CN107166801A - 用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统 - Google Patents

用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统。本发明主要包括内燃机、发电机、溴化锂机组、热泵系统。内燃机、发电机、溴化锂机组构成的三联供机组可提供电负荷、热负荷、冷负荷，热泵系统可用于池水加热、除湿、空气调节，三联供机组和热泵系统互为补充，有利于供能方式、种类的合理配比，选择最经济的能源方式，同时可合理利用市电峰谷平时段的电价差异，实现供能的经济性。

Description

用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统
技术领域
本发明涉及一种用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，适用于为恒温泳池提供热、电供应，同时为用户提供除湿、供冷、供暖服务。
背景技术
恒温泳池的主要能源负荷需求为：泳池热水所需的热负荷，各种配套设施所需的电负荷。
现有技术常用的能源供应方式为：直接使用市电+锅炉。利用市电提供电负荷，利用锅炉供应热负荷，电负荷、热负荷分别独立供应。这种供能方式虽然系统较简单，但经济性较差，且设备年使用率较低，造成浪费。
以游泳馆空间为30米×15米×6米、池子为25米×10米×1.8米的某游泳馆为例，游泳馆全年使用，每天开放时间10:00～21:00，水温要求28℃。非开放时间同样需供应热水保持28℃的水温，避免游泳池冷启动时消耗时间过长。游泳池使用2台180kW锅炉供热水，夏天开1台其余时间开2台，采用间歇式运行方式，平均耗气量4000Nm3/月。游泳馆设置有1台1000kVA变电器，利用市电提供电负荷，年用电90万度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能源利用效率高、经济性好的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，包括天然气管网和供电母线，供电母线连接市电的输出端，还包括内燃机、发电机、溴化锂机组、热泵系统；
内燃机的输入端连接天然气管网，内燃机的输出端通过发电机连接供电母线，内燃机的缸套水系统连接溴化锂机组；内燃机的烟气系统输出端连接溴化锂机组；
溴化锂机组的输出端连接泳池蓄热罐；泳池的热负荷可通过池水在泳池蓄热罐处换热进行提供；
热泵系统的输入端连接供电母线，热泵系统包括制冷剂循环系统和空气循环系统，
制冷剂循环系统包括压缩机、池水换热器、储液器、冷凝器、蒸发器；压缩机的排气端连接有制冷剂循环第一支路、制冷剂循环第二支路，制冷剂循环第一支路经电磁阀后连接池水换热器，池水换热器经单向阀后连接储液器，制冷剂循环第二支路经电磁阀后连接冷凝器，冷凝器经单向阀后连接储液器，储液器通过节流装置连接蒸发器，蒸发器连接至压缩机的吸气口；
空气循环系统包括蒸发器、回风风机、送风风机；回风风机的出风口连接蒸发器，送风风机的进风口连接蒸发器。在热泵系统中，泳池的热负荷可通过池水在池水换热器处换热进行提供；此外，空气循环系统在蒸发器处换热，可对空气进行除湿。
进一步的是：热泵系统还包括再热冷凝器；
在制冷剂循环系统中，压缩机的排气端连接有制冷剂循环第三支路，制冷剂循环第三支路经电磁阀后连接再热冷凝器，再热冷凝器经单向阀后连接储液器；
在空气循环系统中，再热冷凝器设于送风风机的进风口与蒸发器之间，蒸发器连接再热冷凝器的进风口，再热冷凝器的出风口连接送风风机的进风口。
在冬季，可通过再热冷凝器处的换热，将机组制冷除湿后的混合空气温度提升到与泳池温度等同(例如背景技术中实例的28℃)，从而提高冬季舒适度，同时由于环境温度提升，也降低了泳池的热损失。
进一步的是：热泵系统还包括两用表冷器；两用表冷器具有热水循环回路接口和冷冻水循环回路接口；热水循环回路接口、冷冻水循环回路接口均用于连接溴化锂机组的输出端；
在空气循环系统中，两用表冷器设于送风风机的进风口与蒸发器之间，蒸发器连接两用表冷器的进风口，两用表冷器的出风口连接送风风机的进风口。
在设置有再热冷凝器的情形下，在空气循环系统中，两用表冷器连接于再热冷凝器的出风口一侧或再热冷凝器的进风口一侧均可。
两用表冷器可接入溴化锂机组生产的热水、冷冻水，作为备用选择，节约压缩机的电耗。
进一步的是：在空气循环系统中，回风风机的出风口与蒸发器之间的连接管路上依次设置有排风口、新风口，排风口位于靠近回风风机一侧。夏季时可通过新风口引入新风，调节内部空气，提高舒适度。
进一步的是：溴化锂机组的输出端连接空调系统的母管。溴化锂机组多余的能源可为空调系统提供热水、冷冻水，供冷和采暖不足的部分由原空调系统补充，可节约能源。
本发明的有益效果是：内燃机、发电机、溴化锂机组构成的三联供机组可提供电负荷、热负荷、冷负荷，热泵系统可用于池水加热、除湿、空气调节，三联供机组和热泵系统互为补充，有利于供能方式、种类的合理配比，选择最经济的能源方式，同时可合理利用市电峰谷平时段的电价差异，实现供能的经济性。
附图说明
图1是本发明的运行结构示意图；
图2是本发明中热泵系统的结构示意图；
图中标记：1-压缩机、2-池水换热器、3-储液器、4-冷凝器、5-蒸发器、6-回风风机、7-送风风机、8-再热冷凝器、9-两用表冷器、10-排风口、11-新风口、12-热水循环回路接口、13-冷冻水循环回路接口、14-四通阀、15-膨胀阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括天然气管网和供电母线，供电母线连接市电的输出端，还包括内燃机、发电机、溴化锂机组、热泵系统；
内燃机的输入端连接天然气管网，内燃机的输出端通过发电机连接供电母线，内燃机的缸套水系统连接溴化锂机组；内燃机的烟气系统输出端连接溴化锂机组；
溴化锂机组的输出端连接泳池蓄热罐；泳池的热负荷可通过池水在泳池蓄热罐处换热进行提供；
热泵系统的输入端连接供电母线，热泵系统包括制冷剂循环系统和空气循环系统，
制冷剂循环系统包括压缩机1、池水换热器2、储液器3、冷凝器4、蒸发器5；压缩机1的排气端连接有制冷剂循环第一支路、制冷剂循环第二支路，制冷剂循环第一支路经电磁阀后连接池水换热器2，池水换热器2经单向阀后连接储液器3，制冷剂循环第二支路经电磁阀后连接冷凝器4，冷凝器4经单向阀后连接储液器3，储液器3通过节流装置连接蒸发器5，蒸发器5连接至压缩机1的吸气口；
空气循环系统包括蒸发器5、回风风机6、送风风机7；回风风机6的出风口连接蒸发器5，送风风机7的进风口连接蒸发器5。在热泵系统中，泳池的热负荷可通过池水在池水换热器处换热进行提供；此外，空气循环系统在蒸发器处换热，可对空气进行除湿。
优选地，热泵系统还包括再热冷凝器8；
在制冷剂循环系统中，压缩机1的排气端连接有制冷剂循环第三支路，制冷剂循环第三支路经电磁阀后连接再热冷凝器8，再热冷凝器8经单向阀后连接储液器3；
在空气循环系统中，再热冷凝器8设于送风风机7的进风口与蒸发器5之间，蒸发器5连接再热冷凝器8的进风口，再热冷凝器8的出风口连接送风风机7的进风口。
在本实施例中，压缩机1的排气端通过两个四通阀14形成三个制冷剂循环支路，节流装置中通过设置膨胀阀15起调节作用。
在冬季，可通过再热冷凝器8处的换热，将机组制冷除湿后的混合空气温度提升到与泳池温度等同，从而提高冬季舒适度，同时由于环境温度提升，也降低了泳池的热损失。
此外，热泵系统还包括两用表冷器9；两用表冷器9具有热水循环回路接口12和冷冻水循环回路接口13；热水循环回路接口12、冷冻水循环回路接口13均用于连接溴化锂机组的输出端；
在空气循环系统中，两用表冷器9设于送风风机7的进风口与蒸发器5之间，蒸发器5连接两用表冷器9的进风口，两用表冷器9的出风口连接送风风机7的进风口。
在设置有再热冷凝器8的情形下，在空气循环系统中，两用表冷器9连接于再热冷凝器8的出风口一侧或再热冷凝器8的进风口一侧均可。在本实施例中，两用表冷器9连接于再热冷凝器8的出风口一侧。
两用表冷器9可接入溴化锂机组生产的热水、冷冻水，作为备用选择，节约压缩机1的电耗。
在空气循环系统中，回风风机6的出风口与蒸发器5之间的连接管路上依次设置有排风口10、新风口11，排风口10位于靠近回风风机6一侧。夏季时可通过新风口11引入新风，调节内部空气，提高舒适度。
溴化锂机组的输出端连接空调系统的母管。溴化锂机组多余的能源可为空调系统提供热水、冷冻水，供冷和采暖不足的部分由原空调系统补充，可节约能源。
以游泳馆空间为30米×15米×6米、池子为25米×10米×1.8米的某游泳馆为例，游泳馆全年使用，每天开放时间10:00～21:00，水温要求28℃。采用本发明的技术方案，负荷分析估算如下：
泳池恒温计算：
游泳池池水总面积为250平方米，水深1.8米，水容量450立方米，设计水温为28℃，室内温度30℃，相对湿度60％，冬季平均风速0.3m/s,初始加热时间48小时内。
1)泳池每小时总的热损失量为：92kW。
2)泳池初始加热每小时提供的热量为：243kW。
泳池除湿计算:
按室内换气循环次数为6次/h计算，夏季需考虑加入新风量，同时为了提高冬季舒适度，机组制冷除湿后还需要把混合空气温度提升到28℃。
1)总的散湿量为：64Kg/h。
2)除湿机组所需冷量为：106KW。
3)冬季再热量为：50KW。
空调系统的冷负荷估算为286kW、热负荷估算为156kW。
为实现系统长时间满负荷、高效运行，提高余热利用率，保证系统运行的经济性，按照“满足基本热水负荷和大部分电负荷、空调负荷”的设计原则，本实施例中系统配置如下：燃气内燃机热电冷三联供子系统配置为：1×160kW燃气内燃机发电机组+烟气型溴化锂吸收式冷温水机组,主要设备及技术参数如表1所示。
热泵系统配置为：除湿量60kg/h机组，主要设备及技术参数如表2所示。
表1：燃气内燃机热电冷三联供系统主要设备及技术参数
表2：热泵系统主要设备及技术参数
本实施例运行方式如下：
1)燃气发电机组所发电力采用400V低压并网，并入1000kVA变电器低压端，与市电共同满足客户的电负荷需求。发电后的烟气高温余热及缸套水余热通过溴化锂机组产生冷、热水为客户提供夏季制冷、冬季采暖以及泳池水加热服务。
全年：全年燃气发电机及溴化锂机组白天运行，夜间负荷低时停机。
2)溴化锂机组生产的热水，第一路并入泳池蓄热罐。
夏季：热泵系统所生产的热水，足够补充泳池每小时总的热损失(92KW)，溴化锂机组并入的管路关闭。
冬季：由于回收的部分热量需要再热空气(50KW)，剩余的热量不足以补充泳池每小时总的热损失，所以需要添加部分溴化锂机组生产的热水来满足泳池的需求。
过渡季：当热泵系统的压缩机停止运行时，溴化锂机组生产的热水补充泳池每小时总的热损失，溴化锂机组生产的冷冻水进入热泵系统的两用表冷器，达到除湿的目的，也可以节省压缩机的电耗。
池水冷启动：即初始加热池水时所需热量较多(243KW)，这时也需要溴化锂机组生产的热水和热泵系统的热水共同满足泳池加热需求。
3)溴化锂机组生产的热水、冷冻水，第二路并入空调系统的母管上。
夏季：供应大部分冷气，不足由空调系统补充。
冬季：基本满足采暖，不足由空调系统补充。
过渡季：溴化锂机组并入的管路关闭。
4)溴化锂机组生产的热水、冷冻水，第三路接入热泵系统的两用表冷器。
过渡季：当热泵系统的压缩机停止运行时，溴化锂机组生产的热水补充泳池每小时总的热损失，溴化锂机组生产的冷冻水进入热泵系统的两用表冷器，达到除湿的目的，也可以节省压缩机的电耗。
其余时间：作为除湿、加热池水、空气调节的备用，压缩机停用、检修时也可以使用。不使用时并入的管路关闭。
5)热泵系统：使用燃气内燃发电机组供电或市电驱动，满足泳池除湿、空气调节、池水加热需求。全年全天运行。

Claims (6)

1.用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，包括天然气管网和供电母线，供电母线连接市电的输出端，其特征在于：还包括内燃机、发电机、溴化锂机组、热泵系统；
内燃机的输入端连接天然气管网，内燃机的输出端通过发电机连接供电母线，内燃机的缸套水系统连接溴化锂机组；内燃机的烟气系统输出端连接溴化锂机组；
溴化锂机组的输出端连接泳池蓄热罐；
热泵系统的输入端连接供电母线，热泵系统包括制冷剂循环系统和空气循环系统，
制冷剂循环系统包括压缩机(1)、池水换热器(2)、储液器(3)、冷凝器(4)、蒸发器(5)；压缩机(1)的排气端连接有制冷剂循环第一支路、制冷剂循环第二支路，制冷剂循环第一支路经电磁阀后连接池水换热器(2)，池水换热器(2)经单向阀后连接储液器(3)，制冷剂循环第二支路经电磁阀后连接冷凝器(4)，冷凝器(4)经单向阀后连接储液器(3)，储液器(3)通过节流装置连接蒸发器(5)，蒸发器(5)连接至压缩机(1)的吸气口；
空气循环系统包括蒸发器(5)、回风风机(6)、送风风机(7)；回风风机(6)的出风口连接蒸发器(5)，送风风机(7)的进风口连接蒸发器(5)。
2.如权利要求1所述的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，其特征在于：热泵系统还包括再热冷凝器(8)；
在制冷剂循环系统中，压缩机(1)的排气端连接有制冷剂循环第三支路，制冷剂循环第三支路经电磁阀后连接再热冷凝器(8)，再热冷凝器(8)经单向阀后连接储液器(3)；
在空气循环系统中，再热冷凝器(8)设于送风风机(7)的进风口与蒸发器(5)之间，蒸发器(5)连接再热冷凝器(8)的进风口，再热冷凝器(8)的出风口连接送风风机(7)的进风口。
3.如权利要求1所述的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，其特征在于：热泵系统还包括两用表冷器(9)；两用表冷器(9)具有热水循环回路接口(12)和冷冻水循环回路接口(13)；热水循环回路接口(12)、冷冻水循环回路接口(13)均用于连接溴化锂机组的输出端；
在空气循环系统中，两用表冷器(9)设于送风风机(7)的进风口与蒸发器(5)之间，蒸发器(5)连接两用表冷器(9)的进风口，两用表冷器(9)的出风口连接送风风机(7)的进风口。
4.如权利要求2所述的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，其特征在于：热泵系统还包括两用表冷器(9)；两用表冷器(9)具有热水循环回路接口(12)和冷冻水循环回路接口(13)；热水循环回路接口(12)、冷冻水循环回路接口(13)均用于连接溴化锂机组的输出端；
在空气循环系统中，两用表冷器(9)设于送风风机(7)的进风口与蒸发器(5)之间，两用表冷器(9)连接于再热冷凝器(8)的出风口一侧或再热冷凝器(8)的进风口一侧。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，其特征在于：在空气循环系统中，回风风机(6)的出风口与蒸发器(5)之间的连接管路上依次设置有排风口(10)、新风口(11)，排风口(10)位于靠近回风风机(6)一侧。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的用于恒温泳池的多能互补分布式能源系统，其特征在于：溴化锂机组的输出端连接空调系统的母管。
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