CN115200116A - 一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组 - Google Patents

一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热泵机组，尤其涉及一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，包括制冷/制热组件，该制冷/制热组件用于将用户侧提供的水或溶液加热或降温，再输送给用户侧使用；冷却/热源塔，该冷却/热源塔中的相变材料根据室外湿球温度进行相变储能，并且对将制冷/制热组件输送来的水或溶液进行温度调节；用户储能箱，该用户储能箱中的相变材料可以在室内负荷较低或者在低谷电价时进行相变储存能量，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将用户储能箱的能量释放到用户侧。本系统配置有相变储能装置，可以实现对系统进行灵活调峰，从而达到需求侧快速响应和节能的效果。

Description

一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组
技术领域
本发明涉及一种热泵机组，尤其涉及一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，属于制冷空调的技术领域。
背景技术
建筑节能显得越来越重要。热源塔热泵作为一种一种新型高效供冷供暖系统，越来越受到重视。该系统在夏季以水或溶液冷冷水机组的供冷模式运行，而在冬季则以热泵的供热模式运行，冷却塔转化为吸热设备—热源塔，通过向塔内淋水或溶液填料表面喷淋溶液吸收空气中的热量，而热泵中的冷凝器提供热量实现系统供暖。采用该系统既不影响冷水机组夏季高效制冷性能，在冬季又可以替代锅炉供暖，提高了能源利用率和设备利用效率。
热源塔热泵机组随着室外环境温度的变化，机组负载率和能效比存在较大的变化，同时环境温度的早晚波动对系统性能也产生不少的影响。为了提升系统的能效和系统的稳定性，开发了一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，其在供冷和供暖过程中利用给定温度的相变材料和自适应控制程序，实现主机的能耗和运行费用最低，从而最大程度上达到节能效果。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组。
本发明提供了如下的技术方案：
一种一体式热源塔热泵机组，包括
制冷/制热组件，该制冷/制热组件用于将用户侧提供的水或溶液加热或降温，再输送给用户侧使用；
冷却/热源塔，该冷却/热源塔中的相变材料根据室外湿球温度进行相变储能，并且对将制冷/制热组件输送来的水或溶液进行温度调节；
用户储能箱，该用户储能箱中的相变材料可以在室内负荷较低或者在低谷电价时进行相变储存能量，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将用户储能箱的能量释放到用户侧。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，用户侧设有用户侧进管道和用户侧出管道，用户侧进管道上配置有用户水泵。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述用户储能箱通过第一管道和第四管道连通于所述用户侧进管道，所述用户储能箱通过第二管道和第三管道连通于所述用户侧进管道。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，第一管道、第二管道、第三管道以及第四管道上分别设置有C1阀、C2阀、 C3阀以及C4阀；所述第一管道和所述第四管道之间的用户侧进管道上设有D阀。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述冷却/热源塔的上端设置有进塔管道，其下端设有出塔管道，所述进塔管道通过第一分流组件连通于所述用户侧出管道，所述出塔管道通过第二分流组件连通于所述用户侧进管道，所述出塔管道上设置有塔水泵。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述第一分流组件包括第一分流管道一和第一分流管道二，所述第一分流管道一和所述第一分流管道二并联设置，所述第一分流管道一上靠近冷却/热源塔的一侧设有A4阀，所述第一分流管道一上靠近用户侧出管道的一侧设有B3阀，所述第一分流管道二靠近冷却/热源塔的一侧设有B4阀，所述第一分流管道二靠近用户侧出管道的一侧设有 A3阀。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述第二分流组件包括第二分流管道一和第二分流管道二，所述第二分流管道一和所述第二分流管道二并联设置，所述第二分流管道一上靠近冷却/热源塔的一侧设有A2阀，所述第二分流管道一上靠近用户侧出管道的一侧设有B1阀，所述第二分流管道二靠近冷却/热源塔的一侧设有B2阀，所述第二分流管道二靠近用户侧出管道的一侧设有 A1阀。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述制冷/制热组件的一侧设置有冷水出管道、冷水进管道、热水出管道以及热水进管道，所述冷水出管道连通于所述第一分流管道二，所述冷水进管道连通于所述第二分流管道二，所述热水出管道连通于所述热水出管道连通于所述第一分流管道一，所述热水进管道连通于所述第二分流管道一。
作为一种一体式热源塔热泵机组的优选技术方案，所述用户储能箱包括箱体、内套管、外套管以及法兰盘，若干所述内套管并列的设置在所述箱体中，所述外套管通过所述法兰盘可拆卸的安装在所述内套管的外表面，所述内套管和所述外套管之间设置有相变材料。
本发明的有益效果是：
1.本发明专利提出的一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，其结合电源供给侧要求，通过优化运行各个系统，实现机组高效供冷供暖；
2.本发明专利提出的一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，其配置有相变储能装置，可以实现对系统进行灵活调峰，从而达到需求侧快速响应和节能的效果；
3.本发明提出的一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，其配置的相变储能装置，其外侧采用套管配置相变材料，且通过法兰连接，基本不影响主流体流动，易于相变材料的更换，实操性非常强；
4.本发明提出的一种基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组，其在塔中配置有相变球，可以很大程度上稳定塔侧的出水或溶液温度，从而实现主机在较为稳定的工况下运行。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是基于相变蜡的自适应储能型一体式热源塔热泵机组系统图；
图2是储能箱侧视图；
图3是内、外套管的剖视图；
图中标记为：1、制冷/制热组件；2、用户储能箱；3、冷却/热源塔；4、第一管道；5、第二管道；6、第三管道；7、第四管道； 8、进塔管道；9、出塔管道；10、第一分流管道一；11、第一分流管道二；12、第二分流管道一；13、第二分流管道二；14、冷水出管道；15、冷水进管道；16、热水出管道；17、热水进管道；18、箱体；19、内套管；20、外套管；21、法兰盘；22、用户水泵；
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
如图1至3所示，一种一体式热源塔热泵机组，包括制冷/制热组件1，该制冷/制热组件1用于将用户侧提供的水或溶液加热或降温，再输送给用户侧使用；制冷/制热组件1是一种空调组件，对本申请来说是一种现有技术，其包括压缩机、蒸发器以及冷凝器等核心部件，其具体的原理是压缩机压缩制冷剂输送到蒸发器和冷凝器中，从而和空气进行热交换达到对制冷或制热的效果。
冷却/热源塔3，该冷却/热源塔3中的相变材料根据室外湿球温度进行相变储能，并且对将制冷/制热组件1输送来的水或溶液进行温度调节；在夏季供冷时，在塔侧储能箱配置28℃的相变材料，当室外湿球温度低于28℃以下时，对其进行相变储能，当室外湿球温度高于28℃以上时，可联合开启塔和相变储能箱用于冷却冷凝器制冷剂；在冬季供暖时，在塔侧储能箱配置0℃的相变材料，当室外湿球温度高于0℃以下时，对其进行相变储能，当室外湿球温度低于0℃以上时，可联合开启塔和相变储能箱用于吸收蒸发器热量。
用户储能箱2，该用户储能箱2中的相变材料可以在室内负荷较低或者在低谷电价时进行相变储存能量，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将用户储能箱2的能量释放到用户侧。在用户侧储能箱配置6℃的相变材料进行调节，当室内负荷较低或者在低谷电价时，将制冷1主机出水或溶液温度设置到4℃用于给用户侧储能箱储能，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将储能箱的冷量释放到用户侧，从而达到削峰填谷的作用，同时配合自适应程序，可以实现主机始终在高效工况下运行。在用户侧储能箱配置46℃的相变材料进行调节，当室内负荷较低或者在低谷电价时，将制冷1主机出水或溶液温度设置到48℃用于给用户侧储能箱储能，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将储能箱的热量释放到用户侧，从而达到削峰填谷的作用，同时配合自适应程序，可以实现主机始终在高效工况下运行。
用户侧设有用户侧进管道和用户侧出管道，用户侧进管道上配置有用户水泵，通过用户水泵将用户侧的水或溶液通过用户侧进管道输送到制冷/制热组件1或者用户储能箱2中，再通过用户侧出管道输送回用户。
所述用户储能箱2通过第一管道4和第四管道7连通于所述用户侧进管道，所述用户储能箱2通过第二管道5和第三管道6连通于所述用户侧进管道。第一管道4、第二管道5、第三管道6以及第四管道7上分别设置有C1阀、C2阀、C3阀以及C4阀；所述第一管道4和所述第四管道7之间的用户侧进管道上设有D阀。通过控制阀门开关，从而可以控制用户侧的水或溶液输送到用户储能箱2 中。
所述冷却/热源塔3的上端设置有进塔管道8，其下端设有出塔管道9，所述进塔管道8通过第一分流组件连通于所述用户侧出管道，所述出塔管道9通过第二分流组件连通于所述用户侧进管道，所述出塔管道9上设置有塔水泵。所述第一分流组件包括第一分流管道一10和第一分流管道二11，所述第一分流管道一10和所述第一分流管道二11并联设置，所述第一分流管道一10上靠近冷却/热源塔3的一侧设有A4阀，所述第一分流管道一10上靠近用户侧出管道的一侧设有B3阀，所述第一分流管道二11靠近冷却/热源塔3 的一侧设有B4阀，所述第一分流管道二11靠近用户侧出管道的一侧设有A3阀。所述第二分流组件包括第二分流管道一12和第二分流管道二13，所述第二分流管道一12和所述第二分流管道二13并联设置，所述第二分流管道一12上靠近冷却/热源塔3的一侧设有 A2阀，所述第二分流管道一12上靠近用户侧出管道的一侧设有B1 阀，所述第二分流管道二13靠近冷却/热源塔3的一侧设有B2阀，所述第二分流管道二13靠近用户侧出管道的一侧设有A1阀。
所述制冷/制热组件1的一侧设置有冷水出管道14、冷水进管道 15、热水出管道16以及热水进管道17，所述冷水出管道14连通于所述第一分流管道二11，所述冷水进管道15连通于所述第二分流管道二13，所述热水出管道16连通于所述热水出管道16连通于所述第一分流管道一10，所述热水进管道17连通于所述第二分流管道一12。通过关闭相应的阀门，用户侧的水或溶液进入到制冷/制热组件1中进行制冷1或者制热，在通过冷却/热源塔3对水或溶液进行调节，起到节能的作用。
所述用户储能箱2包括箱体18、内套管19、外套管20以及法兰盘21，若干所述内套管19并列的设置在所述箱体18中，所述外套管20通过所述法兰盘21可拆卸的安装在所述内套管19的外表面，所述内套管19和所述外套管20之间设置有相变材料。用户储能箱2中水或溶液从内套管19内流动，内套管19和外套管20之间配置对应的相变材料，通过法兰盘21可以将法兰盘21内套管19和外套管20可拆卸的连接，从而便于更换之间的相变材料。
该机组主要包括1、主机制冷/制热模式；2、用户储能箱储能模式；3、用户储能箱制冷/供热模式；4、在以上基础上，根据具体的需求，系统根据以运行费用最低配置自适应优化控制逻辑。
1、主机制冷/制热模式
在正常运行模式下，C1阀、C2阀、C3阀、C4阀关闭，用户侧用户水泵打开。在制冷模式下，A1阀、A2阀、A3阀、A4阀打开， B1阀、B2阀、B3阀、B4阀关闭。12℃的冷水或溶液通过用户水泵后通过A1阀进入热泵机组蒸发器，温度降低到7℃后通过A3阀进入用户侧，满足用户供冷需求。30℃的冷却水或溶液通过塔水泵后通过A2阀进入热泵机组冷凝器中，冷却水或溶液在热泵机组冷凝器中吸收热量，温度升高到35℃，然后通过A4阀进入冷却3塔中，3 5℃的热水或溶液与空气进行换热，温度降低到30℃，当室外温度较低且出水或溶液温度低于28℃，相变材料发生相变，用于进行能量调节。热泵机组压缩机组运行实现系统为冷凝器提供热量同时从蒸发器中吸收热量。
在正常制热模式下，用户水泵均处于打开状态，A1阀、A2阀、A3阀、A4阀关闭，B1阀、B2阀、B3阀、B4阀打开。40℃的热水或溶液通过用户水泵后通过B1阀进入热泵机组冷凝器，温度升高到45℃后通过B3阀进入用户侧，满足用户供热需求。0℃的冷侧溶液通过塔水泵后通过B2阀进入热泵机组蒸发器侧，冷侧溶液在热泵机组蒸发器中散热，温度降低到-3℃，然后通过B4阀进入热源塔/ 中，-3℃的溶液与空气进行换热，温度升高到0℃，当室外温度较低且出水或溶液温度低于0℃，相变材料发生相变，用于进行能量调节。热泵机组压缩机组运行实现系统为冷凝器提供热量同时从蒸发器中吸收热量。
2、用户储能箱储能模式
当时室内负荷降低或者处于低谷电价时，开启用户储能箱储能模式。此时C3阀、C4阀打开，用户储能水或溶液泵打开，在制冷模式下，主机蒸发器出口水或溶液温设定位4℃，4℃的冷水或溶液通过用户储能水或溶液泵进入用户储能箱2，此时6℃的相变材料发生相变凝固，将能量储存在用户储能相中。在制热模式下，主机冷凝器出口水或溶液温设定位48℃，48℃的冷水或溶液通过用户储能水或溶液泵进入用户储能箱2，此时46℃的相变材料发生相变融化，将能量储存在用户储能相中。
3、用户储能箱制冷/供热模式
当室内负荷高或者处于高峰电价时，开启用户储能箱2供能模式。此时C1阀、C2阀打开，阀门D关闭。在制冷模式下，从用户侧回来的12℃的冷水或溶液回水或溶液通过用户水泵进入用户储能箱2，此时6℃的相变材料发生相变融化，释放冷量，12℃的冷水或溶液变为7℃的冷水或溶液进入用户。在制热模式下，从用户侧回来的40℃的热水或溶液回水或溶液通过用户水泵进入用户储能箱2 ，此时46℃的相变材料发生相变凝固，释放热量，40℃的热水或溶液变为45℃的冷水或溶液进入用户。
4、自适应优化控制逻辑
储能装置主要用户进行尖峰调峰和主机调节。本项目采集运行时间用于确定用电的峰谷平，自动导入用电价格用于程序决策；采集主机负载率用于确定主机运行能效的状态；机组手动输入所能允许的最大电流用于对电源供给侧进行响应；本专利以能源运行费用最低为基础，通过合理调整储能箱储能开启和关闭时间、储能箱释能的开启和关闭时间，结合电源供给侧对用的要求，从而实现系统的最优化运行。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体式热源塔热泵机组，其特征在于，包括
制冷/制热组件(1)，该制冷/制热组件(1)用于将用户侧提供的水或溶液加热或降温，再输送给用户侧使用；
冷却/热源塔(3)，该冷却/热源塔(3)中的相变材料根据室外湿球温度进行相变储能，并且对将制冷/制热组件(1)输送来的水或溶液进行温度调节；
用户储能箱(2)，该用户储能箱(2)中的相变材料可以在室内负荷较低或者在低谷电价时进行相变储存能量，当室内负荷高或者为峰值电价时，可将用户储能箱(2)的能量释放到用户侧。
2.根据权利要求1所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，用户侧设有用户侧进管道和用户侧出管道，用户侧进管道上配置有用户水泵。
3.根据权利要求2所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述用户储能箱(2)通过第一管道(4)和第四管道(7)连通于所述用户侧进管道，所述用户储能箱(2)通过第二管道(5)和第三管道(6)连通于所述用户侧进管道。
4.根据权利要求3所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，第一管道(4)、第二管道(5)、第三管道(6)以及第四管道(7)上分别设置有C1阀、C2阀、C3阀以及C4阀；所述第一管道(4)和所述第四管道(7)之间的用户侧进管道上设有D阀。
5.根据权利要求1所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述冷却/热源塔(3)的上端设置有进塔管道(8)，其下端设有出塔管道(9)，所述进塔管道(8)通过第一分流组件连通于所述用户侧出管道，所述出塔管道(9)通过第二分流组件连通于所述用户侧进管道，所述出塔管道(9)上设置有塔水泵。
6.根据权利要求5所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述第一分流组件包括第一分流管道一(10)和第一分流管道二(11)，所述第一分流管道一(10)和所述第一分流管道二(11)并联设置，所述第一分流管道一(10)上靠近冷却/热源塔(3)的一侧设有A4阀，所述第一分流管道一(10)上靠近用户侧出管道的一侧设有B3阀，所述第一分流管道二(11)靠近冷却/热源塔(3)的一侧设有B4阀，所述第一分流管道二(11)靠近用户侧出管道的一侧设有A3阀。
7.根据权利要求6所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述第二分流组件包括第二分流管道一(12)和第二分流管道二(13)，所述第二分流管道一(12)和所述第二分流管道二(13)并联设置，所述第二分流管道一(12)上靠近冷却/热源塔(3)的一侧设有A2阀，所述第二分流管道一(12)上靠近用户侧出管道的一侧设有B1阀，所述第二分流管道二(13)靠近冷却/热源塔(3)的一侧设有B2阀，所述第二分流管道二(13)靠近用户侧出管道的一侧设有A1阀。
8.根据权利要求7所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述制冷/制热组件(1)的一侧设置有冷水出管道(14)、冷水进管道(15)、热水出管道(16)以及热水进管道(17)，所述冷水出管道(14)连通于所述第一分流管道二(11)，所述冷水进管道(15)连通于所述第二分流管道二(13)，所述热水出管道(16)连通于所述热水出管道(16)连通于所述第一分流管道一(10)，所述热水进管道(17)连通于所述第二分流管道一(12)。
9.根据权利要求1至8任一所述的一体式热源塔热泵机组，其特征在于，所述用户储能箱(2)包括箱体(18)、内套管(19)、外套管(20)以及法兰盘(21)，若干所述内套管(19)并列的设置在所述箱体(18)中，所述外套管(20)通过所述法兰盘(21)可拆卸的安装在所述内套管(19)的外表面，所述内套管(19)和所述外套管(20)之间设置有相变材料。
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