲线比较，当差值大于10％时，对换热机组单元(10)进行检查。
6.如权利要求1所述的水源热泵与板式换热器联合热回收系统的控制方法，其特征在于：
对砂缸过滤器(9)进行反冲洗的步骤为：
用于废水净化的砂缸过滤器(9)的反冲洗采用自动控制，由电控系统(3)中设定时间定时工作，启动模式如下：
C1、将砂缸过滤器(9)换向阀切换至反冲洗位置；
C2、打开反冲洗水箱(2)出水管上的电磁阀，其它电磁阀均为关闭状态，加压水泵A(7)和加压水泵B(8)同时开启，进行反冲洗；
C3、冲洗间隔时间根据实际水质决定，反冲洗水箱(2)容积为废水收集箱(1)容积5％。
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