CN112113297A - 一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统及其使用方法 - Google Patents

一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统及其使用方法。本发明包括冷水机组、四管制能量提升机、室外侧换热系统、空调冷水循环泵一、空调冷水循环泵二、冷水集水器、冷水分水器、空调冷水系统定压装置、空调热水循环泵、冷/热水集水器、冷/热水分水器、空调热水系统定压装置、切换阀门、压差旁通阀组；通过使用四管制能量提升机并同时通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统。本发明克服了传统的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调系统不能同时供冷供热的缺点，能够更节能、高效、便捷、灵活应对冬季的供冷与供热需求，提高室内舒适度。

Description

一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系 统及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种空调系统，尤其涉及一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统及其使用方法。
背景技术
夏热冬暖地区(尤其是夏热冬暖南区)的大型公共建筑，如酒店、医院、综合体等，全年的负荷特征呈现为夏季冷负荷较大，冬季室外温度相对较高、热负荷较小，且热负荷主要为新风热负荷；由于建筑规模大、进深大，空调内、外分区非常明显，空调系统外区在夏季存在冷负荷、冬季存在热负荷，内区则全年存在冷负荷。这类建筑要求空调系统在夏季供冷，冬季能够同时为内、外区分别供冷、供热。
传统常用的冷水机组+热泵机组构建的空调系统仅能满足单一的供冷或供热要求，难以满足同时有冷、热负荷的建筑物空调需求；传统常用的冷水机组+锅炉构建的空调系统可满足同时供冷供热要求，但初投资较大、运行费用较高、占用机房面积较大，且锅炉房存在发生安全事故的可能性。发明专利ZL201510631865.2公开了一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调系统及其使用方法，它虽然解决了冬季同时为内、外区分别供冷、供热的技术问题，却仍存在以下问题：冬季采用冷水机组进行供冷、采用热泵机组进行供热，两套设备须同时运行，且冷水机组大马拉小车、能耗仍然较高，管路相对复杂、需要专业人员进行阀门切换操作。
发明内容
本发明的目的在于克服传统冷水机组+热泵机组构建的空调系统、冷水机组+锅炉构建的空调系统的不足，提供适用于夏热冬暖地区大型公共建筑的一种经济、健康、舒适、绿色、环保、节能的四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统及其使用方法。
本发明所采用的技术方案是：对传统冷水机组+热泵机组构建的空调系统流程进行改良，使用四管制能量提升机替换普通的热泵机组，同时通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统。
它包括冷水机组1、四管制能量提升机2、室外侧换热系统3、空调冷水循环泵一4、空调冷水循环泵二5、冷水集水器6、冷水分水器7、空调冷水系统定压装置8、空调热水循环泵9、冷/热水集水器10、冷/热水分水器11、空调热水系统定压装置12、切换阀门、压差旁通阀组；
冷水机组1蒸发器21的供水管和四管制能量提升机2冷水侧23的冷水供水管均接入冷水分水器7；同时，冷水分水器7接出两路冷水供水支管，一路接全年供冷环路的空调末端冷水供水管，一路接冷/热水分水器11；其中，接冷/热水分水器11的支管上设置切换用的第一阀门31；
有两路冷水回水支管接入冷水集水器6，一路为全年供冷环路的空调末端冷水回水管，一路为从冷/热水集水器10接出的回水管；其中，从冷/热水集水器10接出的支管上设置切换用的第二阀门32；
从冷水集水器6接出两路冷水回水管，一路通过空调冷水循环泵一4加压回流至冷水机组1的蒸发器21并经换热后成为空调冷水供水；一路通过空调冷水循环泵二5加压，回流至四管制能量提升机2的冷水侧23并经换热后成为空调冷水供水；
冷水集水器6与冷水分水器7间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组；冷水集水器6与空调冷水系统定压装置8连接；
四管制能量提升机2热水侧24的热水供水管接入冷/热水分水器11，其中，该支路上设置切换用的第四阀门34；从冷/热水分水器11接出的支路接冷热切换环路的空调末端供水管；
从冷/热水集水器10接出一路支管通过空调热水循环泵9加压，回流至过四管制能量提升机2的热水侧24并经换热后成为空调热水供水；冷热切换环路空调末端回水管接入冷/热水集水器10；
冷/热水集水器10与冷/热水分水器11间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组，同时旁通管上设置切换用的第三阀门33；冷/热水集水器10与空调热水系统定压装置12连接；
冷水机组1的冷凝器22接接室外侧换热系统3。
一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统的使用方法，它分为供冷工况和同时供冷供热工况：
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷工况的工作流程如下：冷水机组1供冷、四管制能量提升机2供冷、室外侧换热系统3运行、空调冷水循环泵一4、空调冷水循环泵二5运行、空调冷水系统定压装置8运行、切换阀门中第一阀门31和第二阀门32打开、切换阀门中第三阀门33和第四阀门34关闭；
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷供热工况的工作流程如下：四管制能量提升机2同时供冷供热、空调冷水循环泵一5运行、空调冷水系统定压装置8运行、空调热水循环泵9运行、空调热水系统定压装置12运行、切换阀门中第一阀门31和第二阀门32关闭、切换阀门中第三阀门33和第四阀门34打开。
本发明的整体设计理念为：对传统的冷水机组+热泵机组的空调系统进行改良，使用四管制能量提升机替换普通风冷热泵机组，同时通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建适用于夏热冬暖地区大型公共建筑的一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统。主机采用冷水机组加四管制能量提升机的组合形式，根据建筑不同区域不同季节的冷热需求，设置两组集分水器，一组为冷水分、集水器，为全年需要供冷的区域提供冷水，一组为冷/热水分、集水器，通过冷热切换，对于夏季有冷负荷，冬季有热负荷的区域分季节提供冷、热水。
本发明的优点如下：
1.与传统的冷水机组+热泵机组构建的空调系统相比，冷水机组一致，使用四管制能量提升机替换传统的热泵机组，同时增加一对集分水器及些许切换阀门，即可实现同时供冷供热，克服了传统的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调系统不能同时供冷供热的缺点，准确控制各空调区的温度，提高室内舒适度。
2.与传统的冷水机组+锅炉构建的四管制空调系统相比，初投资更省、占用机房面积更小。用热泵进行供热比用锅炉供热能效更高、运行费用更省，且摒除了锅炉房发生安全事故的可能性。
3.与ZL201510631865.2专利相比，冬季使用四管制能量提升机同分别为建筑内、外区供冷、供热，且同时供冷供热的综合能效比高，运行更加节能，解决了ZL201510631865.2专利冬季运行，冷水机组大马拉小车、能耗仍然较高的问题。
4.本系统在使用四管制能量提升机替换传统的热泵机组的同时，增加了一对集分水器及些许切换阀门，搭建了一种新型的经济、健康、舒适、绿色、环保、节能的热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调系统。
附图说明
图1一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统原理图；
图1a一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷工况原理图；
图1b一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统同时供冷供热工况原理图。
标号说明
1冷水机组、2四管制能量提升机、3室外侧换热系统、4空调冷水循环泵一、5空调冷水循环泵二、6冷水集水器、7冷水分水器、8空调冷水系统定压装置、9空调热水循环泵、10冷/热水集水器、11冷/热水分水器、12空调热水系统定压装置、21蒸发器、22；冷凝器、23四管制能量提升机冷水侧、24四管制能量提升机热水侧、31第一阀门、32第二阀门、33第三阀门、34第四阀门。
具体实施方式
为了使本发明的结构更加清楚完整，下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示：一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调系统，它包括冷水机组1、四管制能量提升机2、室外侧换热系统3、空调冷水循环泵一4、空调冷水循环泵二5、冷水集水器6、冷水分水器7、空调冷水系统定压装置8、空调热水循环泵9、冷/热水集水器10、冷/热水分水器11、空调热水系统定压装置12、切换阀门、压差旁通阀组；
冷水机组1蒸发器21的供水管和四管制能量提升机2冷水侧23的冷水供水管均接入冷水分水器7；同时，冷水分水器7接出两路冷水供水支管，一路接全年供冷环路的空调末端冷水供水管，一路接冷/热水分水器11；其中，接冷/热水分水器11的支管上设置切换用的第一阀门31；
有两路冷水回水支管接入冷水集水器6，一路为全年供冷环路的空调末端冷水回水管，一路为从冷/热水集水器10接出的回水管；其中，从冷/热水集水器10接出的支管上设置切换用的第二阀门32；
从冷水集水器6接出两路冷水回水管，一路通过空调冷水循环泵一4加压回流至冷水机组1的蒸发器21并经换热后成为空调冷水供水；一路通过空调冷水循环泵二5加压，回流至四管制能量提升机2的冷水侧23并经换热后成为空调冷水供水；
冷水集水器6与冷水分水器7间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组；冷水集水器6与空调冷水系统定压装置8连接；
四管制能量提升机2热水侧24的热水供水管接入冷/热水分水器11，其中，该支路上设置切换用的第四阀门34；从冷/热水分水器11接出的支路接冷热切换环路的空调末端供水管；
从冷/热水集水器10接出一路支管通过空调热水循环泵9加压，回流至过四管制能量提升机2的热水侧24并经换热后成为空调热水供水；冷热切换环路空调末端回水管接入冷/热水集水器10；
冷/热水集水器10与冷/热水分水器11间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组，同时旁通管上设置切换用的第三阀门33；冷/热水集水器10与空调热水系统定压装置12连接；
冷水机组1的冷凝器22接接室外侧换热系统3。
四管制能量提升机又叫四管制风冷热泵，采用双压缩机设计，内设辅助热平衡换热器，不仅可以在供冷时进行热量的回收，也可以在供热时进行冷量的回收，多余的冷量或热量则通过辅助热平衡换热器散发到室外。因此，其同时制冷制热的综合能效比极高，可以随时灵活应对不同比例的供冷与供热需求，冬季只需开启这一套设备即可良好地弥补发明专利ZL 201510631865.2的不足，更节能、高效、便捷、灵活应对冬季的供冷与供热需求。
与冷水机组1相连的室外侧换热系统3包括与室外介质连接的室外换热管道以及介质储蓄装置，通过选取室外换热介质，设置对应的室外侧换热系统3：
当a在地下水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地下水的地区，室外侧换热系统3可采取直接取地下水作为换热介质；
b在地表水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地表水的地区，室外侧换热系统3可采取直接取地表水作为换热介质；
c在水量不足、水质水温不适宜、水体不允许直接取用的地区，所述的室外换热管道为地埋管，介质储蓄装置为冷却塔，室外侧换热冷系统3采取地埋管与冷却塔结合的方式；
d所述的室外换热管道为管道，介质储蓄装置为冷却塔，与冷水机组1相连的室外侧换热系统可采取冷却塔或直接采取室外空气，与四管制能量提升机组2相连的室外侧换热系统直接采取室外空气。
所述的空调冷水系统定压装置8、空调热水定压装置12为膨胀水箱定压、气压罐定压、变频补水定压中的任意一种。
所述的接全年供冷环路的空调末端冷水供水管和回水管、接冷热切换环路的空调末端冷/热水供水管和回水管数量可根据空调分区需要设置一路或多路。
一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调系统通过设备启停、切换阀门启闭可实现供冷、同时供冷供热两种工况的切换。具体切换方式如下：
1一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷工况原理图如图1a所示：
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷工况的工作流程如下：冷水机组1供冷、四管制能量提升机2供冷、室外侧换热系统3运行、空调冷水循环泵一4、空调冷水循环泵二5运行、空调冷水系统定压装置8运行、切换阀门中第一阀门31和第二阀门32打开、切换阀门中第三阀门33和第四阀门34关闭。
2一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统同时供冷供热工况原理图如图1b所示：
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷供热工况的工作流程如下：四管制能量提升机2同时供冷供热、空调冷水循环泵一5运行、空调冷水系统定压装置8运行、空调热水循环泵9运行、空调热水系统定压装置12运行、切换阀门中第一阀门31和第二阀门32关闭、切换阀门中第三阀门33和第四阀门34打开。
以下为一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统的具体应用(该系统的整体布局和连接关系未对外公开)：
该应用位于南安市，总建筑面积约165241m2，地下二层，地上十二层，高度为52.25m，属于高层甲类公共建筑。本工程的地下室为各专业的设备用房和医技用房、厨房、餐厅、办公用房、停车库(战时人防)等；裙房部分由手术部、ICU、静脉配置、各科门诊、急诊、体检中心、CT、MRI、DSA、检验科、病理科、实验室等及各科病房组成；主楼由住院部病房组成。
空调计算参数按厦门(属于夏热冬暖地区)地区选取。其中，夏季空调室外计算干球温度33.5℃，湿球温度27.5℃；冬季空调计算温度6.6℃，相对湿度79％。空调冷负荷约为14100Kw，空调热负荷约为2100.5kw。裙房和病房楼内区存在冷负荷，裙房外区热负荷主要为新风热负荷。
空调系统采用一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统。裙房、病房楼空调机组以及裙房、病房楼外区风机盘管连接水系统采用冷热切换，夏季供冷，冬季供暖。裙房以及病房楼内区风机盘管连接水系统采用全年供冷设置。主机采用水冷冷水机组+四管制能量提升机的组合形式，水冷冷水机组设置在地下一层制冷机房内，四管制能量提升机设置在裙房屋面。
该项目的配置如下：
1冷水机组：
10kV高压水冷离心式冷水机组，单台额定制冷量5000KW，共2台；
水冷离心式冷水机组，单台额定制冷量2000KW，1台；
2四管制能量提升机：
四管制能量提升机组，单台额定制冷量1023.8KW，单台额定制热量1045.1Kw，共2台；
3室外侧换热系统，冷水机组室外侧换热系统采用传统冷却塔系统：
单台冷却塔额定流量1173m3/h，共2台；
单台冷却塔额定流量486m3/h，1台；
四管制能量提升机室外侧换热系统采用风冷系统，按机组选配；
4空调冷水循环泵一：
单台流量790m3/h，扬程34m，共3台，2用1备；
单台流量320m3/h，扬程35m，共2台，1用1备；
4空调冷水循环泵二：
单台流量165m3/h，扬程34m，共3台，2用1备；
6冷水集水器：D1000xL6300；
7冷水分水器：D1000xL6300；
8空调冷水系统定压装置：变频补水定压装置；
9空调热水循环泵：
单台流量200m3/h，扬程28m，共3台，2用1备；
10冷/热水集水器：D700xL6100；
11冷/热水分水器：D700xL6100；
12空调冷水系统定压装置：变频补水定压装置；
31、32、33切换阀门：阀门共计3个。

Claims (5)

1.一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统，其特征在于：它包括冷水机组(1)、四管制能量提升机(2)、室外侧换热系统(3)、空调冷水循环泵一(4)、空调冷水循环泵二(5)、冷水集水器(6)、冷水分水器(7)、空调冷水系统定压装置(8)、空调热水循环泵(9)、冷/热水集水器(10)、冷/热水分水器(11)、空调热水系统定压装置(12)、切换阀门、压差旁通阀组；
冷水机组(1)蒸发器(21)的供水管和四管制能量提升机(2)冷水侧(23)的冷水供水管均接入冷水分水器(7)；同时，冷水分水器(7)接出两路冷水供水支管，一路接全年供冷环路的空调末端冷水供水管，一路接冷/热水分水器(11)；其中，接冷/热水分水器(11)的支管上设置切换用的第一阀门(31)；
有两路冷水回水支管接入冷水集水器(6)，一路为全年供冷环路的空调末端冷水回水管，一路为从冷/热水集水器(10)接出的回水管；其中，从冷/热水集水器(10)接出的支管上设置切换用的第二阀门(32)；
从冷水集水器(6)接出两路冷水回水管，一路通过空调冷水循环泵一(4)加压回流至冷水机组(1)的蒸发器(21)并经换热后成为空调冷水供水；一路通过空调冷水循环泵二(5)加压，回流至四管制能量提升机(2)的冷水侧(23)并经换热后成为空调冷水供水；
冷水集水器(6)与冷水分水器(7)间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组；冷水集水器(6)与空调冷水系统定压装置(8)连接；
四管制能量提升机(2)热水侧(24)的热水供水管接入冷/热水分水器(11)，其中，该支路上设置切换用的第四阀门(34)；从冷/热水分水器(11)接出的支路接冷热切换环路的空调末端供水管；
从冷/热水集水器(10)接出一路支管通过空调热水循环泵(9)加压，回流至过四管制能量提升机(2)的热水侧(24)并经换热后成为空调热水供水；冷热切换环路空调末端回水管接入冷/热水集水器(10)；
冷/热水集水器(10)与冷/热水分水器(11)间设置旁通管，旁通管上设置压差旁通阀组，同时旁通管上设置切换用的第三阀门(33)；冷/热水集水器(10)与空调热水系统定压装置(12)连接；
冷水机组(1)的冷凝器(22)接接室外侧换热系统(3)。
2.根据权利要求1所述的一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统，其特征在于：
与冷水机组(1)相连的室外侧换热系统(3)包括与室外介质连接的室外换热管道以及介质储蓄装置，通过选取室外换热介质，设置对应的室外侧换热系统(3)：
当(a)在地下水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地下水的地区，室外侧换热系统(3)可采取直接取地下水作为换热介质；
(b)在地表水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地表水的地区，室外侧换热系统(1)可采取直接取地表水作为换热介质；
(c)在水量不足、水质水温不适宜、水体不允许直接取用的地区，所述的室外换热管道为地埋管，介质储蓄装置为冷却塔，室外侧换热系统(3)采取地埋管与冷却塔结合的方式；
(d)所述的室外换热管道为管道，介质储蓄装置为冷却塔，与冷水机组(1)相连的室外侧换热系统可采取冷却塔或直接采取室外空气，与四管制能量提升机(2)相连的室外侧换热系统直接采取室外空气。
3.根据权利要求1所述的一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统，其特征在于：所述的空调冷水系统定压装置(8)、空调热水定压装置(12)为膨胀水箱定压、气压罐定压、变频补水定压中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统，其特征在于：所述的接全年供冷环路的空调末端冷水供水管和回水管、接冷热切换环路的空调末端冷/热水供水管和回水管数量分别为至少一路。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统的使用方法，其特征在于：它分为供冷工况和同时供冷供热工况：
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷工况的工作流程如下：冷水机组(1)供冷、四管制能量提升机(2)供冷、室外侧换热系统(3)运行、空调冷水循环泵一(4)、空调冷水循环泵二(5)运行、空调冷水系统定压装置(8)运行、切换阀门中第一阀门(31)和第二阀门(32)打开、切换阀门中第三阀门(33)和第四阀门(34)关闭；
所述一种四管制能量提升机与冷水机组耦合的双集分水器空调系统供冷供热工况的工作流程如下：四管制能量提升机(2)同时供冷供热、空调冷水循环泵一(5)运行、空调冷水系统定压装置(8)运行、空调热水循环泵(9)运行、空调热水系统定压装置(12)运行、切换阀门中第一阀门(31)和第二阀门(32)关闭、切换阀门中第三阀门(33)和第四阀门(34)打开。
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