一种热源塔热泵系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及供暖空调技术领域，尤其涉及一种热源塔热泵系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，南方地区对建筑的供暖需求越来越大。以夏热冬冷地区为例，其气候特征表现为夏季闷热，冬季湿冷，人们对供暖的需求更为迫切。
3.冷水机组 锅炉是中央空调系统较早采用的冷热源方案之一。在夏季，冷水机组配备有冷却塔这一水循环冷却设备，用以散去冷凝器中的热量；冬季，采用锅炉进行供暖。不仅一次能源利用率低且污染环境，同时冷水机组和冷却塔等设备处于闲置状态，设备利用率较低。针对该问题，发展出了一种新型热泵——热源塔热泵系统。该系统在夏季以冷水机组的供冷模式运行，而在冬季则以热泵的供热模式运行，冷却塔转化为吸热设备——热源塔。
4.目前，传统热源塔热泵系统技术存在许多弊端：1)冬季制热时，热源塔系统中的盐溶液吸湿后，浓度降低，冰点升高，造成系统出现结冰风险，需要不断的加盐，成本高；2)盐溶液腐蚀严重，造成系统运行寿命降低。


技术实现要素：

5.为弥补现有技术中存在的不足，本发明提供一种热源塔热泵系统及其工作方法。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
7.本发明一方面提供了一种热源塔热泵系统，包括：
8.热泵主机，包括相互连通的压缩机、节流阀、冷凝器和蒸发器，所述蒸发器内的制冷剂蒸汽经过压缩机压缩升温升压后进入所述冷凝器，经所述冷凝器与用户侧供水换热，得到制冷剂液体；以及，所述冷凝器内制冷剂液体经过节流阀节流降压后进入所述蒸发器，经所述蒸发器与热源塔内循环溶液换热，得到制冷剂蒸汽；
9.热源塔，所述热源塔内设置有循环溶液，其中，制热时，所述循环溶液为盐溶液，制冷时，所述循环溶液为水，所述热源塔的循环溶液出口通过管道与所述蒸发器入口连通；或者，所述热源塔的循环溶液出口通过管道与所述冷凝器入口连通；
10.水泵，包括用户侧泵以及与热源塔连通的源侧泵；
11.阀门组，连通在所述热泵主机与热源塔之间，包括不同时开启的制热阀门组和制冷阀门组；其中，
12.制热阀门组开启，制冷阀门组关闭，盐溶液在热源塔内与空气换热升温后，进入所述蒸发器，与蒸发器内低温低压的制冷剂液体换热，使得制冷剂液体吸热再经所述压缩机压缩得到高温高压的制冷剂蒸汽，所述制冷剂蒸汽进入所述冷凝器与用户侧供水换热，构成制热回路；
13.制冷阀门组开启，制热阀门组关闭，水在热源塔内与空气换热降温后，进入所述冷
凝器，与冷凝器内高温高压的制冷剂蒸汽进行换热，使得制冷剂蒸汽降温变成常温高压的制冷剂液体，经降压后回到蒸发器，与用户供水侧的水进行热交换，构成制冷回路。
14.根据本发明的系统，所述制热回路中还包括：制冷剂蒸汽进入所述冷凝器与用户侧供水换热后，变成液体并经节流阀降压后变成低温低压的制冷剂液体后进入所述蒸发器内，完成冬季制热循环。
15.根据本发明的系统，所述制冷回路中还包括：制冷剂液体进入所述蒸发器内与用户侧供水进行换热后，变成蒸汽并经压缩机压缩成高温高压的制冷剂蒸汽进入所述冷凝器内，完成夏季制冷循环。
16.根据本发明的系统，在具体的实施方案中所述制冷阀门组包括阀门1、阀门3、阀门6及阀门8，所述制热阀门组包括阀门2、阀门4、阀门5及阀门7，冬季制热时，阀门1、阀门3、阀门6、阀门8关闭，阀门2、阀门4、阀门5、阀门7开启；反之，夏季制冷时，阀门1、阀门3、阀门6、阀门8开启，阀门2、阀门4、阀门5、阀门7关闭。
17.根据本发明的系统，还包括溶液再生单元，其包括浓缩装置、稀溶液池、浓溶液池、稀溶液泵及浓溶液泵；所述的热泵主机通过管路与所述稀溶液池连通，所述的热源塔通过管路分别与稀溶液池和浓溶液池连通；所述的浓缩装置通过管路分别与稀溶液池和浓溶液池连通；所述热源塔与浓溶液池之间设置浓溶液泵，所述浓缩装置与稀溶液池之间设置稀溶液泵。
18.在具体的实施方案中，所述溶液再生单元还包括密度计，其设置在所述热泵主机与热源塔之间输送盐溶液的管路上，用于检测盐溶液的密度，用于控制系统计算溶液的冰点。当达到设定值时，开启稀溶液泵、浓缩装置，对溶液进行浓缩，并将浓缩后的浓溶液排至浓溶液箱内。随着热源塔内盐溶液冰点的继续上升，开启浓溶液泵，将浓溶液池内的溶液排至热源塔内，维持盐溶液冰点在一个安全范围内。
19.根据本发明的系统，还包括溶液回收泵，用于将热源塔热泵系统内的盐溶液回收至稀溶液池内。在具体的实施方案中，夏季制冷时，溶液回收泵开启，将热泵主机内的盐溶液回收至稀溶液池内，此时热源塔内循环的溶液替换为水。
20.根据本发明的系统，优选地，还包括与所述热源塔连通的加药单元，用于在夏季制冷时向热源塔内水中加入杀菌灭藻类药物，或者用于在冬季制热时向热源塔内盐溶液中加入成膜型缓蚀剂，延缓盐溶液对金属的腐蚀。
21.在具体的实施方案中，所述热泵主机为离心式或螺杆式热泵主机，所述热源塔为开式塔。
22.本发明另一方面提供了上述热源塔热泵系统的工作方法，包括如下步骤：
23.制冷模式时，提供水作为热源塔热泵系统内循环的介质，开启制冷阀门组，关闭制热阀门组；开机启动后，开启源侧泵和用户侧泵至初始频率，检测热源塔水盘内液位＞最低循环液位；液位满足要求后，开启热源塔风机至初始频率；风机频率稳定后，启动用户侧泵，延时开启热泵主机；运行过程中，主机加载量根据设定蒸发器出水温度设定值进行调节，维持：设定温度
‑
1℃＜蒸发出水温度＜设定温度 1℃；风机频率和源侧泵频率根据环境湿球温度进行调节，维持热源塔侧出水温度＝湿球温度 3℃；或者，
24.制热模式时：提供低温盐溶液作为热源塔热泵系统内循环的介质，在供暖开始时，首先开启浓溶液泵，将浓溶液池中的盐溶液注入热源塔系统，开启制热阀门组，关闭制冷阀
门组；开机启动后，开启源侧泵和用户侧泵至初始频率，检测热源塔水盘内液位＞最低循环液位；液位满足要求后，开启热源塔风机至初始频率；风机频率稳定后，启动用户侧泵，延时开启热泵主机；运行过程中，主机加载量根据设定冷凝器出水温度设定值进行调节，维持：设定温度
‑
1℃＜冷凝器出水温度＜设定温度 1℃；风机频率和源侧泵频率根据环境湿球温度进行调节，维持热源塔侧出水温度＝湿球温度
‑
3℃。
25.根据本发明的方法，还包括如下步骤的浓缩模式：浓缩模式只在供暖时开启，根据密度计检测到的密度值，计算对应的盐溶液的冰点；当盐溶液冰点≥热源塔侧进水温度
‑
5℃时，依次开启稀溶液泵和浓缩装置，将稀溶液池中的稀溶液浓缩至浓溶液，排至浓溶液池中，同时开启浓溶液泵，将浓溶液排至热源塔系统内；当盐溶液冰点≤热源塔侧进水温度
‑
8℃时，依次关闭溶液浓缩装置和稀溶液泵。
26.根据本发明的方法，制热结束后，开启回收模式，包括如下步骤：开启溶液回收泵，将热源塔热泵系统内的溶液回收至稀溶液池；稀溶液池不足以容下系统内的所有稀溶液，此时，开启稀溶液泵和浓缩装置将稀溶液池中的稀溶液浓缩至浓缩液，存储至浓溶液池。当系统内溶液回收完成后，依次关闭溶液回收泵、浓缩装置和稀溶液泵。
27.根据本发明的方法，还包括如下步骤的加药模式：制冷时向热源塔内水中加入杀菌灭藻类药物，或者用于在制热时向热源塔内盐溶液中加入成膜型缓蚀剂，延缓盐溶液对金属的腐蚀；优选地，加药频率可以根据溶液量进行定时：1次/7天。即加药模式在制热模式和制冷模式中均可使用。
28.采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
29.本发明系统可在夏季以冷水机组的供冷模式运行，而在冬季则以热泵的供热模式运行，冷却塔转化为吸热设备——热源塔。且本发明系统能稳定运行，通过溶液再生单元及加药单元等的设置，能够维持盐溶液冰点在一个安全范围内，避免了传统系统中热源塔内盐溶液结冰、不断加入盐溶液的缺陷，且延缓了盐溶液对金属的腐蚀。同时，本发明系统的工作方法进一步具有以下优点：
30.(1)保证本发明系统在低环温下供热的安全稳定运行。
31.(2)通过控制盐溶液浓度，既能保证溶液冰点一直维持在安全范围内，又可避免一直维持溶液高浓度，粘度大造成的水泵功耗增加。
32.(3)通过控制热源塔出水温度与湿球温度的逼近度，可以维持系统运行的高效性。
附图说明
33.图1为本发明示例的一种热源塔热泵系统结构示意图。
34.图中部分标号说明如下：热泵主机1，冷凝器1.1，蒸发器1.2，压缩机1.3，节流阀1.4，热源塔2，源侧泵3，用户侧泵4，阀门组5(5.1至5.8)，浓缩装置6，稀溶液池7，浓溶液池8，稀溶液泵9，浓溶液泵10，密度计11，溶液回收泵12，加药单元13，分水器14，集水器15。
具体实施方式
35.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
36.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅为便于描述和区分，而非对数量或顺序
的限定。本发明的系统中所用的各装置或元件若未特别说明，均可采用本领域常规的相应装置或元件。
37.如图1所示，本发明实施例一种热源塔热泵系统，包括：
38.热泵主机1，包括相互连通的冷凝器1.1、蒸发器1.2、压缩机1.3和节流阀1.4，所述蒸发器1.2内的制冷剂蒸汽经过压缩机1.3压缩升温升压后进入所述冷凝器1.1，经所述冷凝器1.1与用户侧供水换热，得到制冷剂液体；以及，所述冷凝器1.1内制冷剂液体经过节流阀1.4节流降压后进入所述蒸发器1.2，经所述蒸发器1.2与热源塔内循环溶液换热，得到制冷剂蒸汽；
39.热源塔2，所述热源塔2内设置有循环溶液，其中，制热时，所述循环溶液为盐溶液，制冷时，所述循环溶液为水，所述热源塔2的循环溶液出口通过管道与所述蒸发器1.2入口连通；或者，所述热源塔2的循环溶液出口通过管道与所述冷凝器1.1入口连通；
40.水泵，包括与热源塔2连通的源侧泵3和用户侧泵4；
41.阀门组5，连通在所述热泵主机1与热源塔2之间，包括不同时开启的制热阀门组和制冷阀门组。
42.在一具体的示例中，本发明系统还包括溶液再生单元，其包括浓缩装置6、稀溶液池7、浓溶液池8、稀溶液泵9及浓溶液泵10；所述的热泵主机1通过管路与所述稀溶液池7连通，所述的热源塔2通过管路分别与稀溶液池7和浓溶液池8连通；所述的浓缩装置6通过管路分别与稀溶液池7和浓溶液池8连通；所述热源塔2与浓溶液池8之间设置浓溶液泵10，所述浓缩装置6与稀溶液池7之间设置稀溶液泵9。
43.在一具体的示例中，所述溶液再生单元还包括密度计11，其设置在所述热泵主机1与热源塔2之间输送盐溶液的管路上，用于检测盐溶液的密度，用于控制系统计算溶液的冰点。
44.在一具体的示例中，本发明系统还包括溶液回收泵12，用于将热泵主机1内的盐溶液回收至稀溶液池7内。夏季制冷时，溶液回收泵12开启，将热泵主机内的盐溶液回收至稀溶液池7内，此时热源塔2内循环的溶液替换为水。
45.在一具体的示例中，所述制冷阀门组包括阀门5.1、阀门5.3、阀门5.6及阀门5.8，所述制热阀门组包括阀门5.2、阀门5.4、阀门5.5及阀门5.7，冬季制热时，阀门5.1、阀门5.3、阀门5.6、阀门5.8关闭，阀门5.2、阀门5.4、阀门5.5、阀门5.7开启；反之，夏季制冷时，阀门5.1、阀门5.3、阀门5.6、阀门5.8开启，阀门5.2、阀门5.4、阀门5.5、阀门5.7关闭。
46.较佳地，本发明系统还包括与所述热源塔2连通的加药单元13，用于在夏季制冷时向热源塔2内水中加入杀菌灭藻类药物，或者用于在冬季制热时向热源塔2内盐溶液中加入成膜型缓蚀剂，延缓盐溶液对金属的腐蚀。
47.较佳地，所述热泵主机1为离心式或螺杆式热泵主机，所述热源塔2为开式塔。
48.本发明系统主要有两种运行模式：冬季制热和夏季制冷；
49.1)冬季制热时，阀门5.1、阀门5.3、阀门5.6、阀门5.8关闭，阀门5.2、阀门5.4、阀门5.5、阀门5.7开启。此时热源塔2内循环的溶液为盐溶液，盐溶液冰点最低可达
‑
30℃，低温的盐溶液与空气进行热交换后，升温进入热泵主机蒸发器1.2，与蒸发器内低温低压的制冷剂换热，盐溶液温度降低，将从空气中吸收的热量传递至制冷剂，低温制冷剂吸热后，经压缩机1.3压缩成高温高压的制冷剂蒸汽；然后经冷凝器1.1与用户侧供水换热，加热用户侧
供水至供暖所需温度，释放热量后的制冷剂冷凝变成常温高压的制冷剂液体；常温高压的制冷剂液体由节流阀1.4节流降压，变成低温低压的制冷剂液体后回到蒸发器1.2，完成冬季制热循环。
50.2)夏季制冷时，阀门5.1、阀门5.3、阀门5.6、阀门5.8开启，阀门5.2、阀门5.4、阀门5.5、阀门5.7关闭。溶液回收泵12开启，将系统内的盐溶液回收至稀溶液池7内，此时热源塔内循环的溶液替换为自来水，高温的水与空气进行热交换后，降温进入热泵主机冷凝器1.1，与冷凝器内高温高压的制冷剂蒸汽进行换热，水温度升高，将从制冷剂中吸收的热量传递至空气，释放热量后的制冷剂冷凝变成常温高压的制冷剂液体；常温高压的制冷剂液体由节流阀1.4节流降压，变成低温低压的制冷剂液体后回到蒸发器1.2，与供水侧的水进行热交换，吸收水中的热量，并将其冷却至制冷所需温度。吸热后的低温低压制冷剂蒸汽经压缩机1.3压缩成高温高压的制冷剂蒸汽，排至冷凝器1.1内，完成夏季制冷循环。
51.溶液再生系统只在冬季运行，溶液与空气换热时，会吸收空气中的水分，使得液位上升，溶液冰点上升，易出现结冰风险。当溶液吸水后，热源塔内溶液液位上升，部分稀溶液排至稀溶液池7内进行存储。通过密度计11检测溶液冰点与环境温度的差值，当达到设定值时，开启稀溶液泵9、浓缩装置6，对溶液进行浓缩，并将浓缩后的浓溶液排至浓溶液池8内。随着热源塔2内盐溶液冰点的继续上升，开启浓溶液泵10，将浓溶液池8内的溶液排至热源塔2内，维持盐溶液冰点在一个安全范围内。
52.相应地，加药单元13也主要有两种运行模式，其可采用常规的加药装置或加药计量装置。
53.夏季制冷工况：夏季制冷时，热源塔2内循环溶液为冷却水，此时，加药单元添加杀菌灭藻类药物。
54.冬季制热工况：冬季制热时，热源塔2内循环溶液为盐溶液，此时，加药单元添加成膜型缓蚀剂，延缓盐溶液对金属的腐蚀。
55.为了便于理解，下面示例说明本发明的系统在生产过程中的应用操作方法进行说明，不应理解为本发明技术方案仅局限于此：
56.本发明实施例热源塔热泵系统的工作方法，包括如下步骤：
57.制冷模式时，提供水作为热源塔热泵系统内循环的介质，开启制冷阀门组，关闭制热阀门组；开机启动后，开启源侧泵3和用户侧泵4至初始频率，检测热源塔水盘内液位＞最低循环液位；液位满足要求后，开启热源塔风机至初始频率；风机频率稳定后，启动用户侧泵4，延时开启热泵主机1；运行过程中，主机加载量根据设定蒸发器1.2出水温度设定值进行调节，维持：设定温度
‑
1℃＜蒸发出水温度＜设定温度 1℃；风机频率和源侧泵频率根据环境湿球温度进行调节，维持热源塔侧出水温度＝湿球温度 3℃；或者，
58.制热模式时：提供低温盐溶液作为热源塔热泵系统内循环的介质，在供暖开始时，首先开启浓溶液泵10，将浓溶液池8中的盐溶液注入热源塔系统，开启制热阀门组，关闭制冷阀门组；开机启动后，开启源侧泵3和用户侧泵4至初始频率，检测热源塔水盘内液位＞最低循环液位；液位满足要求后，开启热源塔风机至初始频率；风机频率稳定后，启动用户侧泵4，延时开启热泵主机；运行过程中，主机加载量根据设定冷凝器1.1出水温度设定值进行调节，维持：设定温度
‑
1℃＜冷凝器出水温度＜设定温度 1℃；风机频率和源侧泵频率根据环境湿球温度进行调节，维持热源塔侧出水温度＝湿球温度
‑
3℃。
59.本发明系统工作时，还包括如下步骤的浓缩模式：浓缩模式只在供暖时开启，根据密度计11检测到的密度值，计算对应的盐溶液的冰点；当盐溶液冰点≥热源塔侧进水温度
‑
5℃时，依次开启稀溶液泵9和浓缩装置6，将稀溶液池7中的稀溶液浓缩至浓溶液，排至浓溶液池8中，同时开启浓溶液泵10，将浓溶液排至热源塔系统内；当盐溶液冰点≤热源塔侧进水温度
‑
8℃时，依次关闭溶液浓缩装置6和稀溶液泵9。
60.在本发明系统供暖结束后，可开启回收模式，包括如下步骤：开启溶液回收泵12，将热源塔热泵系统内的溶液回收至稀溶液池7；稀溶液池不足以容下系统内的所有稀溶液，此时，开启稀溶液泵9和浓缩装置6将稀溶液池7中的稀溶液浓缩至浓缩液，存储至浓溶液池8。当系统内溶液回收完成后，依次关闭溶液回收泵12、浓缩装置6和稀溶液泵9。
61.本发明系统工作时，还包括如下步骤的加药模式：制冷时向热源塔内水中加入杀菌灭藻类药物，或者用于在制热时向热源塔内盐溶液中加入成膜型缓蚀剂，延缓盐溶液对金属的腐蚀；优选地，加药频率可以根据溶液量进行定时：1次/7天。即加药模式在制热模式和制冷模式中均可使用。
62.本发明的系统中所涉及的各个装置或元件例如蒸发器、冷凝器、热源塔、浓缩装置等均可以采用本领域现有的具有相应功能作用的处理设施、装置或元件，对此不作一一赘述。文中未特别说明之处，均为本领域技术人员根据掌握的现有技术所能了解或知晓的，对此不作一一赘述。
63.本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。