CN110986227A - 耦合换热节能空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合换热节能空调系统，包括空调末端、热泵机组、换热水池系统、能源塔系统以及地埋管换热系统，其中空调系统通过热泵机组与换热水池和/或能源塔系统和/或地埋管换热系统进行热交换，所述换热水池系统连接于市政自来水管网以自来水作为热水池系统在夏天的冷源或在冬天的热源，所述市政自来水管网与换热水池系统之间设置有阀体以控制二者流道的通断；本发明空调系统绿色环保节能，空调系统利用换热水池系统、能源塔系统以及地埋管换热系统为空调系统提供制冷或制热所需的能量，可依据不同的使用工况选择相应的系统进行热交换，适用于空调系统的不同使用工况。

Description

耦合换热节能空调系统
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域，特别涉及一种耦合换热节能空调系统。
背景技术
如今的住宅及商业建筑都有大量的生活用水需求，自来水的“冷或热回收”往往被忽略，利用市政用水作为传统空调的冷热源，可以实现自来水冷热源的再利用，且相变材料具有较大的潜热值、较高的储能密度，在融化时能够大量吸收热量的特性，可将其作为储能材料用于储存空调冷凝热。换热水池耦合相变储能材料构成的空调换热水池具有储热量大、体积小等优点。
能源塔夏季采用常规制冷，相当于冷却塔，载体循环换热面积大能效高。提高了设备使用率，降低了初投资，节能环保。能源塔冬季载体循环提取低品位能,有效地利用湿球温度高储藏的巨大能量的特点，省去了为辅助供热时即不卫生又污染环境锅炉。
地埋管换热循环为流体通过埋地的水平或竖直地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能换热系统。
发明内容
本发明提供一种耦合换热节能空调系统，该空调系统利用市政用水构成的相变换热水池进行热交换并辅以能源塔以及地埋管换热系统的冷热交换，实现了自来水的冷热回收，减少了能源塔的容量以及地埋管的钻孔个数，降低了系统的投资和运行成本。
本发明的耦合换热节能空调系统，包括空调末端、热泵机组、换热水池系统、能源塔系统以及地埋管换热系统，其中空调末端通过热泵机组与换热水池和/或能源塔系统和/或地埋管换热系统进行热交换，所述换热水池系统连接于市政自来水管网以自来水作为热水池系统在夏天的冷源或在冬天的热源，所述市政自来水管网与换热水池系统之间设置有阀体以控制二者流道的通断。
进一步，所述换热水池系统包括换热水池以及安装于换热水池内的换热器，所述热泵机组连接于换热器的进水口和出水口形成循环流体的循环，市政自来水管网连接于换热水池的进水口，换热水池出水口与蓄水池进水口连接，所述市政自来水管网与换热水池的进水口之间、换热水池出水口与蓄水池进水口之间的流道上设置有阀体用于控制各流道的通断。
进一步，所述换热水池还包括设置于换热水池内的相变单元板。
进一步，所述热泵机组包括连接于空调末端的空调换热装置以及连接于换热水池的水池换热装置，所述空调换热装置与水池换热装置进行热交换为空调末端提供制冷或制热所需的能量，所述空调换热装置的进水口连接于空调末端的出水口、出水口连接于空调末端的进水口，所述水池换热装置的进水口连接于换热水池的出水口、出水口连接于换热水池的进水口。
进一步，所述热水池换热装置的出水口与换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统三个系统中至少两个系统的进水口连接，所述换热水池的出水口与能源塔系统的进水口连接，所述能源塔系统的出水口与地埋管换热系统的进水口连接，所述换热水池、能源塔系统以及地埋管换热系统的出水口连接于热水池换热装置的进水口，上述各进水口与出水口连接形成的各个流道上设置有阀体用于控制各个流道的通断。
进一步，所述热水池换热装置的出水口与换热水池以及地埋管换热系统的进水口连接。
进一步，换热水池出水口与蓄水池进水口之间的流道上设置有水泵。
进一步，所述蓄水池内设置有蓄水量监测仪。
进一步，变相单元板与换热器交替布置。
本发明的有益效果：
本发明空调系统绿色环保节能，空调系统利用以自来水作为介质的换热水池系统、能源塔系统以及地埋管换热系统为空调末端提供制冷或制热所需的能量，可依据不同的使用工况选择相应的系统进行热交换，适用于空调末端的不同使用工况，可优选成本较低的换热水池系统进行热交换，利于成本控制；
本发明通过换热水池可实现了自来水的冷热回收，可减少了能源塔的容量以及地埋管的钻孔个数，降低整个空调换热系统的投资和运行成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为换热水池系统结构示意图；
具体实施方式
图1为本发明结构示意图；图2为换热水池系统结构示意图；
如图所示，本实施例中提供了一种耦合换热节能空调系统，包括空调末端10、热泵机组20、换热水池系统30、能源塔系统40以及地埋管换热系统50，其中空调末端通过热泵机组与换热水池和/或能源塔系统和/或地埋管换热系统进行热交换，具体为空调末端可与换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统单独进行热交换，或者空调末端可与换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统三个系统中的两个系统或者三个系统进行热交换，热泵机组中循环流体可同时分出若干条支路进入各个系统进行同时热交换，或者换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统串联，热泵机组中循环流体依次进入上述三个系统中进行热交换，所述换热水池系统连接于市政自来水管网60以自来水作为热水池系统在夏天的冷源或在冬天的热源，所述市政自来水管网60与换热水池系统之间设置有阀体以控制二者流道的通断。空调系统在冬季用于制热，在夏季用于制冷，在夏季时，热泵机组20的循环流体通过换热水池系统30、能源塔系统40以及地埋管换热系统50释放热量后与空调末端热交换用于空调的制冷，在冬季时，热泵机组20的循环流体通过换热水池系统30、能源塔系统40以及地埋管换热系统50吸热后与空调末端热交换用于空调的制热；在过渡季节时，不使用空调系统，市政自来水网管通过阀体控制不进入换热水池系统，直接供生活用水；在冬季和夏季时，市政自来水网管通过阀体控制进入换热水池系统中进行热交换，结合图1所示，市政自来水管网60通过一号三通阀61控制与换热水池系统以及生活用水用户之间的通断，一号三通阀61与市政自来水管网60之间还设置有减压阀62以调节水压，一号三通阀61其中一出口分支出若干条支路连接于分水器65，分水器连接于换热水池系统30为其供水，各支路上设置有止回阀63以及一号节流阀64；该空调系统绿色环保节能，热泵机组利用以自来水作为冷热源的换热水池系统30、能源塔系统40以及地埋管换热系统50使循环流体进行热交换，可依据不同的使用工况选择相应的系统进行热交换，适用于空调系统的不同使用工况，可优选成本较低的换热水池系统30进行热交换，利于成本控制。
本实施例中，所述换热水池系统包括换热水池31以及安装于换热水池内的换热器32，所述热泵机组连接于换热器的进水口和出水口形成循环流体的循环，具体为热泵机组中水池换热装置22的出水口与换热器的进水口连接，水池换热装置22的进水口与换热器的进水口连接，市政自来水管网连接于换热水池的进水口，换热水池出水口与蓄水池70进水口连接，所述市政自来水管网与换热水池的进水口之间、换热水池出水口与蓄水池70进水口之间的流道上设置有阀体用于控制各流道的通断。热泵机组中的循环流体优选循环水，市政自来水管网将自来水注入至换热水池，其中换热器浸入至换热水池中的自来水中，热泵机组中的循环流体进入至换热器中与自来水进行热交换，换热器优选用板式换热器，换热器在换热水池内并列设置将换热水池分隔为多干条相互独立的流道，利于热交换的进行；
本实施例中，所述换热水池还包括设置于换热水池内的相变单元板33。本实施例中，变相单元板与换热器交替布置。相变单元板采用相变材料制成，相变材料可采用现有已知的一切相变材料，具体不在赘述；相变单元板通过其较大的潜热值、较高的储能密度作为储能材料用于储存能量，提高热交换效果；
本实施例中，所述热泵机组20包括连接于空调末端的空调换热装置21以及连接于换热水池的水池换热装置22，所述空调换热装置与水池换热装置进行热交换为空调末端提供制冷或制热所需的能量，所述空调换热装置的进水口连接于空调末端的出水口、出水口连接于空调末端的进水口，空调末端设置有循环管路，管路的进口与出口即为空调末端的进水口、出水口，通过该循环管路与空调内的空气进行热交换，所述水池换热装置的进水口连接于换热水池的出水口、出水口连接于换热水池的进水口。空调换热装置21和水池换热装置22可以为集成于换热装置内的冷水管和热水管，即空调换热装置21和水池换热装置22共同构成一套换热装置，本实施例中，空调换热装置21和水池换热装置22均为一套独立的换热装置，空调换热装置21和水池换热装置22通过中间管路相互连通形成内循环进行热交换，在夏季时，空调换热装置作为蒸发器，水池换热装置作为冷凝器，在冬季时，空调换热装置作为冷凝器，水池换热装置作为蒸发器，蒸发器和冷凝器的结构为现有结构，具体不在赘述；其中空调换热装置21的出水口与空调末端的进水口之间的管路设置有一号循环水泵11，空调换热装置21和水池换热装置22之间的管路设置有二号节流阀24以及压缩机25，压缩机的进口以及出口与空调换热装置21和水池换热装置22之间通过四通换向阀26连接；夏季运行工况：压缩机吸入从蒸发器出来的低压制冷剂，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经二号节流阀节流后，成为压力较低的液体后，在蒸发器内吸热蒸发成压力较高的蒸汽，再送入压缩机，完成制冷循环，此时的蒸发器对应的空调换热装置21，冷凝器对应的水池换热装置22；室内空调系统回风口的空气通过蒸发器热交换降温后送到空调末端，为室内制冷；冬季运行工况，四通换向阀使蒸发器和冷凝器换向，此时的蒸发器对应的水池换热装置22，冷凝器对应的空调换热装置21，压缩机吸入从蒸发器出来的低压制冷剂，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节二号流阀节流后，成为压力较低的液体后，在蒸发器内吸热蒸发成压力较高的蒸汽，再送入压缩机，完成制热循环；室内回风口的空气通过冷凝器器热交换升温后送到空调末端，为室内制热。
本实施例中，所述热水池换热装置的出水口与换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统三个系统中至少两个系统的进水口连接，所述换热水池的出水口与能源塔系统的进水口连接，所述能源塔系统的出水口与地埋管换热系统的进水口连接，所述换热水池、能源塔系统以及地埋管换热系统的出水口连接于热水池换热装置的进水口，上述各进水口与出水口连接形成的各个流道上设置有阀体用于控制各个流道的通断。换热水池、能源塔系统以及地埋管换热系统依次串联，热水池换热装置的出水口可单独连接于换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统三个系统中的两个系统，也可与三个系统均连接，该结构便于单独利用单个系统进行热交换或者多个系统串联进行热交换，利于空调系统依据使用工况选择相应的热交换系统；
本实施例中，所述热水池换热装置的出水口与换热水池以及地埋管换热系统的进水口连接；结合图1所示，热水池换热装置的出水口、换热水池的进水口以及地埋管换热系统进水口之间通过二号三通阀34连接，通过二号三通阀控制热水池换热装置与换热水池以及地埋管换热系统之间流道的通断，其中热水池换热装置的出水口与二号三通阀之间的管路上设置有综合分析仪35，经综合分析仪得到用户负荷大小、地温变化情况后控制各个阀体的启闭，以选择进行热交换的系统，二号三通阀一个出口通过管路连接于换热水池进水口，另一个出口通过管路连接于地埋管换热系统的进水口，该管路上设置有温度感应式流量分配控制器51和管井运行控制器52，根据流体的温度控制流体的流速和管井运行的数量，完成地埋管换热器中热交换；换热水池出水口与热水池换热装置的进水口以及能源塔系统的进水口之间通过一号三通温度调节阀41连接，能源塔系统的出水口与地埋管换热系统进水口以及热水池换热装置的进水口之间设置有二号三通温度调节阀42，一号三通温度调节阀41和二号三通温度调节阀42用于检测温度，若流体温度能够满足机组的换热要求，则直接流向热水池换热装置，若温度不满足要求，则流向下一个换热系统继续换热；能源塔系统的出水口与二号三通温度调节阀42之间的管路上设置有三号循环泵43，其中热水池换热装置的出水口处的管路设置有四号循环泵44；
本实施例中，换热水池出水口与蓄水池70进水口之间的流道上设置有水泵71；所述蓄水池内设置有蓄水量监测仪72。换热水池出水口与蓄水池70进水口之间连接有两条管路构成两个流道，每个流道上设置有一个水泵71，各个水泵将出水口连接至集水器73，集水器的出水口连接至蓄水池，蓄水池可直接为生活用水群体供水；其中一个流道设置有温度调节阀74，另一个流道上设置有电磁阀，蓄水量检测仪依据水量的变化，打开温度调节阀或电磁阀为蓄水池供水，其中温度调节阀还可以依据温度变化自适应打开。
在夏季工况中，水池换热装置22循环流体进入至换热水池中进行热交换后流出，通过一号三通温度调节阀41判断是否满足温度要求，若满足则直接回流至水池换热装置22，若不满足则流动至能源塔系统40内进行热交换后流出，通过二号三通温度调节阀42判断是否满足温度要求，若满足则直接回流至水池换热装置22，若不满足则流动至地埋管换热系统50内进行热交换后流至水池换热装置22内；
在冬季工况中，水池换热装置22循环流体进入至换热水池中进行热交换后流出通过一号三通温度调节阀41判断是否满足温度要求，若满足则直接回流至水池换热装置22，若不满足则流动至能源塔系统40内进行热交换后流出，通过二号三通温度调节阀42判断是否满足温度要求，若满足则直接回流至水池换热装置22，若不满足则流动至地埋管换热系统50内进行热交换后流至水池换热装置22内；或者水池换热装置22循环流体直接进入地埋管换热系统50中进行热交换后回流至水池换热装置22；具体采用何种换热模式可依据综合分析仪得到用户负荷大小、地温变化情况后控制各个阀体的启闭，以选择进行热交换的系统，具体不在赘述；
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种耦合换热节能空调系统，其特征在于：包括空调末端、热泵机组、换热水池系统、能源塔系统以及地埋管换热系统，其中空调末端通过热泵机组与换热水池和/或能源塔系统和/或地埋管换热系统进行热交换，所述换热水池系统连接于市政自来水管网以自来水作为热水池系统在夏天的冷源或在冬天的热源，所述市政自来水管网与换热水池系统之间设置有阀体以控制二者流道的通断。
2.根据权利要求1所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述换热水池系统包括换热水池以及安装于换热水池内的换热器，所述热泵机组连接于换热器的进水口和出水口形成循环流体的循环，市政自来水管网连接于换热水池的进水口，换热水池出水口与蓄水池进水口连接，所述市政自来水管网与换热水池的进水口之间、换热水池出水口与蓄水池进水口之间的流道上设置有阀体用于控制各流道的通断。
3.根据权利要求2所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述换热水池还包括设置于换热水池内的相变单元板。
4.根据权利要求3所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述热泵机组包括连接于空调末端的空调换热装置以及连接于换热水池的水池换热装置，所述空调换热装置与水池换热装置进行热交换为空调末端提供制冷或制热所需的能量，所述空调换热装置的进水口连接于空调末端的出水口、出水口连接于空调末端的进水口，所述水池换热装置的进水口连接于换热水池的出水口、出水口连接于换热水池的进水口。
5.根据权利要求4所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述热水池换热装置的出水口与换热水池、能源塔系统、地埋管换热系统三个系统中至少两个系统的进水口连接，所述换热水池的出水口与能源塔系统的进水口连接，所述能源塔系统的出水口与地埋管换热系统的进水口连接，所述换热水池、能源塔系统以及地埋管换热系统的出水口连接于热水池换热装置的进水口，上述各进水口与出水口连接形成的各个流道上设置有阀体用于控制各个流道的通断。
6.根据权利要求5所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述热水池换热装置的出水口与换热水池以及地埋管换热系统的进水口连接。
7.根据权利要求2所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：换热水池出水口与蓄水池进水口之间的流道上设置有水泵。
8.根据权利要求7所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：所述蓄水池内设置有蓄水量监测仪。
9.根据权利要求3所述的耦合换热节能空调系统，其特征在于：变相单元板与换热器交替布置。
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