CN107014020A - 建筑领域的综合能源系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种建筑领域的综合能源系统，第三管、第四管、第五管和第六管的两端分别安装有两个开关阀；第一管的一端分别连接水冷却装置的出水端和低温热水供给装置的出水端，另一端分别连接第一阀和第二阀；第二管的一端分别连接第三阀和第四阀，另一端分别连接水冷却装置的进水端和低温热水供给装置的进水端；分水器通过第七管分别连接第七阀和第八阀，集水器通过第八管分别连接第五阀和第六阀；水源热泵机组的蒸发器通过进、出水管分别连接第三管和第五管，水源热泵机组的冷凝器通过进、出水管分别连接第四管和第六管。利用一套系统，通过阀门切换实现了冬夏季制热与制冷的转换，并实现了多种能源的综合利用。

Description

建筑领域的综合能源系统

技术领域

本发明涉及一种综合能源系统，特别涉及一种建筑领域的综合能源系统。主要用于大型公共建筑空调能源利用领域。

背景技术

现有的大型建筑中央空调能源站，冬季用市政热源，夏季用冷却塔+冷水空调设备，该方式属于传统能源模式，能源消耗较大，既不经济，又不环保。冬夏季制热与制冷的转换依靠不同的设备系统，导致设备投入大，运营成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种建筑领域的综合能源系统，利用一套系统，通过阀门切换实现冬夏季制热与制冷的转换，并实现多种能源的综合利用。

本发明的技术方案如下：

建筑领域的综合能源系统，包括水冷却装置和低温热水供给装置，其特征在于还包括第三管、第四管、第五管和第六管，第三管的两端分别安装有第一阀和第五阀，第四管的两端分别安装有第二阀和第六阀，第五管的两端分别安装有第三阀和第七阀，第六管的两端分别安装有第四阀和第八阀；还包括带有第一泵的第一管，第一管的一端分别连接水冷却装置的出水端和低温热水供给装置的出水端，另一端分别连接第一阀和第二阀；还包括第二管，它的一端分别连接第三阀和第四阀，另一端分别连接水冷却装置的进水端和低温热水供给装置的进水端；还包括用于向用户提供冷水或者热水的分水器以及用于回收用户热水或者冷水的集水器，分水器通过第七管分别连接第七阀和第八阀，集水器通过带有第二泵的第八管分别连接第五阀和第六阀；还包括水源热泵机组，水源热泵机组的蒸发侧输入端和输出端分别连接第三管和第五管，水源热泵机组的冷凝侧输入端和输出端分别连接第四管和第六管。

它还包括蓄热设备，蓄热设备通过进、出水管分别连接第四管和第六管。

它还包括空气源热泵机组，它的出水端通过进、出水管分别连接第五管和第六管，它的进水端通过进、出水管分别连接第三管和第四管。

它还包括蓄冷装置，它通过第三泵和换热器分别连接第七管和第八管。

所述水源热泵机组包括冷却水输入干路、冷却水输出干路、用热水输入干路、用热水输出干路以及多个并联设置的热泵装置；

各热泵装置包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器，所述蒸发器和冷凝器还通过膨胀阀相连接；

所述并联设置指：各热泵装置蒸发器的输入端分别与冷却水输入干路相连接，各热泵装置蒸发器的输出端分别与冷却水输出干路相连接，各热泵装置冷凝器的输入端分别与用热水输入干路相连接，各热泵装置冷凝器的输出端分别与用热水输出干路相连接；

所述的多个热泵装置包括一个或多个能够对本热泵蒸发器输出水温度进行控制的冷却水端控制热泵，以及一个或多个能够对本热泵冷凝器输出水温度进行控制的用热水端控制热泵；

所述水源热泵机组蒸发侧的输入端设于冷却水输入干路上，蒸发侧的输出端设于冷却水输出干路上，冷凝侧的输入端设于用热水输入干路上，冷凝侧的输出端设于用热水输出干路上；

所述水源热泵机组还包括控制系统，冷却水输出干路上还设有冷却水温度传感器，用热水输出干路上还设有用热水温度传感器，冷却水温度传感器和用热水温度传感器分别与控制系统相连接，该控制系统还与各压缩机分别相连接以实现对各压缩机的控制。

所述的冷却水端控制热泵的蒸发器输出端设有与控制系统相连接的冷却水支路温度传感器。

所述的用热水端控制热泵的冷凝器输出端设有与控制系统相连接的用热水支路温度传感器。

本发明的经济效果在于：

本发明充分利用夜间电网过剩的低谷电能，夏季利用消防水池做水蓄冷，白天高峰时做负荷补充，既节约投资，又可以减少运行费用，同时利用了低谷电能，既经济又环保；冬季利用固体蓄热设备蓄能，同时利用消防水池蓄低温热能，白天固体蓄热和水蓄热一起给建筑供热，同样经济环保。

以23万㎡的建筑为例，本次发明专利技术，夏季比常规空调节约投资140万元，每季可以节约运行费84.8万元。

冬季与空气源热泵方案比较，可以节约投资220万元，每季节约运行费316万元，冬季比传统市政每年可以节约480万元。

工程整体投资节约360万元，每年可以节约运行费564.8万元。

本发明的水源热泵机组采用并列式结构，根据冷却水、用热水干路的出水温度对各压缩机进行控制，控制时对其中一部分热泵的冷却水出水温度进行精确控制，同时对另一部分热泵的用热水出水温度进行精确控制，从而达到了对双端同时进行控制的目的，不仅满足了用水一端的需求，同时还确保了向水冷却装置和低温热水供给装置的回水温度稳定，保证水冷却装置和低温热水供给装置能够高效、稳定地运行。

附图说明

图1是本发明的结构和工作原理示意图。

图2是水源热泵机组的结构示意图。

图3为冷却水端控制热泵的结构示意图。

图4为用热水端控制热泵的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1，本实施例包括水冷却装置1和低温热水供给装置2，所述的水冷却装置用于对循环水进行冷却，所述的低温热水供给装置用于提供20-30℃的热水，比如工业余热供给装置、污水或中水供给装置或者热源水井。

本实施例还包括第三管G3、第四管G4、第五管G5和第六管G6，第三管G3的两端分别安装有第一阀F1和第五阀F5，第四管G4的两端分别安装有第二阀F2和第六阀F6，第五管G5的两端分别安装有第三阀F3和第七阀F7，第六管G6的两端分别安装有第四阀F4和第八阀F8。

本实施例还包括带有第一泵3的第一管G1，第一管G1的一端分别连接水冷却装置1的出水端和低温热水供给装置2的出水端，另一端分别连接第一阀F1和第二阀F2。本实施例还包括第二管G2，它的一端分别连接第三阀F3和第四阀F4，另一端分别连接水冷却装置1的进水端和低温热水供给装置2的进水端。

本实施例还包括用于向用户提供冷水或者热水的分水器12以及用于回收用户热水或者冷水的集水器11，分水器12通过第七管G7分别连接第七阀F7和第八阀F8，集水器11通过带有第二泵9的第八管G8分别连接第五阀F5和第六阀F6，集水器11与第二泵9之间的管路连接有补水装置10用于向系统内补充消耗的水。

本实施例还包括水源热泵机组5，水源热泵机组5的蒸发侧输入端和输出端分别连接第三管G3和第五管G5，水源热泵机组5的冷凝侧输入端和输出端分别连接第四管G4和第六管G6。

冬季供热时，切断第一管G1和第二管G2与水冷却装置1之间的连接，打开第一阀F1、第三阀F3、第六阀F6和第八阀F8，并关闭第二阀F2、第四阀F4、第五阀F5和第七阀F7。启动第一泵3，低温热水供给装置2中的水进入水源热泵机组5放热后回到低温热水供给装置2形成水循环放热。启动第二泵9，集水器11中的低温水进入水源热泵机组5吸热后经第七管G7进入分水器12，通过用户用水和回水子系统形成水循环供热。

夏季供冷时，切断第一管G1和第二管G2与低温热水供给装置2之间的连接并接通第一管G1和第二管G2与水冷却装置1之间的连接，打开第二阀F2、第四阀F4、第五阀F5和第七阀F7，并关闭第一阀F1、第三阀F3、第六阀F6和第八阀F8。启动第一泵3，经过水冷却装置1冷却的水进入水源热泵机组5吸热后回到水冷却装置1形成水循环放热。启动第二泵9，集水器11中的高温水进入水源热泵机组5放热后经第七管G7进入分水器12，通过用户用水和回水子系统形成水循环供冷。

当需要长时间供冷/热时，水源热泵机组5除了要保证自身输出水温度恒定，还要确保向水冷却装置1、低温热水供给装置2回水的温度尽可能稳定，否则会影响水冷却装置1/低温热水供给装置2的运行效率和稳定性。为解决上述问题，本发明还对水源热泵机组5进行了进一步改进：

如图2，所述水源热泵机组5包括冷却水输入干路5-1、冷却水输出干路5-2、用热水输入干路5-3、用热水输出干路5-4以及多个并联设置的热泵装置；

如图3或4，各热泵装置包括依次连接的蒸发器5-11、压缩机5-12和冷凝器5-13，所述蒸发器5-11和冷凝器5-13还通过膨胀阀5-14相连接；

所述并联设置指：各热泵装置蒸发器5-11的输入端分别与冷却水输入干路5-1相连接，各热泵装置蒸发器5-11的输出端分别与冷却水输出干路5-2相连接，各热泵装置冷凝器5-13的输入端分别与用热水输入干路5-3相连接，各热泵装置冷凝器5-13的输出端分别与用热水输出干路5-4相连接；

所述的多个热泵装置包括一个或多个能够对本热泵蒸发器5-11输出水温度进行控制的冷却水端控制热泵5-5，以及一个或多个能够对本热泵冷凝器5-13输出水温度进行控制的用热水端控制热泵5-6；

所述水源热泵机组5蒸发侧的输入端设于冷却水输入干路5-1上，蒸发侧的输出端设于冷却水输出干路5-2上，冷凝侧的输入端设于用热水输入干路5-3上，冷凝侧的输出端设于用热水输出干路5-4上；

如图3，所述的冷却水端控制热泵5-5的蒸发器5-11输出端设有与控制系统相连接的冷却水支路温度传感器5-15。

如图4，所述的用热水端控制热泵5-6的冷凝器5-13输出端设有与控制系统相连接的用热水支路温度传感器5-16。

所述水源热泵机组5还包括控制系统，冷却水输出干路5-2上还设有冷却水温度传感器，用热水输出干路5-4上还设有用热水温度传感器，上述各温度传感器分别与控制系统相连接，该控制系统还与各压缩机5-12分别相连接以实现对各压缩机5-12的控制。

水源热泵机组5工作时，控制系统实时获取冷却水输出干路5-2和用热水输出干路5-4的水温，当干路水温无法满足双端的需求时对压缩机5-12进行调整。调整方法为：若冷却水输出温度无法满足要求，则需要对冷却水端控制热泵5-5的压缩机5-12进行加载或卸载；若用热水输出温度无法满足要求，则需要对用热水端控制热泵5-6的压缩机5-12进行加载或卸载。具体调整原则是：当需要某热泵的冷却水输出温度提升或用热水输出温度降低时，对该热泵的压缩机5-12卸载；当需要某热泵的冷却水输出温度降低或用热水输出温度提升时，对该热泵的压缩机5-12加载。由于对一端调整后也会带来整个系统另一端输出温度的改变，因此需要冷却水端控制热泵5-5和用热水端控制热泵5-6同时调整，两端反复调整、互相修正，直至两端温度均符合要求。调整时，还可根据支路温度传感器的检测值对支路水温进行精确调整，从而缩短调整时间，提高调整效率。

通过上述对水源热泵机组5的改进，不仅维持了向用户输送水的温度的恒定，同时在长时间运行时，确保了向水冷却装置1、低温热水供给装置2回水温度的恒定，保证其能够高效、稳定地运行。

本实施例还进一步地包括蓄热设备4，它通过进、出水管分别连接第四管G4和第六管G6。冬季供热时，蓄热设备4与水源热泵机组5形成并联关系，集水器11中的部分低温水经第八管G8进入水蓄热设备4吸热后经第七管G7进入分水器12。

在系统负荷较大的情况下，本发明还可以进一步包括空气源热泵机组6，它的出水端通过进、出水管分别连接第五管G5和第六管G6，它的进水端通过进、出水管分别连接第三管G3和第四管G4。冬季供热时，空气源热泵机组6中的水通过第四管G4进入、第六管G6流出形成水循环补充供热，夏季供冷时，空气源热泵机组6中的水通过第三管G3进入、第五管G5流出形成水循环补充供冷。

本实施例还可以进一步地包括蓄冷装置7，它通过第三泵8和换热器分别连接第七管G7和第八管G8。夏季供冷期间，利用低估电能和热泵机组空闲时段制取冷水或冰并储藏于蓄冷装置7（比如消防水池）中，供冷时启动第三泵8，集水器11中的部分高温水经第八管G8进入所述换热器并通过换热器向冷水或冰中释放热量，降温后经第七管G7进入分水器12供冷。

本发明打破传统的夏季冷水空调、冬季市政热网的模式，选用水源热泵设备、空气源热泵设备、固体蓄热设备、消防水池蓄冷及蓄热装置，满足建筑中央空调能源。

1、夏季供冷

以23万㎡的综合办公楼为例，项目本身配套消防水池1000m³，夜间利用水冷螺杆空调设备给消防水池蓄冷，将消防水池温度蓄在4℃，白天按照14℃放完，消防水池可以蓄的冷量为：Q=1.163*1000*（14-4）=11630kW，白天按照4个小时的高峰放冷，每小时可以提供的冷量为11630÷4=2907kW，白天供冷模式：水源热泵+空气源热泵+消防蓄冷=建筑最大冷负荷。此种方式，可以节约1台制冷量为3000kW的水冷螺杆空调设备，可节省工程资金为140万元左右。消防蓄冷用低谷电能，烟台市峰电价格为1.22元/kWh，低谷电价格为0.41元/kWh，蓄冷可以节约运行费用为：11630*（1.22-0.41）*90（天）=84.8万元。

2、冬季供热

冬季夜间低谷时段用空气源热泵给消防水池蓄热，水池蓄热到35℃，白天用水源热泵将消防水池的热量提取出来，热量提取最终温度按照7℃，可以蓄存的热量为：Q=1.163*1000*（35-7）=32564kW，全天10小时放热，每小时可以放热量：32564÷10=3256kW，相当于节省制热量为3256kW的空气源热泵设备，节省工程资金为220万元。同时可以节约运行费用：32564*（1.22-0.41）*120（天）=316万元。

固体蓄热设备配置2×2000kW的设备，既可以消纳低谷电能，又可以解决极端天气空气源热泵效率低的问题。

Claims (7)

1.建筑领域的综合能源系统，包括水冷却装置（1）和低温热水供给装置（2），其特征在于还包括第三管（G3）、第四管（G4）、第五管（G5）和第六管（G6），第三管（G3）的两端分别安装有第一阀（F1）和第五阀（F5），第四管（G4）的两端分别安装有第二阀（F2）和第六阀（F6），第五管（G5）的两端分别安装有第三阀（F3）和第七阀（F7），第六管（G6）的两端分别安装有第四阀（F4）和第八阀（F8）；还包括带有第一泵（3）的第一管（G1），第一管（G1）的一端分别连接水冷却装置（1）的出水端和低温热水供给装置（2）的出水端，另一端分别连接第一阀（F1）和第二阀（F2）；还包括第二管（G2），它的一端分别连接第三阀（F3）和第四阀（F4），另一端分别连接水冷却装置（1）的进水端和低温热水供给装置（2）的进水端；还包括用于向用户提供冷水或者热水的分水器（12）以及用于回收用户热水或者冷水的集水器（11），分水器（12）通过第七管（G7）分别连接第七阀（F7）和第八阀（F8），集水器（11）通过带有第二泵（9）的第八管（G8）分别连接第五阀（F5）和第六阀（F6）；还包括水源热泵机组（5），水源热泵机组（5）的蒸发侧输入端和输出端分别连接第三管（G3）和第五管（G5），水源热泵机组（5）的冷凝侧输入端和输出端分别连接第四管（G4）和第六管（G6）。

2.如权利要求1所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：它还包括蓄热设备（4），蓄热设备（4）通过进、出水管分别连接第四管（G4）和第六管（G6）。

3.如权利要求1所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：它还包括空气源热泵机组（6），它的出水端通过进、出水管分别连接第五管（G5）和第六管（G6），它的进水端通过进、出水管分别连接第三管（G3）和第四管（G4）。

4.如权利要求1所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：它还包括蓄冷装置（7），它通过第三泵（8）和换热器分别连接第七管（G7）和第八管（G8）。

5.如权利要求1至4任一所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：所述水源热泵机组（5）包括冷却水输入干路（5-1）、冷却水输出干路（5-2）、用热水输入干路（5-3）、用热水输出干路（5-4）以及多个并联设置的热泵装置；

各热泵装置包括依次连接的蒸发器（5-11）、压缩机（5-12）和冷凝器（5-13），所述蒸发器（5-11）和冷凝器（5-13）还通过膨胀阀（5-14）相连接；

所述并联设置指：各热泵装置蒸发器（5-11）的输入端分别与冷却水输入干路（5-1）相连接，各热泵装置蒸发器（5-11）的输出端分别与冷却水输出干路（5-2）相连接，各热泵装置冷凝器（5-13）的输入端分别与用热水输入干路（5-3）相连接，各热泵装置冷凝器（5-13）的输出端分别与用热水输出干路（5-4）相连接；

所述的多个热泵装置包括一个或多个能够对本热泵蒸发器（5-11）输出水温度进行控制的冷却水端控制热泵（5-5），以及一个或多个能够对本热泵冷凝器（5-13）输出水温度进行控制的用热水端控制热泵（5-6）；

所述水源热泵机组（5）蒸发侧的输入端设于冷却水输入干路（5-1）上，蒸发侧的输出端设于冷却水输出干路（5-2）上，冷凝侧的输入端设于用热水输入干路（5-3）上，冷凝侧的输出端设于用热水输出干路（5-4）上；

所述水源热泵机组（5）还包括控制系统，冷却水输出干路（5-2）上还设有冷却水温度传感器，用热水输出干路（5-4）上还设有用热水温度传感器，冷却水温度传感器和用热水温度传感器分别与控制系统相连接，该控制系统还与各压缩机（5-12）分别相连接以实现对各压缩机（5-12）的控制。

6.如权利要求5所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：所述的冷却水端控制热泵（5-5）的蒸发器（5-11）输出端设有与控制系统相连接的冷却水支路温度传感器（5-15）。

7.如权利要求5所述的建筑领域的综合能源系统，其特征在于：所述的用热水端控制热泵（5-6）的冷凝器（5-13）输出端设有与控制系统相连接的用热水支路温度传感器（5-16）。