一种水冷空气能热量交换塔热泵系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水冷空气能热量交换塔热泵系统，包括热量交换塔、热泵机组，用户、蒸发器循环泵、冷凝器循环泵和循环管道，循环管道上设有数个功能切换阀和数个防冻液渗漏阻断器，热量交换塔出口方向设有风向调节装置，热泵机组包括依次通过循环管道相连的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置，蒸发器与冷凝器间串联有电辅增焓装置，形成开放式热量循环交换系统。本发明专利技术可使热量交换塔出风口方向与自然风一致性，提高热量交换塔的冷却或吸热效果，还可以一机多用，满足客户全年制冷、采暖、生活热水问题，并提高系统设备运行的可靠性，从而提升节能效果。升节能效果。升节能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种水冷空气能热量交换塔热泵系统


[0001]本专利技术涉及热工机械能量转移设备领域，具体说是一种水冷空气能热量交换塔热泵系统。

技术介绍

[0002]以全球变暖为主要特征的气候变化已成为自二战以来人类社会共同面临的最重大的环境与发展挑战之一。国际社会在联合国的框架下自上个世纪八十年代后期经历了马拉松式的磋商和谈判，最终在2015年达成了《巴黎协定》，提出了要将全球平均气温相比于工业革命前水平(大致为1750年至1850年平均温度水平)升幅控制在2℃以内并努力控制在1.5℃以下。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的科学评估，要实现2℃目标全球二氧化碳中和的时间在2070年左右、温室气体中和的时间在2100年之前，实现1.5℃目标全球二氧化碳中和的时间在2050年左右、温室气体中和的时间在2060年左右。
[0003]根据最新的评估模型和情景研究，要实现2℃目标中国相应需要实现二氧化碳中和的时间在2080年左右、温室气体中和的时间在2100年左右，实现1.5℃目标中国相应需要实现二氧化碳中和的时间在2060年左右、温室气体中和的时间在2070年左右。这就意味着中国2060年前碳中和目标的提出，不管从狭义或广义看，不仅都在科学要求的2℃和1.5℃目标的减排路径内，甚至还有可能将全球碳中和的时间往前推动十年左右。
[0004]目前我国建筑能耗已占整个社会总能耗比例的三分之一左右，且占比还会有进一步提高的趋势，而采暖能耗又占建筑总能耗的三分之二以上。当今，节能减排首当其冲任务就是要把采暖能耗降低，这就会起到提纲挈领的作用和达到最终降低社会总能耗目的。故此，煤改电早已成为我国必须加以解决的重要问题，而气改电也将迎来议事议程的关键时机，天然气相比煤炭较为清洁的能源，但一样会有二氧化碳排放量，只是相对煤炭来说弱些罢了。其二，燃气锅炉采暖一样属于能量转换设备，而一次能源(化学能)转变而来热量是不可以百分之百加以利用的，最多98％而已。而热泵却不一样了，热泵属于能量转移设备，它可以把低温处热量进行转移并泵到较高温度处用于采暖，只需要花三分之一到五分之一的驱动电能就可以驱动比输出电能大好几倍的低温热量向高温处转移，这个效率可以达到300％～500％，这可比燃气锅炉采暖节约50％左右的能耗费用，也就相应减少一次能源质量110％以上的消耗量，这相当于把一次能源用来发电后，再用电能驱动低温热量向高温转移所实现同等规模热量需求的比较效果。
[0005]然而，当今各类热泵都会有着各自的不同问题与不足，其应用范围也就受到一定的限制。如地源热泵及水源热泵它们不仅会受到地理条件的限制，还因为其维修与维护困难经常被用户所诟病；而空气能热泵不只是效率不够理想，还难以应对极寒天气及规模化制热需求，尤其是遇到化霜陷阱会严重影响到用户的体验，化霜问题已然是世界性的难题。
[0006]正因为有着以上各种问题，于是开式热源塔热泵及闭式热源塔热泵便应运而生了，但它们依然还存在许多问题尚未得到很圆满的解决，譬如：闭式热源塔虽然可以实现规模化制热，没有了冻管之虞，却仍然会遇到化霜难题及极寒天气情况下机组能效比低下与
采暖温度不够的困惑。而开式热源塔虽然不用为化霜问题而担心了，但防冻液腐蚀设备问题，防冻液冰点温度上移而导致蒸发器冻管问题依然存在，经过多年探索发现冷媒切换热源塔热泵机组可较有效防止机组设备遭受腐蚀，再加上采用防腐材料对换热器表面处理及把风扇电机移到热源塔外，系统设备多年运行可与正常机组使用寿命差不多。这比水路切换热源塔热泵系统使用寿命长多了，究其原因是因为水路切换的阀门经过一段使用期会或多或少出现渗漏，哪怕微量的渗漏，经过一个冬季的运行其氯化钙防冻液浓度扩散到冷凝系统去其数量也是不可小觑的，而氯化钙防冻液在温度较高的冷凝系统环境里其化学活性便会增强，即便添加了缓蚀剂的情况下，部分氯离子与金属起化学作用也相当活跃，从而导致钙离子析出并沉积到换热管上形成很厚垢层，严重影响换热效果，严重时会堵塞暖媒水流体的通道，机组工况每况愈下而导致系统恶性循环，其腐蚀性愈加显现，所以采用冷媒切换会极大改善机组使用环境并延长其使用寿命。
[0007]雨雪进入防冻液加速稀释防冻液并导致冰点温度上移的系列问题，同样也会造成浓缩防冻液或添加防冻液的运行成本。于是有科技工作者设计出把轴流风扇改为离心风扇的热源塔，看似解决一些问题，但会有一些弊端：就是当离心风扇机组的出风口与外界自然风方向相反时不仅防不了雨雪，而且会导致风量减少，影响了热源的获取量，当然还会有其他采用百叶窗方式来遮挡雨雪的，用该装置来防止雨雪进入到防冻液溶液中去会增大风流动的阻力而减少风量。
[0008]还有防冻液流失污染水土问题。
[0009]极寒天气供暖温度不够及系统能效比低下是各种热泵普遍存在的问题，该问题技术解决的方案目前一般采用补气增焓技术，或者采用两级压缩，或者采用复叠热泵方案，还有采用水环式热泵，水环热泵与电辅升温热泵差不多，前者是采用锅炉给暖媒水二次升温，后者是采用电锅炉给暖媒水二次升温。总之，这些技术方案虽然都可以解决压缩机无法在极寒天气稳定正常运行的问题，但因应负荷增容情况下补气增焓技术显得力不从心了，而其他技术方案付出投资成本也太大了，同样它们能效比也不是很理想，或影响设备使用寿命。因此，在市场上缺乏竞争力也就在所难免了。
[0010]当然防止冻管问题也是非常重要的问题，现行技术方案普遍采用的是定期添加浓防冻液来防止蒸发器冻管事件的发生，其监测防冻液冰点温度上移的技术手段是：利用防冻液浓度变稀其比重相应发生改变的原理，还有其透光折射角度也因浓度的变化而发生折射角度改变的相关原理，根据折射角度改变及溶液比重改变原理所进行的设计，做出相关的仪器装置用来获取溶液浓度变化的信息，以此实现浓度变化的报警，由此控制浓防冻液的添加时机，但此原理控制方法的可靠性不是很强，或因溶液杂质、或因溶液流速变化而导致可靠性变差，致使来不及添加浓防冻液，或来不及紧急停机而造成蒸发器冻管，进而造成巨大的经济损失。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术提供一种水冷空气能热量交换塔热泵系统，该热量交换塔用于散热便是冷却塔，用于吸热便是热源塔。
[0012]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水冷空气能热量交换塔热泵系统，包括热量交换塔、热泵机组，用户、蒸发器循环泵、冷凝器循环泵和循环管道，所述循
环管道上设有数个功能切换阀和数个防冻液渗漏阻断器，所述热量交换塔出口方向设有风向调节装置，所述热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置，所述蒸发器、压缩机、冷凝器，节流装置依次通过循环管道相连构成制冷剂循环系统，所述蒸发器与冷凝器间串联电辅增焓装置，所述用户与冷凝器循环泵、第四功能切换阀、冷凝器和第八功能切换阀依次通过循环管道相连构成暖煤水循环系统，所述热量交换塔与第一功能切换阀、蒸发器循环泵、蒸发器和第五功能切换阀依次通过循环管道相连构成防冻液循环系统,所述热量交换塔、冷凝器、第三功能切换阀、第七功能切换阀、第一防冻液渗漏阻断器和第三防冻液渗阻断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水冷空气能热量交换塔热泵系统，其特征在于：包括热量交换塔(1)、热泵机组，用户(9)、蒸发器循环泵(3)、冷凝器循环泵(7)和循环管道，所述循环管道上设有数个功能切换阀和数个防冻液渗漏阻断器，所述热量交换塔(1)出口方向设有风向调节装置，所述热泵机组包括蒸发器(2)、压缩机(5)、冷凝器(8)、节流装置(18)，所述蒸发器(2)、压缩机(5)、冷凝器(8)，节流装置(18)依次通过循环管道相连构成制冷剂循环系统，所述蒸发器与冷凝器间串联电辅增焓装置(15)，所述用户(9)与冷凝器循环泵(7)、第四功能切换阀(4.4)、冷凝器(8)和第八功能切换阀(4.8)依次通过循环管道相连构成暖煤水循环系统，所述热量交换塔(1)与第一功能切换阀(4.1)、蒸发器循环泵(3)、蒸发器(2)和第五功能切换阀(4.5)依次通过循环管道相连构成防冻液循环系统,所述热量交换塔(1)、冷凝器(8)、第三功能切换阀(4.3)、第七功能切换阀(4.7)、第一防冻液渗漏阻断器(6.1)和第三防冻液渗阻断器(6.3)依次通过循环管道连通构成冷却水循环系统，所述用户(9)与蒸发器(2)、第二功能切换阀(4.2)、第六功能切换阀(4.6)、第二防冻液渗漏阻断器(6.2)和第四防冻液渗漏阻断器(6.4)依次通过循环管道相连构成冷媒水循环系统,所述风向调节装置包括风筒(1.22)、导风管(1.1)、圆形轨道(1.12)、方向调节轮(1.2)、伺服电机传动轮(1.3)、风向检测仪和控制器，所述风筒上端设有圆形轨道(1.12)，所述导风管(1.1)套接于风筒(1.22)内，所述导风管(1.1)上设有方向调节轮(1.2)，所述方向调节轮(1.2)通过滚动轮(1.23)契合于圆形轨道(1.12)上，所述控制器通过风向检测仪的检测信号控制伺服电机(1.4)运转，所述伺服电机(1.4)通过伺服电机旋转轴带动伺服电机传动轮(1.3)转动，所述方向调节轮(1.2)在伺服电机传动轮(1.3)的转动下实现从动，所述导风管(1.1)通过方向调节轮(1.2)的从动沿所述圆形轨道(1.12)实现水平二维度旋转，从而实现风向调节。2.根据权利要求1所述水冷空气能热量交换塔热泵系统，其特征在于：所述热量交换塔内部从上至下依次设有换热器喷淋装置、填料装置和托液盘，所述热量交换塔(1)上部设有进液管(1.5)，所述换热器喷淋装置包括喷淋管和设于喷淋管上的数个喷嘴(1.8)，所述喷淋管与进液管(1.5)相连，所述进液管(1.5)的液体通过换热器喷淋装置流入填料...

【专利技术属性】
技术研发人员：向立平，刘小江，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：