CN111023227B - 一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，该系统包括制冷剂回路、热源塔溶液回路、负荷侧水回路和再生回路，其中，制冷剂回路与热源塔溶液回路和负荷侧水回路连接，热源塔溶液回路与负荷侧水回路以及再生回路连接，负荷侧水回路与需求侧连接，为需求侧提供冷热水供水，并回收需求侧的冷热水。该系统可有效降低热源塔热泵系统在北方寒冷地区应用时的单级压比，提高恶劣工况下供热能力与效率，解决冬夏季工况系统制热/制冷能力难以匹配的问题，实现在北方地区的全年高效稳定运行。

Description

一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统
技术领域
本发明属于热泵技术领域，涉及一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统。
背景技术
目前，北方寒冷地区建筑空调系统冷热源采用的方案主要有：空气源热泵、水冷冷水机组加锅炉(或集中供热)，及水地源热泵。空气源热泵冬季存在结霜问题，且低温环境下效率低，夏季工况效率又远低于水冷冷水机组。冷水机组加锅炉依靠两台设备分别实现供冷供热，设备利用率低，且锅炉存在污染，成本受燃料价格波动影响较大。而集中供热方式受热电厂、热网等硬件条件限制，并不适用于每个项目。水/地源热泵受地理地质条件限制，初投资高，在北方寒冷地区应用还存在土壤热平衡的问题。热源塔热泵系统通过一套设备满足建筑夏季供冷、冬季供热的需求，无污染，无结霜问题，不受地理地质条件限制。但目前的热源塔热泵系统主要针对夏热冬冷地区(如南京，上海，长沙等)，当其用于北方时，存在压缩机压比过高，系统效率低，冬夏换热能力难以匹配的问题。
公开号为CN201522137U的发明专利公开了一种热源塔热泵低热源旋流冷热水机组，其对传统热泵进行了改进，采用小温差传热制冷压缩循环和蒸发器重力负压热回油技术，提高了低温制冷工况下系统效率与安全性，但此系统主要适合南方地区冬季“低温高湿”的气候条件，不适用于北方寒冷地区气候，且热源塔吸收潜热将导致溶液浓度下降，此发明并未涉及热源塔再生过程，热源塔侧效率不高。
公开号为CN106642789A的发明专利公开了一种实现太阳能综合利用与土壤跨季节储能的热源塔热泵系统，该系统利用空气、太阳能、土壤作为热源塔热泵的综合热源，实现系统在不同模式下的高效运行，但由于太阳能与空气的不互补性，以及低温下单级压缩压比过高的问题，该系统仍不适用于北方寒冷地区。
因此，设计一套适用于北方寒冷地区的热源塔热泵系统成为本领域技术人员迫切所需要解决的一个问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，解决热源塔热泵系统用于北方寒冷地区时出现的压缩机压比过高，系统效率低，冬夏换热能力难以匹配问题，利用再生塔功能的切换实现冬季恶劣工况下的换热能力补充，利用双级压缩实现压缩机合理压比下的高效供热。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，该系统包括制冷剂回路、热源塔溶液回路、负荷侧水回路和再生回路，其中，制冷剂回路与热源塔溶液回路和负荷侧水回路连接，热源塔溶液回路与负荷侧水回路以及再生回路连接，负荷侧水回路与需求侧连接，为需求侧提供冷热水供水，并回收需求侧的冷热水。
可选的，制冷剂回路包括低压压缩机、中间冷却器、高压压缩机、油分离器、止回阀、冷凝器、贮液器、第一电磁阀、过冷器、第一膨胀阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第二膨胀阀、蒸发器、气液分离器、第十四电磁阀、第十五电磁阀及其相关管路，其中，低压压缩机的输出端与中间冷却器第一输入端连接，中间冷却器第一输出端与高压压缩机的输入端连接，高压压缩机的输出端与油分离器的输入端连接，油分离器的输出端与止回阀连接，止回阀与冷凝器第一输入端连接，冷凝器第一输出端与贮液器的输入端连接，贮液器的输出端与第一电磁阀连接，第一电磁阀与过冷器的输入端连接，过冷器的输出端分为两路，一路与第一膨胀阀连接，另一路分别与第三电磁阀、第四电磁阀连接，第一膨胀阀的输出端与第二电磁阀连接，第二电磁阀与中间冷却器的第二输入端连接，第三电磁阀与中间冷却器的第三输入端连接，第二膨胀阀的输入端与第四电磁阀和中间冷却器的第二输出端管路连接，第二膨胀阀的输出端与蒸发器第一输入端连接，蒸发器第一输出端与气液分离器连接，气液分离器输出端分为两路，一路经第十五电磁阀接入低压压缩机输入端，另一路经第十四电磁阀接入高压压缩机输入端。
可选的，热源塔溶液回路包括热源塔、第一溶液泵、第六电磁阀、第十二电磁阀及其相关管路，其中，热源塔输出端与第一溶液泵输入端连接，第一溶液泵输出端分为两路，一路经过第六电磁阀与制冷剂回路中的蒸发器第二输入端连接，另一路经过第十二电磁阀与制冷剂回路中的冷凝器第二输入端连接。
可选的，负荷侧水回路包括第五电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀、第十一电磁阀及其相关管路，冷热水回水侧分为两路，一路经过第八电磁阀与制冷剂回路中的冷凝器第二输入端连接，另一路经过第十电磁阀与制冷剂回路中的蒸发器第二输入端连接，制冷剂回路中的蒸发器第二输出端分为两路，一路经过第五电磁阀与热源塔溶液回路中的热源塔输入端连接，另一路通过第九电磁阀与冷热水供水侧连接，制冷剂回路中的冷凝器第二输出端分为两路，一路经过第七电磁阀与冷热水供水侧连接，另一路通过第十一电磁阀与热源塔溶液回路中的热源塔输入端连接。
可选的，再生回路包括换热器、再生塔、第十三电磁阀、第二溶液泵及其相关管路，热源塔溶液回路中的热源塔输出端与换热器输入端连接，换热器输出端与再生塔输入端连接，再生塔输出端经第十三电磁阀与第二溶液泵输入端连接，第二溶液泵输出端与热源塔溶液回路中的热源塔输入端连接。
其中，系统在冬季常规工况运行时，热源塔溶液回路中的热源塔吸收空气中的显热与潜热供给制冷剂回路中的蒸发器，使得热源塔中溶液浓度不断下降，并通过再生回路中的再生塔再生，此时，制冷剂回路中的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第十五电磁阀开启，热源塔溶液回路中的第五电磁阀和第六电磁阀开启，负荷侧水回路中的第七电磁阀、第八电磁阀开启，再生回路中的第十三电磁阀开启，所有回路中其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器中产生压力的低压蒸气，经气液分离器、第十五电磁阀被低压压缩机吸入并压缩至中间压力，之后进入中间冷却器第一输入端，在其中被液体制冷剂冷却到与中间压力相对应的饱和温度，一部分蒸气进入高压压缩机，进一步压缩到冷凝压力，然后经油分离器分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端被冷凝成液体流入贮液器中，之后经第一电磁阀进入过冷器再一次冷却，经过第一膨胀阀降温降压，通过第二电磁阀回到中间冷却器第二输入端，或经第三电磁阀进入中间冷却器第三输入端，再进入第二膨胀阀继续节流降温降压后回到蒸发器完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，溶液从热源塔出来被第一溶液泵吸入加压后，经第六电磁阀进入蒸发器第二输入端与其中的液体制冷剂换热，出来的低温溶液再经第五电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成溶液循环；负荷侧水回路中，由冷凝器出来的热水经第七电磁阀供入建筑内，循环后出来的冷水经第八电磁阀回到冷凝器第二输入端，完成负荷侧水循环；再生回路中，稀溶液由热源塔出来经换热器提高温度，进入再生塔中释放潜热变为浓溶液，经第十三电磁阀被第二溶液泵吸入，加压送回热源塔输入端，完成溶液再生循环。
其中，系统在冬季恶劣工况运行时，热源塔与再生塔并联使用，制冷剂回路中的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第十五电磁阀开启，热源塔溶液回路中的第五电磁阀和第六电磁阀开启，负荷侧水回路中的第七电磁阀、第八电磁阀开启，再生回路中的第十三电磁阀开启，所有回路中其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器中产生压力的低压蒸气，经气液分离器、第十五电磁阀被低压压缩机吸入并压缩至中间压力，之后进入中间冷却器第一输入端，在其中被液体制冷剂冷却到与中间压力相对应的饱和温度，一部分蒸气进入高压压缩机，进一步压缩到冷凝压力，然后经油分离器分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端被冷凝成液体流入贮液器中，之后经第一电磁阀进入过冷器再一次冷却，经过第一膨胀阀降温降压，通过第二电磁阀回到中间冷却器第二输入端，或经第三电磁阀进入中间冷却器第三输入端，再进入第二膨胀阀继续节流降温降压后回到蒸发器完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，溶液从热源塔出来分为两路，一路进入再生塔，此时换热器停止工作，再生塔作为热源塔使用，由再生塔出来的溶液经第十三电磁阀被第二溶液泵吸入，加压送回热源塔输入端，而另一路直接进入第一溶液泵加压后，经第六电磁阀进入蒸发器第二输入端与其中的液体制冷剂换热，蒸发器第二输出端出来的低温溶液再经第五电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成溶液循环；负荷侧水回路中，由冷凝器出来的热水经第七电磁阀供入建筑内，循环后出来的冷水经第八电磁阀回到冷凝器第二输入端，完成负荷侧水循环。
其中，系统在夏季工况运行时，仅开启制冷剂回路中的高压压缩机，通过单级压缩给用户侧提供冷冻水，而热源塔溶液回路中的热源塔则作为冷却塔使用，给冷剂回路中的冷凝器提供冷却水；此时，制冷剂回路中的第十四电磁阀、第一电磁阀、第四电磁阀开启，负荷侧水回路中的第九电磁阀、第十电磁阀、第十一电磁阀开启，热源塔溶液回路中的第十二电磁阀开启，所有回路中的其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器中产生压力的低压蒸气，经气液分离器、第十四电磁阀直接被高压压缩机吸入压缩至冷凝压力，然后经油分离器分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端被冷凝成液体流入贮液器中，之后经第一电磁阀进入过冷器再一次冷却，经第四电磁阀进入第二膨胀阀节流降温降压，由第二膨胀阀出来后回到蒸发器第一输入端完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，冷却水从热源塔出来被第一溶液泵吸入加压后，经第十二电磁阀进入冷凝器第二输入端与其中的气态制冷剂换热，由冷凝器第二输出端出来后再经第十一电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成热源塔水循环；负荷侧水回路中，由蒸发器第二输出端出来的冷冻水经第九电磁阀供入建筑内，循环后的回水经第十电磁阀回到蒸发器第二输入端，完成负荷侧水循环。
其中，系统在过渡季节工况运行时，采用热源塔溶液回路中的热源塔与再生回路中的再生塔并联，直接蒸发冷却给建筑提供冷水，而制冷剂回路不运行；此时，热源塔溶液回路中的第六电磁阀开启，负荷侧水回路中的第八电磁阀、第九电磁阀、第十一电磁阀开启，再生回路中的第十三电磁阀开启，所有回路中的其余电磁阀均关闭；冷水由热源塔出来分为两路，一路进入再生塔进一步蒸发冷却，通过第十三电磁阀被第二溶液泵吸入，加压送入热源塔输入端，另一路则被第一溶液泵吸入，加压后经第六电磁阀、蒸发器、第九电磁阀供入建筑内，循环后的回水经第八电磁阀、冷凝器、第十一电磁阀回到热源塔输入端，完成冷水循环。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明以热源塔从空气中吸取显热和潜热，彻底解决广义空气源热泵的结霜问题。
(2)本发明的再生塔可以根据室外工况切换功能，常规工况下利用废热资源实现系统质量平衡，冬季恶劣工况下增加热质传递面积，提高供热能力，过渡季节工况可以直接采用热源塔循环冷却水，利用自然冷源供冷。
(3)本发明采用双级压缩，有效降低单级压缩机压比，扩大系统适用范围，实现北方寒冷地区的稳定高效供热。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图中：低压压缩机1、中间冷却器2、高压压缩机3、油分离器4、止回阀5、冷凝器6、贮液器7、第一电磁阀8、过冷器9、第一膨胀阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第四电磁阀13、第二膨胀阀14、蒸发器15、气液分离器16、第五电磁阀17、热源塔18、第一溶液泵19、第六电磁阀20、第七电磁阀21、第八电磁阀22、第九电磁阀23、第十电磁阀24、第十一电磁阀25、第十二电磁阀26、换热器27、再生塔28、第十三电磁阀29、第二溶液泵30、第十四电磁阀31、第十五电磁阀32。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，包括制冷剂回路、热源塔溶液(水)回路、负荷侧水回路和再生回路，制冷剂回路与热源塔溶液回路和负荷侧水回路连接，热源塔溶液回路与负荷侧水回路以及再生回路连接，负荷侧水回路与用户侧连接，为用户侧提供冷热水供水，并回收用户侧的冷热水。
其中，制冷剂回路用于更高效稳定的提供热能或冷量，热源塔溶液(水)回路用于在夏季向空气释放热量冷却冷凝器中制冷剂，冬季吸收空气中的热量传递给蒸发器，过渡季节直接冷却建筑循环水，负荷侧水回路用于向建筑侧提供热水或冷水，再生回路用于冬季常规工况时提高热源塔循环溶液浓度，冬季恶劣工况时与热源塔并联冷却建筑循环水。
其中制冷剂回路包括低压压缩机1、中间冷却器2、高压压缩机3、油分离器4、止回阀5、冷凝器6、贮液器7、第一电磁阀8、过冷器9、第一膨胀阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第四电磁阀13、第二膨胀阀14、蒸发器15、气液分离器16、第十四电磁阀31、第十五电磁阀32及其相关管路，所述制冷剂回路中，低压压缩机1的输出端与中间冷却器第一输入端2a连接，中间冷却器第一输出端2b与高压压缩机3的输入端连接，高压压缩机3的输出端与油分离器4的输入端连接，油分离器4的输出端与止回阀5连接，止回阀5与冷凝器第一输入端6a连接，冷凝器第一输出端6b与贮液器7的输入端连接，贮液器7的输出端与第一电磁阀8连接，第一电磁阀8与过冷器9的输入端连接，过冷器9的输出端分为两路，一路与第一膨胀阀10连接，另一路分别与第三电磁阀12、第四电磁阀13连接，第一膨胀阀10的输出端与第二电磁阀11连接，第二电磁阀11与中间冷却器的第二输入端2c连接，第三电磁阀12与中间冷却器的第三输入端2d连接，第二膨胀阀14的输入端与第四电磁阀13和中间冷却器的第二输出端2e管路连接，第二膨胀阀14的输出端与蒸发器第一输入端15a连接，蒸发器第一输出端15b与气液分离器16连接，气液分离器16输出端分为两路，一路经第十五电磁阀32接入低压压缩机1输入端，另一路经第十四电磁阀31接入高压压缩机3输入端。
热源塔溶液(水)回路包括热源塔18、第一溶液泵19、第六电磁阀20、第十二电磁阀26及其相关管路，热源塔18输出端与第一溶液泵19输入端连接，第一溶液泵19输出端分为两路，一路经过第六电磁阀20与蒸发器第二输入端15d连接，另一路经过第十二电磁阀26与冷凝器第二输入端6d连接。
负荷侧水回路包括第五电磁阀17、第七电磁阀21、第八电磁阀22、第九电磁阀23、第十电磁阀24、第十一电磁阀25及其相关管路，冷热水回水侧分为两路，一路经过第八电磁阀22与冷凝器第二输入端6d连接，另一路经过第十电磁阀24与蒸发器第二输入端15d连接，蒸发器第二输出端15c分为两路，一路经过第五电磁阀17与热源塔18输入端连接，另一路通过第九电磁阀23与冷热水供水侧连接，冷凝器第二输出端6c分为两路，一路经过第七电磁阀21与冷热水供水侧连接，另一路通过第十一电磁阀25与热源塔18输入端连接。
再生回路包括换热器27、再生塔28、第十三电磁阀29、第二溶液泵30及其相关管路：所述再生回路中，热源塔18输出端与换热器27输入端连接，换热器27输出端与再生塔28输入端连接，再生塔28输出端经第十三电磁阀29与第二溶液泵30输入端连接，第二溶液泵30输出端与热源塔18输入端连接。
上述实现双级压缩热源塔热泵系统，其运行工况分为四种：冬季常规工况、冬季恶劣工况、夏季工况和过渡季节工况。
冬季常规工况：冬季正常供热模式，热源塔18吸收空气中的显热与潜热供给蒸发器15，使得热源塔中溶液浓度不断下降，可通过再生塔28再生，同时制冷剂进行双级压缩循环，从而降低单级压缩比。此时，第一电磁阀8、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第五电磁阀17、第六电磁阀20、第七电磁阀21、第八电磁阀22、第十三电磁阀29、第十五电磁阀32开启，其余电磁阀关闭。制冷剂回路中，在蒸发器15中产生压力的低压蒸气，经气液分离器16、第十五电磁阀32被低压压缩机1吸入并压缩至中间压力，之后进入中间冷却器第一输入端2a，在其中被液体制冷剂冷却到与中间压力相对应的饱和温度，一部分蒸气进入高压压缩机3，进一步压缩到冷凝压力，然后经油分离器4分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端6a被冷凝成液体流入贮液器7中，之后经第一电磁阀8进入过冷器9再一次冷却，经过第一膨胀阀10降温降压，通过第二电磁阀11回到中间冷却器第二输入端2c，或经第三电磁阀12进入中间冷却器第三输入端2d，再进入第二膨胀阀14继续节流降温降压后回到蒸发器15完成制冷剂循环。热源塔溶液(水)回路中，溶液从热源塔18出来被第一溶液泵19吸入加压后，经第六电磁阀20进入蒸发器第二输入端15d与其中的液体制冷剂换热，出来的低温溶液再经第五电磁阀17进入热源塔18与空气进行热质交换完成溶液循环。负荷侧水回路中，由冷凝器6出来的热水经过第七电磁阀21供入建筑内，循环后出来的冷水(即冷水回水)经第八电磁阀22回到冷凝器第二输入端6d，完成负荷侧水循环。再生回路中，稀溶液由热源塔18出来经换热器27提高温度，进入再生塔28中释放潜热变为浓溶液，经第十三电磁阀29被第二溶液泵30吸入，加压送回热源塔18输入端，完成溶液再生循环。
冬季恶劣工况：当寒冷地区温度过低，热负荷过大时，热源塔与再生塔并联使用，提升热质传递面积，提高系统供热能力和效率。此时，第一电磁阀8、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第五电磁阀17、第六电磁阀20、第七电磁阀21、第八电磁阀22、第十三电磁阀29、第十五电磁阀32开启，其余电磁阀关闭。此时制冷剂回路、负荷侧水回路与上述冬季常规工况相同，热源塔溶液(水)回路中，溶液从热源塔18出来分为两路，一路进入再生塔28，此时换热器27停止工作，再生塔28作为热源塔使用，由再生塔28出来的溶液经第十三电磁阀29被第二溶液泵30吸入，加压送回热源塔18输入端，而另一路直接进入第一溶液泵19加压后，经第六电磁阀20进入蒸发器15第二输入端15d与其中的液体制冷剂换热，蒸发器第二输出端15c出来的低温溶液再经第五电磁阀17进入热源塔18与空气进行热质交换完成溶液循环。
本发明系统在冬季工况运行时，以室外空气作为低位热源，依靠热源塔从中吸收显热和潜热，供给热泵机组蒸发器，再由第一级制冷剂回路和第二级制冷剂回路进行两级压缩提质后，由热泵机组冷凝器给用户侧提供热水。
进一步的，依靠再生塔实现溶液再生，达到系统质量平衡，在恶劣工况下，再生塔与热源塔并联使用，增大热质传递面积，提高系统供热能力。
进一步的，热源塔输出端先连接换热器，再进入再生塔进行溶液再生，换热器可为液-液换热器或气液换热器，其利用的热源为低品位废热。
夏季工况：夏季应用双级压缩反而效率会降低，故仅开启高压压缩机3，通过单级压缩给用户侧提供冷冻水，而热源塔则作为冷却塔使用，给冷凝器提供冷却水。此时，第十四电磁阀31、第一电磁阀8、第四电磁阀13、第九电磁阀23、第十电磁阀24、第十一电磁阀25、第十二电磁阀26开启，其余电磁阀关闭。制冷剂回路中，在蒸发器15中产生压力的低压蒸气，经气液分离器16、第十四电磁阀31直接被高压压缩机3吸入压缩至冷凝压力，然后经油分离器4分离润滑油，再进入冷凝器6第一输入端6a被冷凝成液体流入贮液器7中，之后经第一电磁阀8进入过冷器9再一次冷却，经第四电磁阀13进入第二膨胀阀14节流降温降压，由第二膨胀阀14出来后回到蒸发器15第一输入端15a完成制冷剂循环。热源塔溶液(水)回路中，冷却水从热源塔18出来被第一溶液泵19吸入加压后，经第十二电磁阀26进入冷凝器6第二输入端6d与其中的气态制冷剂换热，由冷凝器第二输出端6c出来后再经第十一电磁阀25进入热源塔18与空气进行热质交换完成热源塔水循环。负荷侧水回路中，由蒸发器15第二输出端15c出来的冷冻水经第九电磁阀23供入建筑内，循环后的回水经第十电磁阀24回到蒸发器15第二输入端15d，完成负荷侧水循环。
过渡季节工况：过渡季节冷负荷较低，可以采用热源塔18与再生塔28并联，直接蒸发冷却给用户侧建筑提供冷水，而制冷剂回路不运行。此时，第六电磁阀20、第八电磁阀22、第九电磁阀23、第十一电磁阀25、第十三电磁阀29开启，其余电磁阀关闭。冷水由热源塔18出来分为两路，一路进入再生塔28进一步蒸发冷却，通过第十三电磁阀29被第二溶液泵30吸入，加压送入热源塔18输入端，另一路则被第一溶液泵19吸入，加压后经第六电磁阀20、蒸发器15、第九电磁阀23供入建筑内，循环后的回水经第八电磁阀22、冷凝器6、第十一电磁阀25回到热源塔18输入端，完成冷水循环。
本发明通过电磁阀的启闭在溶液侧(水侧)与负荷侧之间及制冷剂回路中同时进行冬夏季工况切换，在常规冬季工况下，热源塔吸收空气中的显热及潜热供给热泵机组蒸发器，通过双级压缩进行提质并给建筑供热，利用低品位废热通过再生塔对溶液进行蒸发再生；在冬季恶劣工况下，再生塔与热源塔并联使用，提升热质传递面积，提高系统供热能力和效率；在夏季工况下，仅启动高压压缩机，热源塔作为冷却塔进行单级压缩制冷循环；在过渡季节工况下，热源塔与再生塔并联，依靠蒸发冷却直接为建筑提供冷水。该系统可有效降低热源塔热泵系统在北方寒冷地区应用时的单级压比，提高恶劣工况下供热能力与效率，解决冬夏季工况系统制热/制冷能力难以匹配的问题，实现在北方地区的全年高效稳定运行。

Claims (5)

1.一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，其特征在于：该系统包括制冷剂回路、热源塔溶液回路、负荷侧水回路和再生回路，其中，制冷剂回路与热源塔溶液回路和负荷侧水回路连接，热源塔溶液回路与负荷侧水回路以及再生回路连接，负荷侧水回路与需求侧连接，为需求侧提供冷热水供水，并回收需求侧的冷热水；
制冷剂回路包括低压压缩机(1)、中间冷却器(2)、高压压缩机(3)、油分离器(4)、止回阀(5)、冷凝器(6)、贮液器(7)、第一电磁阀(8)、过冷器(9)、第一膨胀阀(10)、第二电磁阀(11)、第三电磁阀(12)、第四电磁阀(13)、第二膨胀阀(14)、蒸发器(15)、气液分离器(16)、第十四电磁阀(31)、第十五电磁阀(32)及其相关管路，其中，低压压缩机的输出端与中间冷却器第一输入端(2a)连接，中间冷却器第一输出端(2b)与高压压缩机的输入端连接，高压压缩机的输出端与油分离器的输入端连接，油分离器的输出端与止回阀连接，止回阀与冷凝器第一输入端(6a)连接，冷凝器第一输出端(6b)与贮液器的输入端连接，贮液器的输出端与第一电磁阀连接，第一电磁阀与过冷器的输入端连接，过冷器的输出端分为两路，一路与第一膨胀阀连接，另一路分别与第三电磁阀、第四电磁阀连接，第一膨胀阀的输出端与第二电磁阀连接，第二电磁阀与中间冷却器的第二输入端(2c)连接，第三电磁阀与中间冷却器的第三输入端(2d)连接，第二膨胀阀的输入端与第四电磁阀和中间冷却器的第二输出端(2e)管路连接，第二膨胀阀的输出端与蒸发器第一输入端(15a)连接，蒸发器第一输出端(15b)与气液分离器连接，气液分离器输出端分为两路，一路经第十五电磁阀接入低压压缩机输入端，另一路经第十四电磁阀接入高压压缩机输入端；
热源塔溶液回路包括热源塔(18)、第一溶液泵(19)、第六电磁阀(20)、第十二电磁阀(26)及其相关管路，其中，热源塔输出端与第一溶液泵输入端连接，第一溶液泵输出端分为两路，一路经过第六电磁阀与制冷剂回路中的蒸发器(15)第二输入端(15d)连接，另一路经过第十二电磁阀与制冷剂回路中的冷凝器(6)第二输入端(6d)连接；
再生回路包括换热器(27)、再生塔(28)、第十三电磁阀(29)、第二溶液泵(30)及其相关管路，热源塔溶液回路中的热源塔(18)输出端与换热器输入端连接，换热器输出端与再生塔输入端连接，再生塔输出端经第十三电磁阀与第二溶液泵输入端连接，第二溶液泵输出端与热源塔溶液回路中的热源塔输入端连接；
系统在冬季恶劣工况运行时，热源塔与再生塔并联使用，制冷剂回路中的第一电磁阀(8)、第二电磁阀(11)、第三电磁阀(12)和第十五电磁阀(32)开启，热源塔溶液回路中的第五电磁阀(17)和第六电磁阀(20)开启，负荷侧水回路中的第七电磁阀(21)、第八电磁阀(22)开启，再生回路中的第十三电磁阀(29)开启，所有回路中其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器(15)中产生压力的低压蒸气，经气液分离器(16)、第十五电磁阀被低压压缩机(1)吸入并压缩至中间压力，之后进入中间冷却器第一输入端(2a)，在其中被液体制冷剂冷却到与中间压力相对应的饱和温度，一部分蒸气进入高压压缩机(3)，进一步压缩到冷凝压力，然后经油分离器(4)分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端(6a)被冷凝成液体流入贮液器(7)中，之后经第一电磁阀进入过冷器(9)再一次冷却，经过第一膨胀阀(10)降温降压，通过第二电磁阀回到中间冷却器第二输入端(2c)，或经第三电磁阀进入中间冷却器第三输入端(2d)，再进入第二膨胀阀(14)继续节流降温降压后回到蒸发器完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，溶液从热源塔(18)出来分为两路，一路进入再生塔(28)，此时换热器(27)停止工作，再生塔(28)作为热源塔使用，由再生塔(28)出来的溶液经第十三电磁阀(29)被第二溶液泵(30)吸入，加压送回热源塔(18)输入端，而另一路直接进入第一溶液泵(19)加压后，经第六电磁阀进入蒸发器(15)第二输入端(15d)与其中的液体制冷剂换热，蒸发器第二输出端(15c)出来的低温溶液再经第五电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成溶液循环；负荷侧水回路中，由冷凝器(6)出来的热水经第七电磁阀(21)供入建筑内，循环后出来的冷水经第八电磁阀回到冷凝器第二输入端(6d)，完成负荷侧水循环。
2.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，其特征在于：负荷侧水回路包括第五电磁阀(17)、第七电磁阀(21)、第八电磁阀(22)、第九电磁阀(23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)及其相关管路，冷热水回水侧分为两路，一路经过第八电磁阀与制冷剂回路中的冷凝器(6)第二输入端(6d)连接，另一路经过第十电磁阀与制冷剂回路中的蒸发器第二输入端(15d)连接，制冷剂回路中的蒸发器第二输出端(15c)分为两路，一路经过第五电磁阀与热源塔溶液回路中的热源塔输入端连接，另一路通过第九电磁阀与冷热水供水侧连接，制冷剂回路中的冷凝器第二输出端(6c)分为两路，一路经过第七电磁阀与冷热水供水侧连接，另一路通过第十一电磁阀与热源塔溶液回路中的热源塔(18)输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，其特征在于：系统在冬季常规工况运行时，热源塔溶液回路中的热源塔(18)吸收空气中的显热与潜热供给制冷剂回路中的蒸发器(15)，使得热源塔中溶液浓度不断下降，并通过再生回路中的再生塔(28)再生，此时，制冷剂回路中的第一电磁阀(8)、第二电磁阀(11)、第三电磁阀(12)和第十五电磁阀(32)开启，热源塔溶液回路中的第五电磁阀(17)和第六电磁阀(20)开启，负荷侧水回路中的第七电磁阀(21)、第八电磁阀(22)开启，再生回路中的第十三电磁阀(29)开启，所有回路中其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器(15)中产生压力的低压蒸气，经气液分离器(16)、第十五电磁阀被低压压缩机(1)吸入并压缩至中间压力，之后进入中间冷却器第一输入端(2a)，在其中被液体制冷剂冷却到与中间压力相对应的饱和温度，一部分蒸气进入高压压缩机(3)，进一步压缩到冷凝压力，然后经油分离器(4)分离润滑油，再进入冷凝器第一输入端(6a)被冷凝成液体流入贮液器(7)中，之后经第一电磁阀进入过冷器(9)再一次冷却，经过第一膨胀阀(10)降温降压，通过第二电磁阀回到中间冷却器第二输入端(2c)，或经第三电磁阀进入中间冷却器第三输入端(2d)，再进入第二膨胀阀(14)继续节流降温降压后回到蒸发器完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，溶液从热源塔(18)出来被第一溶液泵(19)吸入加压后，经第六电磁阀进入蒸发器第二输入端(15d)与其中的液体制冷剂换热，出来的低温溶液再经第五电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成溶液循环；负荷侧水回路中，由冷凝器(6)出来的热水经第七电磁阀(21)供入建筑内，循环后出来的冷水经第八电磁阀回到冷凝器第二输入端(6d)，完成负荷侧水循环；再生回路中，稀溶液由热源塔出来经换热器(27)提高温度，进入再生塔(28)中释放潜热变为浓溶液，经第十三电磁阀(29)被第二溶液泵(30)吸入，加压送回热源塔输入端，完成溶液再生循环。
4.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，其特征在于：系统在夏季工况运行时，仅开启制冷剂回路中的高压压缩机(3)，通过单级压缩给用户侧提供冷冻水，而热源塔溶液回路中的热源塔(18)则作为冷却塔使用，给冷剂回路中的冷凝器提供冷却水；此时，制冷剂回路中的第十四电磁阀(31)、第一电磁阀(8)、第四电磁阀(13)开启，负荷侧水回路中的第九电磁阀(23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)开启，热源塔溶液回路中的第十二电磁阀(26)开启，所有回路中的其余电磁阀均关闭；制冷剂回路中，在蒸发器(15)中产生压力的低压蒸气，经气液分离器(16)、第十四电磁阀(31)直接被高压压缩机(3)吸入压缩至冷凝压力，然后经油分离器(4)分离润滑油，再进入冷凝器(6)第一输入端(6a)被冷凝成液体流入贮液器(7)中，之后经第一电磁阀进入过冷器(9)再一次冷却，经第四电磁阀进入第二膨胀阀(14)节流降温降压，由第二膨胀阀出来后回到蒸发器第一输入端(15a)完成制冷剂循环；热源塔溶液回路中，冷却水从热源塔出来被第一溶液泵(19)吸入加压后，经第十二电磁阀进入冷凝器第二输入端(6d)与其中的气态制冷剂换热，由冷凝器第二输出端(6c)出来后再经第十一电磁阀进入热源塔与空气进行热质交换完成热源塔水循环；负荷侧水回路中，由蒸发器第二输出端(15c)出来的冷冻水经第九电磁阀供入建筑内，循环后的回水经第十电磁阀回到蒸发器第二输入端(15d)，完成负荷侧水循环。
5.根据权利要求1所述的一种适用于寒冷地区的双级压缩热源塔热泵系统，其特征在于：系统在过渡季节工况运行时，采用热源塔溶液回路中的热源塔(18)与再生回路中的再生塔(28)并联，直接蒸发冷却给建筑提供冷水，而制冷剂回路不运行；此时，热源塔溶液回路中的第六电磁阀(20)开启，负荷侧水回路中的第八电磁阀(22)、第九电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)开启，再生回路中的第十三电磁阀(29)开启，所有回路中的其余电磁阀均关闭；冷水由热源塔出来分为两路，一路进入再生塔进一步蒸发冷却，通过第十三电磁阀被第二溶液泵(30)吸入，加压送入热源塔输入端，另一路则被第一溶液泵(19)吸入，加压后经第六电磁阀(20)、蒸发器(15)、第九电磁阀(23)供入建筑内，循环后的回水经第八电磁阀(22)、冷凝器(6)、第十一电磁阀(25)回到热源塔输入端，完成冷水循环。
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