CN201196508Y

CN201196508Y - 一种水源热泵空调系统

Info

Publication number: CN201196508Y
Application number: CNU2008200981110U
Authority: CN
Inventors: 卢军; 王志浩; 陈静
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2018-04-22

Abstract

一种水源热泵空调系统涉及建筑空气调节工程领域，它能回收污水中的低品位能源，是节能环保的一种空调形式。该系统包括室外侧换热系统、水源热泵机组和用户末端系统。室外侧换热系统包括换热管、生化池、室外侧集水器、室外侧分水器、止回阀、室外侧循环水泵；用户末端系统包括用户侧循环水泵、止回阀、用户侧分水器、用户侧集水器、用户末端、蓄能装置、手动调节阀。本实用新型首次在生化池池壁、隔墙和池底埋入换热管，通过换热管内工作流体的流动与生化池内污水换热，从而利用蕴藏于污水中的低品位能量，应用于采用水源热泵技术的建筑内部空气调节工程中。

Description

一种水源热泵空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用生化池内污水来换热，并且带有蓄能装置的水源热泵空调系统。应用于采用水源热泵技术的建筑内部空气调节工程中。

背景技术

随着经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对室内空气品质的要求也越来越高。利用空调改善室内环境的同时，也带来了能耗和污染等问题，因此，开发利用清洁能源的可持续发展的暖通空调技术非常迫切。水源热泵空调技术是一项具有节能和环保意义的应用技术，水源热泵是利用水与地能(土壤、污水、地下水或地表水)进行冷热交换来作为热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，夏季把室内的热量“取”出来，释放到地能中。水源热泵系统主要由三部分组成：室外侧换热系统、水源热泵机组和用户末端系统。水源热泵机组的主要组成部件包括压缩机、冷凝器、蒸发器、四通换向阀和膨胀阀。现有的利用污水来换热的室外侧换热系统，对污水水质有一定要求，并且要建污水池来贮存污水。

生化池是一种高效的居民小区生活污水生物处理装置。在新建和改建的居民小区中，都建有生化池，小区的生活污水都排放到生化池中，从而提供了污水资源。污水冬季水温高于环境温度，夏季低于环境温度，蕴含大量的能量，是尚待开发利用的低品位能源。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种水源热泵空调系统，该系统在生化池池壁、隔墙和池底埋入换热管，通过换热管内工作流体(南方采用水，北方采用防冻液)的流动与生化池内污水换热，从而利用蕴藏于污水中的低品位能量。

为了实现上述目的，其技术方案是：该系统包括室外侧换热系统1、水源热泵机组2和用户末端系统3。室外侧换热系统1包括换热管1-1、生化池1-2、室外侧集水器1-3、室外侧分水器1-4、止回阀1-5、室外侧循环水泵1-6；水源热泵机组2，包括压缩机2-1、四通换向阀2-2、冷凝器2-3、膨胀阀2-4、蒸发器2-5；用户末端系统3包括用户侧循环水泵3-1、止回阀3-2、用户侧分水器3-3、用户侧集水器3-4、用户末端3-5、蓄能装置3-6、手动调节阀3-7。在生化池的施工过程中把换热管捆扎在生化池池壁、隔墙和池底预置的钢筋架上，然后浇灌混凝土，使换热管埋入其中。换热管规格为DN16～DN32，换热管中心轴距离池壁、隔墙和池底外表面的距离为20～40mm，换热管埋入池壁、隔墙的形式采用竖向平行布置，埋入池底的形式采用蛇形布管，相邻的换热管中心轴间距取200～1000mm。

整个实用新型的连接如下：室外侧换热系统的进、出水口分别与水源热泵机组冷凝器的出水、进水端固定连接。室外侧换热系统中，在生化池池壁、隔墙和池底埋入换热管，使换热管的一端与室外侧分水器上相应的水管连接作为进水端，另一端与室外侧集水器相应的水管连接作为出水端。室外侧分水器前接室外侧循环水泵，室外侧循环水泵的出水口接止回阀，进水口接到水源热泵机组冷凝器的出水端；室外侧集水器前接到水源热泵机组冷凝器的进水端。水源热泵机组内部通过制冷剂管道连接，压缩机的出气口处接四通换向阀，四通换向阀后接冷凝器，冷凝器后接膨胀阀，膨胀阀后接蒸发器，蒸发器再接到压缩机的进气口上。用户末端系统的进、出水口分别与水源热泵机组蒸发器的出水、进水端固定连接。蒸发器的出水端接到用户侧循环水泵的入水口，出水口接止回阀；用户侧循环水泵前接用户侧分水器，通过分水器上相应的水管把水送到用户末端和蓄能装置内，用户末端流出的水通过用户侧集水器，流回到蒸发器内，用户侧集水器接在蒸发器的进水端。用户侧分水器上分别连接用户末端装置的进水端和蓄能装置的进水端，用户侧末端装置的出水端接到用户侧集水器相应的管道上，蓄能装置出水端管道上安装有手动调节阀。

本实用新型的工作流程如下：

空调系统夏季制冷时，水源热泵机组内通过制冷剂的循环流动，把室外侧换热系统从生化池污水中获得的冷量转移到用户末端系统。首先，制冷剂液体在压缩机中经压缩变成高温高压的制冷剂蒸汽；然后，制冷剂蒸汽流经冷凝器，在冷凝器中与经室外侧集水器通过冷凝器的进水端流进的工作流体进行热量交换，由室外侧循环水泵把冷凝器出水端流出的工作流体经室外侧分水器相应的管道，将工作流体输送到生化池各内壁面埋入的换热管，让换热管内的工作流体把热量转移到生化池的污水中，热量被带走的换热管内的工作流体经过室外侧集水器进入冷凝器的进水端；接着，制冷剂蒸汽通过膨胀阀，进一步降温减压；最后，制冷剂蒸汽在蒸发器中，吸收通过用户侧集水器进入蒸发器进水端的冷水中的热量，低温蒸发，回到压缩机中。从蒸发器的出水端流出的低温冷水，由用户侧循环水泵通过用户侧分水器上相应的管道送到用户末端和蓄能装置；用户末端流出的水通过用户侧集水器，流回到蒸发器内，流入蓄能装置内的冷水，可以通过用户侧集水器流回蒸发器内，也可以通过手动调节阀供给其他需要的地方。通过室外侧换热系统和用户末端系统的水循环换热以及水源热泵机组内的制冷剂循环流动，实现夏季制冷。

冬季制热时，水源热泵机组内通过制冷剂的循环流动，把室外侧换热系统从生化池污水中获得的热量转移到用户末端系统。由于四通换向阀的作用，从压缩机出来的高温制冷剂蒸汽首先流经蒸发器，与通过用户侧集水器流进蒸发器进水端的水进行热量交换，使工作流体温度升高，由用户侧循环水泵通过用户侧分水器上相应的管道送到用户末端或蓄能装置；用户末端流出的水通过用户侧集水器，流回到蒸发器内；然后，高温制冷剂蒸汽通过膨胀阀，进一步降温减压；最后，制冷剂蒸汽在冷凝器中，吸收通过室外侧集水器流进冷凝器进水端的工作流体的热量，常温蒸发，回到压缩机中。从冷凝器出水端流出的工作流体，在室外侧循环水泵的作用下，通过室外侧分水器上相应的管道，将工作流体输送到生化池各内壁面埋入的换热管，让换热管内的工作流体从生化池的污水中获得热量，重新获得热量的换热管内的工作流体经过室外侧集水器进入冷凝器的进水端。同样，通过室外侧换热系统和用户末端系统的水循环换热以及水源热泵机组内的制冷剂循环流动实现冬季制热。

本实用新型的有益效果在于：

开发利用污水中的能量，节能环保。较传统的分体式空调，节能30％以上。不向大气排放废热，从而降低小区的热污染，缓解小区的“热岛效应”；与空气源热泵相比，污水的冬、夏温度条件均好于空气，有利于热泵机组的高效运行，污水的蓄热性能构成了冬、夏两季不同运行特点的能量互补；与地下水水源热泵相比，该系统不用从地下抽取地下水，也不用将水回灌地下。因此不仅节省了打井的基建投资，还能够节省抽水和回灌的运行费用。同时，也可以避免由于回灌不当而引发的地下水资源污染和破坏问题；并且，在生化池的施工过程中把换热管捆扎在生化池池壁、隔墙和池底预置的钢筋架上，然后浇灌混凝土，一次成型，避免重复施工。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理图。

图2为本实用新型换热管埋入池壁和隔墙的平行布管示意图。

图3、图4为本实用新型换热管埋入池底的蛇行布管示意图。

图1中：室外侧换热系统1、换热管1-1、生化池1-2、室外侧集水器1-3、室外侧分水器1-4、止回阀1-5和3-2、室外侧循环水泵1-6、水源热泵机组2、压缩机2-1、四通换向阀2-2、冷凝器2-3、膨胀阀2-4、蒸发器2-5、用户末端系统3、用户侧循环水泵3-1、用户侧分水器3-3、用户侧集水器3-4、用户末端3-5、蓄能装置3-6、手动调节阀3-7。箭头所指方向为水流方向。

图2中：换热管1、生化池池壁和隔墙2。箭头所指方向为水流方向。

图3、图4中：换热管1、生化池池底2。箭头所指方向为水流方向。

具体实施方式：

应用水源热泵技术为重庆一居民小区内面积为100m²的公共超市提供空调服务，实现夏季供冷和冬季供暖。该居民小区住100户，生化池设计总人数为268人，依据《钢筋混凝土化粪池》图集，选取9号钢筋混凝土生化池，其有效容积为30m³，外形尺寸为：底板长7.15m，宽3.10m；池身长5.80m，宽2.90m。按污水定额200L/人，则每天流入生化池的污水量为53600L，以5℃的换热温差，可以得到13.03kW的换热量。面积为100m²的公共超市，夏季空调设计冷负荷为12kW，选择嘉陵制冷公司型号为SRBLG135的半封闭螺杆水源热泵机组作为冷热源，为此超市夏季供冷、冬季供暖。

换热管选用高密度聚乙烯管(以下简称PE管)，型号为PE100，规格为DN20，PE管内工作流体选择水，PE管中心轴距离池壁、隔墙和池底外表面的距离取20mm，PE管埋入池壁和隔墙的形式采用图2所示的竖向平行布管，相邻U型管间距取500mm，埋入池底的形式采用图3或图4所示的蛇形布管，相邻换热管中心轴间距取300mm。管道之间、管道与管件之间采用热熔承插连接。在生化池的施工过程中，按照以上尺寸在池壁、隔墙和池底相应的位置预置钢筋架，把PE管捆扎在上面，然后浇灌混凝土。管道系统安装完毕后，应进行水压试验，并进行清洗和排污，确认管内无杂质后，方可灌水。最后，将PE管连接到室外侧分水器和集水器相应的管道上，构成室外侧换热系统。水源热泵机组和是内侧换热系统的设计施工按现有技术操作。

结合图1说明工作流程：

夏季供冷时，生化池(1-2)池壁、隔墙和池底埋入的换热管(1-1)内的工作流体流经冷凝器(2-3)时，吸收冷凝器(2-3)中制冷剂蒸汽的热量，并将热量带到生化池(1-2)内，与生化池(1-2)内的污水进行热交换，由污水带走热量。水源热泵机组(2)提供的冷冻水量为23m³/h，满足用户末端(3-5)最大冷负荷的需求。超市在顾客少的时段，冷负荷较小，此时，打开用户侧分水器(3-3)上连通蓄能装置(3-6)的开关，让一部分冷冻水流入蓄能装置(3-6)内，蓄能装置容积为8m³，打开蓄能装置(3-6)上的手动调节阀(3-7)，将此冷水与自来水混合，用于小区景观绿地灌溉或路面洒水清洁，降低路面温度，增加小区环境舒适度。

冬季供暖时，生化池(1-2)池壁、隔墙和池底埋入的换热管(1-1)内的工作流体流经冷凝器(2-3)时，被冷凝器(2-3)中制冷剂蒸汽吸收热量后，流回生化池(1-2)内，与生化池(1-2)内的污水进行热交换，吸收污水的热量。水源热能机组2提供的热水量为23m³/h，首先满足超市热负荷的需求。超市顾客少的时段，热负荷较小，此时，打开用户侧分水器(3-3)上连通蓄能装置(3-6)的开关，让一部分热水流入蓄能装置(3-6)内，打开蓄能装置(3-6)上的手动调节阀(3-7)，将此热水作为部分生活热水，供给小区居民使用。

显然，本实用新型系统还应当有必要的调控设备以及结合本实用新型的操作要求采用本领域技术人员熟知的常规设计来完成，但不是本实用新型需要保护的主题。因此，在本说明书中省略了部分在水源热泵空调系统中所必需的装置的介绍。

Claims

1.一种水源热泵空调系统，该系统包括室外侧换热系统(1)、水源热泵机组(2)和用户末端系统(3)，室外侧换热系统(1)包括换热管(1-1)、生化池(1-2)、室外侧集水器(1-3)、室外侧分水器(1-4)、止回阀(1-5)、室外侧循环水泵(1-6)，水源热泵机组(2)包括压缩机(2-1)、四通换向阀(2-2)、冷凝器(2-3)、膨胀阀(2-4)、蒸发器(2-5)，用户末端系统(3)包括用户侧循环水泵(3-1)、止回阀(3-2)、用户侧分水器(3-3)、用户侧集水器(3-4)、用户末端(3-5)、蓄能装置(3-6)、手动调节阀(3-7)，室外侧换热系统的进、出水口分别与水源热机组冷凝器的出水、进水端固定连接，用户末端系统的进、出水口分别与水源热泵机组蒸发器的出水、进水端固定连接，其特征在于将室外侧换热系统的换热管埋入生化池池壁、隔墙和池底，每段换热管的一端与室外侧分水器上相应的水管连接，另一端与室外侧集水器上相应的水管连接，形成一个通路，换热管规格为DN16～DN32，换热管中心轴距离池壁、隔墙和池底外表面的距离为20～40mm，换热管埋入池壁、隔墙的形式采用竖向平行布管，埋入池底的形式采用蛇形布管，相邻的换热管中心轴间距取200～1000mm；用户侧分水器的一根水管连接蓄能装置的入水端，蓄能装置出水端的管道上安装手动调节阀。