CN105953322A - 一种基于热源塔兼顾新风的热泵空调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于能源塔、兼顾新风的热泵空调系统及方法，该系统包括蒸气压缩循环、可切换新风系统、溶液循环回路、防冻液循环回路和冷却水循环回路。该系统分为冬季运行模式和夏季运行模式：冬季，系统为典型的热源塔热泵系统运行，三个填料塔中防冻液中防冻液从空气中吸热升温后进入室内机释放热量；夏季，为基于填料塔的蒸气压缩式制冷系统和溶液除湿新风系统，第二、三填料塔用于溶液除湿新风系统，第一填料塔作为常规冷却塔运行为冷凝器提供冷却水。实现热源塔热泵系统夏季闲置冷却塔的合理利用，减少夏季新风处理冷量需求，实现基于能源塔、兼顾新风的热泵空调。

Description

一种基于热源塔兼顾新风的热泵空调系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于能源塔、兼顾新风的热泵空调系统，是一种利用热源塔热泵系统夏季闲置的填料塔对新风进行预除湿的方法及装置，属于热源塔热泵、溶液除湿、新风机组的技术领域。

背景技术

随着生活水平的不断提高，人们对生活、工作的舒适性要求也越来越高，建筑制冷和供暖需求越来越大，建筑能耗占社会总能耗的比重不断增大，因此，实现建筑空调系统的节能已成为缓解能源紧张的重要途径。

热源塔热泵系统是为解决水冷冷水机组冬季闲置和空气源热泵冬季制热存在结霜问题而提出的。热源塔技术即在冬季工况下，利用冷却塔从空气中反向吸热，将环境空气作为热泵系统的热源的技术。该技术解决了空气源热泵的结霜问题，且运行费用比空气源热泵低，投资显著低于地源热泵且不受水文条件的限制，此系统在南方得到一定程度的应用。然而，热源塔热泵冬季运行所需填料塔的数量多于夏季运行所需填料塔的数量，夏季运行时，多余的填料塔闲置，造成资源的浪费。

中央空调系统一般需要配备新风机组保证室内新风供应量，新风机组夏季运行时将室外空气除湿降温后送至室内。传统新风机组夏季运行时需要通过表面冷却器同时处理新风的潜热和显热负荷。由于除湿需要空气会处理到室内温度对应的露点温度，新风机组为除湿多消耗了一部分冷量。另外同时处理潜热和显热负荷会在表冷器产生湿表面，提供霉菌滋生的环境，不利于维持新风品质。

溶液除湿新风系统由于驱动热源温度低、系统结构简单、蓄能密度高且易于实施等优势逐渐受到许多专家学者和商业界的重视。溶液除湿新风免去了再热过程，更加节能，取消了湿表面，减少滋生霉菌的可能性，有利于提高新风品质，能实现温湿度独立控制。溶液除湿新风系统的核心部件为除湿器和再生器，而除湿器、再生器常采用填料塔与空气进行热质交换。

从上述分析可知，热源塔热泵系统与溶液除湿新风系统具有较好的互补性。因此，研究新型、高效的热源塔热泵系统闲置填料塔的利用方法具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于能源塔、兼顾新风的热泵空调系统。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、此方法利用热源塔热泵系统夏季闲置的填料塔，通过溶液除湿新风系统实现温湿度独立调节，避免了传统新风机组的湿表面，减少霉菌滋生，提高新风品质；2、本装置利用夏季闲置的填料塔构建溶液除湿循环，运行稳定可靠，解决了填料塔的闲置问题，使闲置资源得以有效合理利用；3、本方法通过对新风进行预除湿减少了冷量消耗，增大了供向其他用途的冷量，且利用了本浪费排向环境的冷凝热作为驱动溶液除湿的热源，能节约运行成本，产生经济效益；4、本方法和装置为实现热源塔热泵系统中夏季闲置填料塔合理利用提供了一种可行的方法与方案，只需要将技术已经很成熟的热源塔热泵装置和溶液除湿系统与新风机组连接加以改造和升级即可实现。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

其中，第一风阀1、第二风阀2、第三风阀3、新风机组4、新风表面换热器5、蒸发器（冷凝器）6、第一循环泵7、节流阀8、四通换向阀9、压缩机10、冷凝器（蒸发器）11、溶液加热器12、第二循环泵13、第一填料塔14、第二填料塔15、第一阀门16、第二阀门17、第五阀门18、第一溶液泵19、第六阀门20、溶液热交换器21、第七阀门22、溶液冷却器23、第八阀门24、第二溶液泵25、第九阀门26、第四阀门27、第三填料塔28、第三阀门29。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明所述的系统包括蒸汽压缩回路、可切换新风系统、溶液循环回路、防冻液循环回路和冷却水循环回路。

蒸气压缩循环回路包括压缩机10、四通换向阀9、溶液加热器12、冷凝器（蒸发器）11、节流阀8和蒸发器（冷凝器）6，所述四通换向阀9右下接口端依次与溶液加热器12、冷凝器（蒸发器）13、节流阀8、蒸发器（冷凝器）6、四通换向阀9左下接口端连接；所述压缩机10出口端依次与四通换向阀9中下接口端、四通换向阀9上部接口端、压缩机10入口段连接。

可切换新风系统包括可切换新风入口、新风机组4和冷热水循环回路，所述可切换新风入口包括第一风阀1、第二风阀2、第三风阀3和第三填料塔28，所述新风机组入口分为两路，一路与第三风阀3、室外环境相连，一路与第二风阀2相连；所述第二风阀2入口分两路，一路与第一风阀1、室外环境相连，另一路与第三填料塔28出口相连；

所述冷热水循环回路包括蒸发器（冷凝器）6、第一循环泵7、新风表面换热器4、溶液冷却器23和第七阀门22，所述蒸发器（冷凝器）6出口与第一循环泵7入口连接，第一循环泵7出口分三路，一路接往用户侧提供空调冷热水，经使用后经冷热水回水管与蒸发器（冷凝器）6入口连接，一路与新风表面换热器5、蒸发器（冷凝器）6入口连接，一路与第七阀门22、溶液冷却器23、蒸发器（冷凝器）6入口连接。

溶液循环回路包括第三填料塔28、溶液冷却器23、溶液加热器12、第一溶液泵19、第五阀门18、第二填料塔15、第六阀门20、溶液热交换器21、第二溶液泵25、第八阀门24和第九阀门26，所述第二填料塔15左下出口端与第一溶液泵19相连，第一溶液泵19出口分两路，一路依次与溶液加热器12、第五阀门18和第二填料塔15相连，另一路依次与溶液热交换器21、第九阀门26和第三填料塔28相连；所述第三填料塔28右下出口端与第二溶液泵25相连，第二溶液泵25出口分两路，一路依次与溶液冷却器23、第八阀门24和第三填料塔28相连，另一路依次与溶液热交换器21、第六阀门20和第二填料塔15相连。

防冻液循环回路包括冷凝器（蒸发器）11、第二循环泵13、第一填料塔14，第一阀门16、第二填料塔15、第二阀门17、第三阀门29、第三填料塔28和第四阀门27，所述的冷凝器（蒸发器）11出口与第二循环泵13相连，第二循环泵13入口分三路，一路依次与第一填料塔14、冷凝器（蒸发器）11入口连接；一路依次与第一阀门16、第二填料塔15、第二阀门17、冷凝器（蒸发器）11入口连接；一路依次与第三阀门29、第三填料塔28、第四阀门27、冷凝器（蒸发器）11入口连接。

冷却水循环回路包括冷凝器（蒸发器）11、第二循环泵13和第一填料塔14，所述冷凝器（蒸发器）11输出端依次与第二循环泵13、第一填料塔14、冷凝器（蒸发器）11输入端连接。

本发明利用夏季热源塔热泵系统中闲置的填料塔，构建溶液除湿循环，通过对新风的溶液除湿实现新风温湿度独立控制，减少霉菌滋生可能性，提高新风品质，同时实现闲置冷却塔的合理利用，溶液除湿无需额外热源且减少了新风处理需要的冷量，能节约系统运行成本，产生经济效益。

系统的运行分为冬季运行模式和夏季运行模式，其中所有泵和阀门初始均处于关闭状态；

夏季运行模式：四通换向阀9将中下接口端和右下接口端导通，同时上部接口端与左下接下接口端导通，打开第二风阀2、第一循环泵7、第二循环泵13、第一溶液泵19、第二溶液泵25、第五阀门18、第六阀门20、第七阀门22、第八阀门24和第九阀门26，此时蒸气压缩循环处于制冷模式，制冷剂从压缩机10出口经四通换向阀9先进入溶液加热器12和冷凝器（蒸发器）11，最后回到压缩机10入口，蒸发器（冷凝器）6用作蒸发器，冷凝器（蒸发器）11用作冷凝器；

第一填料塔14为制冷模式的系统提供冷却水，冷却水从冷凝器（蒸发器）11中吸热后经第二循环泵13进入第一填料塔14冷却后回到冷凝器（蒸发器）11入口循环；

第二填料塔15和第三填料塔28构成溶液除湿循环，为新风机组4提供新风预除湿，第二填料塔15用作溶液再生，第三填料塔28用作溶液除湿，第二填料塔15底部稀溶液经过底部第一溶液泵19，一部分通过溶液热交换器21进入第三填料塔28，一部分经过溶液加热器12加热后回到第二填料塔15上部喷淋端，第三填料塔28底部浓溶液经过底部第二溶液泵25，一部分通过溶液热交换器21进入第二填料塔15，一部分通过溶液冷却器23冷却后进入第三填料塔28上部喷淋端；

室外新风从第三填料塔28进风口进入经溶液除湿后经过第二风阀2进入新风机组4，最后送至用户端；冷热水循环回路处于输送冷媒水状态，循环冷水经蒸发器（冷凝器）6冷却后由第一循环泵7分别输送到新风表面换热器5、溶液冷却器23和用户侧，最后均返回蒸发器（冷凝器）6入口。

冬季运行模式：四通换向阀9将中下接口端与左下接口端导通，同时上部接口端与右下接口端导通，打开第一风阀1、第三风阀3、第一循环泵7、第二循环泵13、第一阀门16、第二阀门17、第三阀门29和第四阀门27，此时装置为典型的热源塔热泵系统，蒸气压缩循环处于热泵模式，制冷剂从压缩机10出口经四通换向阀9先进入蒸发器（冷凝器）6，最后回到压缩机10入口，蒸发器（冷凝器）6用作冷凝器，冷凝器（蒸发器）11用作蒸发器；

系统通过防冻液在第一、第二、第三填料塔14、15、28中与空气发生热质交换，吸收热量并在蒸发器11中放热参与热泵供热循环，防冻液从冷凝器（蒸发器）11出口经第二循环泵后送入第一、二、三填料塔14、15、28中吸收空气中的热量，回到冷凝器（蒸发器）11放热作为蒸气压缩循环热泵模式的热源；

新风机组4通过循环热水对新风做加热处理，室外新风从第三风阀3吸入进入新风机组4加热后送至用户端；冷热水循环回路处于输送热媒水状态，循环热水经蒸发器（冷凝器）6加热后由第一循环泵7分别输送到新风表面换热器5和用户侧，最后均返回蒸发器（冷凝器）6入口。

本发明的技术方案是将热源塔热泵系统和溶液除湿新风系统加以改造，通过详细计算各填料塔所需尺寸辅以辅助功能部件即可实现。

Claims (2)

1.一种基于热源塔兼顾新风的热泵空调系统，包括蒸气压缩循环回路、新风系统、溶液循环回路、防冻液循环回路和冷却水循环回路，其中：

所述蒸气压缩循环回路包括压缩机（10）、四通换向阀（9）、溶液加热器（12）、冷凝器/蒸发器（11）、节流阀（8）和蒸发器/冷凝器（6）；所述四通换向阀（9）右下接口端依次与溶液加热器（12）、冷凝器/蒸发器（13）、节流阀（8）、蒸发器/冷凝器（6）、四通换向阀（9）左下接口端连接；所述压缩机（10）出口端与四通换向阀（9）中下接口端连接，所述压缩机（10）入口端与四通换向阀（9）上部接口端连接；

所述新风系统包括新风机组4和冷热水循环回路；所述新风机组（4）入口通过第三风阀（3）与室外环境相连或通过第二风阀（2）连接第三填料塔（28）的出口；所述冷热水循环回路与所述蒸气压缩循环回路共用蒸发器/冷凝器（6），该回路还包括第一循环泵（7）、新风表面换热器（4）、溶液冷却器（23）；所述蒸发器/冷凝器（6）入口与用户侧连接，所述蒸发器/冷凝器（6）出口通过第一循环泵（7）连接；第一循环泵（7）出口分三路：一路接往用户侧，一路与新风表面换热器（5）入口连接，一路通过第七阀门（22）与所述溶液冷却器（23）入口连接；新风表面换热器（5）出口及溶液冷却器（23）出口均与蒸发器/冷凝器（6）入口连接；

所述溶液循环回路与所述冷热水循环回路共用所述溶液冷却器（23），与所述蒸气压缩循环回路共用溶液加热器（12），还包括第三填料塔（28）、第一溶液泵（19）、第二填料塔（15）、溶液热交换器（21）、第二溶液泵（25）；所述第二填料塔（15）左下出口端与第一溶液泵（19）相连；第一溶液泵（19）出口分两路，一路经过所述溶液加热器（12）之后通过第五阀门（18）和第二填料塔（15）相连，另一路经过溶液热交换器（21）后通过第九阀门（26）和第三填料塔（28）相连；所述第三填料塔（28）右下出口端与第二溶液泵（25）相连；第二溶液泵（25）出口分两路，一路经过溶液冷却器（23）之后通过第八阀门（24）和第三填料塔（28）相连，另一路经过所述溶液热交换器（21）之后通过第六阀门（20）和第二填料塔（15）相连；

所述防冻液循环回路与所述蒸气压缩循环回路共用冷凝器/蒸发器（11），还包括第二循环泵（13）、第一填料塔（14），第一阀门（16）、第二填料塔（15）、第二阀门（17）、第三阀门（29）、第三填料塔（28）和第四阀门（27）；所述的冷凝器/蒸发器（11）出口与第二循环泵（13）相连，第二循环泵（13）出口分三路，一路通过第一填料塔（14）之后与冷凝器/蒸发器（11）连接；一路通过第一阀门（16）、第二填料塔（15）、第二阀门（17）与冷凝器/蒸发器（11）入口连接；一路通过第三阀门（29）、第三填料塔（28）、第四阀门（27）与冷凝器/蒸发器（11）入口连接；

所述冷凝器/蒸发器（11）、第二循环泵（13）和第一填料塔（14）构成冷却水循环回路。

2.一种基于热源塔兼顾新风的热泵空调方法，其特征在于：分为冬季运行模式和夏季运行模式；

夏季运行模式：四通换向阀（9）将中下接口端和右下接口端导通，同时上部接口端与左下接下接口端导通，打开第二风阀（2）、第一循环泵（7）、第二循环泵（13）、第一溶液泵（19）、第二溶液泵（25）、第五阀门（18）、第六阀门（20）、第七阀门（22）、第八阀门（24）和第九阀门（26）；此时蒸气压缩循环回路处于制冷模式，第一填料塔（14）为制冷模式的系统提供冷却水；第二填料塔（15）和第三填料塔（24）构成溶液除湿循环，为新风机组（4）提供新风预除湿，新风机组（4）通过循环冷水对新风做后处理；

冬季运行模式，四通换向阀（9）将中下接口端与左下接口端导通，同时上部接口端与右下接口端导通，打开第一风阀（1）、第三风阀（3）、第一循环泵（7）、第二循环泵（13）、第一阀门（16）、第二阀门（17）、第三阀门（29）和第四阀门（27）；此时装置为典型的热源塔热泵系统，蒸气压缩循环处于热泵模式，系统通过防冻液在第一填料塔（14）、第二填料塔（15）、第三填料塔（28）中与空气发生热质交换，吸收热量并在蒸发器（11）中放热参与热泵供热循环，新风机组（4）通过循环热水对新风做加热处理。