CN105222251B - 一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及其使用方法 - Google Patents

一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种经济、健康、舒适、绿色、环保、节能的热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及其使用方法。本发明的主机采用冷水机组加热泵机组的组合形式，夏季有冷负荷、冬季仅有热负荷的区域采用两管制水***，夏季有冷负荷，冬季同时有冷、热负荷的区域采用四管制水***，实现夏季供冷，冬季部分区域供热、部分区域同时供冷供热。对传统冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***流程进行改良，通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***。本发明准确控制各空调区的温度，提高室内舒适度，并且具有安全、健康、舒适、绿色、环保、节能等优点。

Description

一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及 其使用方法
技术领域
本发明涉及一种空调***，尤其涉及一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及其使用方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展和人口密度的增加，新建公共建筑的规模越来越大，其空调内、外区的区别越来越明显，空调***在夏季存在冷负荷，冬季外区存在热负荷、内区存在冷负荷。
传统常用的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***仅能满足单一的供冷或供热要求，难以满足同时有冷、热负荷的建筑物空调需求；传统常用的冷水机组+锅炉构建的四管制空调***可满足同时供冷供热要求，但初投资较大、运行费用较高、占用机房面积较大，且锅炉房存在发生安全事故的可能性。
本发明通过对传统的冷水机组加热泵机组空调***流程进行改良，通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***。该空调***在满足同时有冷、热负荷的建筑物空调需求前提下，较冷水机组+锅炉构建的四管制空调***而言，初投资、运行费用更低，占用机房面积更小，且摒除了锅炉房发生安全事故的可能性。
发明内容
本发明的目的在于克服传统冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***、冷水机组+锅炉构建的四管制空调***的不足，提供一种经济、健康、舒适、绿色、环保、节能的热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***及其使用方法。
本发明所采用的技术方案是：对传统冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***流程进行改良，通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***。
它包括冷水机组1、热泵机组2、室外侧换热***3、空调冷水循环泵4、空调冷水***定压装置5、冷水集水器6、冷水分水器7、空调冷热水循环泵8、空调热水***定压装置9、热水集水器10、热水分水器11、切换阀门；
两管制空调区末端回水设两路支管，一路为两管制空调区末端冷水回水，连接至冷水集水器6，一路为两管制空调区末端热水回水，连接至热水集水器10，两路支管分别设置有切换用的第二阀门32和第四阀门34；
四管制空调区末端冷水回水接入冷水集水器6，四管制空调区末端热水回水接入热水集水器10；
冷水集水器6与空调冷水***定压装置5连接，热水集水器10与空调热水***定压装置9连接；
两管制空调区末端冷水回水与四管制空调区末端冷水回水在冷水集水器6汇合后，设两路支管，一路通过空调冷水循环泵4加压，经过冷水机组1的蒸发器21换热后成为空调冷水供水，接入冷水分水器7；另一路连接至空调冷热水循环泵8；
两管制空调区末端热水回水与四管制空调区末端热水回水在热水集水器10汇合后，连接至空调冷热水循环泵8；
空调冷热水循环泵8入口设置两路支管，分别接自冷水集水器6、热水集水器10，两路支管分别设置有切换用的第一阀门31和第三阀门33；
通过空调冷热水循环泵8加压，经过热泵机组2的空调侧换热器23换热后，分两路支管，一路为空调冷水供水，接入冷水分水器7，一路为空调热水供水，接入热水分水器11，两路支管均设置有切换用的第五阀门35和第七阀门37；
经过冷水机组1的蒸发器换热后的空调冷水供水、经过热泵机组2的空调侧换热器23换热后的空调冷水供水在冷水分水器7汇合后，设两路支管，一路接四管制空调区末端冷水供水，一路接两管制空调区末端冷水供水；
经过热泵机组2的空调侧换热器换热后的空调热水供水接入热水分水器11后，设两路支管，一路接四管制空调区末端热水供水，一路接两管制空调区末端热水供水；
两管制空调区末端供水入口设两路支管，分别为与冷水分水器连接的两管制空调区末端冷水供水、与热水分水器连接的冷水两管制空调区末端热水供水，两路支管分别设置有切换用的第六阀门36和第八阀门38；
热泵机组2的室外侧换热器24接室外侧换热***3，冷水机组1的冷凝器22接室外侧换热***3。
本发明的整体设计理念为：对传统的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***流程进行改良，通过分设空调冷、热水集分水器及切换阀门的方式，构建一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***。主机采用冷水机组加热泵机组的组合形式，夏季有冷负荷、冬季仅有热负荷的区域采用两管制水***，夏季有冷负荷，冬季同时有冷、热负荷的区域采用四管制水***，实现夏季供冷，冬季部分区域供热、部分区域同时供冷供热。
本发明的优点如下：
1.与传统的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***相比，冷水机组、热泵机组一致，仅增加一对集分水器及些许切换阀门，即可实现同时供冷供热，克服了传统的冷水机组+热泵机组构建的两管制空调***不能同时供冷供热的缺点，准确控制各空调区的温度，提高室内舒适度。
2.与传统的冷水机组+锅炉构建的四管制空调***相比，初投资更省、占用机房面积更小。用热泵进行供热比用锅炉供热能效更高、运行费用更省，且摒除了锅炉房发生安全事故的可能性。
3.本***在保留传统常用的冷水机组+热泵机组组合方式、传统四管制空调水输配***前提下，通过设置双集分水器、切换阀门的方式，搭建了一种新型的经济、健康、舒适、绿色、环保、节能的热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***。
附图说明：
图1一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***原理图；
图2一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷工况原理图；
图3一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***同时供冷供热工况原理图；
标号说明
1冷水机组、21蒸发器、22冷凝器、2热泵机组、23空调侧换热器、24室外侧换热器、3室外侧换热***、4空调冷水循环泵、5空调冷水定压装置、6冷水集水器、7冷水分水器、8空调冷热水循环泵、9空调热水***定压装置、10热水集水器、11热水分水器、31第一阀门、32第二阀门、33第三阀门、34第四阀门、35第五阀门、36第六阀门、37第七阀门、38第八阀门。
具体实施方式：
为了使本发明的结构更加清楚完整，下面结合附图对本发明做进一步描述。
1.一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***原理图如图1所示：
它包括冷水机组1、热泵机组2、室外侧换热***3、空调冷水循环泵4、空调冷水***定压装置5、冷水集水器6、冷水分水器7、空调冷热水循环泵8、空调热水***定压装置9、热水集水器10、热水分水器11、切换阀门；
两管制空调区末端回水设两路支管，一路为两管制空调区末端冷水回水，连接至冷水集水器6，一路为两管制空调区末端热水回水，连接至热水集水器10，两路支管分别设置有切换用的第二阀门32和第四阀门34；
四管制空调区末端冷水回水接入冷水集水器6，四管制空调区末端热水回水接入热水集水器10；
冷水集水器6与空调冷水***定压装置5连接，热水集水器10与空调热水***定压装置9连接；
两管制空调区末端冷水回水与四管制空调区末端冷水回水在冷水集水器6汇合后，设两路支管，一路通过空调冷水循环泵4加压，经过冷水机组1的蒸发器21换热后成为空调冷水供水，接入冷水分水器7；另一路连接至空调冷热水循环泵8；
两管制空调区末端热水回水与四管制空调区末端热水回水在热水集水器10汇合后，连接至空调冷热水循环泵8；
空调冷热水循环泵8入口设置两路支管，分别接自冷水集水器6、热水集水器10，两路支管分别设置有切换用的第一阀门31和第三阀门33；
通过空调冷热水循环泵8加压，经过热泵机组2的空调侧换热器23换热后，分两路支管，一路为空调冷水供水，接入冷水分水器7，一路为空调热水供水，接入热水分水器11，两路支管均设置有切换用的第五阀门35和第七阀门37；
经过冷水机组1的蒸发器换热后的空调冷水供水、经过热泵机组2的空调侧换热器23换热后的空调冷水供水在冷水分水器7汇合后，设两路支管，一路接四管制空调区末端冷水供水，一路接两管制空调区末端冷水供水；
经过热泵机组2的空调侧换热器换热后的空调热水供水接入热水分水器11后，设两路支管，一路接四管制空调区末端热水供水，一路接两管制空调区末端热水供水；
两管制空调区末端供水入口设两路支管，分别为与冷水分水器连接的两管制空调区末端冷水供水、与热水分水器连接的冷水两管制空调区末端热水供水，两路支管分别设置有切换用的第六阀门36和第八阀门38；
热泵机组2的室外侧换热器24接室外侧换热***3，冷水机组1的冷凝器22接室外侧换热***3。
与冷水机组1、热泵机组2相连的室外侧换热***3包括与室外介质连接的室外换热管道以及介质储蓄装置，通过选取室外换热介质，设置对应的室外侧换热***3：
当a在地下水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地下水的地区，室外侧换热***1可采取直接取地下水作为换热介质；
b在地表水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地表水的地区，室外侧换热***1可采取直接取地表水作为换热介质；
c在水量不足、水质水温不适宜、水体不允许直接取用的地区，所述的室外换热管道为地埋管，介质储蓄装置为冷却塔，室外侧换热冷***1采取地埋管与冷却塔结合的方式；
d所述的室外换热管道为管道，介质储蓄装置为冷却塔，与冷水机组1相连的室外侧换热***可采取冷却塔或直接采取室外空气，与热泵机组2相连的室外侧换热***可直接采取室外空气。
所述的空调冷水***定压装置5、空调热水定压装置6为膨胀水箱定压、气压罐定压、变频补水定压中的任意一种。
所述的两管制空调区末端供水及两管制空调区末端回水、四管制空调区末端冷水供水及四管制空调区末端冷水回水、四管制空调区末端热水供水及四管制空调区末端热水回水的数量分别为至少一路。
也就是说两管制空调区末端供水及两管制空调区末端回水、四管制空调区末端冷水供水及四管制空调区末端冷水回水、四管制空调区末端热水供水及四管制空调区末端热水回水可根据空调分区需要设置一路或多路。
一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***通过设备启停、切换阀门启闭可实现供冷、同时供冷供热两种工况的切换。具体切换方式如下：
1一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷工况原理图如图2所示：
所述热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷工况的工作流程如下：冷水机组1供冷、热泵机组2供冷、室外侧换热***3运行、空调冷水循环泵4运行、空调冷水***定压装置5运行、空调冷热水循环泵8运行、空调热水***定压装置9运行、切换阀门中第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门打开，切换阀门中第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门关闭。
2一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***同时供冷供热工况原理图如图3所示：
所述热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷供热工况的工作流程如下：冷水机组1供冷、热泵机组2供热、室外侧换热***3运行、空调冷水循环泵4运行、空调冷水***定压装置5运行、空调冷热水循环泵8运行、空调热水***定压装置9运行、切换阀门12中第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门关闭，切换阀门12中第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门打开。
以下为一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***的具体应用：
该应用位于福州市，总建筑面积约20,550m2，地下室1层，地上主楼15层，裙房4层，建筑高度65.6m。主楼建筑功能以客房为主，建筑面积约11,100m2，裙房建筑功能为大堂、宴会厅、会议室、餐饮包厢等，建筑面积约9,450m2。
空调计算参数按福州地区选取。其中，夏季空调室外计算干球温度35.9℃，湿球温度28.0℃；冬季空调计算温度4.4℃，相对湿度74％。裙房及客房夏季空调冷负荷为2550kW；裙房外区及客房冬季空调热负荷为640kW，裙房内区存在冷负荷。
空调***采用一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***，客房区末端采用两管制连接，裙房区末端采用四管制连接。即实现客房区、裙房区的夏季制冷，客房、裙房外区的冬季供热，裙房内区的冬季供冷。主机采用水冷冷水机组+风冷热泵机组的组合形式，水冷冷水机组设置在地下一层，风冷热泵机组设置在主楼屋面。
该项目的配置如下：
1冷水机组：
水冷冷水机组，单台额定制冷量1000KW，共2台；
2热泵机组：
风冷热泵机组，单台额定制冷量667KW，单台额定制热量656Kw，共1台；
3室外侧换热***：
冷水机组室外侧换热***采用传统冷却塔***，单台冷却塔额定流量125m3/h，共4台；
热泵机组室外侧换热***采用风冷***，由风冷热泵机组选配；
4空调冷水循环泵：
单台流量190m3/h，扬程30m，共3台，2用1备；
5空调冷水***定压装置：变频补水定压装置；
6冷水集水器：D500xL3500；
7冷水分水器：D500xL3500；
8空调冷热水循环泵：
单台流量125m3/h，扬程30m，共2台，1用1备；
9空调热水***定压装置：变频补水定压装置；
10热水集水器：D300xL2200；
11热水分水器：D300xL2200；
12切换阀门：阀门共计8个。

Claims (5)

1.一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***，其特征在于：它包括冷水机组(1)、热泵机组(2)、室外侧换热***(3)、空调冷水循环泵(4)、空调冷水***定压装置(5)、冷水集水器(6)、冷水分水器(7)、空调冷热水循环泵(8)、空调热水***定压装置(9)、热水集水器(10)、热水分水器(11)、切换阀门；
两管制空调区末端回水设两路支管，一路为两管制空调区末端冷水回水，连接至冷水集水器(6)，一路为两管制空调区末端热水回水，连接至热水集水器(10)，两路支管分别设置有切换用的第二阀门(32)和第四阀门(34)；
四管制空调区末端冷水回水接入冷水集水器(6)，四管制空调区末端热水回水接入热水集水器(10)；
冷水集水器(6)与空调冷水***定压装置(5)连接，热水集水器(10)与空调热水***定压装置(9)连接；
两管制空调区末端冷水回水与四管制空调区末端冷水回水在冷水集水器(6)汇合后，设两路支管，一路通过空调冷水循环泵(4)加压，经过冷水机组(1)的蒸发器(21)换热后成为空调冷水供水，接入冷水分水器(7)；另一路连接至空调冷热水循环泵(8)；
两管制空调区末端热水回水与四管制空调区末端热水回水在热水集水器(10)汇合后，连接至空调冷热水循环泵(8)；
空调冷热水循环泵(8)入口设置两路支管，分别接自冷水集水器(6)、热水集水器(10)，两路支管分别设置有切换用的第一阀门(31)和第三阀门(33)；
通过空调冷热水循环泵(8)加压，经过热泵机组(2)的空调侧换热器(23)换热后，分两路支管，一路为空调冷水供水，接入冷水分水器(7)，一路为空调热水供水，接入热水分水器(11)，两路支管均设置有切换用的第五阀门(35)和第七阀门(37)；
经过冷水机组(1)的蒸发器换热后的空调冷水供水、经过热泵机组(2)的空调侧换热器(23)换热后的空调冷水供水在冷水分水器(7)汇合后，设两路支管，一路接四管制空调区末端冷水供水，一路接两管制空调区末端冷水供水；
经过热泵机组(2)的空调侧换热器换热后的空调热水供水接入热水分水器(11)后，设两路支管，一路接四管制空调区末端热水供水，一路接两管制空调区末端热水供水；
两管制空调区末端供水入口设两路支管，分别为与冷水分水器连接的两管制空调区末端冷水供水、与热水分水器连接的冷水两管制空调区末端热水供水，两路支管分别设置有切换用的第六阀门(36)和第八阀门(38)；
热泵机组(2)的室外侧换热器(24)接室外侧换热***(3)，冷水机组(1)的冷凝器(22)接室外侧换热***(3)。
2.根据权利要求1所述的一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***，其特征在于：
与冷水机组(1)、热泵机组(2)相连的室外侧换热***(3)包括与室外介质连接的室外换热管道以及介质储蓄装置，通过选取室外换热介质，设置对应的室外侧换热***(3)：
当(a)在地下水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地下水的地区，室外侧换热***(3)采取直接取地下水作为换热介质；
(b)在地表水水量充足、水质水温适宜、允许直接取地表水的地区，室外侧换热***(3)采取直接取地表水作为换热介质；
(c)在水量不足、水质水温不适宜、水体不允许直接取用的地区，所述的室外换热管道为地埋管，介质储蓄装置为冷却塔，室外侧换热***(3)采取地埋管与冷却塔结合的方式；
(d)所述的室外换热管道为管道，介质储蓄装置为冷却塔，与冷水机组(1)相连的室外侧换热***采取冷却塔或直接采取室外空气，与热泵机组(2)相连的室外侧换热***直接采取室外空气。
3.根据权利要求1所述的一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***，其特征在于：所述的空调冷水***定压装置(5)、空调热水定压装置(9)为膨胀水箱定压、气压罐定压、变频补水定压中的任意一种。
4.根据权利要求1或3所述的一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***，其特征在于：所述的两管制空调区末端供水及两管制空调区末端回水、四管制空调区末端冷水供水及四管制空调区末端冷水回水、四管制空调区末端热水供水及四管制空调区末端热水回水的数量分别为至少一路。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***的使用方法，其特征在于：它分为供冷工况和同时供冷供热工况：
所述热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷工况的工作流程如下：冷水机组(1)供冷、热泵机组(2)供冷、室外侧换热***(3)运行、空调冷水循环泵(4)运行、空调冷水***定压装置(5)运行、空调冷热水循环泵(8)运行、空调热水***定压装置(9)运行、切换阀门中第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门打开，切换阀门中第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门关闭；
所述热泵机组耦合冷水机组的双集分水器四管制空调***供冷供热工况的工作流程如下：冷水机组(1)供冷、热泵机组(2)供热、室外侧换热***(3)运行、空调冷水循环泵(4)运行、空调冷水***定压装置(5)运行、空调冷热水循环泵(8)运行、空调热水***定压装置(9)运行、切换阀门(12)中第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门关闭，切换阀门(12)中第三阀门、第四阀门、第七阀门、第八阀门打开。
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