CN112097303A - 一种模块化动力集成机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了冷热供应技术领域的一种模块化动力集成机组，包括高效冷热供应系统，所述高效冷热供应系统包括热冷源、输配系统、末端系统与输配管路，所述输配系统包括模块化动力集成机组，所述模块化动力集成机组电性输出连接输配功能单元、辅助加热及平衡热损失功能单元与自控单元，热冷源为空气源热泵，且空气源热泵安装在建筑物的屋面，适用范围广，不受地域限制，新建、改建的居住小区均适用，有效解决地区空气源热泵供暖效果不佳的问题，施工方便灵活，可为不同单体建筑规模配备数量不同的模块，对小区环境空间影响较小，检修时可仅针对单一模块进行切断检修，不会影响到所有楼栋的供暖。

Description

一种模块化动力集成机组

技术领域

本发明涉及冷热供应技术领域，具体为一种模块化动力集成机组。

背景技术

现有楼房中的供热与供冷一般都是通过在楼房各个房间中单独安装空调，不能以楼为单元，采用分布式空气源供热(供冷)系统，形成一个整体的集成输配及控制的模块设备，对整个楼进行供热(供冷)，且一般分布式的空气源供热(供冷)系统适用范围小且受地域限制较多，不能有效解决地区空气源热泵供暖效果不佳的问题，且施工不方便，不能为不同单体建筑规模配备数量不同的模块，不方便检修。为此，我们提出一种模块化动力集成机组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化动力集成机组，以解决上述背景技术中提出的问题。

2.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模块化动力集成机组，包括主体框架，所述主体框架的内腔设置内隔板，所述内隔板的与主体框架的左侧隔层中设置电控柜，所述主体框架的内腔设置闭式承压蓄能罐，所述主体框架的内腔顶部右侧设置固定基板，所述固定基板的底部连接加热器，所述主体框架的内腔底部右侧设置末端循环泵，所述主体框架的内腔右侧设置两组限位板块，且末端循环泵设置在两组限位板块的夹层中，所述主体框架的内腔设置闭式承压蓄能罐固定架，且闭式承压蓄能罐安装在闭式承压蓄能罐固定架的内侧，所述主体框架的后端内壁设置软水器固定架，所述软水器固定架的内壁安装软水器，所述电控柜电性连接高效冷热供应系统，所述高效冷热供应系统，所述高效冷热供应系统包括热冷源、输配系统、末端系统与输配管路，所述输配系统包括模块化动力集成机组，所述模块化动力集成机组电性输出连接输配功能单元、辅助加热及平衡热损失功能单元与自控单元，热冷源为空气源热泵，且空气源热泵安装在建筑物的屋面，所述输配系统中的模块化动力集成机组与空气热源泵一同安装在建筑屋面，所述输配功能单元中设置末端循环泵、软水器、自动加药装置及补水装置，所述辅助加热及平衡热损失功能单元中设置闭式承压蓄能罐与加热器，所述自控单元中设置测量元器件的传感器、电脑监控系统、PLC控制系统、控制元器件。

进一步的，所述模块化动力集成机组的末端供水处与回水处均安装温度计，且温度计电性连接线控器。

进一步的，所述闭式承压蓄能罐的有效容积为1.5～2m³，且直径为1.1m，高度为1.8m。

进一步的，所述末端循环泵共有两组，且末端循环泵采用变频调节，最低频率为30HZ。

进一步的，所述闭式承压蓄能罐为立式承压水罐，水罐的上下均设置封头，封头为双层钢板，且水管的夹层中填充保温材料，水管的底部设置支腿，支腿与机组底框架通过10#槽钢固定。

进一步的，所述所述软水器固定架采用45#角铁，且软水器固定架与软水器之间的间距为900～10000mm。

进一步的，所述PLC控制系统采用控制柜的绝缘电压不小于1000V，控制柜的内壁设置正压风扇与过滤层，且控制柜外壁设置声光报警灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.配合分布式空气源供热(供冷)系统使用，适用范围广，不受地域限制，新建、改建的居住小区均适用；

2.该模块化动力机组除设计有输配功能外，还专门为空气源热泵供暖系统在高湿下结霜化霜特点配备有闭式承压水箱，可有效解决地区空气源热泵供暖效果不佳的问题；

3.该机组安装于空气源热泵机组与供冷供热主管道之间，采用高度集成模块化设计形式，集输配系统与控制系统为一体，安装时与机组侧和末端侧仅有供回水管路对接，施工方便灵活，可为不同单体建筑规模配备数量不同的模块；

4.相对于传统集中供热，输配系统及绝大部分管道均集成在模块化箱体中，且模块安装于建筑屋面，对小区环境空间影响较小；

5.由于采用模块化设计，检修时可仅针对单一模块进行切断检修，不会影响到所有楼栋的供暖；

6.该机组同时将智能控制系统装配在模块中，可以根据服务建筑整个空调采暖季不同阶段的需冷需热特点，结合室外环境温湿度，实时调整运行策略，使得输送至末端用户的冷热量与需求量最大化匹配，做到按需供能，且将整套供冷供热系统按能效最优原则运行；

7.该机组可实现包括能源输配、冬季供暖辅助加热与平衡热损、流量调节、冷热量计量、电度计量、重要采集点数据记录、系统运行效率计算并显示、数据远传及远程操控等在内的多种功能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构俯视图；

图3为本发明系统框图；

图4为本发明输配系统结构示意图；

图5为本发明系统流程图。

图中：1、主体框架；2、输配系统；21、模块化动力集成机组；22、输配功能单元；23、辅助加热及平衡热损失功能单元；24、自控单元；3、末端系统；4、输配管路；5、高效冷热供应系统；6、内隔板；7、电控柜；8、闭式承压蓄能罐；9、固定基板；10、加热器；11、末端循环泵；12、限位板块；13、闭式承压蓄能罐固定架；14、软水器固定架；15、软水器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种模块化动力集成机组，包括主体框架1，主体框架1的内腔设置内隔板6，内隔板6的与主体框架1的左侧隔层中设置电控柜7，主体框架1的内腔设置闭式承压蓄能罐8，主体框架1的内腔顶部右侧设置固定基板9，固定基板9的底部连接加热器10，主体框架1的内腔底部右侧设置末端循环泵11，主体框架1的内腔右侧设置两组限位板块12，且末端循环泵11设置在两组限位板块12的夹层中，主体框架1的内腔设置闭式承压蓄能罐固定架13，且闭式承压蓄能罐8安装在闭式承压蓄能罐固定架13的内侧，主体框架1的后端内壁设置软水器固定架14，软水器固定架14的内壁安装软水器15，电控柜7电性连接高效冷热供应系统5，高效冷热供应系统5，高效冷热供应系统5，高效冷热供应系统5包括热冷源、输配系统2、末端系统3与输配管路4，输配系统2包括模块化动力集成机组21，模块化动力集成机组21电性输出连接输配功能单元22、辅助加热及平衡热损失功能单元23与自控单元24，热冷源为空气源热泵，且空气源热泵安装在建筑物的屋面，空气源机组均自带环境温度，但机组结霜和化霜时对此温度准确程度影响较大，且没有环境湿度的采集配备，在机组外部增加环境温湿度采集，便于运营时对运行数据的分析处理，及时调节运行策略，输配系统2中的模块化动力集成机组21与空气热源泵一同安装在建筑屋面，末端系统3主要包括风机盘管，冷暖两用散热器与地板辅助采暖等，输配管路4主要分为主供回水立管(设置在公共楼梯间管井内)、每户分配管路、户内供回水管、输配功能单元22中设置末端循环泵、软水器15、自动加药装置及补水装置，辅助加热及平衡热损失功能单元23中设置闭式承压蓄能罐8与电辅助的加热器10，在电辅助的加热器10支路出口处安装温度计，作为是否开启加热器的判断条件，自控单元24中设置测量元器件的传感器、电脑监控系统、PLC控制系统、控制元器件；

模块化动力集成机组21开发数据：服务建筑规模5000㎡，冷负荷需求为400kW,冷负荷指标为80W/㎡，热负荷需求为225kW，热负荷指标为45/㎡，有超过此容量需求的项目按模块叠加处理；

根据机组可实现的功能，机组主要由输配功能单元22、辅助加热及平衡热损失功能单元23、自控单元组成24；

在输配功能单元22中，主要有末端循环泵11、软水器15(预留)、自动加药装置(预留)、补水装置(采用电接表或者自动补水阀)及相应的管路及阀门部件；

在辅助加热及平衡热损失功能单元23中，主要有闭式承压蓄能罐8及电辅助的加热器10，相应的管路及阀门部件；

在自控单元24中，有测量元器件的传感器、电脑监控系统、PLC控制系统、触摸屏等主要控制元器件；

模块化动力集成机组21的末端供水处与回水处均安装温度计，且温度计电性连接线控器，在供水处设置的温度计可以在夏季作为目标温度，冬季可与回水温度同时作为目标温度的备选对象，而在回水处安装温度计可作为冬季目标温度的选择控制对象，且通过线控器控制目标温度时仅是将作为主机的空气源的温度当做控制对象，在机组主机侧供水、回水均安装温度计的目的在于便于运营方清晰了解线控器控制温度与总管路温度的偏差，可将偏差值考虑进自控中，修正目标温度的设定，在机组末端供水和回水处安装压力传感器，便于分析系统当前的水力情况；

高效冷热供应系统5运行电力、冷热量、流量和效率的测量测算仪表采用热计量表，是系统运行模式和数据分析的主要依据，亦可通过在其他条件恒定状态下流量的变化判断过滤器是否脏堵；

闭式承压蓄能罐8的有效容积为1.5～2m³，且直径为1.1m，高度为1.8m；

末端循环泵11共有两组，且末端循环泵11采用变频调节，最低频率为30HZ，在水泵出口设置压力传感器，与水泵入口压力传感器的读数、末端供水压力读数一起作为过滤器是否脏堵的判断条件；

闭式承压蓄能罐8为立式承压水罐，水罐的上下均设置封头，封头为双层钢板，且水管的夹层中填充保温材料，水管的底部设置支腿，支腿与机组底框架通过10#槽钢固定，在水罐内部上方安装有温度计，基于通过温度计的读数与管路温度的对比，便于判断水罐中是否存在空气；

软水器固定架14采用45#角铁，且软水器固定架14与软水器15之间的间距为900～10000mm；

PLC控制系统采用控制柜的绝缘电压不小于1000V，控制柜的内壁设置正压风扇与过滤层，且控制柜外壁设置声光报警灯。

机组可实现的功能：

(1)可根据实际负荷需求自动变流量，配合主机开启台数，实现末端用户按能供给；

(2)在冬季采暖时，可在室外环境恶劣时，对空气源主机供热能力提供补充(主要通过电辅助加热，配备基础电加热器并预留扩充接口)；增大系统水容量，减小融霜时供水温度的波动(主要通过蓄能水箱实现)；

(3)装配有高精度过滤器，防止末端系统水路堵塞；

(4)预留有软化水设备和加药装置，对水质预留处理条件；

(5)设备安装于建筑屋面，利用建筑加压供水作为系统补水，采用电接表或者自动补水阀实现自动补水，可适用于高度不同的建筑；

(6)集成自控系统，搭载云平台与计算，基于云平台的大数据功能。

附件列表：

传感器列表：

部件的选择原则：考虑到设备的维护方便性，在选择零部件时，尽可能选择市面已有的、性能优异的、成熟稳定的产品。这样考虑的目的一是基于综合经济成本；二是选择标准的、已经成熟的产品，便于维修时容易方便局势地找到需要替换的零部件；三是节省时间，提高设备制造的效率。

闭式承压蓄能罐8的设计及作用：

闭式承压蓄能罐8在本机组中的作用为增大系统水容量，减小空气源融霜时供水温度的波动。水罐有效容积为1.5～2m³，初步设计为直径1.1m，高度1.8m。

闭式承压蓄能罐8的作用为增大系统水容量，减小融霜时供水温度的波动。按照系统水容量和结化霜状态下机组供热能力的衰减综合得出水罐的容积。空气源模块名义工况制热量为142kW(环境温度7℃，供水45℃)，根据厂家样册，当环境温度下降至0℃，供水温度50℃时，机组的供热量将衰减至名义工况的0.84。

机组化霜阶段对制热量衰减的影响：

机组结霜严重时，运行的机组制热量将衰减11％，加之在结霜的室外温度下，机组本身的制热量为名义工况的的84％，机组在此时的供热能力为名义工况的0.75。

每个空气源分为2个模块，模块化霜间隔时间为30分钟，化霜过程为9分钟，首次化霜间隔时间为7分钟，以此建立模型，在这种室外气候条件下，即便采用轮流化霜的运行策略，每小时内化霜机组运行占比约为23％。

再建立此气候条件下，机组制冷状态下化霜时产生的制冷量计算模型，按照上面的结霜分析表中运行的机组制热量将衰减11％时的机组运行工况，以及玫瑰园采暖季运行经验，这时机组运行制冷模式时，对应的冷凝温度为0℃(室外环境温度)，参考有关文献中逆循环融霜时的分析，化霜时排气压力平均值为10.5bar(冷凝温度为13℃)，蒸发温度为7℃，此时机组的制冷量为名义工况的约1.4倍。

综合两个计算模型，在此气候条件下，化霜过程对机组供热能力的影响大约为9％。

徐州地区冬季天气分为三种显著：1、早晚夜间湿度大，易结霜，中午前后湿度小，不易结霜；2、全天湿度大(有雨有雪有雾)；3、采暖初期或末期全天湿度不大，机组基本无霜运行。仅在第1中天气下使用水罐储热释热，按玫瑰园冬季供暖运行记录看，一般从上午10点至下午16点天气情况可只运行2台机组，另外1台可以储热；从晚上23点到次日早5点应进行释热。

再以本次开发的基础数据测算，单个系统的水容量约为4.2m³，室内管路水容量按平均管径De32计算，对于前面计算得出的每小时机组衰减的制热量，在此规模的水容量下会使得供水温度每小时下降1.7℃，夜间6小时供水温度将从45℃降低至36℃。

通过增设一定容积的闭式承压蓄能罐8，增大系统的水容量，使得每小时机组衰减的制热量对供水温度的影响降低，按照运行经验，当供水温度能保持在38℃以上时，用户的不满意度能再可接受范围内，按照此温降计算，闭式承压蓄能罐的容积控制在1.5～2m³。

加热器10的设计及作用：

加热器10在本机组中的作用是制热的辅助热源，当空气源热泵受室外环境影响供热效率较差，供水温度持续低于目标设定温度时，开启加热器10，并依据供水温度与目标温度的差值变化情况自动调节加热器的加载量。

末端循环泵11的设计及作用：

末端循环泵11作为输配单元的主要构成设备，为水系统提供循环动力。水泵采用1用1备，以防主泵出现问题的时候能够使得系统继续正常运转。水泵采用变频调节，最低频率为30HZ,通过供回水温差的变化情况自动调节水泵运行频率

自动加药装置的设计及作用：

自动加药装置在本机组中的作用是对水系统进行水质稳定处理。自动加药系统(包括自动加药设备，自动排污装置)包括控制箱、在线测量仪表、加药泵、加药桶及液位控制部分。它可使中央空调系统内的水质获得有效的监控，使水系统内保持适量的均匀的药剂浓度，减少排污量，节约用水，自动维持系统水质指标在控制范围内。自动加药系统可以实现定时、定量自动加药,或通过监测电导率、PH值往水系统投加水处理药剂；

软化水设备包括软水器固定架14与软水器15，则软化水设备的设计及作用：

补给水通常情况下将使用自来水，在部分项目中如自来水水质硬度过大，可增设软化水设备，对补水进行软化处理，本设备在本机组开发时将预留有安装条件，根据项目自来水水质的不同来定制化装配此设备。

基本设计原则：

1、空间上输配单元与辅助加热与平衡热损失单元划分成一个内空间区域；自控单元划分为一个内空间区域；两个空间区域互为独立。

2、机组设备内管道走向遵循化工管道的设计原则，即横平竖直原则，同时兼顾空调采暖设计的要求，留出必要的保温材料发泡或包扎空间，也考虑了设备在制造或维护时的操作空间。

3、零部件的选择原则：考率到设备的维护方便性，在选择零、部件时，尽可能选择市面已有的、性能优异的、成熟稳定的主品。这样考虑的目的一是基于综合经济成本，二是选择标准的、已经成熟的产品，便于维修时容易方便局势地找到需要替换的零、部件，三是节省时间，提高设备制造的效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种模块化动力集成机组，包括主体框架(1)，其特征在于：所述主体框架(1)的内腔设置内隔板(6)，所述内隔板(6)的与主体框架(1)的左侧隔层中设置电控柜(7)，所述主体框架(1)的内腔设置闭式承压蓄能罐(8)，所述主体框架(1)的内腔顶部右侧设置固定基板(9)，所述固定基板(9)的底部连接加热器(10)，所述主体框架(1)的内腔底部右侧设置末端循环泵(11)，所述主体框架(1)的内腔右侧设置两组限位板块(12)，且末端循环泵(11)设置在两组限位板块(12)的夹层中，所述主体框架(1)的内腔设置闭式承压蓄能罐固定架(13)，且闭式承压蓄能罐(8)安装在闭式承压蓄能罐固定架(13)的内侧，所述主体框架(1)的后端内壁设置软水器固定架(14)，所述软水器固定架(14)的内壁安装软水器(15)，所述电控柜(7)电性连接高效冷热供应系统(5)，所述高效冷热供应系统(5)，所述高效冷热供应系统(5)包括热冷源、输配系统(2)、末端系统(3)与输配管路(4)，所述输配系统(2)包括模块化动力集成机组(21)，所述模块化动力集成机组(21)电性输出连接输配功能单元(22)、辅助加热及平衡热损失功能单元(23)与自控单元(24)，热冷源为空气源热泵，且空气源热泵安装在建筑物的屋面，所述输配系统(2)中的模块化动力集成机组(21)与空气热源泵一同安装在建筑屋面，所述输配功能单元(22)中设置末端循环泵(11)、软水器(15)、自动加药装置及补水装置，所述辅助加热及平衡热损失功能单元(23)中设置闭式承压蓄能罐(8)与加热器(10)，所述自控单元(24)中设置测量元器件的传感器、电脑监控系统、PLC控制系统、控制元器件。

2.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述模块化动力集成机组(21)的末端供水处与回水处均安装温度计，且温度计电性连接线控器。

3.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述闭式承压蓄能罐(8)的有效容积为1.5～2m³，且直径为1.1m，高度为1.8m。

4.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述末端循环泵(11)共有两组，且末端循环泵采用变频调节，最低频率为30HZ。

5.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述闭式承压蓄能罐(8)为立式承压水罐，水罐的上下均设置封头，封头为双层钢板，且水管的夹层中填充保温材料，水管的底部设置支腿，支腿与机组底框架通过10#槽钢固定。

6.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述所述软水器固定架(14)采用45#角铁，且软水器固定架(14)与软水器(15)之间的间距为900～10000mm。

7.根据权利要求1所述的一种模块化动力集成机组，其特征在于：所述PLC控制系统采用控制柜的绝缘电压不小于1000V，控制柜的内壁设置正压风扇与过滤层，且控制柜外壁设置声光报警灯。

Images