【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及綠色供熱技術(shù)，具體涉及一種適用于高回水溫度的綠色制冷劑熱泵輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、建筑冷熱源能耗與碳排占建筑總能耗與碳排50％以上，能耗較大，并且傳統(tǒng)氟利昂制冷劑的臭氧消耗潛能值(odp)和全球變暖潛能值(gwp)較高，對(duì)環(huán)境污染性極大，因此利用綠色環(huán)保制冷劑工質(zhì)和高能效的建筑冷熱源系統(tǒng)刻不容緩。
2、二氧化碳作為一種自然工質(zhì)，具有無(wú)毒、不易燃、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有極小的臭氧消耗潛能值(odp)和全球變暖潛能值(gwp)，因此可以作為綠色制冷劑廣泛應(yīng)用于熱泵系統(tǒng)。然而，當(dāng)前我國(guó)大部分地區(qū)仍然使用與傳統(tǒng)氟利昂制冷劑相匹配的熱泵末端設(shè)備，導(dǎo)致現(xiàn)有末端設(shè)備與二氧化碳熱泵匹配度較低。特別是在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，二氧化碳熱泵的能效比(cop)會(huì)進(jìn)一步降低，導(dǎo)致能耗增加，使得二氧化碳熱泵機(jī)組的使用需要配備非標(biāo)準(zhǔn)制造的末端設(shè)備，從而大幅度增加了經(jīng)濟(jì)與設(shè)計(jì)成本，導(dǎo)致二氧化碳熱泵的普及變得困難。
3、因此，如何在確保制冷劑對(duì)環(huán)境污染能力較小的同時(shí)，盡可能地匹配現(xiàn)有末端設(shè)備，降低熱泵機(jī)組的成本與能耗，是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提出了一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)耦合工質(zhì)為氫氟烯烴(hfo)或氨(nh3)的綠色制冷劑輔助加熱的熱泵系統(tǒng)，創(chuàng)新性地利用水熱型和co2加熱型hfo或nh3熱泵輔助加熱方式，提高二氧化碳熱泵的供水溫度和運(yùn)行能效比，實(shí)現(xiàn)了在
2、本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)目的在于提出一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，采用水熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式，或者co2加熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式。
3、采用水熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式，本專(zhuān)利技術(shù)的綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵蒸發(fā)端、co2熱泵節(jié)流裝置、第一至第三閥門(mén)以及控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至co2熱泵壓縮機(jī)的入口，co2熱泵壓縮機(jī)的出口經(jīng)過(guò)管道連接至co2熱泵氣冷端的氣冷入口，co2熱泵氣冷端的氣冷出口通過(guò)co2熱泵節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)管道連接至co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵節(jié)流裝置和co2熱泵蒸發(fā)端統(tǒng)稱(chēng)為co2熱泵機(jī)組；生活熱水回水經(jīng)過(guò)管道連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱入口，輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱出口經(jīng)過(guò)管道通過(guò)三通分別連接至co2熱泵氣冷端的第一換熱端口和輔助熱泵冷凝端的換熱入口；在連接co2熱泵氣冷端的第一換熱端口與輔助熱泵冷凝端的換熱入口的管道上位于輔助熱泵冷凝端的換熱入口前設(shè)置第一閥門(mén)；co2熱泵氣冷端的第二換熱端口與輔助熱泵冷凝器的換熱出口通過(guò)三通合并至一個(gè)出口管道，在出口管道上設(shè)置第二閥門(mén)；輔助熱泵冷凝端的換熱入口與出口管道之間設(shè)置一個(gè)連通管道，在連通管道上設(shè)置第三閥門(mén)；第一至第三閥門(mén)分別連接至控制器；
4、輔助熱泵蒸發(fā)端中的制冷劑采用綠色制冷劑；制冷劑在輔助加熱熱泵系統(tǒng)中完成循環(huán)；
5、co2熱泵蒸發(fā)端的第一換熱端口和第二換熱端口分別連接至環(huán)境源，co2熱泵蒸發(fā)端利用環(huán)境源的能量，二氧化碳在co2熱泵機(jī)組中收集環(huán)境源低品位熱能，將高品位熱能傳遞給生活熱水回水；
6、聯(lián)合供熱系統(tǒng)具有兩種供熱方式：并聯(lián)供熱和串聯(lián)供熱；
7、并聯(lián)供熱：第一閥門(mén)打開(kāi)，第二閥門(mén)打開(kāi)，第三閥門(mén)關(guān)閉，將輔助熱泵冷凝端與co2熱泵氣冷端并聯(lián)，此時(shí)co2熱泵氣冷端的第一換熱端口作為換熱入口，co2熱泵氣冷端的第二換熱端口作為換熱出口；回水溫度t1的生活熱水回水運(yùn)行至輔助熱泵蒸發(fā)端，與內(nèi)部的制冷劑進(jìn)行熱交換，溫度由回水溫度t1降低至第一中間溫度t2，更低的溫度能夠進(jìn)一步吸收co2熱泵氣冷端中的熱量，降低co2熱泵氣冷端的氣冷出口的溫度，從而進(jìn)一步促進(jìn)co2熱泵機(jī)組從環(huán)境源收集能量，提高co2熱泵機(jī)組的運(yùn)行能效比；生活熱水回水分別流至輔助熱泵冷凝端和co2熱泵氣冷端；co2熱泵蒸發(fā)端吸收環(huán)境源的能量，通過(guò)co2熱泵壓縮機(jī)提升至高品位熱能，將熱量傳遞至co2熱泵氣冷端；輔助熱泵蒸發(fā)端回收生活熱水回水中的熱量，并通過(guò)輔助熱泵壓縮機(jī)提升至高品位熱能，通過(guò)輔助熱泵冷凝端將溫度提高；生活熱水回水分別在輔助熱泵冷凝端和co2熱泵氣冷端換熱，換熱后在出口管道混合，混合后溫度為第二中間溫度t3即生活熱水的供水溫度，經(jīng)出口管道輸出提供生活熱水供水；
8、串聯(lián)供熱：第一閥門(mén)關(guān)閉，第二閥門(mén)關(guān)閉，第三閥門(mén)打開(kāi)，將輔助熱泵冷凝端與co2熱泵氣冷端串聯(lián)，此時(shí)co2熱泵氣冷端的第一換熱端口作為換熱出口，co2熱泵氣冷端的第二換熱端口作為換熱入口；回水溫度t1的生活熱水回水運(yùn)行至輔助熱泵蒸發(fā)端，與內(nèi)部的制冷劑進(jìn)行熱交換，溫度由回水溫度t1降低至第一中間溫度t2，更低的溫度能夠進(jìn)一步吸收co2熱泵氣冷端中的熱量，降低co2熱泵氣冷端的氣冷出口的溫度，從而進(jìn)一步促進(jìn)co2熱泵機(jī)組從環(huán)境源收集能量，提高co2熱泵的運(yùn)行能效比；生活熱水回水先經(jīng)過(guò)co2熱泵氣冷端，溫度由第一中間溫度t2上升到第二中間溫度t3，co2熱泵蒸發(fā)端吸收環(huán)境源的能量，通過(guò)co2熱泵壓縮機(jī)提升至高品位熱能，將熱量傳遞至co2熱泵氣冷端，在co2熱泵氣冷端中加熱溫度升高；然后流入至輔助熱泵冷凝端，輔助熱泵蒸發(fā)端回收生活熱水回水中的熱量，并通過(guò)輔助熱泵壓縮機(jī)提升至高品位熱能，通過(guò)輔助熱泵冷凝端將溫度提高至供暖生活熱水供水溫度，經(jīng)出口管道輸出提供生活熱水供水。
9、第一中間溫度t2和第二中間溫度t3根據(jù)輔助加熱熱泵系統(tǒng)和co2熱泵機(jī)組的變化發(fā)生改變；第一中間溫度t2為35℃～50℃；第二中間溫度t3為55℃～70℃。
10、采用co2加熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式，本專(zhuān)利技術(shù)的綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵蒸發(fā)端以及第一至第三閥門(mén)、co2熱泵節(jié)流裝置和控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至co2熱泵壓縮機(jī)的入口，co2熱泵壓縮機(jī)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，采用水熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助CO2熱泵加熱方式，其特征在于，所述聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、CO2熱泵氣冷端、CO2熱泵壓縮機(jī)、CO2熱泵蒸發(fā)端、CO2熱泵節(jié)流裝置、第一至第三閥門(mén)以及控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；CO2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至CO2熱泵壓縮機(jī)的入口，CO2熱泵壓縮機(jī)的出口經(jīng)過(guò)管道連接至CO2熱泵氣冷端的氣冷入口，CO2熱泵氣冷端的氣冷出口通過(guò)CO2熱泵節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)管道連接至CO2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，CO2熱泵氣冷端、CO2熱泵壓縮機(jī)、CO2熱泵節(jié)流裝置和CO2熱泵蒸發(fā)端統(tǒng)稱(chēng)為CO2熱泵機(jī)組；生活熱水回水經(jīng)過(guò)管道連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱入口，輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱出口經(jīng)過(guò)管道通過(guò)三通分別連接至CO2
2.一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，采用CO2加熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助CO2熱泵加熱方式，其特征在于，所述聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、CO2熱泵氣冷端、CO2熱泵壓縮機(jī)、CO2熱泵蒸發(fā)端以及第一至第三閥門(mén)、CO2熱泵節(jié)流裝置和控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；CO2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至CO2熱泵壓縮機(jī)的入口，CO2熱泵壓縮機(jī)的出口經(jīng)過(guò)管道連接至CO2熱泵氣冷端的氣冷入口，CO2熱泵氣冷端的氣冷出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱入口，輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱出口經(jīng)過(guò)CO2熱泵節(jié)流裝置后通過(guò)管道連接至CO2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，CO2熱泵氣冷端、CO2熱泵壓縮機(jī)、CO2熱泵節(jié)流裝置和CO2熱泵蒸發(fā)端統(tǒng)稱(chēng)為CO2熱泵機(jī)組；生活熱水回水經(jīng)過(guò)管道通過(guò)三通分別連接至CO2熱泵氣冷端的第一換熱端口口和輔助熱泵冷凝端的換熱入口；在連接CO2熱泵氣冷端的第一換熱端口口與輔助熱泵冷凝端的換熱入口的管道上位于輔助熱泵冷凝端的換熱入口前設(shè)置第一閥門(mén)；CO2熱泵氣冷端的第二換熱端口與輔助熱泵冷凝器的換熱出口通過(guò)三通合并至一個(gè)出口管道，在出口管道上設(shè)置第二閥門(mén)；輔助熱泵冷凝端的換熱入口與出口管道之間設(shè)置一個(gè)連通管道，在連通管道上設(shè)置第三閥門(mén)；第一至第三閥門(mén)分別連接至控制器；
3.如權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助加熱熱泵系統(tǒng)中，液態(tài)制冷劑在輔助熱泵蒸發(fā)端中受熱蒸發(fā)，變成氣態(tài)進(jìn)入輔助熱泵壓縮機(jī)；經(jīng)過(guò)輔助熱泵壓縮機(jī)后的高溫氣體進(jìn)入輔助熱泵冷凝端釋放熱量，變成液態(tài)制冷劑；經(jīng)過(guò)輔助熱泵冷凝端后的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置節(jié)流后變成低溫液態(tài)制冷劑進(jìn)入輔助熱泵蒸發(fā)端完成循環(huán)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2熱泵機(jī)組中，二氧化碳在CO2熱泵蒸發(fā)端收集環(huán)境源低品位熱能吸熱蒸發(fā)成氣態(tài)；然后經(jīng)過(guò)CO2熱泵壓縮機(jī)壓縮變成高溫高壓的超臨界態(tài)二氧化碳；隨后超臨界二氧化碳進(jìn)入CO2熱泵氣冷端冷卻，釋放熱能；隨后從CO2熱泵氣冷端出來(lái)的二氧化碳通過(guò)CO2熱泵節(jié)流裝置后再次進(jìn)入CO2熱泵壓縮機(jī)完成循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳在CO2蒸發(fā)端采集環(huán)境中的低品位熱能提升至高品位熱能，在CO2熱泵氣冷端將高品位熱能傳遞給生活熱水回水。
5.如權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述生活熱水回水包括采暖回水、淋浴用水以及洗手用水的生活中所需熱水。
6.如權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境源采用空氣源、地源和水源中的一種或多種，CO2熱泵蒸發(fā)端的換熱入口和換熱出口相應(yīng)地分別連接至空氣、地埋管和水源管。
7.如權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合供熱系統(tǒng)，其特征在于，...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，采用水熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式，其特征在于，所述聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵蒸發(fā)端、co2熱泵節(jié)流裝置、第一至第三閥門(mén)以及控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至co2熱泵壓縮機(jī)的入口，co2熱泵壓縮機(jī)的出口經(jīng)過(guò)管道連接至co2熱泵氣冷端的氣冷入口，co2熱泵氣冷端的氣冷出口通過(guò)co2熱泵節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)管道連接至co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵節(jié)流裝置和co2熱泵蒸發(fā)端統(tǒng)稱(chēng)為co2熱泵機(jī)組；生活熱水回水經(jīng)過(guò)管道連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱入口，輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱出口經(jīng)過(guò)管道通過(guò)三通分別連接至co2熱泵氣冷端的第一換熱端口和輔助熱泵冷凝端的換熱入口；在連接co2熱泵氣冷端的第一換熱端口與輔助熱泵冷凝端的換熱入口的管道上位于輔助熱泵冷凝端的換熱入口前設(shè)置第一閥門(mén)；co2熱泵氣冷端的第二換熱端口與輔助熱泵冷凝器的換熱出口通過(guò)三通合并至一個(gè)出口管道，在出口管道上設(shè)置第二閥門(mén)；輔助熱泵冷凝端的換熱入口與出口管道之間設(shè)置一個(gè)連通管道，在連通管道上設(shè)置第三閥門(mén)；第一至第三閥門(mén)分別連接至控制器；
2.一種綠色工質(zhì)輔助二氧化碳熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，采用co2加熱型綠色工質(zhì)熱泵輔助co2熱泵加熱方式，其特征在于，所述聯(lián)合供熱系統(tǒng)包括：輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵冷凝端、輔助熱泵節(jié)流裝置、co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵蒸發(fā)端以及第一至第三閥門(mén)、co2熱泵節(jié)流裝置和控制器；其中，輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口連接至輔助熱泵壓縮機(jī)的入口，輔助熱泵壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵冷凝端的冷凝入口；輔助熱泵冷凝端的冷凝出口經(jīng)過(guò)輔助熱泵節(jié)流裝置連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，輔助熱泵蒸發(fā)端、輔助熱泵壓縮機(jī)、輔助熱泵節(jié)流裝置和輔助熱泵冷凝端統(tǒng)稱(chēng)為輔助加熱熱泵系統(tǒng)；co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)出口通過(guò)管道連接至co2熱泵壓縮機(jī)的入口，co2熱泵壓縮機(jī)的出口經(jīng)過(guò)管道連接至co2熱泵氣冷端的氣冷入口，co2熱泵氣冷端的氣冷出口通過(guò)管道連接至輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱入口，輔助熱泵蒸發(fā)端的換熱出口經(jīng)過(guò)co2熱泵節(jié)流裝置后通過(guò)管道連接至co2熱泵蒸發(fā)端的蒸發(fā)入口，co2熱泵氣冷端、co2熱泵壓縮機(jī)、co2熱泵節(jié)流裝置和co2熱泵蒸發(fā)端統(tǒng)稱(chēng)為co2熱泵機(jī)組；生活...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張信榮，王鵬懿，馬進(jìn)，方瑾嶸，劉佳，鄭秋云，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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