深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统

技术领域

本发明涉及空调设备领域，特别是一种在增大新风量的同时有效减少能耗增加的深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统。

背景技术

随着新冠肺炎疫情的发展，卫生部门提出了勤洗手、多通风、少聚集的措施，其实这是为了抑制疫情的传播途径所采取的措施，专家认为新冠肺炎病毒有三大传播途径：飞沫传播、触摸传播及空气循环(气溶胶小于5微米)传播，普遍认为空气循环传播比较弱，其实并不尽然，因为新冠肺炎病毒在空气中的存活期为3个小时，停靠日本的钻石公主号邮轮的大面积污染就是一个最好的例子，钻石公主号邮轮采用了中央空调，大量的回风就会产生交叉感染，因此减少回风提高新风比就会大大降低了被感染的风险。夏季新风比一般在10％到 25％左右，如果提高到50％，甚至疫情严重时有的场合要求100％全新风，新风量大量增加，可能被染毒的室内空气就会大量得排出室外安全地方，达到降低传染风险的目的。但是提高新风比会大量提高夏季运行费用，尤其人员密集的大型建筑，如商场、影剧院、体育馆、机场、动车站等，需要大量新风的场所，必然会提高能耗。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统，它能够在增大新风量的同时有效减少能耗的增加。而且该空调系统能在疫情结束后不增大新风量的情况下继续发挥一定的节能作用。

本发明通过如下技术方案实现：一种深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统，它包括抽水装置1，安装于深水井中用于抽取井水；

主分水器2，通过管道与抽水装置1连接；

主集水器3，连接有通入深水井的管路；

主板式换热器4，包括供冷/供热端以及换冷/换热端，供冷/供热端的进水口通过主进水管91与主分水器2连接，供冷/供热端的回水口通过主回水管92 与主集水器3连接；

水源热泵制冷/制热系统5，通过管路与主板式换热器4的换冷/换热端实现热交换；

空调装置6，根据室内风流向由前至后为带有回风机611的回风段61、与户外实现新风交换的分风调节段62、带有主表冷器641且实现热交换的热交换段64以及带有送风机的出风段65；

其中，水源热泵制冷/制热系统5通过管路与主表冷器641连接；

其特征在于：

它还包括

预表冷器71，安装于空调装置6的热交换段64内且位于主表冷器641的前部；

分水器72，通过管路与预表冷器71连接；

集水器73，通过管路与预表冷器71连接；

副板式换热器74，包括供冷/供热端以及换冷/换热端，换冷/换热端的进水口通过管路与集水器73连接，换冷/换热端的回水口通过带泵体的管路与分水器72连接；供冷/供热端的进水口通过主进水管91分支出的进水支管93与主分水器2连接，供冷/供热端的回水口通过主回水管92分支出的回水支管94与主集水器3连接；

在主板式换热器4的供冷/供热端进水口设有第一阀门81,副板式换热器 74的供冷/供热端进水口设有第二阀门82。

较之前技术而言，本发明的有益效果为：

1、通过利用自然环境的深井水，对新风进行预冷/预热，从而减少水源热泵制冷/制热系统的能耗，确保了新风量增大的同时，水源热泵制冷/制热系统的功耗不提升或小范围提升。

附图说明

图1为本发明的管路连接示意图；

图2为空调装置的结构示意图。

标号说明：1抽水装置、2主分水器、3主集水器、4主板式换热器、5水源热泵制冷/制热系统、6空调装置、61回风段、611回风机、62分风调节段、63 过滤段、631过滤装置、64热交换段、641主表冷器、65出风段、651送风机、 91主进水管、92主回水管、71预表冷器、72分水器、73集水器、74副板式换热器、91主进水管、93进水支管、92主回水管、94回水支管.81第一阀门、 82第二阀门、83调节阀。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做详细说明：

如图1、2所示：深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统，

它包括抽水装置1，安装于深水井中用于抽取井水；

主分水器2，通过管道与抽水装置1连接；

主集水器3，连接有通入深水井的管路；

主板式换热器4，包括供冷/供热端以及换冷/换热端，供冷/供热端的进水口通过主进水管91与主分水器2连接，供冷/供热端的回水口通过主回水管92 与主集水器3连接；

水源热泵制冷/制热系统5，通过管路与主板式换热器4的换冷/换热端实现热交换；

空调装置6，根据室内风流向由前至后为带有回风机611的回风段61、与户外实现新风交换的分风调节段62、带有主表冷器641且实现热交换的热交换段64以及带有送风机651的出风段65；

其中，水源热泵制冷/制热系统5通过管路与主表冷器641连接；

它还包括

预表冷器71，安装于空调装置6的热交换段64内且位于主表冷器641的前部；

分水器72，通过管路与预表冷器71连接；

集水器73，通过管路与预表冷器71连接；

副板式换热器74，包括供冷/供热端以及换冷/换热端，换冷/换热端的进水口通过管路与集水器73连接，换冷/换热端的回水口通过带泵体的管路与分水器72连接；供冷/供热端的进水口通过主进水管91分支出的进水支管93与主分水器2连接，供冷/供热端的回水口通过主回水管92分支出的回水支管94与主集水器3连接；

在主板式换热器4的供冷/供热端进水口设有第一阀门81,副板式换热器74的供冷/供热端进水口设有第二阀门82。

本文的水源热泵制冷/制热系统为现有系统，ZL2019209150233的专利中已经公开了该系统的具体结构，本领域技术人员能过比较容易的结合专利中的技术，将水源热泵制冷/制热系统与本案中的其它部件对接，故不再对水源热泵制冷/制热系统的具体结构进行赘述。

其中，所述空调装置6的分风调节段62与热交换段64之间还设有带有过滤装置631的过滤段63。可以过滤空气中的病毒以及风尘。

所述分风调节段62内设有用于调节风量的调节阀83。

所述深水井分为取水井和回灌井，抽水装置1安装于取水井内，主集水器3，连接有通入回灌井的管路。由于必须新增取水井及回灌井，因此不管是改造工程或者是新建工程都要进行水文分析，基地水源丰富的才能实施。

本发明是通过新增直冷水系统与传统的水源热泵制冷/制热系统进行耦合形成，既可以针对现有的水源热泵制冷/制热系统进行改造，也可以新的大型建筑直接安装整套系统。

其工作原理如下：

根据具体情况分为四种工况：

(1)夏季疫情时，调节分风调节段的调节阀83，按抗疫要求提高其新风比，开启并调节第一阀门81及第二阀门82,合理分配直接水源水量及传统水源热泵水量，直接水源给组合式空调器的预冷段预冷，而通过水源热泵系统的冷水机组制冷的冷冻水给主制冷制热表冷段供冷，因而达到节能的目的。

(2)夏季非疫情时，正常情况调节分风调节段的调节阀83，新风比达到普通空调系统的要求，开启并调节第一阀门81及第二阀门82,合理分配直接水源水量及传统水源热泵水量，直接水源给组合式空调器的预冷段预冷，而通过水源热泵系统的冷水机组制冷的冷冻水给主制冷制热表冷段供冷，因而达到节能的目的。相比夏季疫情时，这里第二阀门82控制的直冷水流量相对较小。

(3)非疫情时的冬季传统水源热泵普通制热，调节分风调节段的调节阀83，关闭第二阀门82，开启第一阀门81，提供水源热泵系统能量提升后进行制热，确保冬季热量供应。

(4)在寒冷及严寒地区有疫情时，调节分风调节段的调节阀83，按抗疫要求提高其新风比，开启并调节第一阀门81及第二阀门82,合理分配直接水源水量及传统水源热泵水量，直接水源给组合式空调器的预冷段预热，而通过水源热泵系统的冷水机组制热的空调热水给主制冷制热表冷段供热，因而达到节能的目的。

本发明的本质在于，通过空调装置6(组合式空调机组)中增加一个表冷器，做成双表冷器，主表冷器与传统的水源热泵制冷/制热系统5连接，预表冷器与深井水连接，对其进行几乎是免费的预冷，以便达到节能的效果。

通过调研发现，疫情严重时很多场合人们不开空调，甚至采用100％全新风 (全新风换气次数一般为普通空调系统的60％)，全新风时苏州室外干球温度为 34.4℃(进入预冷盘管前的空气温度)，深井水温15～16℃左右(比如苏州夏季40米深井水温就是在15～16℃之间)。具有18.4～19.4℃的温差，因此具有预冷的条件。可先预冷到27℃(普通无预冷空调器的出厂表冷器前端温度参数)，然后再通过传统水源热泵系统将其降到房间空调所需的正常送风温度。同等分析，假如50％的新风比，夏季回风干球温度为25℃，室外干球温度为34.4°考虑适当的温升混合温度30℃左右(进入预热盘管前的空气温度)，深井水温 15～16℃左右(比如苏州夏季40米深井水温就是在15～16℃之间，北方更低)。具有14～15℃的温差，因此具有预冷的条件。疫情结束后，新风比回到10％～25％正常比率时，混合温度一般在27℃左右(普通无预冷空调器的出厂表冷器前端温度参数)，深井水温15～16℃左右，有11～12℃的温差，考虑板式换热器 1℃温差，还有10℃～11℃的温差，依然可以用它来进行预冷，只是预冷的温差小一些而已。因此它不但可以用于疫情期间，也可以用于非疫情期间。

在冬季，中国南北室外平均温度相差巨大，因此对本深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统是否可以用于冬季给抗疫空调系统预热有很大的地区差别性。越是北方可用深井水进行预热可能性越大，越是南方可能性越小，为了说明问题我们还是按长江中下游的苏州市为例：当100％全新风时，苏州地区室外温度-2.5℃，冬天深井水水温为10℃左右，有12.5℃的温差，考虑板式换热器1℃温差，还有11.5℃的温差，是可以给抗疫空调系统预热的。当50％新风时，冬季室内温度按20°c计算，室内外混合温度为8.75℃，与深井水水温为10℃的温差非常小，无法预热。因此小于50％新风时，该地区是无法预热的。

只要有预冷或预热，就能减少冷水机组的制冷量或制热量，节约水源热泵系统单元的用电量。在投资方面虽然增加了打井的个数及直冷水泵、预冷盘管及管路，但节约装机容量及配电容量。必须指出的是：由于抗疫期间，本专利的申请与抗疫挂上钩，如果不考虑抗疫因素，在非抗疫期间，本预冷空调系统也可以作为节能空调系统，因为非疫情时间，新风比回到10％～25％正常比率时，混合温度一般在27℃左右(普通无预冷空调器的出厂表冷器前端温度参数)，深井水温15～16℃左右，有11～12℃的温差，考虑板式换热器1℃温差，还有10℃～11℃的温差，依然可以用它来进行预冷。

本案利用天然能源深井水(温度14～15℃)给增设预冷盘管的组合式空调器进行预冷，将空气温度从34.4℃降到正常的混合温度27℃，然后再进入主盘管进行制冷，因而抵消新风所产生的额外能耗。

主盘管采用水源热泵可获得可再生能源，且可与深井水共用水路主管系统、除沙除垢系统、及配电系统等，因而也降低了预冷系统的投资。

经济分析：

本深井水预冷耦合水源热泵抗疫节能空调系统增加了直冷水系统管路、水泵及预冷盘管，打井数量提高，但冷水机组装机容量及配电容量降低，因此增加投资有限，但节能效益是明显，直冷水除了水泵的用电量外几乎是免费的，因此它无疑是个投入与产出比效益高节能空调系统，它不但可以用于疫情期间的节能，也可以用于非疫情时间的节能，疫情时间的组合式空调器的新风比更高，其混合温度夏季也更高，因此节能效果更明显，因此我们把它定位于抗疫节能空调系统。

工程实例：假定有个20000平方米的已采用深井水源热泵的体育馆改造作为应急方舱医院，其采用组合式空调器的大空间为15000平方米左右(也可以是个15000平方米的需要全新风的超市)，大空间计算冷量为3750Kw,如果按6度温差计算，总冷冻水量645m

传统方案采用增加冷水机组：

必须增加450冷顿的离心冷水机组2台(每台65万)及270m

本案的方案采用打井取地下水预冷：如果新增的新风负荷由地下井水预冷获得，原有的冷水机组用于原有冷量的制冷，地下井水预冷也按8度温差计算，总取水应为322.5m

本案方案与传统的投资差值：263.1-202.2＝60.9万。

有疫情时的节约电费：我们还是按长江中下游及长江以南为例。夏天可预冷120天，按70％同时使用计算，夏天可预冷的时间是120X24X0.7＝2016小时，按冷水机组COP值6计算，那么方案二冷水机组夏季减少用电量为 2016X3000/6＝1008000度电。按平峰电价0.8元计算，则夏天增加费用806400 元，即80.64万元。冬季可预热水温温差按3℃计算，同等水量，则预热量 3000X3/8＝1125KW,冬季预热90天，按70％同时使用计算，夏天可预热的时间是 90X24X0.7＝1512小时，冬季水源热泵EER也按6计算的话，则冬季方案二减少开机节约的费用为：1512X1125X0.8/6＝226800元，即22.68万元，夏季与冬季相加总共节约费用103.32万元。

有疫情时投资回收期：两个方案都有水泵用电问题，两者相差不多互相抵消，忽略不计。那么有疫情时回收期为60.9/103.32＝0.59年。

预备疫情因素，但疫情没有发生时的回收期：冬季无法预热，夏季可预冷水温温差按3℃计算，同等水量，则预冷量3000X3/8＝1125KW,夏季预热120天，按70％同时使用计算，夏天可预冷的时间是120X24X0.7＝2016小时，夏季水源热泵COP按6计算的话，则夏季方案二减少开机节约的费用为： 2016X1125X0.8/6＝302400元，即30.24万元。那么没有疫情时回收期为 60.9/30.24＝2.01年。

不考虑疫情的因素申请的专利的回收期，新风比正常比率为10％～25％，混合温度一般在27℃左右(普通无预冷空调器的出厂表冷器前端温度参数)。有 11～12℃的温差，考虑板式换热器1℃温差，还有10℃～11℃的温差，可以按3度温差进行预冷，取同等水井数量及同等水量，则预冷量3000X3/8＝1125KW, 夏季预热120天，按70％同时使用计算，夏天可预冷的时间是120X24X0.7＝2016 小时，夏季水源热泵COP按6计算的话，则减少开机节约的费用为： 2016X1125X0.8/6＝302400元，即30.24万元。多取井18口，按上述计算，依然水源回路总投资增加263.1万元，但可减少装机容量1125KW,上述装机容量 3000KW时，投资202.2万元，则装机容量1125KW时可大约折算为 1125X202.2/3000＝75.83万元,本方案增加投资263.1-75.83＝187.27万元,其回收期为：187.27/30.24＝6.19年。空调系统的寿命在20年以上，所以这个回收年限还是比较短的，经济效益还是比较明显的。

尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。