CN210089025U - 一种基于能源塔的高效能源站 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种基于能源塔的高效能源站，其中高效能源站包括能源塔组、溶液浓度控制单元、热泵机组单元和用户端组成；用户端内设置有分水器和集水器，所述的溶液浓度控制单元内设置有溶液箱和板式换热器，所述的能源塔组包括若干个并联设置的能源塔和溶液浓度检测装置，所述的热泵机组单元包括若干个并联设置的热泵机组；通过管路阀门控制系统可以实现常规制冷模式、主机高效制冷模式、常规制热模式、主机高效制热模式、溶液箱蓄热模式、溶液再生模式等多种工作模式。该种能源站及其控制方法能够有效提高空调机组的工作性能和能源利用效率。

Description

一种基于能源塔的高效能源站

技术领域

本实用新型是空调系统集成技术领域，具体的说是一种基于能源塔的高效能源站。

背景技术

随着中国经济的高速增长，建筑节能的重要性逐渐体现出来。目前建筑能耗占我国全社会终端能耗的比例约为27.5％。且随着城镇化的发展，建筑能耗将快速增加，城市化的发展给我国建筑用能能源供应造成了较大压力。而在目前整个城镇建筑能耗中，空调能耗占其中最主要方面，尤其对于长江中下游地区特有的夏热冬冷空气潮湿气候特征，制冷空调能耗要占到建筑总能耗的50％～70％。通过调查研究发现，目前的已有建筑70%以上属于高能耗建筑，均具有一定的节能改造潜力。

在目前建筑制冷空调系统中，广泛使用的供冷/暖方式为冷水机组+锅炉（燃煤、燃气或燃油）和热泵机组（空气源热泵、地源热泵和水源热泵）两种，其供冷/热方式各有其优缺点和适用范围。

空气源热泵利用大气中低品位能，具有节能兼顾供冷供热、使用灵活、方便、所占空间小、利用效率高、无污染等优点，其作为重要的节能性供热空调设备在长江中下游地区、西南地区、华南地区以及中南地区得到了广泛使用，目前对于空气源热泵的研究主要集中在解决其结霜问题和提高其适用范围两个方面。由于空气源热泵冬季运行时蒸发器表面容易结霜，霜层在蒸发器表面的形成和增长增加了传热过程的热阻，增加了空气流过换热器的阻力，恶化了传热效果，造成风机功耗增加。

地源热泵使用土壤作为冷热源，具有高效、节能、环保、节省占地面积、舒适等诸多优势，因此在大型建筑中得到了很大程度上的应用。但是其固有的缺点也造成了其被全面推广受到了一定的限制。首先的问题是能量平衡的问题，即向地下提供的热量与从地下得到的热量能否保证相等的问题。其次地埋管换热能力衰减问题也制约其广泛应用。由于地源热泵需要从地下换取热量，其对土质及其地下生态的影响，也是一个需要解决的问题。

水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源(如地表水、河流、湖泊)或者利用人工再生水源(工业废水、地热水等)等低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的电能输入实现供冷供暖的目的。水源热泵在部分区域得到了应用，然而水源热泵仅仅适合于有合适水源的区域，大大影响了其使用的范围。同时水源热泵在冬夏两季取/排热能力方面存在较大的差异，尤其在冬季浅层水源温度较低，一般仅高于冰点温度5℃左右，其在冬季作为热泵运行效率较低。此外浅层水源水质问题也对水源热泵的推广应用产生了较大的阻力。因此其应用区域有很大的局限性。水冷冷水机组加锅炉的供冷/热方式在大型中央空调系统中应用的较为普遍。在夏季，冷水机组配备有冷却塔这一水循环冷却设备，用以散去冷凝器中的热量，从而使其在高效率的状态下运行，具有技术成熟可靠、效率高、无生态污染和初投资少等优点。冷水机组通过冷却塔以蒸发冷却的方式达到降低冷凝温度的效果，冷凝器冷凝温度理论上可以达到室外空气湿球温度，与空气源热泵相比，冷凝温度得到更大的降低，从而提高了机组供冷效率。然而冷却塔仅限于在夏季运行，冷水机组在冬季时处于闲置状态。冬季则采用锅炉等设备供暖，一次能源利用率低且排放物污染环境，目前城市中燃煤锅炉已经基本禁止运行。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于能源塔的高效能源站，该系统在夏季以水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—能源塔，通过向塔内淋水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。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于能源塔的高效能源站，其特征是：包括能源塔组、溶液浓度控制单元、热泵机组单元和用户端组成；

所述的用户端内设置有分水器和集水器，所述的溶液浓度控制单元内设置有溶液箱和板式换热器，所述的能源塔组包括若干个并联设置的能源塔和溶液浓度检测装置，所述的热泵机组单元包括若干个并联设置的热泵机组；

所述的集水器与出水管一端连通，出水管另一端分别与第一出分管和第二出水分管连通，所述的出水管的管路上安装有用户水泵，所述的第一出水分管与换热器进水管一端连通，所述的换热器进水管与换热器出水管在板式换热器内连通，所述的换热器进水管与换热器出水管内的液体用于通过板式换热器与溶液箱内溶液进行热交换，所述的换热器出水管与进水管一端连通，进水管另一端与分水器连通，所述的第一出水分管内设置有溶液再生电动阀；

所述的第二出水分管分别与第一控制管一端和第二控制管一端连通，第一控制管另一端和第二控制管另一端均与能源塔出水管连通，所述的能源塔出水管的管路上安装有塔水泵，所述的能源塔出水管与能源塔组的出液端连通，所述的能源塔出水管还与溶液浓度检测装置连通；

进水管与换热器出水管连通的一端还分别与第三控制管一端和第四控制管一端连通，第三控制管另一端和第四控制管另一端通过能源塔进水管与能源塔组的喷淋端连通；

能源塔组的出液端通过第二回液管与溶液箱连通，能源塔组的喷淋管通过第二岀液管与溶液箱连通，所述的第二岀液管的管路上设置有补液再生泵；

所述的热泵机组内部包括蒸发器和冷凝器，蒸发器进水管一端与第一控制管连通，另一端与蒸发器进水端连通；蒸发器出水管一端与第三控制管连通，另一端与蒸发器出水端连通；冷凝器进水管一端与第二控制管连通，另一端与冷凝器进水端连通；冷凝器出水管一端与第四控制管连通，另一端与冷凝器出水端连通；所述的蒸发器进水管、蒸发器出水管、冷凝器进水管、冷凝器出水管的管路内均设置有电动阀；

第一控制管与第二出水分管的连接处设置有A-1阀门，第一控制管与能源塔出水管的连接处设置有B-2阀门；第二控制管与第二出水分管的连接处设置有B-1阀门，第二控制管与能源塔出水管的连接处设置有A-2阀门；第三控制管与进水管的连接处设置有A-3阀门，第三控制管与能源塔进水管的连接处设置有B-4阀门；第四控制管与进水管的连接处设置有B-3阀门，第四控制管与能源塔进水管的连接处设置有A-4阀门；

所述的A-1阀门、A-2阀门、A-3阀门和A-4阀门以及B-1阀门、B-2阀门、B-3阀门和B-4阀门均与控制器信号连接，并通过控制器控制阀门的开、闭状态。

所述的能源塔出水管分别与能源塔组内每个能源塔的一号出水管连通，每个能源塔底部的一号出水管与能源塔出水管的连通处设置有手阀，所述的能源塔出水管还与取样管一端连通，取样管的另一端与溶液浓度检测装置连通，所述的溶液浓度检测装置用于检测溶液浓度。

所述的第三控制管另一端和第四控制管另一端通过能源塔进水管与每个能源塔的喷淋管连通，所述的喷淋管与能源塔内的喷头组连通，所述的喷淋管内设置有电动阀。

每个能源塔还设置有二号出水管，所述的二号出水管与第二回液管连通，所述的第二回液管与溶液箱连通，所述的溶液箱与第一岀液管一端连通，第一岀液管另一端与第一回液管一端在板式换热器内连通，第一回液管另一端与溶液箱连通，所述的第一岀液管的管路上设置有再生循环泵。

所述的取样管内设置有进液阀，所述的溶液浓度检测装置用于检测样品溶液浓度，所述的溶液浓度检测装置连接有排液管，所述的排液管内设置有排液阀。

所述的出水管管路上设置有多条并联的出水管支管，每条出水管支管的管路上均设置有用户水泵；所述的能源塔出水管管路上设置有多条并联的能源塔出水管支管，每条能源塔出水管支管的管路上均设置有塔水泵；所述的第二岀液管管路上设置有多条并联的第二岀液管支管，每条第二岀液管支管的管路上均设置有补液再生泵；所述的第一岀液管管路上设置有多条并联的第一岀液管支管，每条第一岀液管支管的管路上均设置有再生循环泵，所述的出水管支管、能源塔出水管支管、第二岀液管支管和第一岀液管支管数量均不少于两条。

所述的第二岀液管与溶液箱的连接处设置有出口阀，所述的第二岀液管与喷淋管的连通处设置有止回阀。

所述的喷淋管还与补水管连通，所述的补水管与喷淋管的连通处设置在电动阀和喷头组之间。

热泵机组单元中任一热泵机组的蒸发器出水管通过第一串联逆流管和与其相邻的热泵机组的蒸发器进水管连通；热泵机组单元中任一热泵机组的冷凝器进水管通过第二串联逆流管和与其相邻的热泵机组的冷凝器出水管连通；所述的第一串联逆流管的管路内设置有蒸发器串联逆流电动阀，所述的第二串联逆流管的管路内设置有冷凝器串联逆流电动阀。

工作方法包括常规制冷模式、主机高效制冷模式、常规制热模式、主机高效制热模式、溶液箱蓄热模式、溶液再生模式；

所述的常规制冷模式工作方法具体为：低温水在用户末端吸热后回到集水器，再通过用户水泵泵出进入出水管内，此时，A-1阀门、A-2阀门、A-3阀门和A-4阀门开启，B-1阀门、B-2阀门、B-3阀门和B-4阀门关闭，溶液再生电动阀关闭；吸热后的低温水在用户水泵的升压驱动下经过A-1阀门后通过蒸发器进水管进入热泵机组内的蒸发器，进入蒸发器的液体在蒸发器内放热降温后形成新的低温水，新形成的低温水通过蒸发器出水管经过A-3阀门回流，回流的新的低温水通过进水管流入分水器；

冷却水从能源塔组流出进入能源塔出水管，冷却水在塔水泵的升压作用下经过A-2阀门通过冷凝器进水管流入冷凝器，冷却水在冷凝器中吸热后通过冷凝器出水管经过A-4阀门流入能源塔组进行喷淋散热；

所述的主机高效制冷模式工作方法具体为：低温水在用户末端吸热后回到集水器，再通过用户水泵泵出进入出水管内，此时，A-1阀门、A-2阀门、A-3阀门和A-4阀门开启，B-1阀门、B-2阀门、B-3阀门和B-4阀门关闭，溶液再生电动阀关闭；吸热后的低温水在用户水泵的升压驱动下经过A-1阀门后通过第一热泵机组的蒸发器进水管进入第一热泵机组内的蒸发器进行首次降温，此时，与第一热泵机组相连的蒸发器出水管、与第二热泵机组相连的蒸发器进水管内的电动阀关闭，降温后的新低温水通过第一串联逆流管流入第二热泵机组的蒸发器中进行再次降温，再次降温的低温水通过第二热泵机组的蒸发器出水管经过A-3阀门回流，回流的新的低温水通过进水管流入分水器；

冷却水通过能源塔组流出进入能源塔出水管，此时第一热泵机组的冷凝器进水管、第二热泵机组的冷凝器出水管内的电动阀关闭，冷却水在塔水泵的升压作用下经过A-2阀门通过第二热泵机组的冷凝器进水管流入第二热泵机组的冷凝器，冷却水在第二热泵机组的冷凝器内首次升温，首次升温后的冷却水经过第二串联逆流管流入第一热泵机组的冷凝器内进行再次升温，再次升温后的冷凝水通过第一热泵机组的冷凝器出水管经过A-4阀门流入能源塔组进行喷淋散热；

所述的常规制热模式工作方法具体为：冷冻水在用户末端放热后流入集水器，再通过用户水泵泵出进入出水管内，此时，A-1阀门、A-2阀门、A-3阀门和A-4阀门关闭，B-1阀门、B-2阀门、B-3阀门和B-4阀门开启，溶液再生电动阀关闭；冷冻水在放热过后通过用户水泵的升压驱动下经过B-1阀门后通过冷凝器进水管进入热泵机组内的冷凝器，冷冻水在冷凝器内吸热形成新的冷冻水，新形成的冷冻水通过冷凝器出水管经过B-3阀门回流，回流的新的冷冻水通过进水管流入分水器；

防冻液从能源塔组流出进入能源塔出水管，防冻液在塔水泵的升压驱动下经过B-2阀门通过蒸发器进水管流入热泵机组内的蒸发器，防冻液在蒸发器内放热后，通过蒸发器出水管经过B-4阀门流入能源塔组进行喷淋吸热；

所述的主机高效制热模式工作方法具体为：冷冻水在用户末端放热后流入集水器，再通过用户水泵泵出进入出水管内，此时，A-1阀门、A-2阀门、A-3阀门和A-4阀门关闭，B-1阀门、B-2阀门、B-3阀门和B-4阀门开启，溶液再生电动阀关闭；冷冻水在放热过后通过用户水泵的升压驱动，经过B-1阀门通过第一热泵机组的冷凝器进水管进入第一热泵机组的冷凝器内进行首次升温，此时，与第一热泵机组相连的冷凝器出水管、与第二热泵机组相连的冷凝器进水管内的电动阀关闭，首次升温后的冷冻水通过第二串联逆流管流入第二热泵机组的冷凝器内进行再次升温，再次升温后的冷却水通过与第二热泵机组连通的冷凝器出水管经过B-3阀门回流，回流的新的冷冻水通过进水管流入分水器；

防冻液从能源塔组流出进入能源塔出水管，防冻液在塔水泵的升压驱动下经过B-2阀门通过第一热泵机组的蒸发器进水管流入第一热泵机组内的蒸发器进行首次放热，此时，与第一热泵机组相连的蒸发器出水管、与第二热泵机组相连的蒸发器进水管内的电动阀关闭，首次放热后的防冻液通过第一串联逆流管进入第二热泵机组内的蒸发器进行再次放热，再次放热后的防冻液经过与第二热泵机组连通的蒸发器出水管经过B-4阀门流入能源塔组进行喷淋吸热；

所述的溶液箱蓄热模式工作方法具体为：在常规制热模式或主机高效制热模式中，定时打开溶液浓度检测装置进液端处的控制阀门，流入能源塔出水管的防冻液进一步流入溶液浓度检测装置，当采集到所需的防冻液样本时关闭控制阀门，获取防冻液的溶液浓度后将流入的防冻液排出；当溶液浓度低于设定值时，开启溶液再生电动阀，出水管中的高温冷冻水通过第一出水分管进入板式换热器中进行换热，降温后的水通过化热器出水管流回进水管，进而与升温后的防冻液混合后流入分水器；

所述的溶液再生模式工作方法具体为：在溶液箱中的热量达到设定温度，且检测到溶液浓度低于溶液再生设定浓度时，打开设置在溶液箱出口处的溶液箱出口手阀，打开补液再生泵，高温的稀溶液经过止回阀进入能源塔内喷淋，实现水分的蒸发，实现溶液浓缩。

一种基于能源塔的高效能源站的控制方法，其特征在于：在制冷和制热的过程中能够进行节能模式；

所述的节能模式工作状态的优化过程为：

S1，系统具备调试能力的情况下，进行开机运行；

S2，系统开机后对模型进行初建，本系统中塔水泵、用户水泵均采用变频水泵，在建立工作模型的过程中，

获取塔水泵的功率、流量随塔水泵工作频率的变化模型；

获取用户水泵的功率、流量随用户水泵工作频率的变化模型；

获取能源塔功率随能源塔内风机工作频率的变化模型；

获取能源塔逼近度随风机工作频率、冷却水泵工作频率的变化模型；所述的能源塔逼近度为能源塔出水温度与室外大气环境温度的差值；

通过对采集的数据进行分析、拟合，获取对应的经验关系式，建立初步的热泵机组功率、制冷量随冷冻水进、出口温度和流量、冷却水进、出口温度和流量的多项耦合数学模型；

S3，根据原有控制逻辑进行常规运行，并在运行的过程中采取关键数据的稳态数据，所述的关键数据包括但不限于：冷冻水的流量和进、出口温度、冷却水的流量和进、出口温度、热泵机组耗功、能源塔风机工作频率，室外大气环境温度的参数；

S4，主动寻优模型的校准和计算：首先根据已有的初步建立的模型，通过采集到的实际工况，计算实际工况下的热泵机组功耗、塔水泵耗功、用户水泵耗功、能源塔耗功，并对比分析计算参数与测量参数的偏差，当偏差超过允许误差范围，则需要对模型进行修正，指导模型数据和测量数据的误差在允许范围；

S5，在主动寻优模型校准完成后，通过输入工况信息，通过寻优模型计算输出最佳控制参数，其中工况信息包括室外大气环境温度和室内温度、湿度参数，控制参数包括塔水泵工作频率、用户水泵的工作频率、能源塔风机的工作频率、冷冻水温度，并输出该系统的SCOP；

S6，在工作的过程中，根据采集得到的现实工况，套入修改后的寻优模型，得到最节能的工作控制参数，并通过最优控制参数，实现节能模式工作。

该种基于能源塔的高效能源站能够产生的有益效果为：第一，该种高效能源站整体上可以实现系统夏季高效供冷，冬季高效供暖，具有很好的节能效果；第二，该种能源站采用自身余热用于溶液浓度控制与再生，无需额外添置溶液浓缩装置，且稀溶液无需排出，对环境无污染；第三，热泵机组采用并联和串联两种运行模式，可以根据运行模式，调整每个热泵机组的运行功率，有效的提升了主机功效；第四，该种能源站在用户水泵、补液再生泵、塔水泵和再生循环泵中均采用了并联水泵的设置，可以调整水泵组整体功率的同时，还可以提高系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种基于能源塔的高效能源站的结构原理图。

图2为本实用新型一种基于能源塔的高效能源站用户端的结构原理图。

图3为本实用新型一种基于能源塔的高效能源站热泵机组单元的结构原理图。

图4为本实用新型一种基于能源塔的高效能源站溶液浓度控制单元的结构原理图。

图5为本实用新型一种基于能源塔的高效能源站能源塔组的结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种基于能源塔的高效能源站，其特征是：包括能源塔组1、溶液浓度控制单元2、热泵机组单元3和用户端4组成；

所述的用户端4内设置有分水器5和集水器6，所述的溶液浓度控制单元2内设置有溶液箱7和板式换热器8，所述的能源塔组1包括若干个并联设置的能源塔9和溶液浓度检测装置29，所述的热泵机组单元3包括若干个并联设置的热泵机组10；

所述的集水器6与出水管11一端连通，出水管11另一端分别与第一出分管12和第二出水分管13连通，所述的出水管11的管路上安装有用户水泵14，所述的第一出水分管12与换热器进水管15一端连通，所述的换热器进水管15与换热器出水管16在板式换热器8内连通，所述的换热器进水管15与换热器出水管16内的液体用于通过板式换热器8与溶液箱7内溶液进行热交换，所述的换热器出水管16与进水管17一端连通，进水管17另一端与分水器5连通，所述的第一出水分管12内设置有溶液再生电动阀18；

所述的第二出水分管13分别与第一控制管19一端和第二控制管20一端连通，第一控制管19另一端和第二控制管20另一端均与能源塔出水管23连通，所述的能源塔出水管23的管路上安装有塔水泵24，所述的能源塔出水管23与能源塔组1的出液端连通，所述的能源塔出水管23还与溶液浓度检测装置29连通；

进水管17与换热器出水管16连通的一端还分别与第三控制管21一端和第四控制管22一端连通，第三控制管21另一端和第四控制管22另一端通过能源塔进水管26与能源塔组1的喷淋端连通；

能源塔组1的出液端通过第二回液管34与溶液箱7连通，能源塔组1的喷淋管27通过第二岀液管35与溶液箱7连通，所述的第二岀液管35的管路上设置有补液再生泵36；

所述的热泵机组10内部包括蒸发器和冷凝器，蒸发器进水管40一端与第一控制管19连通，另一端与蒸发器进水端连通；蒸发器出水管41一端与第三控制管21连通，另一端与蒸发器出水端连通；冷凝器进水管42一端与第二控制管20连通，另一端与冷凝器进水端连通；冷凝器出水管43一端与第四控制管22连通，另一端与冷凝器出水端连通；所述的蒸发器进水管40、蒸发器出水管41、冷凝器进水管42、冷凝器出水管43的管路内均设置有电动阀；

第一控制管19与第二出水分管12的连接处设置有A-1阀门44，第一控制管19与能源塔出水管23的连接处设置有B-2阀门49；第二控制管20与第二出水分管12的连接处设置有B-1阀门48，第二控制管20与能源塔出水管23的连接处设置有A-2阀门45；第三控制管21与进水管17的连接处设置有A-3阀门46，第三控制管21与能源塔进水管26的连接处设置有B-4阀门51；第四控制管22与进水管17的连接处设置有B-3阀门50，第四控制管22与能源塔进水管26的连接处设置有A-4阀门47；

所述的A-1阀门44、A-2阀门45、A-3阀门46和A-4阀门47以及B-1阀门48、B-2阀门49、B-3阀门50和B-4阀门51均与控制器信号连接，并通过控制器控制阀门的开、闭状态。

本实施例中，能源塔出水管23分别与能源塔组1内每个能源塔9的一号出水管32连通，每个能源塔9底部的一号出水管32与能源塔出水管23的连通处设置有手阀25，所述的能源塔出水管23还与取样管30一端连通，取样管30的另一端与溶液浓度检测装置29连通，所述的溶液浓度检测装置29用于检测溶液浓度。

本实施例中，第三控制管21另一端和第四控制管22另一端通过能源塔进水管26与每个能源塔9的喷淋管27连通，所述的喷淋管27与能源塔9内的喷头组28连通，所述的喷淋管27内设置有电动阀31。

本实施例中，每个能源塔9还设置有二号出水管33，所述的二号出水管33与第二回液管34连通，所述的第二回液管34与溶液箱7连通，所述的溶液箱7与第一岀液管37一端连通，第一岀液管37另一端与第一回液管38一端在板式换热器8内连通，第一回液管38另一端与溶液箱7连通，所述的第一岀液管37的管路上设置有再生循环泵39。

本实施例中，取样管30内设置有进液阀，所述的溶液浓度检测装置29用于检测样品溶液浓度，所述的溶液浓度检测装置29连接有排液管，所述的排液管内设置有排液阀。

本实施例中，出水管11管路上设置有多条并联的出水管支管，每条出水管支管的管路上均设置有用户水泵14；所述的能源塔出水管23管路上设置有多条并联的能源塔出水管支管，每条能源塔出水管支管的管路上均设置有塔水泵24；所述的第二岀液管35管路上设置有多条并联的第二岀液管支管，每条第二岀液管支管的管路上均设置有补液再生泵36；所述的第一岀液管37管路上设置有多条并联的第一岀液管支管，每条第一岀液管支管的管路上均设置有再生循环泵39，所述的出水管支管、能源塔出水管支管、第二岀液管支管和第一岀液管支管数量均不少于两条。

本实施例中，第二岀液管35与溶液箱7的连接处设置有出口阀，所述的第二岀液管35与喷淋管27的连通处设置有止回阀。

本实施例中，喷淋管27还与补水管连通，所述的补水管与喷淋管27的连通处设置在电动阀31和喷头组28之间。

本实施例中，热泵机组单元3中任一热泵机组的蒸发器出水管41通过第一串联逆流管52和与其相邻的热泵机组的蒸发器进水管40连通；热泵机组单元3中任一热泵机组的冷凝器进水管42通过第二串联逆流管53和与其相邻的热泵机组的冷凝器出水管43连通；所述的第一串联逆流管52的管路内设置有蒸发器串联逆流电动阀54，所述的第二串联逆流管53的管路内设置有冷凝器串联逆流电动阀55。

本实施例中，用户末端采用毛细管网，分水器5和集水器6之间采用水管连通，该水管的管路中设置有压差旁通阀。

本实施例中，能源塔9采用喷淋塔，通过喷淋作用，利用通过喷淋塔内的气流进行对喷淋液体进行热交换，具体的喷淋塔结构为现有技术。

工作方法包括常规制冷模式、主机高效制冷模式、常规制热模式、主机高效制热模式、溶液箱蓄热模式、溶液再生模式；

本实施例中，常规制冷模式工作方法具体为：低温水在用户末端吸热后达到12℃左右后回到集水器6，再通过用户水泵14泵出进入出水管11内，此时，A-1阀门44、A-2阀门45、A-3阀门46和A-4阀门47开启，B-1阀门48、B-2阀门49、B-3阀门50和B-4阀门51关闭，溶液再生电动阀18关闭；吸热后的低温水在用户水泵14的升压驱动下经过A-1阀门44后通过蒸发器进水管40进入热泵机组10内的蒸发器，进入蒸发器的液体在蒸发器内放热降温后形成新的7℃左右的低温水，新形成的7℃左右的低温水通过蒸发器出水管41经过A-3阀门46回流，回流的新的低温水通过进水管17流入分水器5；

30℃左右的冷却水从能源塔组1流出进入能源塔出水管23，冷却水在塔水泵24的升压作用下经过A-2阀门45通过冷凝器进水管42流入冷凝器，冷却水在冷凝器中吸热后升高到35℃左右通过冷凝器出水管43经过A-4阀门47流入能源塔组1进行喷淋散热。

本实施例中，主机高效制冷模式工作方法具体为：低温水在用户末端吸热达到12℃左右后回到集水器6，再通过用户水泵14泵出进入出水管11内，此时，A-1阀门44、A-2阀门45、A-3阀门46和A-4阀门47开启，B-1阀门48、B-2阀门49、B-3阀门50和B-4阀门51关闭，溶液再生电动阀18关闭；吸热后的低温水在用户水泵14的升压驱动下经过A-1阀门44后通过第一热泵机组的蒸发器进水管40进入第一热泵机组内的蒸发器进行首次降温，首次降温后温度达到9.5℃左右，此时，与第一热泵机组相连的蒸发器出水管41、与第二热泵机组相连的蒸发器进水管40内的电动阀关闭，降温后的新低温水通过第一串联逆流管52流入第二热泵机组的蒸发器中进行再次降温，再次降温后温度达到9.5℃左右，再次降温的低温水通过第二热泵机组的蒸发器出水管41经过A-3阀门46回流，回流的新的低温水通过进水管17流入分水器5；

30℃左右的冷却水通过能源塔组1流出进入能源塔出水管23，此时第一热泵机组的冷凝器进水管42、第二热泵机组的冷凝器出水管43内的电动阀关闭，冷却水在塔水泵24的升压作用下经过A-2阀门45通过第二热泵机组的冷凝器进水管42流入第二热泵机组的冷凝器，冷却水在第二热泵机组的冷凝器内首次升温，首次升温后的冷却水温度达到32.5℃左右，首次升温后的冷却水经过第二串联逆流管53流入第一热泵机组的冷凝器内进行再次升温，再次升温后的冷却水温度达到35℃左右，再次升温后的冷凝水通过第一热泵机组的冷凝器出水管43经过A-4阀门47流入能源塔组1进行喷淋散热；

该种主机高效制冷模式与常规制冷模式相比，由于对于第一热泵机组蒸发器进出水温度为12-9.5℃，冷凝器进出水温度为32.5-35℃，与常规方式相比，蒸发器出水温度升高2.5℃，按照蒸发温度每升高1℃，系统能效提升3%以上，系统能效提升8%左右，而对于第二热泵机组蒸发器进出水温度为9.5-7℃，冷凝器进出水温度为30-32.5℃，与常规方式相比，冷凝器出水温度降低2.5℃，按照冷凝温度每降低1℃，系统能效提升3.5%左右，因而在主机高效制冷模式下，逆流串联的热泵机组系统能效比传统制冷模式下并联设置热泵机组的系统能效提升8%。

本实施例中，常规制热模式工作方法具体为：冷冻水在用户末端放热达到40℃左右后流入集水器6，再通过用户水泵14泵出进入出水管11内，此时，A-1阀门44、A-2阀门45、A-3阀门46和A-4阀门47关闭，B-1阀门48、B-2阀门49、B-3阀门50和B-4阀门51开启，溶液再生电动阀18关闭；冷冻水在放热过后通过用户水泵14的升压驱动下经过B-1阀门48后通过冷凝器进水管42进入热泵机组10内的冷凝器，冷冻水在冷凝器内吸热形成新的45℃左右的冷冻水，新形成的冷冻水通过冷凝器出水管43经过B-3阀门50回流，回流的新的冷冻水通过进水管17流入分水器5；

0℃左右的防冻液从能源塔组1流出进入能源塔出水管23，防冻液在塔水泵24的升压驱动下经过B-2阀门49通过蒸发器进水管40流入热泵机组10内的蒸发器，防冻液在蒸发器内放热后，温度降低到-5℃左右，通过蒸发器出水管41经过B-4阀门51流入能源塔组1进行喷淋吸热；

本实施例中，主机高效制热模式工作方法具体为：冷冻水在用户末端放热达到40℃左右的后流入集水器6，再通过用户水泵14泵出进入出水管11内，此时，A-1阀门44、A-2阀门45、A-3阀门46和A-4阀门47关闭，B-1阀门48、B-2阀门49、B-3阀门50和B-4阀门51开启，溶液再生电动阀18关闭；冷冻水在放热过后通过用户水泵14的升压驱动，经过B-1阀门48通过第一热泵机组的冷凝器进水管42进入第一热泵机组的冷凝器内进行首次升温，首次升温后温度达到42.5℃左右，此时，与第一热泵机组相连的冷凝器出水管43、与第二热泵机组相连的冷凝器进水管42内的电动阀关闭，首次升温后的冷冻水通过第二串联逆流管53流入第二热泵机组的冷凝器内进行再次升温，再次升温后温度达到45℃左右，再次升温后的冷却水通过与第二热泵机组连通的冷凝器出水管43经过B-3阀门50回流，回流的新的冷冻水通过进水管17流入分水器5；

0℃左右的防冻液从能源塔组1流出进入能源塔出水管23，防冻液在塔水泵24的升压驱动下经过B-2阀门49通过第一热泵机组的蒸发器进水管40流入第一热泵机组内的蒸发器进行首次放热，首次放热后温度降到-2.5℃左右，此时，与第一热泵机组相连的蒸发器出水管41、与第二热泵机组相连的蒸发器进水管40内的电动阀关闭，首次放热后的防冻液通过第一串联逆流管52进入第二热泵机组内的蒸发器进行再次放热，再次放热后温度降到-5℃左右，再次放热后的防冻液经过与第二热泵机组连通的蒸发器出水管41经过B-4阀门51流入能源塔组1进行喷淋吸热；

该种主机高效制热模式与常规制热模式相比，按照蒸发温度每升高1℃，系统能效提升3%以上，系统能效提升8%，该处提升系统能效逻辑与主机高效制冷模式相同。

本实施例中，溶液箱蓄热模式工作方法具体为：在常规制热模式或主机高效制热模式中，定时打开溶液浓度检测装置29进液端处的控制阀门，流入能源塔出水管23的防冻液进一步流入溶液浓度检测装置29，当采集到所需的防冻液样本时关闭控制阀门，获取防冻液的溶液浓度后将流入的防冻液排出；当溶液浓度低于设定值时，开启溶液再生电动阀18，出水管11中40℃左右的高温冷冻水通过第一出水分管12进入板式换热器39中进行换热，降温后的水通过化热器出水管16流回进水管17，进而与升温后的防冻液混合后流入分水器5，此时溶液箱7中的0℃左右的稀溶液通过再生循环泵39进入板式换热器39内换热；

本实施例中，溶液再生模式工作方法具体为：在溶液箱中的热量达到设定温度，且检测到溶液浓度低于溶液再生设定浓度时，打开设置在溶液箱7出口处的溶液箱出口手阀，打开补液再生泵36，40℃左右的高温的稀溶液经过止回阀进入能源塔9内喷淋，实现水分的蒸发，实现溶液浓缩。

在制冷和制热的过程中能够进行节能模式；

本实施例中，节能模式工作流程为：

S1，系统具备调试能力的情况下，进行开机运行；

S2，系统开机后对模型进行初建，本系统中塔水泵、用户水泵均采用变频水泵，在建立工作模型的过程中，

获取塔水泵的功率、流量随塔水泵工作频率的变化模型；本实施例中，塔水泵功率P=0.48f³，该模型中f为塔水泵工作频率，P为塔水泵的功率；

获取用户水泵的功率、流量随用户水泵工作频率的变化模型；本实施例中，用户水泵功率P=0.32f³，该模型中f为用户水泵工作频率，P为用户水泵的功率；

获取能源塔功率随能源塔内风机工作频率的变化模型；本实施例中，能源塔功率P=0.17 f³，该模型中f为能源塔内风机工作频率，P为能源塔功率；

获取能源塔逼近度随风机工作频率、冷却水泵工作频率的变化模型；所述的能源塔逼近度为能源塔出水温度与室外大气环境温度的差值；

本实施例中，通过对采集的数据进行分析、拟合，获取对应的经验关系式，建立初步的热泵机组功率、制冷量随冷冻水进、出口温度和流量、冷却水进、出口温度和流量的多项耦合数学模型；如热泵功率P=0.17*Twi^0.22* Two^0.32* Tci^0.28* Tco^0.25* Mwc^0.17* Mw^0.22，其中Twi为冷冻水进口水温，Two为冷冻水出口水温、Tci为冷却水进口水温、Tco为冷却水出口水温。

S3，根据原有控制逻辑进行常规运行，并在运行的过程中采取关键数据的稳态数据，所述的关键数据包括但不限于：冷冻水的流量和进、出口温度、冷却水的流量和进、出口温度、热泵机组耗功、能源塔风机工作频率，室外大气环境温度的参数；

本实施例中，冷冻水的流量和进、出口温度、冷却水的流量和进、出口温度、室外大气环境温度等温度参数可直接通过预先设置在管路中、室外、室内的温度测量装置采集得到。利用温度传感器采集温度为本领域现有技术手段，由于采集温度数据的方法不是本实用新型实用新型点，因此其数据采集电路具体连接方式详细说明。

S4，主动寻优模型的校准和计算：首先根据已有的初步建立的模型，通过采集到的实际工况，计算实际工况下的热泵机组功耗、塔水泵耗功、用户水泵耗功、能源塔耗功，并对比分析计算参数与测量参数的偏差，当偏差超过允许误差范围，则需要对模型进行修正，指导模型数据和测量数据的误差在允许范围。

在校准的过程中，通过不断调整输入的工况数据，根据模型计算得到相应结果，在多次仿真的过程，根据仿真结果对模型参数进行调整，如调整修正后，塔水泵功率变为P=0.44f^2.93；

S5，在主动寻优模型校准完成后，通过输入工况信息，通过寻优模型计算输出最佳控制参数，其中工况信息包括室外大气环境温度和室内温度、湿度参数，控制参数包括塔水泵工作频率、用户水泵的工作频率、能源塔风机的工作频率、冷冻水温度，并输出该系统的SCOP。

例如，通过对变工况模拟，得出如下表所示的8种工况下的计算COP，从而给出最优COP为5.35，此时塔频率为30HZ，用户水泵频率为30Hz，能源塔频率30Hz，然后将该参数反馈给程序进行调整个设备频率。

塔水泵频率HZ	用户水泵频率HZ	能源塔频率HZ	计算COP
				50	50	50	5.22
50	50	30	5.11
				50	30	50	5.28
50	30	30	5.13
				30	50	50	5.19
30	50	30	5.09
				30	30	50	5.31
30	30	30	5.35

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于能源塔的高效能源站，其特征是：包括能源塔组（1）、溶液浓度控制单元（2）、热泵机组单元（3）和用户端（4）组成；

所述的用户端（4）内设置有分水器（5）和集水器（6），所述的溶液浓度控制单元（2）内设置有溶液箱（7）和板式换热器（8），所述的能源塔组（1）包括若干个并联设置的能源塔（9）和溶液浓度检测装置（29），所述的热泵机组单元（3）包括若干个并联设置的热泵机组（10）；

所述的集水器（6）与出水管（11）一端连通，出水管（11）另一端分别与第一出水分管（12）和第二出水分管（13）连通，所述的出水管（11）的管路上安装有用户水泵（14），所述的第一出水分管（12）与换热器进水管（15）一端连通，所述的换热器进水管（15）与换热器出水管（16）在板式换热器（8）内连通，所述的换热器进水管（15）与换热器出水管（16）内的液体用于通过板式换热器（8）与溶液箱（7）内溶液进行热交换，所述的换热器出水管（16）与进水管（17）一端连通，进水管（17）另一端与分水器（5）连通，所述的第一出水分管（12）内设置有溶液再生电动阀（18）；

所述的第二出水分管（13）分别与第一控制管（19）一端和第二控制管（20）一端连通，第一控制管（19）另一端和第二控制管（20）另一端均与能源塔出水管（23）连通，所述的能源塔出水管（23）的管路上安装有塔水泵（24），所述的能源塔出水管（23）与能源塔组（1）的出液端连通，所述的能源塔出水管（23）还与溶液浓度检测装置（29）连通；

进水管（17）与换热器出水管（16）连通的一端还分别与第三控制管（21）一端和第四控制管（22）一端连通，第三控制管（21）另一端和第四控制管（22）另一端通过能源塔进水管（26）与能源塔组（1）的喷淋端连通；

能源塔组（1）的出液端通过第二回液管（34）与溶液箱（7）连通，能源塔组（1）的喷淋管（27）通过第二岀液管（35）与溶液箱（7）连通，所述的第二岀液管（35）的管路上设置有补液再生泵（36）；

所述的热泵机组（10）内部包括蒸发器和冷凝器，蒸发器进水管（40）一端与第一控制管（19）连通，另一端与蒸发器进水端连通；蒸发器出水管（41）一端与第三控制管（21）连通，另一端与蒸发器出水端连通；冷凝器进水管（42）一端与第二控制管（20）连通，另一端与冷凝器进水端连通；冷凝器出水管（43）一端与第四控制管（22）连通，另一端与冷凝器出水端连通；所述的蒸发器进水管（40）、蒸发器出水管（41）、冷凝器进水管（42）、冷凝器出水管（43）的管路内均设置有电动阀；

第一控制管（19）与第二出水分管（13）的连接处设置有A-1阀门（44），第一控制管（19）与能源塔出水管（23）的连接处设置有B-2阀门（49）；第二控制管（20）与第二出水分管（13）的连接处设置有B-1阀门（48），第二控制管（20）与能源塔出水管（23）的连接处设置有A-2阀门（45）；第三控制管（21）与进水管（17）的连接处设置有A-3阀门（46），第三控制管（21）与能源塔进水管（26）的连接处设置有B-4阀门（51）；第四控制管（22）与进水管（17）的连接处设置有B-3阀门（50），第四控制管（22）与能源塔进水管（26）的连接处设置有A-4阀门（47）；

所述的A-1阀门（44）、A-2阀门（45）、A-3阀门（46）和A-4阀门（47）以及B-1阀门（48）、B-2阀门（49）、B-3阀门（50）和B-4阀门（51）均与控制器信号连接，并通过控制器控制阀门的开、闭状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于能源塔的高效能源站，其特征在于：所述的能源塔出水管（23）分别与能源塔组（1）内每个能源塔（9）的一号出水管（32）连通，每个能源塔（9）底部的一号出水管（32）与能源塔出水管（23）的连通处设置有手阀（25），所述的能源塔出水管（23）还与取样管（30）一端连通，取样管（30）的另一端与溶液浓度检测装置（29）连通，所述的溶液浓度检测装置（29）用于检测溶液浓度。

3.根据权利要求2所述的一种基于能源塔的高效能源站，其特征在于：所述的第三控制管（21）另一端和第四控制管（22）另一端通过能源塔进水管（26）与每个能源塔（9）的喷淋管（27）连通，所述的喷淋管（27）与能源塔（9）内的喷头组（28）连通，所述的喷淋管（27）内设置有电动阀（31）。

4.根据权利要求3所述的一种基于能源塔的高效能源站，其特征在于：每个能源塔（9）还设置有二号出水管（33），所述的二号出水管（33）与第二回液管（34）连通，所述的第二回液管（34）与溶液箱（7）连通，所述的溶液箱（7）与第一岀液管（37）一端连通，第一岀液管（37）另一端与第一回液管（38）一端在板式换热器（8）内连通，第一回液管（38）另一端与溶液箱（7）连通，所述的第一岀液管（37）的管路上设置有再生循环泵（39）。

5.根据权利要求4所述的一种基于能源塔的高效能源站，其特征在于：所述的出水管（11）管路上设置有多条并联的出水管支管，每条出水管支管的管路上均设置有用户水泵（14）；所述的能源塔出水管（23）管路上设置有多条并联的能源塔出水管支管，每条能源塔出水管支管的管路上均设置有塔水泵（24）；所述的第二岀液管（35）管路上设置有多条并联的第二岀液管支管，每条第二岀液管支管的管路上均设置有补液再生泵（36）；所述的第一岀液管（37）管路上设置有多条并联的第一岀液管支管，每条第一岀液管支管的管路上均设置有再生循环泵（39），所述的出水管支管、能源塔出水管支管、第二岀液管支管和第一岀液管支管数量均不少于两条。

6.根据权利要求1所述的一种基于能源塔的高效能源站，其特征在于：热泵机组单元（3）中任一热泵机组的蒸发器出水管（41）通过第一串联逆流管（52）和与其相邻的热泵机组的蒸发器进水管（40）连通；热泵机组单元（3）中任一热泵机组的冷凝器进水管（42）通过第二串联逆流管（53）和与其相邻的热泵机组的冷凝器出水管（43）连通；所述的第一串联逆流管（52）的管路内设置有蒸发器串联逆流电动阀（54），所述的第二串联逆流管（53）的管路内设置有冷凝器串联逆流电动阀（55）。

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