CN210373890U - 一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，包括：冷水机组、冷却水泵和冷却塔，在冷却塔的冷却水管道上并联一包括三维热管换热器、高温热泵机组和容积式换热器的环路，其中三维热管换热器并联在冷却水管道上，并与高温热泵机组相连，高温热泵机组与容积式换热器相连；并加装电动开关阀V1、V2、V3和DDC控制箱，用于控制开关切换和各部件的连锁启停。该系统高效回收空调制冷的冷凝热，做为二次能源供给高温热泵机组制备生活热水，省去了制备生活热水所需的锅炉或电热器及运行费用，大幅降低了运行成本；而且无需对原有冷源系统进行拆改，因此改造成本小，避免了资源浪费。本实用新型的系统耗能少，系统综合能效比高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，属于环保节能技术领域。
背景技术
建筑节能一直备受各界关注，《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005规定50％的建筑节能任务通过围护结构节能、空调设备节能和照明设备节能等实现。在我国社会总能耗中，建筑运行能耗约占30％左右，空气调节系统能耗占建筑运行能耗的40～50％，空调冷热源运行能耗占空气调节系统总能耗的70～80％，因此应尤其重视空调冷热源的节能降耗。
诸如医院等既有公共建筑的空调冷源大多采用冷水机组配置冷却塔的常规空调冷源系统，该系统具有形式简单，运行可靠的特点。常规空调冷源系统能效比一般在3.5～4.0左右，即输入1kW的电量，获得3.5～4.0kW的冷量，由冷却塔带走4.5～5.0kW的热量。
然而另一方面，医院等公共建筑对生活热水的需求量大而且稳定，常规制取生活热水系统一般采用锅炉或者电加热器，其系统能效比一般在0.9左右，即输入1kW的热量或电量，获得0.9kW的热量。
对于医院等既有公共建筑的节能改造，若考虑将空调冷凝热回收用于制备生活热水，则需要重新更换冷水机组为制冷/制热水两用机组，而原有的冷水机组则废弃不用，该方案虽然达到了节能效果，但是却废弃了原有的冷水机组设备，是资源的一种浪费。
因此，如何在不浪费原始设备投资的前提下，有效回收医院等公共建筑的空调冷源系统余热进行综合供能，降低公共建筑的整体能耗，一直是业界近几年关注的热点问题，也是本领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，在不浪费原始设备投资的前提下，实现了空调冷凝热回收的能源梯级利用，显著提升了系统综合能效比。
本实用新型提供了一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，包括：冷水机组、冷却水泵和冷却塔，其特征在于，在冷却塔的冷却水管道上并联一个包括三维热管换热器、高温热泵机组和容积式换热器的环路，其中三维热管换热器并联在冷却水管道上，并与高温热泵机组相连，高温热泵机组与容积式换热器相连。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，所述系统还包括电动开关阀和DDC控制箱。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，DDC控制箱分别与冷却塔，电动开关阀和高温热泵机组电连接。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，在冷却塔进、出水管道上以及三维热管换热器与冷却塔并联的管道上分别设置电动开关阀V1、V2、V3，并分别与DDC控制箱电连接。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，三维热管换热器由三维热管束、一次侧换热承压容器和二次侧换热承压容器组成。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，冷水机组的冷凝器与三维热管换热器的一次侧换热承压容器相连，三维热管换热器的二次侧换热承压容器与高温热泵机组的蒸发器相连，高温热泵机组的冷凝器与容积式换热器相连。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，所述系统还包括余热回收循环泵，并与DDC控制箱电连接。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，所述系统还包括生活热水循环泵，并与DDC控制箱电连接。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，容积式换热器上设有温度传感器，并与DDC控制箱电连接。
根据本实用新型的一个具体但非限制性的实施方案，所述的系统包括：冷水机组、冷却水泵和冷却塔，其特征在于，在冷却塔的冷却水管道上并联一个包括三维热管换热器、高温热泵机组和容积式换热器的环路，其中三维热管换热器并联在冷却水管道上，并与高温热泵机组相连，高温热泵机组与容积式换热器相连；所述系统还包括DDC控制箱、余热回收循环泵和生活热水循环泵，在冷却塔进、出水管道上以及三维热管换热器与冷却塔并联的管道上分别设置电动开关阀V1、V2、V3，容积式换热器上设有温度传感器；DDC控制箱分别与冷却塔，高温热泵机组，电动开关阀V1、V2、V3，余热回收循环泵、生活热水循环泵和温度传感器电连接。
本实用新型的有益效果主要体现在：
1.本实用新型系统可高效回收空调制冷的冷凝热，做为二次能源供给高温热泵机组制备生活热水，既省去了原来制备生活热水所需的锅炉或电热器，又省去了制备生活热水的运行费用，实现生活热水免费供给，大幅降低了运行成本。
2.本实用新型无需对原有冷源系统进行拆改，只需在冷却水管道上增加并联环路即可，原有冷水机组、冷却循环泵、冷却塔都不做变动，仍然按照原有工况运行，因此改造成本小，原有设备可继续利用，避免了资源浪费。
3.本实用新型采用三维热管换热器作为余热回收设备，与常规的板式换热器相比，传热系数高，热损率小，节能高效；同时采用高温热泵机组，蒸发器进出口温度20/15℃，比常规热泵机组蒸发器进出口温度(12/7℃)高，机组COP高，耗能少，因此系统综合能效比高。
附图说明
图1是本实用新型的能源梯级利用系统结构示意图。
具体实施方式
下文提供了具体的实施方式进一步说明本发明，但本发明不仅仅限于以下的实施方式。
如图1所示，本实用新型的能源梯级利用系统包括：冷水机组1、冷却水泵2和冷却塔3；在冷却塔3的冷却水管道上增加一个包括三维热管换热器4、高温热泵机组6和容积式换热器8在内的并联环路，用于回收空调冷凝水余热和制备生活热水；并加装电动开关阀V1、V2、V3和DDC控制箱9。其中，三维热管换热器4并联在冷却塔3的冷却水管道上，并与高温热泵机组6相连，高温热泵机组6与容积式换热器8相连。如图1中虚线所示，DDC控制箱分别与冷却塔3、电动开关阀V1、V2、V3、高温热泵机组6和容积式换热器8等部件通过有线或无线方式电连接，控制它们的开关切换以及连锁启停。
冷水机组1与冷却水泵2和冷却塔3相连，构成公共建筑原有的空调冷源系统回路。冷水机组蒸发器19进出水温度12℃/7℃，冷水机组冷凝器18进出水温度30℃/35℃，冷却塔3用于给冷水机组1的冷凝水冷却降温。
三维热管换热器4并联在冷却塔3的冷却水管道上，用于回收冷水机组1的冷凝水余热。三维热管换热器4由三维热管束10、一次侧换热承压容器11、二次侧换热承压容器12组成。三维热管束10和两侧的换热承压容器之间采用橡胶垫衔接，以保证密封问题。三维热管束10由若干根独立的三维热管组成，之间用管匝固定，三维热管内充满用于导热的工作液体，由一/二次侧水流之间的温差实现热量的传送。三维热管束10负责将一次侧35℃进水的热量传递给二次侧15℃进水，使其升温至20℃，输出给高温热泵机组6，制备生活热水使用；同时一次侧出水降温至30℃，输出给冷水机组1制冷使用。
在三维热管换热器二次侧的出水管道上设有余热回收循环泵5，并与DDC控制箱9电连接，用于控制它的启停。
高温热泵机组6包括高温热泵机组蒸发器14和高温热泵机组冷凝器15。高温热泵机组蒸发器14与三维热管换热器4的二次侧换热承压容器12相连。高温热泵机组6用于制热提高温度，其蒸发器侧进出水温度20/15℃，其冷凝器侧进出水温度55℃/60℃。本实用新型采用高温热泵机组是因为高温热泵机组的蒸发器侧进出水温度较高(20/15℃)，而且机组制热水COP高达5.0以上，可以在输入较少量电量的情况下获得60℃左右的生活热水。高温热泵机组6与DDC控制箱9电连接，用于控制它的启停。
高温热泵机组冷凝器15与容积式换热器8相连，容积式换热器8对输入的环境温度冷水13进行加热，并输出60℃生活热水16。容积式换热器8上设有温度传感器17，用于检测容积式换热器8内的水温。温度传感器17与DDC控制箱9电连接，将检测到的温度信号传给DDC控制箱9，以实现DDC控制箱9对系统各部件的控制。
在容积式换热器8的出水管道上设有生活热水循环泵7，并与DDC控制箱9电连接，用于控制它的启停。
冷却塔3与DDC控制箱9电连接，用于控制它的启停。在冷却塔3原有出水管道上设置电动开关阀V1，在冷却塔3原有进水管道上设置电动开关阀V2，在并联的三维热管换热器4一次侧出水管道上设置电动开关阀V3，电动开关阀V1、V2、V3分别与DDC控制箱9电连接，并通过容积式换热器8上的温度传感器17控制它们的切换。
本实用新型采用三维热管换热器高效回收空调冷凝热(30/35℃)，同时采用高温热泵机组高效制热提高温度，在输入较少量电量的情况下可以获得60℃生活热水。
下面详细介绍本实用新型的能源梯级利用系统的工作原理和工作过程。
既有冷水机组冷凝器18的冷却水进出口温度30/35℃，在原有冷却水管道上并联三维热管换热器4，并加装电动开关阀V1、V2、V3，由容积式换热器8上的温度传感器17控制电动开关阀V1、V2、V3的切换。
当温度传感器17检测到的温度达不到设定温度如55℃时，DDC控制箱9控制V1、V2关闭，V3打开，连锁关闭冷却塔3，启动余热回收循环泵5、高温热泵机组6、生活热水循环泵7，开始制备生活热水。
当制备生活热水时，三维热管换热器4一次侧进出水温度35/30℃，二次侧进出水温度15/20℃，由三维热管束10连接一/二次侧换热承压容器11和12，将一次侧换热承压容器11中用于给冷水机组冷凝器18降温的冷却水热量传递给二次侧换热承压容器12中用于给高温热泵机组蒸发器14吸热的冷冻水。
当温度传感器17检测到的温度达到设定温度如60℃时，DDC控制箱9控制V1、V2打开，V3关闭，连锁开启冷却塔，关闭余热回收循环泵5、高温热泵机组6、生活热水循环泵7，停止制备生活热水。
本实用新型的能源梯级利用系统尤其适用但不限用于医院等在节能改造中有空调供冷和生活热水需求的建筑类型，可高效回收空调制冷的冷凝热，做为二次能源供给高温热泵机组制备生活热水，实现生活热水免费供给，大幅降低运行成本。本实用新型无需对原有冷源系统进行拆改，只需在冷却水管道上增加并联环路即可，原有冷水机组、冷却循环泵、冷却塔都不做变动，仍然按照原有工况运行，因此改造成本小，原有设备可继续利用，避免了资源浪费。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，包括：冷水机组、冷却水泵和冷却塔，其特征在于，在冷却塔的冷却水管道上并联一个包括三维热管换热器、高温热泵机组和容积式换热器的环路，其中三维热管换热器并联在冷却水管道上，并与高温热泵机组相连，高温热泵机组与容积式换热器相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电动开关阀和DDC控制箱。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，DDC控制箱分别与冷却塔，电动开关阀和高温热泵机组电连接。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在冷却塔进、出水管道上以及三维热管换热器与冷却塔并联的管道上分别设置电动开关阀V1、V2、V3，并分别与DDC控制箱电连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，三维热管换热器由三维热管束、一次侧换热承压容器和二次侧换热承压容器组成。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，冷水机组的冷凝器与三维热管换热器的一次侧换热承压容器相连，三维热管换热器的二次侧换热承压容器与高温热泵机组的蒸发器相连，高温热泵机组的冷凝器与容积式换热器相连。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括余热回收循环泵，并与DDC控制箱电连接。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括生活热水循环泵，并与DDC控制箱电连接。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，容积式换热器上设有温度传感器，并与DDC控制箱电连接。
10.一种适用于既有公共建筑能效提升的能源梯级利用系统，包括：冷水机组、冷却水泵和冷却塔，其特征在于，在冷却塔的冷却水管道上并联一个包括三维热管换热器、高温热泵机组和容积式换热器的环路，其中三维热管换热器并联在冷却水管道上，并与高温热泵机组相连，高温热泵机组与容积式换热器相连；所述系统还包括DDC控制箱、余热回收循环泵和生活热水循环泵，在冷却塔进、出水管道上以及三维热管换热器与冷却塔并联的管道上分别设置电动开关阀V1、V2、V3，容积式换热器上设有温度传感器；DDC控制箱分别与冷却塔，高温热泵机组，电动开关阀V1、V2、V3，余热回收循环泵、生活热水循环泵和温度传感器电连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111595001A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-28 | 广东美的暖通设备有限公司 | 空调系统及其控制方法、控制装置和可读存储介质 |
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- 2019-04-11 CN CN201920486081.9U patent/CN210373890U/zh active Active
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