CN210772878U - 空气源热泵能源站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种空气源热泵能源站，包括自然能源提取侧模块、热泵机组模块和用户能源供给侧模块，所述自然能源提取侧模块与热泵机组模块通过防冻液循环管道连接，自然能源提取侧模块与热泵机组模块远距离独立分离设置。本实用新型实现了空气源热泵能源站大型化，大型化的空气源热泵能源站得以充分体现出规模化效应，换热器能力被充分利用，系统能效比提高。
Description
技术领域
本实用新型属于热泵系统技术领域，特别涉及空气源热泵能源站。
背景技术
空气源热泵机组也称为风冷热泵机组，是空气—空气热泵，空气—水热泵的总称。其特点包括：一机两用，具有夏季供冷和冬季供热的双重功能；环境能量取自自然环境的空气，能量来源限制因素少；安装方便，建筑物顶层或室外开阔场地露天安放；一次性投资低，因此得到广泛应用。
但是，目前空气源热泵系统用于制热时环境空气换热器均采用空气-制冷剂液—汽相变直接换热，制冷剂液—汽相变单位体积吸收的热量很大，以R22为例，液—汽相变的热焓为2.78×105KJ/m3，而空气比热仅0.78KJ/m3·K，如果空气换热温差达到10K，3.5×104m3空气的换热能力与1m3制冷剂发生液—汽相变吸收的热量相当，换热界面的介质流量差距达到4个数量级。同时，制冷剂液—汽相变只发生在液—汽相变的界面，即制冷剂液—汽相变区域只能分布在换热器很小的局部，即使增加空气--制冷剂液—汽相变换热器体积，可发生制冷剂液—汽相变的有效换热面积很难随着增加，因此采用空气介质与制冷剂相变直接换热的换热器在理论上存在瓶颈，无法通过大型化提高换热能力。
因此，传统空气源热泵，受空气-制冷剂液—汽相变换热器换热能力的限制，热泵换热功率都比较小，大型单体换热器和热泵一般功率都在6匹马力左右。由于空气介质与制冷剂相变直接换热量的增加通过增加换热器表观面积无法有效增加换热器有效面积，空气-制冷剂液—汽相变换热器通过串并联增加面积的实际意义不大，因此传统空气-制冷剂液—汽相变换热器与压缩机是一对一配置，即制热时空气-制冷剂液—汽相变换热器(蒸发器)与压缩机是一对一配置，制冷时空气-制冷剂液—汽相变换热器(冷凝器)与压缩机是一对一配置。
因此，传统空气源热泵的采用空气-制冷剂液—汽相变换热器与压缩机是一对一配置的方法，由此构成的单体机组功率最大只有6匹马力左右；而且单体机组将大体积的空气-制冷剂液—汽相变换热器与小体积、高功率的压缩机、水-制冷剂汽-液相变换热器、膨胀阀组合成一个模块，并外加一个保护壳体。传统空气源热泵的大型化就是通过大量这种单体机组简单并联实现，大型化是小模块的简单叠加，空气-制冷剂液—汽相变换热器与压缩机是一对一配置，压缩机的停/开对应空气-制冷剂液—汽相变换热器的停/开，大体积的空气-制冷剂液—汽相变换热器在压缩机处于不饱和运行状态时，其过剩换热能力没有被充分利用，故大型化没带来相应的规模效应。而且将大体积的空气-制冷剂液—汽相变换热器与小体积、高功率的压缩机等组合成一个模块，并外加一个保护壳体，极易引起腔体共鸣；同时构成大型机组的保护壳体也限制了机组布置、摆放的位置与空间选择，极易产生冷热岛效应。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种可以有效提高单体功率、充分发挥大型化规模效应的空气源热泵能源站，将传统空气源热泵系统由一级换热变为二级换热，即环境空气-防冻液换热、防冻液-制冷剂液-汽相变换热。
防冻液-制冷剂液-汽相变换热器两侧换热介质热焓差距小，可以自身小型化设计，可以与多台压缩机并联配置，实现一对多。
环境空气-防冻液换热器换热介质为防冻液温差换热，可以有效大型化；无论压缩机如何工作，任意大型化的环境空气-防冻液换热器都可以全面投入工作，使换热能力得到充分发挥，获得规模化效应。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
空气源热泵能源站，包括自然能源提取侧模块、热泵机组模块和用户能源供给侧模块，所述自然能源提取侧模块与热泵机组模块通过防冻液循环管道连接，自然能源提取侧模块与热泵机组模块远距离独立分离设置。
进一步的，所述自然能源提取侧模块包括环境空气-防冻液换热器、防冻液膨胀水箱和风机，所述防冻液膨胀水箱与环境空气-防冻液换热器连接，所述环境空气-防冻液换热器与所述热泵机组模块以一对一或者一对多或者多对一的方式匹配。
进一步的，所述热泵机组模块包括防冻液-制冷剂液-汽相变换热器、防冻液换热循环系统、压缩机机组、膨胀阀、水-制冷剂汽-液相变换热器和水换热循环系统，所述用户能源供给侧模块包括缓冲热水箱和用户供热水泵；所述防冻液换热循环系统上设有防冻液换热循环泵，所述水换热循环系统上设有水循环泵；所述压缩机机组为多台压缩机，所述防冻液-制冷剂液-汽相变换热器与压缩机为一对多的连接关系、所述水-制冷剂汽-液相变换热器与压缩机为一对多的连接关系。
进一步的，所述防冻液-制冷剂液-汽相变换热器通过防冻液换热循环系统与防冻液膨胀水箱连接，所述水-制冷剂汽-液相变换热器通过水换热循环系统与缓冲热水箱连接。
进一步的，所述环境空气-防冻液换热器的换热介质为防冻液，环境空气-防冻液换热器为单台、或多台并联、或多台串联。
进一步的，所述风机为利用射流原理的迎面吹风换热模式，风速与换热面垂直。
与现有技术相比，本实用新型优点在于：
(1)将传统空气源热泵系统由一级换热变为二级换热，即环境空气-防冻液换热、防冻液-制冷剂液-汽相变换热，两个换热器的两侧换热介质热焓差距均减小，换热效率得到有效提高。
(2)环境空气-防冻液换热器的换热冷媒介质是低温防冻液，通过防冻液温差换热，不存在相变。
(3)环境空气-防冻液换热器可以与热泵模块自由匹配，可以一对一，或者以串联、并联方式实现一对多或多对一，环境空气-防冻液换热可以有效大型化；热泵机组模块内部通过压缩机开/停数量调节制热(制冷)能力，无论压缩机如何工作，任意大型化的环境空气换热器都可以全面投入工作，使换热能力得到充分发挥，获得规模化效应。
(4)环境空气—防冻液换热器大型化并独立模块化，不仅换热面积大幅度提高，而且风机采用迎面吹风换热而非加外壳抽风模式，迎面吹风模式可以充分利用射流原理进一步加大风量，使过风量大幅度增加，同时迎面吹风模式风速与换热面垂直，保证最大有效风量通过。
(5)热泵机组模块独立封闭安装，系统高功率设备集合在一个小体积模块内，易采取各种强化的减振降噪措施，在经济上、技术上均易于实现，并彻底消除了腔体共振效应。
(6)热泵机组与环境空气—防冻液换热器分体设置，可以根据环境特点进行位置与空间布置消除了冷热岛效应，彻底消除了可能的腔体共鸣现象。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
图中，1.环境空气-防冻液换热器；2.防冻液膨胀水箱；3.防冻液换热循环泵；4.防冻液-制冷剂液-汽相变换热器；5.压缩机机组(图示为4台)；6.膨胀阀；7.水-制冷剂汽-液相变换热器；8.水循环泵；9.用户供热水泵；10.缓冲热水箱；11.风机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，空气源热泵能源站，包括自然能源提取侧模块、热泵机组模块和用户能源供给侧模块，自然能源提取侧模块与热泵机组模块通过防冻液循环管道连接，自然能源提取侧模块与热泵机组模块远距离独立分离设置。
自然能源提取侧模块，包括环境空气-防冻液换热器1、防冻液膨胀水箱2和风机11，防冻液膨胀水箱2与环境空气-防冻液换热器1连接，环境空气-防冻液换热器1与热泵机组模块自由匹配，可以一对一，或者以串联、并联方式实现一对多，或者多对一。本实施例及图1所示的自然能源提取侧模块与热泵机组模块以一对一方式匹配为例说明。
由于环境空气-防冻液换热器1可以独立布置，仅配增加风速的风机11，属于低振动、低噪音模块，对环境与建筑物的影响小，环境空气-防冻液换热器1可以根据环境情况如空旷性，周边环境状态，风场分布，以最高效的位置吸收周边空气的热量，有效迅速排放换热后空气，避免冷岛效应。
环境空气-防冻液换热器1大型化并独立模块化，不仅换热面积大幅度提高，而且配置风机11与传统空气源热泵不同，风机11采用迎面吹风换热而非加外壳抽风模式，迎面吹风模式可以充分利用射流原理进一步加大风量，使过风量大幅度增加，同时迎面吹风模式风速与换热面垂直，保证最大有效风量通过。
环境空气-防冻液换热器1的换热介质为防冻液，防冻液的凝固点低于环境空气温度，环境空气-防冻液换热器1为单台、或多台并联、或多台串联，本实施例及图1以单台为例说明。
热泵机组模块，包括防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4、防冻液换热循环系统、压缩机机组5、膨胀阀6、水-制冷剂汽-液相变换热器7和水换热循环系统，用户能源供给侧模块包括缓冲热水箱10和用户供热水泵9，用户能源供给侧模块连接用户系统。防冻液换热循环系统上设有防冻液换热循环泵3，水换热循环系统上设有水循环泵8，防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4通过防冻液换热循环系统与防冻液膨胀水箱2连接，水-制冷剂汽-液相变换热器7通过水换热循环系统与缓冲热水箱10连接。
本实用新型的压缩机机组5为多台压缩机。防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4与压缩机为一对多的连接关系、水-制冷剂汽-液相变换热器7与压缩机为一对多的连接关系。
本实施例在传统的空气源热泵系统空气—制冷剂液—汽相变换热中间增加了防冻液介质，由一级换热变为二级换热，即环境空气—防冻液换热、防冻液—制冷剂液—汽相变换热。
本实施例的方案设计原理说明：
防冻液—制冷剂液—汽相变换热替代传统的空气—制冷剂液—汽相变换热后，防冻液-制冷剂液-汽相变换热器两侧换热介质热焓差距大幅缩小，即使防冻液换热前后只有2K温差，约300m3防冻液的换热能力与1m3制冷剂发生液—汽相变吸收的热量相当，换热界面的介质流量差距缩小到2个数量级之内，缩小100倍。因此，防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4换热能力不存在瓶颈，可以自身小型化，相对于压缩机任意大型化，与水-制冷剂汽-液相变换热器7对称配置，防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4可以匹配大型压缩机或压缩机机组，也可以与多台压缩机并联配置，换热器性能可以充分发挥。
同时，环境空气-防冻液换热器1的换热冷媒介质是低温防冻液，通过防冻液温差换热，不存在相变。防冻液充满环境空气-防冻液换热器1管道，换热均匀平稳，换热能力不存在瓶颈，可以通过任意大型化有效克服空气低比热的固有缺陷。环境空气-防冻液换热器1可以与热泵机组模块自由匹配，可以一对一，或者以串联、并联方式实现一对多或者多对一。无论压缩机如何工作，任意大型化的环境空气-防冻液换热器1都可以全面投入工作，使换热能力得到充分发挥，获得规模化效应。
热泵机组模块内部通过压缩机开/停数量调节制热(制冷)能力。在系统处于不饱和运行状态时，制热(制冷)量下降，环境空气-防冻液换热器1换热能力产生过剩值，同时产生环境空气与冷媒介质温差降低的效应，即防冻液与环境空气温差缩小。这个效应通过防冻液传递到压缩机，则制冷剂冷凝温度与蒸发温度的差值缩小，压缩机的工作效率得以提高。本实施例当采用防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4、水-制冷剂汽-液相变换热器7均与压缩机一对多的方式匹配对称设置，则热泵机组模块内通过压缩机的停/开实现热泵机组供热能力随环境温度变化而调整时，换热器的规模效应也得到体现：防冻液-制冷剂液-汽相变换热器4、水-制冷剂汽-液相变换热器7的换热能力即换热面积按照热泵模块内压缩机全部开启配置，当压缩机部分处于关闭状态时，换热器的规模换热能力得到体现，如果换热介质流量不变则换热器两侧介质温差下降，压缩机的工作效率得以提高；如果换热器两侧介质温差不变，则换热介质流量可以降低，即防冻液换热循环泵3、水循环泵8的循环流量可以下降，从而有效降低系统能耗；同时，可以降低环境空气-防冻液换热器1的风机功率直至风机11停止运行。总之，大型化后规模效应得到体现，系统能效比得到提升。
热泵机组模块独立封闭安装，系统高功率设备集合在一个小体积模块内，易采取各种强化的减振降噪措施，在经济上、技术上均易于实现；同时热泵机组与环境空气—防冻液换热器1分体设置，避免了环境空气—防冻液换热器1与压缩机一体化带来的腔体共鸣现象；独立布置的环境空气—防冻液换热器1可以根据环境情况如空旷性，周边环境状态，风场分布，以最高效的位置吸收周边空气的热量，并有效迅速排放换热后空气，避免冷热岛效应；独立布置的压缩机模块较传统空气源热泵空气换热器与压缩机一体化体积大幅度减少，且不必再考虑与环境空气的能量交换，可以采用封闭手段，彻底消除环境粉尘、水汽等得影响，易于采取各种减振消音措施。
此外，需要说明的是，本实用新型涉及的换热器的内部结构均可以采用现有技术换热器的结构即可，本实用新型的设计方案只对空气源热泵能源站系统整体结构进行创新性设计，不对单体的换热器内部结构做新的设计。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.空气源热泵能源站，其特征在于：包括自然能源提取侧模块、热泵机组模块和用户能源供给侧模块，所述自然能源提取侧模块与热泵机组模块通过防冻液循环管道连接，自然能源提取侧模块与热泵机组模块远距离独立分离设置。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵能源站，其特征在于：所述自然能源提取侧模块包括环境空气—防冻液换热器(1)、防冻液膨胀水箱(2)和风机(11)，所述防冻液膨胀水箱(2)与环境空气-防冻液换热器(1)连接，所述环境空气-防冻液换热器(1)与所述热泵机组模块以一对一或者一对多或者多对一的方式匹配。
3.根据权利要求2所述的空气源热泵能源站，其特征在于：所述热泵机组模块包括防冻液-制冷剂液-汽相变换热器(4)、防冻液换热循环系统、压缩机机组(5)、膨胀阀(6)、水-制冷剂汽-液相变换热器(7)和水换热循环系统，所述用户能源供给侧模块包括缓冲热水箱(10)和用户供热水泵(9)；所述防冻液换热循环系统上设有防冻液换热循环泵(3)，所述水换热循环系统上设有水循环泵(8)；所述压缩机机组(5)为多台压缩机，所述防冻液-制冷剂液-汽相变换热器(4)与压缩机为一对多的连接关系、所述水-制冷剂汽-液相变换热器(7)与压缩机为一对多的连接关系。
4.根据权利要求3所述的空气源热泵能源站，其特征在于：所述防冻液-制冷剂液-汽相变换热器(4)通过防冻液换热循环系统与防冻液膨胀水箱(2)连接，所述水-制冷剂汽-液相变换热器(7)通过水换热循环系统与缓冲热水箱(10)连接。
5.根据权利要求2或3所述的空气源热泵能源站，其特征在于：所述环境空气-防冻液换热器(1)的换热介质为防冻液，环境空气-防冻液换热器(1)为单台、或多台并联、或多台串联。
6.根据权利要求2所述的空气源热泵能源站，其特征在于：所述风机(11)为利用射流原理的迎面吹风换热模式，风速与换热面垂直。
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| CN201921682238.1U CN210772878U (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 空气源热泵能源站 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110779238A (zh) * | 2019-10-10 | 2020-02-11 | 青岛新欧亚能源有限公司 | 空气源热泵能源站 |
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2019
- 2019-10-10 CN CN201921682238.1U patent/CN210772878U/zh active Active
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