一種基于熱源塔兼顧新風的熱泵空調(diào)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于能源塔、兼顧新風的熱泵空調(diào)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括蒸氣壓縮循環(huán)、可切換新風系統(tǒng)、溶液循環(huán)回路、防凍液循環(huán)回路和冷卻水循環(huán)回路。該系統(tǒng)分為冬季運行模式和夏季運行模式：冬季，系統(tǒng)為典型的熱源塔熱泵系統(tǒng)運行，三個填料塔中防凍液中防凍液從空氣中吸熱升溫后進入室內(nèi)機釋放熱量；夏季，為基于填料塔的蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)和溶液除濕新風系統(tǒng)，第二、三填料塔用于溶液除濕新風系統(tǒng)，第一填料塔作為常規(guī)冷卻塔運行為冷凝器提供冷卻水。實現(xiàn)熱源塔熱泵系統(tǒng)夏季閑置冷卻塔的合理利用，減少夏季新風處理冷量需求，實現(xiàn)基于能源塔、兼顧新風的熱泵空調(diào)。
【專利說明】
一種基于熱源塔兼顧新風的熱泵空調(diào)系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于能源塔、兼顧新風的熱栗空調(diào)系統(tǒng)，是一種利用熱源塔熱栗系統(tǒng)夏季閑置的填料塔對新風進行預除濕的方法及裝置，屬于熱源塔熱栗、溶液除濕、新風機組的技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的不斷提高，人們對生活、工作的舒適性要求也越來越高，建筑制冷和供暖需求越來越大，建筑能耗占社會總能耗的比重不斷增大，因此，實現(xiàn)建筑空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能已成為緩解能源緊張的重要途徑。
[0003]熱源塔熱栗系統(tǒng)是為解決水冷冷水機組冬季閑置和空氣源熱栗冬季制熱存在結(jié)霜問題而提出的。熱源塔技術即在冬季工況下，利用冷卻塔從空氣中反向吸熱，將環(huán)境空氣作為熱栗系統(tǒng)的熱源的技術。該技術解決了空氣源熱栗的結(jié)霜問題，且運行費用比空氣源熱栗低，投資顯著低于地源熱栗且不受水文條件的限制，此系統(tǒng)在南方得到一定程度的應用。然而，熱源塔熱栗冬季運行所需填料塔的數(shù)量多于夏季運行所需填料塔的數(shù)量，夏季運行時，多余的填料塔閑置，造成資源的浪費。
[0004]中央空調(diào)系統(tǒng)一般需要配備新風機組保證室內(nèi)新風供應量，新風機組夏季運行時將室外空氣除濕降溫后送至室內(nèi)。傳統(tǒng)新風機組夏季運行時需要通過表面冷卻器同時處理新風的潛熱和顯熱負荷。由于除濕需要空氣會處理到室內(nèi)溫度對應的露點溫度，新風機組為除濕多消耗了一部分冷量。另外同時處理潛熱和顯熱負荷會在表冷器產(chǎn)生濕表面，提供霉菌滋生的環(huán)境，不利于維持新風品質(zhì)。
[0005]溶液除濕新風系統(tǒng)由于驅(qū)動熱源溫度低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、蓄能密度高且易于實施等優(yōu)勢逐漸受到許多專家學者和商業(yè)界的重視。溶液除濕新風免去了再熱過程，更加節(jié)能，取消了濕表面，減少滋生霉菌的可能性，有利于提高新風品質(zhì)，能實現(xiàn)溫濕度獨立控制。溶液除濕新風系統(tǒng)的核心部件為除濕器和再生器，而除濕器、再生器常采用填料塔與空氣進行熱質(zhì)交換。
[0006]從上述分析可知，熱源塔熱栗系統(tǒng)與溶液除濕新風系統(tǒng)具有較好的互補性。因此，研究新型、高效的熱源塔熱栗系統(tǒng)閑置填料塔的利用方法具有重要意義。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于能源塔、兼顧新風的熱栗空調(diào)系統(tǒng)。
[0009]技術方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1、此方法利用熱源塔熱栗系統(tǒng)夏季閑置的填料塔，通過溶液除濕新風系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度獨立調(diào)節(jié)，避免了傳統(tǒng)新風機組的濕表面，減少霉菌滋生，提高新風品質(zhì)；2、本裝置利用夏季閑置的填料塔構(gòu)建溶液除濕循環(huán)，運行穩(wěn)定可靠，解決了填料塔的閑置問題，使閑置資源得以有效合理利用;3、本方法通過對新風進行預除濕減少了冷量消耗，增大了供向其他用途的冷量，且利用了本浪費排向環(huán)境的冷凝熱作為驅(qū)動溶液除濕的熱源，能節(jié)約運行成本，產(chǎn)生經(jīng)濟效益;4、本方法和裝置為實現(xiàn)熱源塔熱栗系統(tǒng)中夏季閑置填料塔合理利用提供了一種可行的方法與方案，只需要將技術已經(jīng)很成熟的熱源塔熱栗裝置和溶液除濕系統(tǒng)與新風機組連接加以改造和升級即可實現(xiàn)。
【附圖說明】
[00?0]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0011]其中，第一風閥1、第二風閥2、第三風閥3、新風機組4、新風表面換熱器5、蒸發(fā)器(冷凝器)6、第一循環(huán)栗7、節(jié)流閥8、四通換向閥9、壓縮機10、冷凝器(蒸發(fā)器)11、溶液加熱器12、第二循環(huán)栗13、第一填料塔14、第二填料塔15、第一閥門16、第二閥門17、第五閥門18、第一溶液栗19、第六閥門20、溶液熱交換器21、第七閥門22、溶液冷卻器23、第八閥門24、第二溶液栗25、第九閥門26、第四閥門27、第三填料塔28、第三閥門29。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明:
如圖1所示，本發(fā)明所述的系統(tǒng)包括蒸汽壓縮回路、可切換新風系統(tǒng)、溶液循環(huán)回路、防凍液循環(huán)回路和冷卻水循環(huán)回路。
[0013]蒸氣壓縮循環(huán)回路包括壓縮機10、四通換向閥9、溶液加熱器12、冷凝器(蒸發(fā)器)
11、節(jié)流閥8和蒸發(fā)器(冷凝器)6，所述四通換向閥9右下接口端依次與溶液加熱器12、冷凝器(蒸發(fā)器)13、節(jié)流閥8、蒸發(fā)器(冷凝器)6、四通換向閥9左下接口端連接;所述壓縮機10出口端依次與四通換向閥9中下接口端、四通換向閥9上部接口端、壓縮機10入口段連接。
[0014]可切換新風系統(tǒng)包括可切換新風入口、新風機組4和冷熱水循環(huán)回路，所述可切換新風入口包括第一風閥1、第二風閥2、第三風閥3和第三填料塔28，所述新風機組入口分為兩路，一路與第三風閥3、室外環(huán)境相連，一路與第二風閥2相連;所述第二風閥2入口分兩路，一路與第一風閥1、室外環(huán)境相連，另一路與第三填料塔28出口相連；
所述冷熱水循環(huán)回路包括蒸發(fā)器(冷凝器)6、第一循環(huán)栗7、新風表面換熱器4、溶液冷卻器23和第七閥門22，所述蒸發(fā)器(冷凝器)6出口與第一循環(huán)栗7入口連接，第一循環(huán)栗7出口分三路，一路接往用戶側(cè)提供空調(diào)冷熱水，經(jīng)使用后經(jīng)冷熱水回水管與蒸發(fā)器(冷凝器)6入口連接，一路與新風表面換熱器5、蒸發(fā)器(冷凝器)6入口連接，一路與第七閥門22、溶液冷卻器23、蒸發(fā)器(冷凝器)6入口連接。
[0015]溶液循環(huán)回路包括第三填料塔28、溶液冷卻器23、溶液加熱器12、第一溶液栗19、第五閥門18、第二填料塔15、第六閥門20、溶液熱交換器21、第二溶液栗25、第八閥門24和第九閥門26，所述第二填料塔15左下出口端與第一溶液栗19相連，第一溶液栗19出口分兩路，一路依次與溶液加熱器12、第五閥門18和第二填料塔15相連，另一路依次與溶液熱交換器21、第九閥門26和第三填料塔28相連;所述第三填料塔28右下出口端與第二溶液栗25相連，第二溶液栗25出口分兩路，一路依次與溶液冷卻器23、第八閥門24和第三填料塔28相連，另一路依次與溶液熱交換器21、第六閥門20和第二填料塔15相連。
[0016]防凍液循環(huán)回路包括冷凝器(蒸發(fā)器)11、第二循環(huán)栗13、第一填料塔14，第一閥門16、第二填料塔15、第二閥門17、第三閥門29、第三填料塔28和第四閥門27，所述的冷凝器(蒸發(fā)器)11出口與第二循環(huán)栗13相連，第二循環(huán)栗13入口分三路，一路依次與第一填料塔14、冷凝器(蒸發(fā)器)11入口連接;一路依次與第一閥門16、第二填料塔15、第二閥門17、冷凝器(蒸發(fā)器)11入口連接;一路依次與第三閥門29、第三填料塔28、第四閥門27、冷凝器(蒸發(fā)器)11入口連接。
[0017]冷卻水循環(huán)回路包括冷凝器(蒸發(fā)器)11、第二循環(huán)栗13和第一填料塔14，所述冷凝器(蒸發(fā)器)11輸出端依次與第二循環(huán)栗13、第一填料塔14、冷凝器(蒸發(fā)器)11輸入端連接。
[0018]本發(fā)明利用夏季熱源塔熱栗系統(tǒng)中閑置的填料塔，構(gòu)建溶液除濕循環(huán)，通過對新風的溶液除濕實現(xiàn)新風溫濕度獨立控制，減少霉菌滋生可能性，提高新風品質(zhì)，同時實現(xiàn)閑置冷卻塔的合理利用，溶液除濕無需額外熱源且減少了新風處理需要的冷量，能節(jié)約系統(tǒng)運行成本，產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
[0019]系統(tǒng)的運行分為冬季運行模式和夏季運行模式，其中所有栗和閥門初始均處于關閉狀態(tài)；
夏季運行模式:四通換向閥9將中下接口端和右下接口端導通，同時上部接口端與左下接下接口端導通，打開第二風閥2、第一循環(huán)栗7、第二循環(huán)栗13、第一溶液栗19、第二溶液栗25、第五閥門18、第六閥門20、第七閥門22、第八閥門24和第九閥門26，此時蒸氣壓縮循環(huán)處于制冷模式，制冷劑從壓縮機10出口經(jīng)四通換向閥9先進入溶液加熱器12和冷凝器(蒸發(fā)器)11，最后回到壓縮機10入口，蒸發(fā)器(冷凝器)6用作蒸發(fā)器，冷凝器(蒸發(fā)器)11用作冷凝器；
第一填料塔14為制冷模式的系統(tǒng)提供冷卻水，冷卻水從冷凝器(蒸發(fā)器)11中吸熱后經(jīng)第二循環(huán)栗13進入第一填料塔14冷卻后回到冷凝器(蒸發(fā)器)11入口循環(huán)；
第二填料塔15和第三填料塔28構(gòu)成溶液除濕循環(huán)，為新風機組4提供新風預除濕，第二填料塔15用作溶液再生，第三填料塔28用作溶液除濕，第二填料塔15底部稀溶液經(jīng)過底部第一溶液栗19，一部分通過溶液熱交換器21進入第三填料塔28，一部分經(jīng)過溶液加熱器12加熱后回到第二填料塔15上部噴淋端，第三填料塔28底部濃溶液經(jīng)過底部第二溶液栗25，一部分通過溶液熱交換器21進入第二填料塔15，一部分通過溶液冷卻器23冷卻后進入第三填料塔28上部噴淋端；
室外新風從第三填料塔28進風口進入經(jīng)溶液除濕后經(jīng)過第二風閥2進入新風機組4，最后送至用戶端;冷熱水循環(huán)回路處于輸送冷媒水狀態(tài)，循環(huán)冷水經(jīng)蒸發(fā)器(冷凝器)6冷卻后由第一循環(huán)栗7分別輸送到新風表面換熱器5、溶液冷卻器23和用戶側(cè)，最后均返回蒸發(fā)器(冷凝器)6入口。
[0020]冬季運行模式:四通換向閥9將中下接口端與左下接口端導通，同時上部接口端與右下接口端導通，打開第一風閥1、第三風閥3、第一循環(huán)栗7、第二循環(huán)栗13、第一閥門16、第二閥門17、第三閥門29和第四閥門27，此時裝置為典型的熱源塔熱栗系統(tǒng)，蒸氣壓縮循環(huán)處于熱栗模式，制冷劑從壓縮機10出口經(jīng)四通換向閥9先進入蒸發(fā)器(冷凝器)6，最后回到壓縮機10入口，蒸發(fā)器(冷凝器)6用作冷凝器，冷凝器(蒸發(fā)器)11用作蒸發(fā)器；
系統(tǒng)通過防凍液在第一、第二、第三填料塔14、15,28中與空氣發(fā)生熱質(zhì)交換，吸收熱量并在蒸發(fā)器11中放熱參與熱栗供熱循環(huán)，防凍液從冷凝器(蒸發(fā)器)11出口經(jīng)第二循環(huán)栗后送入第一、二、三填料塔14、15、28中吸收空氣中的熱量，回到冷凝器(蒸發(fā)器)11放熱作為蒸氣壓縮循環(huán)熱栗模式的熱源；
新風機組4通過循環(huán)熱水對新風做加熱處理，室外新風從第三風閥3吸入進入新風機組4加熱后送至用戶端;冷熱水循環(huán)回路處于輸送熱媒水狀態(tài)，循環(huán)熱水經(jīng)蒸發(fā)器(冷凝器)6加熱后由第一循環(huán)栗7分別輸送到新風表面換熱器5和用戶側(cè)，最后均返回蒸發(fā)器(冷凝器)6入口。
[0021]本發(fā)明的技術方案是將熱源塔熱栗系統(tǒng)和溶液除濕新風系統(tǒng)加以改造，通過詳細計算各填料塔所需尺寸輔以輔助功能部件即可實現(xiàn)。
【主權項】
1.一種基于熱源塔兼顧新風的熱栗空調(diào)系統(tǒng)，包括蒸氣壓縮循環(huán)回路、新風系統(tǒng)、溶液循環(huán)回路、防凍液循環(huán)回路和冷卻水循環(huán)回路，其中: 所述蒸氣壓縮循環(huán)回路包括壓縮機(10)、四通換向閥(9)、溶液加熱器(12)、冷凝器/蒸發(fā)器(U)、節(jié)流閥(8)和蒸發(fā)器/冷凝器(6);所述四通換向閥(9)右下接口端依次與溶液加熱器(12)、冷凝器/蒸發(fā)器(13)、節(jié)流閥(8)、蒸發(fā)器/冷凝器(6)、四通換向閥(9)左下接口端連接;所述壓縮機(10)出口端與四通換向閥(9)中下接口端連接，所述壓縮機(10)入口端與四通換向閥(9 )上部接口端連接； 所述新風系統(tǒng)包括新風機組4和冷熱水循環(huán)回路;所述新風機組(4)入口通過第三風閥(3)與室外環(huán)境相連或通過第二風閥(2)連接第三填料塔(28)的出口；所述冷熱水循環(huán)回路與所述蒸氣壓縮循環(huán)回路共用蒸發(fā)器/冷凝器(6)，該回路還包括第一循環(huán)栗(7)、新風表面換熱器(4)、溶液冷卻器(23);所述蒸發(fā)器/冷凝器(6)入口與用戶側(cè)連接，所述蒸發(fā)器/冷凝器(6)出口通過第一循環(huán)栗(7)連接;第一循環(huán)栗(7)出口分三路:一路接往用戶側(cè)，一路與新風表面換熱器(5)入口連接，一路通過第七閥門(22)與所述溶液冷卻器(23)入口連接;新風表面換熱器(5)出口及溶液冷卻器(23)出口均與蒸發(fā)器/冷凝器(6)入口連接； 所述溶液循環(huán)回路與所述冷熱水循環(huán)回路共用所述溶液冷卻器(23)，與所述蒸氣壓縮循環(huán)回路共用溶液加熱器(12)，還包括第三填料塔(28)、第一溶液栗(19)、第二填料塔(15)、溶液熱交換器(21 )、第二溶液栗(25);所述第二填料塔(15)左下出口端與第一溶液栗(19)相連;第一溶液栗(19)出口分兩路，一路經(jīng)過所述溶液加熱器(12)之后通過第五閥門(18)和第二填料塔(15)相連，另一路經(jīng)過溶液熱交換器(21)后通過第九閥門(26)和第三填料塔(28)相連;所述第三填料塔(28)右下出口端與第二溶液栗(25)相連;第二溶液栗(25)出口分兩路，一路經(jīng)過溶液冷卻器(23)之后通過第八閥門(24)和第三填料塔(28)相連，另一路經(jīng)過所述溶液熱交換器(21)之后通過第六閥門(20)和第二填料塔(15)相連； 所述防凍液循環(huán)回路與所述蒸氣壓縮循環(huán)回路共用冷凝器/蒸發(fā)器(U)，還包括第二循環(huán)栗(13)、第一填料塔(14)，第一閥門(16)、第二填料塔(15)、第二閥門(17)、第三閥門(29)、第三填料塔(28)和第四閥門(27);所述的冷凝器/蒸發(fā)器(11)出口與第二循環(huán)栗(13)相連，第二循環(huán)栗(13)出口分三路，一路通過第一填料塔(14)之后與冷凝器/蒸發(fā)器(11)連接;一路通過第一閥門(16)、第二填料塔(15)、第二閥門(17)與冷凝器/蒸發(fā)器(11)入口連接;一路通過第三閥門(29)、第三填料塔(28)、第四閥門(27)與冷凝器/蒸發(fā)器(11)入口連接； 所述冷凝器/蒸發(fā)器(11)、第二循環(huán)栗(13)和第一填料塔(14)構(gòu)成冷卻水循環(huán)回路。2.一種基于熱源塔兼顧新風的熱栗空調(diào)方法，其特征在于:分為冬季運行模式和夏季運行模式； 夏季運行模式:四通換向閥(9)將中下接口端和右下接口端導通，同時上部接口端與左下接下接口端導通，打開第二風閥(2)、第一循環(huán)栗(7)、第二循環(huán)栗(13)、第一溶液栗(19)、第二溶液栗(25)、第五閥門(18)、第六閥門(20)、第七閥門(22)、第八閥門(24)和第九閥門(26);此時蒸氣壓縮循環(huán)回路處于制冷模式，第一填料塔(14)為制冷模式的系統(tǒng)提供冷卻水;第二填料塔(15)和第三填料塔(24)構(gòu)成溶液除濕循環(huán)，為新風機組(4)提供新風預除濕，新風機組(4)通過循環(huán)冷水對新風做后處理； 冬季運行模式，四通換向閥(9)將中下接口端與左下接口端導通，同時上部接口端與右下接口端導通，打開第一風閥(I)、第三風閥(3)、第一循環(huán)栗(7)、第二循環(huán)栗(13)、第一閥門(16)、第二閥門(17)、第三閥門(29)和第四閥門(27);此時裝置為典型的熱源塔熱栗系統(tǒng)，蒸氣壓縮循環(huán)處于熱栗模式，系統(tǒng)通過防凍液在第一填料塔(14)、第二填料塔(15)、第三填料塔(28)中與空氣發(fā)生熱質(zhì)交換，吸收熱量并在蒸發(fā)器(11)中放熱參與熱栗供熱循環(huán)，新風機組(4)通過循環(huán)熱水對新風做加熱處理。
【文檔編號】F24F3/14GK105953322SQ201610310272
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】李舒宏, 董科楓, 張小松
【申請人】東南大學