CN112682838A

CN112682838A - 适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统

Info

Publication number: CN112682838A
Application number: CN202011518347.7A
Authority: CN
Inventors: 贾维; 杜海兵; 吕石磊; 翟雪
Original assignee: Beijing Huahou Energy Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huahou Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统，包括串联的空气源热泵(1)和相变储能模块(2)所构成的热输入线路和热输出线路，所述相变储能模块(2)和所述空气源热泵(1)各承担一部分室内负荷，在建筑供能负荷需求处于低峰时，利用夜间低谷电，通过相变储能模块蓄存热量供白天高峰使用。本发明实现了在运行阶段充分利用夜间低谷电蓄能，并在高峰电价阶段释能可有效削峰填谷的一种高效节能环保的建筑采暖热源方式；并且充分利用了空气能可再生资源，不仅节约了一次能源，同时减少的环境污染。

Description

适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统

技术领域

本发明涉及绿色建筑和可再生能源利用领域，尤其涉及一种耦合相变储能的空气源热泵供能系统。

背景技术

大型公共建筑是指单栋建筑面积20000m²以上且采用中央空调的公共建筑，由于其内部人员密度较大、设备数量较多、功能区域较为复杂，能耗强度为32.3～97.0kgce/m²，是中小型公共建筑能耗强度的2～5倍。因此，需要对大型公共建筑，即对建筑物的围护结构(含墙体、屋顶、门窗等)、供热采暖或空调制冷(热)系统进行节能设计及改造，从而使其满足现有的建筑节能标准要求。

目前，常见的可再生能源供能系统主要供能热源有风能、太阳能、空气能和地热能等，其中空气能以其突出的优势得到广泛的推广使用。首先，其适用范围广，温度范围从-25℃至40℃，无论阴天、雨雪、雨雪等恶劣天气和冬夜，均可正常使用。其次，其高效节能，运行成本低，比传统供暖方式节能30％-50％，运行费用远远低于燃气壁挂炉等，也无任何污染，不会对人体造成损害，具有良好的社会效益。最后，空气能热泵占地空间很小，外形与空调室外机相似,因此十分灵活，方便安装。

近年来，相变材料也开始用于建筑物的采暖空调领域，目前我国相变材料的主要研究方向是将相变蓄热材料用于建筑材料中，以及将相变材料用于供暖制冷系统，其主要方法是将相变材料填进蓄热水箱，利用相变蓄热材料具有蓄、放热的特性，达到调节系统供热量和稳定性的目的。

中国专利CN201620403376.1公开了《一种具有储能功能的空气源热泵供热系统》，该系统包括了空气源热泵、储能水箱以及水泵等等。其在空气源热泵供热系统上并联了相变储能装置，能够通过阀门和增压泵来控制水在相变储能水箱内的循环方向，从而实现在不同时间段进行储能和放热，能够一定程度上弥补特殊情况下空气源热泵供热不足的问题，能够使空气源热泵的热量得到更有效的分配和规划。该系统的缺点在于蓄能箱体的容量为固定值，不能随着建筑冷热负荷的变化以及蓄能量衰减而进行调整。

中国专利CN201520792351.0公开了《一种采用相变蓄能的空气源热泵供热供冷系统》，该实用新型涉及供热供冷系统技术领域，其包括空气源热泵、相变蓄能装置和供热供冷末端装置。该系统在冬夏季执行正常的供暖供冷模式，同时在优惠电价或夜间室内负荷需求较低时执行蓄热蓄冷模式，在高峰电价期间，执行释热释冷，因此该系统具有供热、供冷、蓄冷、蓄热和供生活热水功能。该系统的缺点在于其由多个并联环路组成，功能复杂，管路设计也较为复杂，人员对各种模式的切换及阀门的开关操作难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统，以实现空气能的储存和再利用，实现了在运行阶段充分利用夜间低谷电蓄能，并在高峰电价阶段释能可有效削峰填谷的一种高效节能环保的建筑采暖热源方式。

本发明的一种适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统，该系统包括串联的空气源热泵1和相变储能模块2所构成的热输入线路和热输出线路，其中：

在所述热输入线路中，于所述空气源热泵1和相变储能模块2之间串联两个阀门即第一阀门6、第三阀门8，在接近空气源热泵1一端的第三阀门8的输入端与建筑末端3之间并联设置第四阀门9、其输出端与建筑末端3之间再并联设置第二水泵5；在所述热输出线路中，于所述相变储能模块2和空气源热泵1之间并联设置第一水泵4，于所述第二水泵4的输入端与第一阀门6的输入端，并联设置第二阀门7。

与现有技术相比，本发明不仅利用了可再生能源——空气能，还利用了相变蓄热技术，所实现的新型热泵耦合相变蓄能系统具有如下的优势：

1)通过耦合储能设备，分担了一部分高峰负荷，因此减小了空气源热泵的装机容量，从而减小了初投资；

2)在运行阶段，充分利用夜间低谷电蓄能，并在高峰电价阶段释能可有效削峰填谷，是一种高效节能环保的建筑采暖热源方式；

3)充分利用了空气能可再生资源，不仅节约了一次能源，同时减少的环境污染。

附图说明

图1是本发明的适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统整体结构示意图。

附图标记：

1、空气源热泵，2、相变储能模块，3、建筑末端，4、5、第一、第二水泵，6、7、8、9、第一、第二、第三、第四电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，为本发明的适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统整体结构示意图。该系统包括空气源热泵1、相变储能模块2、建筑末端3以及水泵4、5和电磁阀6、7、8、9，且整个系统为串联系统。所述相变储能模块2和空气源热泵1各承担一部分室内负荷，在建筑供能负荷需求处于低峰时，利用夜间低谷电，通过相变储能模块蓄存热量供白天高峰使用。

该系统可支持模块化机组设计，施工简单方便。可根据用户需求，随时增加相应的模块机组。整体系统为全自动控制。

其中，相变蓄能模块具有以下优点：1)承担了一部分的建筑负荷，从而达到了移峰填谷、缓解电网负荷的效果；2)生产及施工较为简便，前期只需简易的灌装工艺，可靠的超声波密封方式，后期只需工人将相变蓄冷设备码放整齐即可；3)布置方式灵活，占地面积交小，且可以通过变化的需求而改变模块的数量。

本发明的适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统的工作模式说明如下：

夏季建筑供冷时，夜间低谷电时期为蓄冷阶段，开启空气源热泵机1组成的机组利用廉价谷电制备4℃低温冷水，第一、第三阀门6、8打开，第二、第四阀门7、9关闭，利用低温冷水与8°模块化的相变蓄冷模块2进行换热，冷量被蓄存在相变蓄冷模块2中。白天为供冷阶段，在建筑运行期间，第二、第三阀门7、8关闭，第一、第四阀门6、9打开，将建筑末端3的冷冻回水先与相变储能模块2进行换热，利用夜间蓄存在设备中的冷量使冷冻回水的温度降低，回到空气源热泵机1组成的机组。冬季建筑供暖时，夜间低谷电时期为蓄热阶段，开启空气源热泵机1组成的机组利用廉价谷电制备58℃热水，第一、第三阀门6、8打开，第二、第四阀门7、9关闭，利用热水与52℃模块化的相变蓄冷模块2进行换热，热量被蓄存在相变蓄热模块中。白天为供暖阶段，在建筑运行期间，第二、三阀门7、8关闭，第一、第四阀门6、9打开，将建筑末端3的供暖回水先与模块化的相变蓄冷模块2进行换热，利用夜间蓄存在设备中的热量使供暖回水的温度升高，回到空气源热泵机1组成的机组。

本发明应用范围更加广泛，尤其是既有大型公共建筑的改造项目。

Claims

1.一种适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统，其特征在于，该系统包括串联的空气源热泵(1)和相变储能模块(2)所构成的热输入线路和热输出线路，其中：

在所述热输入线路中，于所述空气源热泵(1)和相变储能模块(2)之间串联两个阀门即第一阀门(6)、第三阀门(8)，在接近空气源热泵(1)一端的第三阀门(8)的输入端与建筑末端(3)之间并联设置第四阀门(9)、其输出端与建筑末端(3)之间再并联设置第二水泵(5)；在所述热输出线路中，于所述相变储能模块(2)和空气源热泵(1)之间并联设置第一水泵(4)，于所述第二水泵(4)的输入端与第一阀门(6)的输入端，并联设置第二阀门(7)。