CN2826243Y - 一种以高端冷凝技术设备为核心的节能建筑联合能源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种以高端冷凝技术设备为核心的节能建筑联合能源系统,其特征在于将建筑内空调供冷、采暖、生活热水等所涉及的能源供应、输配及其使用作为一个体系,以集成系统的能源综合梯级利用及其经济性整体最优为目标,包括高端冷凝热泵机组及换热设备、能量回收、蓄能、常规人工冷热源等能源综合利用技术和设备。其特点是以基于高端冷凝技术设计的专用热泵机组为核心建立全系统优化型建筑内能源体系,结合多种能量回收、蓄能、智能专家系统等技术设备,实现整体建筑能耗及经济性最优。本实用新型实现了技术路线、工程可实施性及经济可行性的统一,为根本解决建筑能源利用、实现节能环保提供了全面的技术方案、系统集成及具体实施方法。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种以高端冷凝技术设备为核心的节能建筑联合能源系统,它将建筑内空调供冷、采暖、生活热水等所涉及的能源供应、输配及其使用作为一个系统,是以能源综合利用实现节能环保为宗旨的能源系统集成与建筑节能项目开发,属于建筑节能与空调制冷
技术领域。
背景技术
我国目前的能源供应及安全形势日趋紧张,建筑能耗总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从1978年的10%,上升到2005年的40%。每年建成的建筑物达20亿m2,其中95%以上属高能耗建筑,单位建筑面积采暖能耗为发达国家3倍以上。采暖空调能耗约占建筑能耗的一半以上,全国各电网空调制冷负荷相当于3个三峡电站。主要耗能设备效率较低,能源利用效率与国际先进水平相比有较大差距。
目前我国每年城镇新建公共建筑3-4亿m2,既有公共建筑40亿m2,由于公共建筑尤其大型高档公共建筑设置全年性采暖、通风和空调系统和较密集照明设备,往往室内坏境参数标准较高,所以,采暖、通风、空调和照明能耗相当高。大型高档公共建筑的单位面积能耗约为城镇普通居住建筑能耗的10-15倍,一般公共建筑的能耗也会是普通居住建筑能耗的5倍。因此公共建筑能耗过大,而节能潜力巨大。
我国已经颁布实施了公共建筑节能设计标准,提出通过改善建筑围护结构保温、隔热性能,提高采暖、通风和空气调节设备与系统的能效比,以及采取增进照明设备效率等措施,在保证相同的室内热环境舒适参数条件下,与八十年代初设计建成的公共建筑相比,全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。
如何落实公共建筑标准,实现最优的能源综合利用效益并获得相应的经济效益,事关我国的可持续发展问题。目前在建筑内水暖电及空调制冷设备节能方面做了大量研究并取得了许多进展,例如在制冷主机设备的性能改进及系统设计方法方面,已经提出了许多相应的节能设备指标,目前家用空调器及中小型风冷机组能效比2.6-3.4;水冷机组中小型3.9-5.4,大型4.2-6.2;溴化锂吸收式制冷机达到1.4,同时许多空调制冷设备厂商进行了激烈的产品技术及市场竞争。推广对电力进行移峰填谷的冰蓄冷技术和运用燃气空调系统来削减夏季供电高峰,我国2005年底累计完成约400多项冰蓄冷工程,但与日本等先进国家相比还有很大差距。
但是,当前制冷空调节能存在的主要问题,一方面是具体的设备及技术发展层面,另一方面更为突出的是:对制冷空调节能重要性缺乏足够的认识,节能法律法规不完善,缺乏有效的制冷空调节能激励政策,节能优先的方针没有落到实处,尚未建立适应市场经济体制要求的制冷空调节能新机制,节能监管和服务机构能力建设滞后。这些都限制了公共建筑的空调、水暖系统的节能应用,导致在实际工程中往往是各相应设备厂商竞相宣传各自产品的独特“节能”之处,但在整个建筑内的水暖电及空调系统层面上,从建筑及水暖电空调系统的设计、设备选型、施工、系统控制、运行维护、组织管理等各方面均各自为战,基于各自的技术及认识水平、利益驱动等原因,割裂能源综合利用的系统性,远远无法实现建筑整体节能及经济性最优化,使得许多节能措施根本无法应用、能力无法发挥,也无法取得相应的节能效益。
实用新型内容
本实用新型的目的和任务是,针对上述存在的种种问题,将建筑内空调供冷、采暖、生活热水等所涉及的能源供应、输配及其使用作为一个体系,以能源综合梯级利用及其经济性的整体最优为目标建立集成系统,原则上任何有利于达到这一最优化目标的建筑内水暖及空调系统的设备及方法均可应用于这种联合能源系统。例如,建筑热工指标及空调设计指标方面:围护结构及其材料的热工指标严格执行相关标准,根据室内外参数变化及空调、水暖需求实时合理确定室内温湿度水平和进出水温度,削减建筑空调负荷并提高冷热源运行的能源利用效率。采用高效节能制冷机、中小型燃气内燃机驱动的热电冷联产、高端冷凝热泵、蓄能、热回收等技术设备。水系统采用小流量大温差与变流量系统,减少泵耗。空调系统合理分区以降低风机能耗,采用二次回风、变风量、全年合理分区变工况运行、尽量减少漏风等,利用天然冷源,如夜间通风、过渡季新风冷却等;及时清洗空气过滤器和表冷器;加强保温等。电器系统节能:采用节能照明、声控开关等节能电器及措施,采用先进的楼宇智控系统,建立起完善的节能运行专家系统。运行管理方面:建立起充分发挥建筑内水暖电及空调系统与楼宇智控的整体节能优势,严格执行节能运行规范,强化日常组织管理工作,切实落实各项节能运行维护措施。上述大多数措施属已有成熟的节能技术或设备,但是受传统习惯等影响在实际工程中往往很少采用,或者仅仅是在某项设备层面采用了某些节能措施,而对于能源系统整体难以真正发挥作用。联合能源正是将众多已有成熟实用的节能方法、措施和设备,结合某些最新型专用节能技术设备如可用于独立除湿的热泵式热回收系统,以能源综合利用效益最优化为目标,集成为一个整体,实现最佳的节能环保效益和经济、社会效益。
同时,在各有关设备技术层面上,本节能建筑联合能源系统进行了如下创新:首先是采用高端冷凝技术设计的专用热泵机组及有关独立换热设备。高端冷凝技术是依据目前最先进的换热机理,根据不同的能量品位及不同的换热需要,确定相应的传热结构,对换热过程进行高效优化设计,实现能量的梯级利用,最大限度的减少传热过程的不可逆损失,以提高能源综合利用率,降低能源系统运行费用。在热泵技术应用领域,根据压缩机排气冷凝过程的状态变化及其特点,以高端冷凝技术为基础开发出联合能源系统所需要的各种热泵装置和系统,并可大幅度地降低压缩机排气压力,从而在制冷、制热两侧均保持很高的能效比,具有很高的节能及经济效益,同时其最高出水温度可达100℃,为实现全系统最优化的能源综合利用效益奠定了坚实的设备技术基础。例如在本系统中全回收热水空调热泵机组采用无冷却塔、无风冷冷凝器的专用热水空调,实现制冷和制热水双向使用,供冷期间免费制取生活热水,且不受室外气候变化而始终保持高效节能运行;制冷主机也采用高端冷凝设计的冷凝热回收,以便补充上述全热回收机组容量的不足,且保证其始终在接近满负荷下的高效运行。
其次,根据高端冷凝换热技术原理研制的换热设备也可独立应用于相关的热力系统,以大大提高能源综合利用率,减少整个系统的不可逆损失,达到整体的节能及经济性最优的目的。例如为回收锅炉烟气废热,采用独特设计的直接接触式烟气余热回收器全部回收其热量和水蒸气,通过板式换热器与采暖环路进行热交换,以用于制取生活热水或冬季供热。
第三,新排风能量回收采用高端冷凝设计的热泵式新排风热回收,并实现整个空调系统的独立除湿,以将制冷主机冷冻水出水温度从2℃大幅度提高到15~20℃,大大提高系统能效比及经济性,同时室内风盘实现干式运行,彻底解决接水盘积尘及滋生病菌污染问题。
第四,蓄能技术综合采用各种措施以进一步降低总体设备容量及实现电力的移峰填谷,例如在消防水池内设置了特别结构及流程设计的均流型外融冰蓄冷结合水蓄冷系统,利用上述直接接触式烟气热回收器与中水池结合为一个整体结构并利用中水池蓄热,并进一步结合生活热水蓄热等方法。
另外,结合目前最新空调技术研究成果,采取相关措施以实现整体节能及经济性最优,例如充分利用天然冷源以降低人工冷源负荷,具体措施为夏季采用夜间通风对室内降温、蓄冷,过渡季加大新风量并削减部分室内负荷;节能建筑联合能源专家系统根据室内外空气参数变化及建筑内空调、采暖及生活热水要求,调整建筑内空调运行参数以降低整个建筑内的能耗总量,确定节能经济的最佳运行方案并进行智能监控。
在系统运行调节方面,夏季供冷期间,优先使用全回收热水空调热泵机组、具有独立除湿功能的热泵式热回收新风机组、冰蓄冷系统,以获取最高的制冷及制取生活热水能效比,冷量的不足部分由双工况制冷主机在白天平价电期间进行调峰运行,从而最大限度地提高供冷运行的节能及经济性。生活热水的供应首先由全热回收热水空调热泵机组及高温级烟气余热回收器承担,其余部分由中水热泵利用中水及低温级烟气余热回收器热量进行调节,极端高负荷情况下由锅炉蒸汽提供热量。冬季供暖及供应生活热水时优先利用烟气余热及中水热量,其余部分由锅炉(或市政热网)提供。据此,空调季节人工制冷能耗可有较大下降,运行费用可比常规空调系统降低50~60%,较好地实现电力的移峰填谷,并且初投资将与常规空调系统持平或略有增加。同时,在整体设计优化方面,联合能源系统中基本能量负荷部分的运行能效比及效费比最高、但初投资不追求最低;仅用于调峰的部分其初投资最低、但其运行费用不追求最低,并实现节能及经济性的整体最优。
本实用新型解决了在我国目前的能源形势、迫切的建筑节能要求及实际的建筑能耗状况下,如何实现整个建筑内的空调供冷及水暖系统的高效节能运行的问题,提供了一整套思路和措施,实现了技术路线、工程可实施性及经济可行性各方面的统一,为根本解决建筑能源利用、实现节能环保提供了全面的技术方案及具体实施方法。本实用新型具有极强的可实施性,工程应用价值极大,并具有极高的社会经济效益。
附图说明
图1是本实用新型的系统原理图。
图1中各部件编号与名称如下:
燃气锅炉1、中水池2、直接接触式低温烟气废热回收器3、直接接触式高温烟气废热回收器4、板式换热器5、冷凝器6、全回收热水空调热泵机组7、蒸发器8、生活热水冷凝器9、常规冷凝器10、双工况制冷主机11、蒸发器12、乙二醇——水板换13、取冷板换14、家具15、独立除湿新风(或空调)机组16、一级水表冷器17、二级直接蒸发换热器18、室外换热器19、新排风热回收热泵20、室内换热器21、风机盘管22、消防水池23、水蓄冷槽24、外融冰盘管25、生活热水蓄水罐26、冷凝器27、中水热泵28、蒸发器29、汽水换热器30、公共建筑联合能源智能控制专家系统31。
具体实施方式
图1是本实用新型的系统组成示意图和系统原理图。
一种以高端冷凝技术设备为核心的节能建筑联合能源系统,将建筑内空调供冷、采暖、生活热水等所涉及的能源供应、输配及其使用作为一个体系,由高端冷凝热泵机组及换热设备、能量回收、蓄能、常规人工冷热源等能源综合利用子系统及其设备组成。所述联合能源系统的燃气锅炉(1)内输入燃料(A)后燃烧放热,所产生的烟气进入直接接触式高温烟气废热回收器(4)入口,再进入低温烟气废热回收器(3),并经其烟气出口(B)排出;中水经进口(C)送入中水池(2),中水池(2)的出水口与中水热泵(28)的蒸发器(29)的进水口相连,蒸发器(29)的出水一路送入需要中水的区域如卫生间等(Z),另一路与低温烟气废热回收器(3)的回水进口连接;高温烟气废热回收器(4)的出水口与板式换热器(5)的高温侧进水口相连,板式换热器(5)的高温侧出水口与高温烟气废热回收器(4)的进水口相连;生活热水回水或与自来水的混合水(D)分别进入板式换热器(5)的低温侧、中水热泵(28)的冷凝器(27)、全回收热水空调热泵机组(7)的冷凝器(6)、双工况制冷主机(11)的生活热水冷凝器(9),出水混合后直接或与锅炉(1)相连的汽水换热器(30)的出水连接后,分别与生活热水蓄水罐(26)的进口和(或)采暖系统供水总管相连;汽水换热器(30)的水侧出口分别与采暖系统进口和(或)生活热水进水相连;双工况制冷主机(11)的蒸发器(12)进水口与冷冻回水相连,出水口一路与消防水池(23)内的外融冰盘管(25)的进口相连,另一路与乙二醇——水板换(13)的进口相连;取冷板换(14)的一次水回水进入消防水池(23),并经水蓄冷区进入外融冰蓄冷区,出水口与取冷板换(14)的一次水进口相连;全回收热水空调热泵机组(7)的蒸发器(8)、取冷板换(14)和乙二醇——水板换(13)的进水口分别与冷冻水总回水管相连,出水口通过冷冻水供水总管与空调机组(16)的一级表冷器(17)及风机盘管(22)的进口相连;来自冷却塔的冷却进水(G)进入制冷主机(11)的常规冷凝器(10),出水(F)送往冷却塔;新排风热回收热泵机组(20)中,室内回风(N)经室外换热器(19)将能量传递给制冷剂,并由制冷剂经室内换热器(21)传递给新风或新回风混合空气,并送往空调区域(M);新风(O)一路接入单元式热回收热泵(20)的室内换热器(21)并送出(M),一路接入集中式空气处理机组(16)的进口,并经一级水表冷器(17)和分体式热回收热泵(20)设置于空气处理机组(16)内的二级直接蒸发换热器(18)后送出(S),一路直接送入室内用于过渡季自然冷却或夏季夜间通风以便向建筑结构和家具(15)等蓄冷;整个空调供冷、采暖及生活热水系统及设备的控制系统信息采集与执行机构均与专用的公共建筑联合能源智能控制专家系统(31)连接。
新排风热回收子系统为热泵式热回收(20),采用单元式或分体式结构,当采用分体式结构时其室内换热器(18)设置于集中式空气处理机组(16)的一级表冷器(17)之后,室内换热器(18)的进口接已经降温及部分除湿的新风,并将加大除湿的空气送往空调区域。中水热泵(28)和全回收热水空调热泵机组(7)均为按照高端冷凝强化换热理论设计的高效热泵机组,可将冷凝热100%转移到生活热水或采暖系统。蓄能技术综合采用先进的内置布水器的均流型外融冰盘管系统和利用消防水池水蓄冷、利用中水系统水蓄热、生活热水蓄热等蓄能方法与设备,降低总体设备容量及实现电力的移峰填谷。利用天然冷源承担室内负荷,夏季采用夜间通风对室内降温、蓄冷,过渡季加大新风量,承担部分室内负荷。建筑内能源系统控制由专家系统承担,以实现全面地节能运行。
Claims (2)
1、一种以高端冷凝技术设备为核心的节能建筑联合能源系统,其特征在于将建筑内空调供冷、采暖、生活热水等所涉及的能源供应、输配及其使用作为一个体系,由高端冷凝热泵机组及换热设备、能量回收、蓄能、常规人工冷热源等能源综合利用子系统及其设备组成。所述联合能源系统的燃气锅炉(1)内输入燃料(A)后燃烧放热,所产生的烟气进入直接接触式高温烟气废热回收器(4)入口,再进入低温烟气废热回收器(3),并经其烟气出口(B)排出;中水经进口(C)送入中水池(2),中水池(2)的出水口与中水热泵(28)的蒸发器(29)的进水口相连,蒸发器(29)的出水一路送入需要中水的区域如卫生间等(Z),另一路与低温烟气废热回收器(3)的回水进口连接;高温烟气废热回收器(4)的出水口与板式换热器(5)的高温侧进水口相连,板式换热器(5)的高温侧出水口与高温烟气废热回收器(4)的进水口相连;生活热水回水或与自来水的混合水(D)分别进入板式换热器(5)的低温侧、中水热泵(28)的冷凝器(27)、全回收热水空调热泵机组(7)的冷凝器(6)、双工况制冷主机(11)的生活热水冷凝器(9),出水混合后直接或与锅炉(1)相连的汽水换热器(30)的出水连接后,分别与生活热水蓄水罐(26)的进口和(或)采暖系统供水总管相连;汽水换热器(30)的水侧出口分别与采暖系统进口和(或)生活热水进水相连;双工况制冷主机(11)的蒸发器(12)进水口与冷冻回水相连,出水口一路与消防水池(23)内的外融冰盘管(25)的进口相连,另一路与乙二醇——水板换(13)的进口相连;取冷板换(14)的一次水回水进入消防水池(23),并经水蓄冷区进入外融冰蓄冷区,出水口与取冷板换(14)的一次水进口相连;全回收热水空调热泵机组(7)的蒸发器(8)、取冷板换(14)和乙二醇——水板换(13)的进水口分别与冷冻水总回水管相连,出水口通过冷冻水供水总管与空调机组(16)的一级表冷器(17)及风机盘管(22)的进口相连;来自冷却塔的冷却进水(G)进入制冷主机(11)的常规冷凝器(10),出水(F)送往冷却塔;新排风热回收热泵机组(20)中,室内回风(N)经室外换热器(19)将能量传递给制冷剂,并由制冷剂经室内换热器(21)传递给新风或新回风混合空气,并送往空调区域(M);新风(O)一路接入单元式热回收热泵(20)的室内换热器(21)并送出(M),一路接入集中式空气处理机组(16)的进口,并经一级水表冷器(17)和分体式热回收热泵(20)设置于空气处理机组(16)内的二级直接蒸发换热器(18)后送出(S),一路直接送入室内用于过渡季自然冷却或夏季夜间通风以便向建筑结构和家具(15)等蓄冷;整个空调供冷、采暖及生活热水系统及设备的控制系统信息采集与执行机构均与专用的公共建筑联合能源智能控制专家系统(31)连接。
2、如权利要求1所述的节能建筑联合能源系统,其特征在于所述的能量回收子系统包括新排风热回收热泵(20)、中水热泵(28)和冷凝热全回收热水空调热泵机组(7),其中新排风热回收热泵采用单元式或分体式结构,当采用分体式结构时其室内换热器(18)进口连接集中式空气处理机组(16)的一级表冷器(17)出口,出口接空气处理机组(16)的出风段。
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