CN102721131B - 高效节能的水电空调冷热水系统 - Google Patents

Abstract

一种高效节能的水电空调冷热水机组，包括冷热水机组、水电站深层水库水供回水装置，该水电站深层水库水供回水装置包括保温供水管和排水管，保温供水管的一端浸泡在水电站深层水库水中，保温供水管的另一端与冷热水机组相接，排水管的一端与冷热水机组相接，保温供水管中依次设置有吸水过滤网、抽水泵、止回阀、除污器、电子水处理仪、Y型过滤器和供水出水阀。高效节能的水电空调冷热水机组还包括同时串接在保温供水管和排水管中的板式换热器，该板式换热器位于供水出水阀与冷热水机组之间。板式换热器与冷热水机组之间的保温供水管中设置有循环水泵。本发明具有能效比更高，运行更可靠，节能效果显著的特点。

Description

高效节能的水电空调冷热水系统

技术领域

本发明涉及一种高效节能的水电空调冷热水系统。

背景技术

水电站拥有得天独厚的可再生资源：深层恒温水库水，其水体温度常年在7～25℃之间，十分适合于水电站空调节能应用。

但是，目前大多数水电站空调仍按传统的思维设计成通用的普通空调，如普通风冷冷（热）水机组加末端或普通水冷冷水机组加末端的中央空调，其运行效率低、能耗大，完全没有考虑利用独特环境和资源实现空调节能的问题，导致水电站守着取之不尽用之不竭的可再生资源不用，而采用其它不节能的冷却或加热方式，不能满足目前国家倡导的“节能减排”政策，以及建设能源节约型、环境友好型社会的要求。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、能效比高、节能环保、可靠安全的高效节能的水电空调冷热水系统，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种高效节能的水电空调冷热水系统，包括冷热水机组，其结构特征是还包括水电站深层水库水供回水装置，该水电站深层水库水供回水装置包括保温供水管和排水管，保温供水管的一端浸泡在水电站深层水库水中，保温供水管的另一端与冷热水机组相接，排水管的一端与冷热水机组相接，保温供水管中依次设置有吸水过滤网、抽水泵、止回阀、除污器、电子水处理仪、Y型过滤器和供水出水阀。

高效节能的水电空调冷热水系统还包括同时串接在保温供水管和排水管中的板式换热器，该板式换热器位于供水出水阀与冷热水机组之间。

所述板式换热器与冷热水机组之间的保温供水管中设置有循环水泵。

所述循环水泵与冷热水机组之间的保温供水管中设置有循环水阀。

所述冷热水机组包括压缩机、壳管蒸发器、膨胀阀、壳管冷凝器和三通调节阀，压缩机、壳管蒸发器、膨胀阀和壳管冷凝器构成制冷循环，

保温供水管的另一端与三通调节阀的第一接口相接，

三通调节阀的第二接口与第一管路的一端相接，第一管路的另一端与第一连接管相接，

第二管路与第一管路并联，

第一功能转换水阀和第三功能转换水阀串接在第一管路中，

第二功能转换水阀和第四功能转换水阀串接第二管路中，

壳管冷凝器的进水端接入第二功能转换水阀与第四功能转换水阀之间，

壳管蒸发器的进水端接入第一功能转换水阀与第三功能转换水阀之间，

排水管的一端与第三管路的一端相接，第三管路的另一端与第二连接管相接，

第四管路与第三管路并联，

第五功能转换水阀和第七功能转换水阀串接在第三管路中，

第六功能转换水阀和第八功能转换水阀串接在第四管路中，

壳管冷凝器的出水端接入第五功能转换水阀与第七功能转换水阀之间，

壳管蒸发器的出水端接入第六功能转换水阀与第八功能转换水阀之间，

三通调节阀的第三接口与第五管路的一端相接，第五管路的另一端与第二连接管相接，

第九功能转换水阀串接在第五管路中。

所述冷热水机组还包括第六管道，该第六管道的一端与排水管的一端相接，第六管道的另一端与第一连接管相接，第十功能转换水阀串接在第六管道中。

本发明摒弃现有通用普通空调机组不考虑水电站独特环境和资源的设计不合理之处，因地制宜的利用水电站得天独厚的水电站深层水库水，将水电站深层水库水经净化、软化等处理后直接或间接作为水电空调冷热水机组的冷源或低温热源使用，通过逆卡诺循环为水电站提供冷冻水，或将水库水的低品位热能转化为高品位的热能，为水电站提供热媒水。

水电站深层水库水是水电站得天独厚的，该水电站深层水库水是指深度在水面5米以下的水，其水温常年在7～25℃之间，夏季15～25℃，冬季7～15℃，无论是冬季还是夏季，水体温度波动范围远比环境空气温度小，非常适合于水电站空调机组冬季采暖的低温热源和夏季制冷的冷源。

本发明中的水电站深层水库水供回水装置、三通调节阀、功能转换水阀、壳管冷凝器和连接管等组成的水循环管路。水电站深层水库水经吸水过滤网、保温供水管、抽水泵、止回阀、除污器、电子水处理仪和Y型过滤器后直接为空调机组设备提供所需冷热源，经换热后的水库水再返回水库水中。当然，在水电站深层水库水供回水装置中也可配置板式换热器，水库水经Y型过滤器、板式换热器后直接返回水库水中；循环水在板式换热器换热后，经循环水泵、止回阀、循环水阀后为空调机组设备不断提供所需冷热源水。

夏季，水电站深层水库水经三通调节阀、各功能转换水阀后进入壳管冷凝器充当冷却水，吸收壳管冷凝器内的高温制冷剂的热量，完成吸热后经功能转换水阀直接返回水库中。由于水体温度比环境空气温度低，且温度波动范围小，可降低水电空调冷水机组设备冷凝温度，提高运行效率。

冬季，水电站深层水库水经三通调节阀、各功能转换水阀进入壳管蒸发器充当低温热源，并对壳管蒸发器内的低温制冷剂放热，完成放热后经功能转换水阀直接返回水库中。该机组运行只需消耗少量电能，即可将低品位的水电站深层水库水的热量转移到高品味的空调热水中，无需使用锅炉和空气源热泵，避免了对环境的污染，达到了节能环保的目的。

本发明具备冬季采暖节能模式、夏季制冷节能模式和自由冷却节能模式等。其中，1）冬季采暖节能模式：水电站深层水库水供回水装置提供的水电站深层水库水经水电空调冷热水机组中的壳管蒸发器放热后返回水库中，热媒水经壳管冷凝器吸热后为水电站房间提供所需热媒水；2）夏季制冷节能模式：水电站深层水库水供回水装置提供的水电站深层水库水经水电空调冷热水机组中的壳管冷凝器吸热后直接返回水库中，而冷媒水经壳管蒸发器放热降温后为水电站空调房间提冷所需冷冻水；3）自由冷却节能模式：主要是针对水电站发电机房而言，在过渡季节和冬季，水电站深层水库水供回水装置提供的水电站深层水库水经三通调节阀、各功能转换水阀直接为机房提供冷量，换热后再经功能转换水阀直接返回水库中，水电空调冷热水机组不需要开启。

本发明与普通风冷冷却式或冷却塔水冷冷却式的空调机组相比，降低了空调主机的冷凝温度或蒸发温度，提高了运行效率，节省了能耗，同时省去冷却塔，也提升了环保性，其具有能效比更高，运行更可靠，节能效果显著的特点，更符合国家在十二五规划中努力倡导的节能减排政策。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图。

图2为本发明第二实施例结构示意图。

图中：10为水电站深层水库水，11为吸水过滤网，12为抽水泵，13为止回阀，14为闸阀，15为除污器，16为电子水处理仪，17为Y型过滤器，18为供水出水阀，J1为板式换热器，J2为循环水泵，J3为循环水阀，Ⅱ为冷热水机组，21为压缩机，22为壳管蒸发器，23为膨胀阀，24为壳管冷凝器，25为三通调节阀，31为第一管路，32为第二管路，33为第三管路，34为第四管路，35为第五管路，36为第六管路，F1为第一功能转换水阀，F2为第二功能转换水阀，F3为第三功能转换水阀，F4为第四功能转换水阀，F5为第五功能转换水阀，F6为第六功能转换水阀，F7为第七功能转换水阀，F8为第八功能转换水阀，F9为第九功能转换水阀，F10为第十功能转换水阀，A为第一连接管，B为第二连接管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1，本高效节能的水电空调冷热水系统，包括冷热水机组Ⅱ、水电站深层水库水供回水装置，该水电站深层水库水供回水装置包括保温供水管和排水管，保温供水管的一端浸泡在水电站深层水库水10中，保温供水管的另一端与冷热水机组Ⅱ相接，排水管的一端与冷热水机组Ⅱ相接，保温供水管中依次设置有吸水过滤网11、抽水泵12、止回阀13、除污器15、电子水处理仪16、Y型过滤器17和供水出水阀18。

在本实施例中，电子水处理仪16用于水电站深层水库水的净化和软化。

冷热水机组Ⅱ包括压缩机21、壳管蒸发器22、膨胀阀23、壳管冷凝器24和三通调节阀25，压缩机21、壳管蒸发器22、膨胀阀23和壳管冷凝器24构成制冷循环，保温供水管的另一端与三通调节阀25的第一接口相接，三通调节阀25的第二接口与第一管路31的一端相接，第一管路31的另一端与第一连接管A相接，第二管路32与第一管路31并联，第一功能转换水阀F1和第三功能转换水阀F3串接在第一管路31中，第二功能转换水阀F2和第四功能转换水阀F4串接第二管路32中，壳管冷凝器24的进水端接入第二功能转换水阀F2与第四功能转换水阀F4之间，壳管蒸发器22的进水端接入第一功能转换水阀F1与第三功能转换水阀F3之间，排水管的一端与第三管路33的一端相接，第三管路33的另一端与第二连接管B相接，第四管路34与第三管路33并联，第五功能转换水阀F5和第七功能转换水阀F7串接在第三管路33中，第六功能转换水阀F6和第八功能转换水阀F8串接在第四管路34中，壳管冷凝器24的出水端接入第五功能转换水阀F5与第七功能转换水阀F7之间，壳管蒸发器22的出水端接入第六功能转换水阀F6与第八功能转换水阀F8之间，三通调节阀25的第三接口与第五管路35的一端相接，第五管路35的另一端与第二连接管B相接，第九功能转换水阀F9串接在第五管路35中。

冷热水机组Ⅱ还包括第六管道36，该第六管道36的一端与排水管的一端相接，第六管道36的另一端与第一连接管A相接，第十功能转换水阀F10串接在第六管道36中。

于是，由压缩机21、壳管蒸发器22、膨胀阀23和壳管冷凝器24组成的制冷剂循环；由十个功能转换水阀、三通调节阀25及各管路、连接管组成的冷热媒水转换管路。

工作时，水电站深层水库水10在抽水泵12作用下，经吸水过滤网11、保温供水管、抽水泵12和止回阀13后进入除污器15进行沉淀处理，再经电子水处理仪16和Y型过滤器17等设备净化、软化处理，而后经供水出水阀18为水电站提供夏季制冷和冬季供热所需的冷热源，最后换热结束循环返回水电站水库中。

本发明具有冬季采暖节能模式、夏季制冷节能模式和自由冷却节能模式，具体如下。

一、冬季采暖节能模式。

冬季，水电站办公室由于有人员办公需要供热采暖。此时，水电站深层水库水的温度处于7～15℃，作为低温热源，通过逆卡诺循环消耗少量电能，将低品位的恒温水库水热量转移到高品位的空调热水中，进而为水电站办公室供暖，更加节能环保。故只需消耗少量电能便可实现房间采暖，无需锅炉和空气源热泵，避免了对环境的污染，达到了节能环保的目的。

工作时，如图1所示，将各功能转换水阀调节至连通或关闭状态，水电空调冷热水机组正常工作，制冷剂经压缩机21压缩后进入壳管冷凝器24进行放热，然后在膨胀阀23节流降压后进入壳管蒸发器22吸热，再进入压缩机21进行制冷剂循环。

水电站深层水库水供回水装置结合水电站所需热量正常工作，水库水经三通调节阀25、功能转换水阀F1后进入壳管蒸发器22，充当低温热源并向壳管内的低温制冷剂放热，完成放热后的水库水经功能转换水阀F6返回水库中，完成水库水循环。而供热所需的热媒水先经水管A、功能转换水阀F4进入壳管冷凝器24吸收高温制冷剂的热量，换热后的高温热媒水经功能转换水阀F7、水管B后向需热水的设备进行供热，换热后再进入壳管冷凝器24吸热，完成热媒水循环。

二、夏季制冷节能模式。

夏季，水电站发电厂房和办公室均需要空调供冷。此时，水电站深层水库水的温度处于15～25℃，将水电站深层水库水作为冷却水，通过逆卡诺循环消耗少量电能，将空调房间中的热量转移至恒温水库水中，为水电站发电厂房和办公室提供冷量，更加节能环保。

工作时，如图1所示，关闭第一功能转换水阀F1、第四功能转换水阀F4、第六功能转换水阀F6、第七功能转换水阀F7、第九功能转换水阀F9、第十功能转换水阀F10，开启第二功能转换水阀F2、第三功能转换水阀F3、第五功能转换水阀F5、第八功能转换水阀F8。水电空调冷热水机组正常工作，制冷剂经压缩机21压缩后进入壳管冷凝器24进行放热，然后在膨胀阀23节流降压后进入壳管蒸发器22吸热，再进入压缩机进行制冷剂循环。

三、自由冷却节能模式。

主要是针对水电站的发电机房而言，在过渡季节或冬季机房仍需要供冷。由于水电站发电机房实行全年24小时运转工作模式，即便在凉爽的过渡季节，发电机房中的发电机也会产生大量的热量，如果采用普通空调，则需开启机组通过逆卡诺循环实现制冷，需要耗费大量的电能用于空调主机的运转。而过渡季节的水电站深层水库水的温度处于10～18℃，故在过渡季节和冬季都可以直接为房间提供冷水，利用水电站深层水库水的免费冷量freecooling，不需要开启空调主机供冷，可大量节约空调主机运转所需的电能。

工作时，如图1所示，关闭第一功能转换水阀F1至第八功能转换水阀F8，开启第九功能转换水阀F9、第十功能转换水阀F10，水电空调冷热水机组停止工作。

第二实施例

参见图2，本实施例相对于第一实施例的不同之处在于：水电站深层水库水供回水装置还包括同时串接在保温供水管和排水管中的板式换热器J1，该板式换热器J1位于供水出水阀18与冷热水机组Ⅱ之间。

板式换热器J1与冷热水机组Ⅱ之间的保温供水管中设置有循环水泵J2。循环水泵J2与冷热水机组Ⅱ之间的保温供水管中设置有循环水阀J3。

工作时，水库水在板式换热器J1内与循环水换热后直接返回水库中，而循环水则在循环水泵J2的作用下，不断为水电空调冷热水机组提供所需的冷源或热源。

本实施例也有冬季采暖节能模式、夏季制冷节能模式和自由冷却节能模式，具体如下。

一、冬季采暖节能模式。

结合水电站所需热量，如图2所示，水电站深层水库水在板式换热器J1内与循环水换热后直接返回水库中。而循环水则在循环水泵J2的作用下经三通调节阀25、第一功能转换水阀F1后进入壳管蒸发器22，充当低温热源并向壳管蒸发器22内的低温制冷剂放热，完成放热后经第六功能转换水阀F6返回板式换热器J1中循环换热，循环为机组提供冷源或热源。

而供热所需的热媒水先经第一连接管A、第四功能转换水阀F4进入壳管冷凝器24吸收高温制冷剂的热量，换热后的高温热媒水经第七功能转换水阀F7、第二连接管B后向需热水的设备进行供热，换热后再进入壳管冷凝器24吸热，完成热媒水循环。

二、夏季制冷节能模式。

结合水电站夏季所需冷量，如图2所示，水电站深层水库水在板式换热器J1内与循环水换热后直接返回水库中。而循环水则在循环水泵J2的作用下经三通调节阀25、第二功能转换水阀F2后进入壳管冷凝器24，充当冷却水吸收壳管冷凝器内的高温制冷剂的热量，完成吸热后经第五功能转换水阀F5返回板式换热器J1中循环换热，循环为机组提供冷源或热源。

而夏季供冷所需冷冻水先经第一连接管A、第三功能转换水阀F3进入壳管蒸发器22向低温制冷剂放热降温，然后低温冷冻水经第八功能转换水阀F8、第二连接管B后向需冷冻水的设备提供冷量，换热后再进入壳管蒸发器22放热降温，完成冷冻水循环。

三、自由冷却节能模式。

结合水电站发电机房所需冷量，如图2所示，水电站深层水库水在板式换热器J1内与循环水换热后直接返回水库中。而循环水则在循环水泵J2的作用下经三通调节阀25、第九功能转换水阀F9、第二连接管B后向发电机房空调设备提供冷水，吸收房间热量；换热后经第一连接管A、第十功能转换水阀F10返回板式换热器J1中循环换热，循环为机组提供冷源或热源。

其余未述部分见第一实施例，不再赘述。

由于水电站深层水库水的温度一年四季相对稳定，其波动范围远小于空气的变动，是空调制冷冷源和供热热源的理想选择，无论是制冷还是制热运行，本发明都比传统冷却塔式冷水机组和空气源热泵机组运行效率要高，更具节能性、经济性和环保性以及较高的经济和社会效益。

Claims (5)

1.一种高效节能的水电空调冷热水系统，包括冷热水机组（Ⅱ），其特征是还包括水电站深层水库水供回水装置，该水电站深层水库水供回水装置包括保温供水管和排水管，保温供水管的一端浸泡在水电站深层水库水（10）中，保温供水管的另一端与冷热水机组（Ⅱ）相接，排水管的一端与冷热水机组（Ⅱ）相接，保温供水管中依次设置有吸水过滤网（11）、抽水泵（12）、止回阀（13）、除污器（15）、电子水处理仪（16）、Y型过滤器（17）和供水出水阀（18）；

所述冷热水机组（Ⅱ）包括压缩机（21）、壳管蒸发器（22）、膨胀阀（23）、壳管冷凝器（24）和三通调节阀（25），压缩机（21）、壳管蒸发器（22）、膨胀阀（23）和壳管冷凝器（24）构成制冷循环，

保温供水管的另一端与三通调节阀（25）的第一接口相接，

三通调节阀（25）的第二接口与第一管路（31）的一端相接，第一管路（31）的另一端与第一连接管（A）相接，

第二管路（32）与第一管路（31）并联，

第一功能转换水阀（F1）和第三功能转换水阀（F3）串接在第一管路（31）中，

第二功能转换水阀（F2）和第四功能转换水阀（F4）串接第二管路（32）中，

壳管冷凝器（24）的进水端接入第二功能转换水阀（F2）与第四功能转换水阀（F4）之间，

壳管蒸发器（22）的进水端接入第一功能转换水阀（F1）与第三功能转换水阀（F3）之间，

排水管的一端与第三管路（33）的一端相接，第三管路（33）的另一端与第二连接管（B）相接，

第四管路（34）与第三管路（33）并联，

第五功能转换水阀（F5）和第七功能转换水阀（F7）串接在第三管路（33）中，

第六功能转换水阀（F6）和第八功能转换水阀（F8）串接在第四管路（34）中，

壳管冷凝器（24）的出水端接入第五功能转换水阀（F5）与第七功能转换水阀（F7）之间，

壳管蒸发器（22）的出水端接入第六功能转换水阀（F6）与第八功能转换水阀（F8）之间，

三通调节阀（25）的第三接口与第五管路（35）的一端相接，第五管路（35）的另一端与第二连接管（B）相接，

第九功能转换水阀（F9）串接在第五管路（35）中。

2.根据权利要求1所述的高效节能的水电空调冷热水系统，其特征是该水电空调冷热水系统还包括同时串接在保温供水管和排水管中的板式换热器（J1），该板式换热器（J1）位于供水出水阀（18）与冷热水机组（Ⅱ）之间。

3.根据权利要求2所述的高效节能的水电空调冷热水系统，其特征是所述板式换热器（J1）与冷热水机组（Ⅱ）之间的保温供水管中设置有循环水泵（J2）。

4.根据权利要求3所述的高效节能的水电空调冷热水系统，其特征是所述循环水泵（J2）与冷热水机组（Ⅱ）之间的保温供水管中设置有循环水阀（J3）。

5.根据权利要求1至4任一所述的高效节能的水电空调冷热水系统，其特征是所述冷热水机组（Ⅱ）还包括第六管道（36），该第六管道（36）的一端与排水管的一端相接，第六管道（36）的另一端与第一连接管（A）相接，第十功能转换水阀（F10）串接在第六管道（36）中。

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