[发明专利]一种冷水机组和水源热泵联合制取热水的方法

说明书

生活热水热泵制取符合建筑用能电气化的趋势，有条件时采用水源热泵能效优于空气源热泵。热泵制取热水时常采用高温型，压缩机排气压力和温度高，其能效在冷凝侧出水较低（低于40°C）时较普通冷水机组低。能源站同时考虑空调冷热源和制取生活热水时，可采取冷水机组和高温型水源热泵联合制取的办法。空调制冷季节冷凝侧余热回收，其它季节利用空闲的冷水机组预热生活热水进水。预热水罐内水温控制在38°C以下，充分利用低冷凝压力下冷水机组的运行能效高的优势，把制冷换个思路设计成预热冷水。在热水用量较大时，这种提高冷水机组全年利用率的方案不仅仅可以减小高温水源热泵的装机容量，而且全年制取热水的综合能效得以提升。特别是采用能效高的磁悬浮冷水机组时这种优势更加明显，全年生活热水制热能效可提高10%以上。

技术领域

建筑用能电气化促进了生活热水热泵制取技术。不断重视的建筑碳排放要求设计创新，设备能效高、节能运行是低碳建筑的特点。冷水机组、水源热泵、地源热泵等运行时遵循卡诺循环。较低的冷凝器入口水温，较高的蒸发器出口水温，有利于减小压缩机能耗。在制冷工况下，热泵机组由于兼顾制热工况所需的较高排气温度能效低于同等条件的单冷冷水机组。高温型的生活热水专用热泵出水温度60°C左右在制冷工况下的能效更低。通过上述认知，创造条件把生活热水的制取分段有节能的空间。低温热水即38°C以下热水采用冷水机组制取，高温热水从38°C提升到60°C由热泵机组制取，机组各尽其用，既节省高温水源热泵初投资，又可提高热水制取的COP。在长江中下游地区，水源热泵作为空调冷热源兼顾热水制取不失为一种低碳高效方案。

背景技术

冷水机组和热泵技术都很成熟，但在某些应用场景下，通过合理组合，优化设备运行，在不增加初投资的情况下，产生1＋1大于2的效果。水源热泵能效高于空气源热泵，初投资低于地源热泵，在长江以南有条件时应该优先采用。常年有稳定生活热水需求的建筑，更应该把空调冷热源和生活热水制取一并考虑，水暖不分家，协同节能高效制备热水。

发明内容

冷水机组制冷能效高于兼顾制热工况的水源热泵。以一款能效较高的磁悬浮冷水机组为例，其制冷工况如下表1：

表1: 磁悬浮冷水机组

表2:高温型水源热泵制热运行参数(最高出水温度60°C)

换个思路，假设冬天河水的温度是10°C，经过制冷机组的蒸发器后降温到5°C，冷凝器散热把冷却水由36°C加热到40°C。表格中最佳的制冷COP 5.32，制热COP6.32。通过板式换热器，可以将入口10°C的冷水预热到38°C。之后再采用高温型的生活热水专用水源热泵将38°C的温水接力加热到58°C。相当于冷水机组和水源热泵各出一半力，前半段预热对于压缩机的排气温度低，在冷水机组的高效工作范围。后半段对于压缩机的排气温度和压力要求高，只能由能效较低能产生高温热水的水源热泵来完成。如果冷水机组功率较大，需要设置相应较大容积的预热水罐，不少于二个水罐串联运行，有利于水罐内的温度分层。通过分析比较，如果全部采用高温型水源热泵机组将生活热水从10°C加热到58°C，其制热COP=（5.24+4.01）/2=4.625。如果采用分段接力的办法加热，其制热COP=（6.32+4.01）/2 =5.165,能效提升11.7%。冷水机组根据空调系统的需要选取，其制冷量与预热水罐的容积相关。冷水机组在35-40°C冷凝温度（蒸发侧温度5-10°C）时最大COP不宜小于高温热泵机组在同等温度条件下的20%，全年制取热水的综合能效可提升10%。

冷水机组的全年利用率提高以后采用制冷能效高的机组增加的投资可以快速回收。水源热泵由于装机减少的投资可以抵消热水预热罐的费用。较大的生活热水罐容积还可以进一步降低水源热泵的装机容量。下面结合附图1冷水机组和水源热泵联合制取生活热水系统图具体说明。

本发明的技术解决方案如下：

1.采用一台冷水机组与二台高温水源热泵机组串联加热生活热水。其中冷水机组加热闭式预热水罐内的冷水，使其温度提升到38°C，夏季冷水机组处于制冷工况，预热罐内水温不作要求，能回收多少算多少，控制制冷能效，冷凝侧实现热回收。