技术领域
[0001] 本
发明属于热泵系统设计及制造领域，尤其涉及一种基于热源塔的溶液-水-制冷剂双级集散式热泵系统。
背景技术
[0002] 节能减排是当前国家可持续发展的重要战略之一，而建筑节能更是重中之重。
[0003] 如今建筑中使用的冷热源大多为冷水机组加
锅炉、
空气源热泵和水
地源热泵。冷水机组加锅炉在冬季运行时冷水机组会闲置，设备使用率低，其次锅炉一次
能源利用率低，在使用过程中会污染环境。空气源热泵在夏季效率远低于水冷机组，在冬季运行时存在结霜问题，在夏热冬冷地区冬季寒冷潮湿的条件下，结霜尤为严重，严重影响供热的能
力和效率。水地源热泵冬夏季效率均较高，但其初投资高，且受到地理地质条件限制。
[0004] 而热源塔热泵系统正在逐渐普及，其主要与全空气系统、水系统相结合来实现建筑供冷供热，具有设备利用率高、夏季效率与冷水机组相当、冬季无结霜问题、不受地质条件限制等优点，相比传统供暖
空调系统具有较强优势。
[0005] 但是目前的热源塔热泵系统还存在着一些
缺陷：全空气系统
风道尺寸大，占用空间较大，送风所需动力大，输配系统能耗远高于水系统，且难以实现逐个房间的单独调控；水系统与全空气系统相比，虽然其输配能耗有明显降低，且能实现房间的单独控制，但其调节的相应速度要慢；并且在极端天气下，热源塔热泵系统的供
热能力与效率难以满足建筑要求。
[0006] 公开号为CN106196695A的发明
专利公开了一种基于热源塔的水源多联机供热供冷系统，其对常规热源塔热泵系统进行了改进，将热源塔与多联机进行结合，实现了单个房间的单独调控，提升部分负荷下系统性能。但其应用于冬季室外
温度较低的地区时均存在
压缩机压比过高，供热能力不足，效率低的问题。
[0007] 公开号为CN106288486B的发明专利提出了一种通
过热源塔与空气源热泵和小型
水源热泵耦合的一体化系统，实现了冬夏两季的小压比运行，建筑内外区负荷可分别调控。但是其使用了大量的水源热泵机组来实现各区域的单独调节，初投资成本高，控制难度大，部分负荷下效率较低，且寒冷地区冬季空气源热泵易结霜导致效率低下。
[0008] 因此，设计一套适用于寒冷地区、小压比运行、控制方便的基于热源塔的溶液-水-制冷剂双级集散式热泵系统成为本领域技术人员迫切需要解决的一个问题。
发明内容
[0009] 发明目的：本发明的目的在于提供一种采用集中的溶液循环从空气中取热，避免了常规空气源热泵的结霜问题，在部分负荷下充分利用热源塔换热面积的，使用双级热泵减小压缩机单级压比，确保系统在零下20℃等恶劣的室外环境下安全稳定运行的，采用低温水作为主要热输送环节的介质，增加单位介质的载热能力，大幅降低载热环节的
热损失，减少了泄露带来的风险的，采用制冷剂循环作为最后的热量输配环节，实现各个房间单独调控，提高部分负荷下的系统效率的基于热源塔的溶液-水-制冷剂双级集散式热泵系统。
[0010] 技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0011] 一种基于热源塔的溶液-水-制冷剂双级集散式热泵系统，包括溶液回路、第一级热泵回路、水回路、第二级热泵回路和多个制冷剂回路，其中，第二级热泵回路包括多个室外机，每个室外机对应一个制冷剂回路，其中溶液回路与第一级热泵回路相连，第一级热泵回路与水回路相连，水回路与第二级热泵回路相连，第二级热泵回路与多个制冷剂回路相连；溶液回路用于提取空气中的热量；第一级热泵回路用于对热量进行第一次提质；水回路用于输送热量并减少漏热和制冷剂
泄漏的风险；第二级热泵回路用于对热量进行第二次提质；制冷剂回路用于输送热量到各个用热单元。
[0012] 可选的，溶液回路包括第一换热器、热源塔和溶液泵，溶液回路中，热源塔的输出端与第一换热器溶液侧输入端相连，第一换热器溶液侧输出端与溶液泵的输入端相连，溶液泵的输出端与热源塔的输入端相连。
[0013] 可选的，第一级热泵回路包括压缩机、
油分离器、四通换向
阀、第二换热器和
电子膨胀阀，第一级热泵回路中，压缩机的输出端与油分离器的输入端相连，油分离器的输出端与四通换向阀的第一输入端相连，四通换向阀的第一输出端与第二换热器的制冷剂侧输入端相连，第二换热器的制冷剂输出端与电子膨胀阀的输入端相连，电子膨胀阀的输出端与溶液回路中的第一换热器的制冷剂输入端相连，第一换热器的制冷剂输出端与四通换向阀的第二输入端相连，四通换向阀的第二输出端与压缩机的输入端相连。
[0014] 可选的，水回路包括第一水泵、第二水泵、
水处理装置、补给水水箱、定压水箱、第一
电磁阀、第二电磁阀第三电磁阀和多个电磁阀组，电磁阀组与第二级热泵回路中的室外机一一对应，每个电磁阀组包括两个电磁阀，其中，水回路中，第一电磁阀的输出端与第二水泵的输入端相连，定压水箱的输出端连与第二水泵的输入端相连，水处理装置的输出端与补给水水箱的输入端相连，补给水水箱的输出端与第一水泵的输入端相连，第一水泵的输出端与第二水泵的输入端相连，第二水泵的输出端分别通过每个电磁阀组中的一个电磁阀与第二级热泵回路中相应的室外机
水循环侧输入端相连；第一电磁阀的输入端分别通过每个电磁阀组中的另外一个电磁阀与第二级热泵回路中相应的室外机水循环侧输出端相连；第一级热泵回路中的第二换热器通过第二电磁阀和第三电磁阀与第一电磁阀并联，其中，第二换热器水循环侧的输入端与第二电磁阀的输出端相连，第二电磁阀的输入端与第一电磁阀的输入端相连，第二换热器水循环侧的输出端与第三电磁阀的输入端相连，第三电磁阀的输出端与第一电磁阀的输出端相连。
[0015] 可选的，室外机包括室外机换热器、室外机四通换向阀和室外机压缩机，室外机压缩机的输出端与室外机四通换向阀的第一输入端相连，室外机四通换向阀的第一输出端与相应的制冷剂回路中的第一分支集管的输入端相连，室外机换热器制冷剂侧输出端与室外机四通换向阀第二输入端相连，室外机四通换向阀第二输出端与室外机压缩机的输入端相连，室外机换热器制冷剂侧输入端与相应的制冷剂回路中的第二分支集管的输出端连接；室外机换热器水循环侧输入端与水回路中相应的电磁阀组中的一个电磁阀输出端相连，室外机换热器水循环侧输出端与水回路中相应的电磁阀组中的另一个电磁阀输入端相连。
[0016] 可选的，制冷剂回路包括第一分支集管、多个室内机和第二分支集管，制冷剂回路中，第一分支集管的每个输出端分别连接一个室内机的输入端，每个室内机的输出端分别与第二分支集管的各个输入端相连，第二分支集管的输出端与第二级热泵回路中相应的室外机制冷剂侧输入端相连，第一分支集管的输入端与第二级热泵回路中相应的室外机制冷剂侧输出端相连。
[0017] 可选的，室内机包括室内机换热器和室内机膨胀阀，第一分支集管的每个输出端分别与相应室内机的室内机换热器制冷剂侧输入端相连，室内机换热器制冷剂侧输出端与室内机膨胀阀的输入端相连，室内机膨胀阀的输出端与第二分支集管的一个输入端相连；第二分支集管的输出端与第二级热泵回路中相应的室外机的室外机换热器制冷剂侧输入端相连；第一分支集管的输入端与第二级热泵回路中相应的室外机的室外机四通换向阀的第一输出端相连。
[0018] 其中，冬季运行时，该系统以室外空气作为低品位热源，以溶液循环从室外空气中吸收
显热和
潜热，溶液回路通过第一换热器与第一级热泵回路进行换热，第一级热泵回路通过第二换热器与水回路进行换热，其基本流程为：高温高压的制冷剂在第二换热器中与水回路中的
循环水进行换热，接着进入电子膨胀阀变成低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入第一换热器与从热源塔出来的高温溶液进行换热后通过四通换向阀进入压缩机变成高温高压的制冷剂，高温高压的制冷剂经过油分离器后进入第二换热器中与水环热泵回路中的循环水进行换热，完成制热循环。
[0019] 其中，水回路通过第二级热泵回路中相应的室外机分别与对应的制冷剂回路进行换热，其基本流程为：冬季运行时，高温高压的制冷剂经过某一室外机四通换向阀通过相应的制冷剂回路中的第一分支集管分别流入各个室内机，然后在各个室内机换热器中与室内空气换热，之后在室内机膨胀阀中节流变成低温低压的制冷剂，各个室内机低温低压的制冷剂通过第二分支集管一同流回第二级热泵回路中相应的室外机的室外机换热器，再进入同一室外机的室外机压缩机变成高温高压的制冷剂，完成制热循环。
[0020] 本发明以室外空气作为低品位热源，以溶液循环从室外空气中吸收显热和潜热，以第一级热泵进行第一次提质，产生低温水(约10-20℃)，以水作为不同楼层或单元之间的热载体进行热量的传递和输送，最后再由第二级热泵进行提质，热量由制冷剂输送至最终分散末端。本发明采用集中的溶液循环从室外空气中吸收显热和潜热，避免了常规空气源热泵的结霜问题，在部分负荷下可充分利用热源塔换热面积，提高供热能力；双级热泵可减小压缩机单级压比，确保系统在零下20℃等恶劣的室外环境下安全稳定运行；采用低温水作为主要热输送环节的介质，增加单位介质的载热能力，大幅降低载热环节的热损失，减少泄露带来的风险；采用制冷剂循环作为最后的热量输配环节，实现各个房间单独调控，提高部分负荷下的系统效率。
[0021] 有益效果：与
现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0022] (1)本发明装置采用集中的溶液循环从空气中取热，避免了常规空气源热泵的结霜问题，在部分负荷下可充分利用热源塔换热面积，提高供热能力。
[0023] (2)本发明系统采用双级热泵，可减小压缩机单级压比，确保系统在零下20℃等恶劣的室外环境下安全稳定运行。
[0024] (3)本发明系统采用低温水作为主要热输送环节的介质，增加单位介质的载热能力，大幅降低载热环节的热损失，减少泄露带来的风险。
[0025] (4)本发明系统采用制冷剂循环作为最后的热量输配环节，实现各个房间单独调控，提高部分负荷下的系统效率。
附图说明
[0026] 图1是本发明系统结构示意图；
[0027] 图中：压缩机1；油分离器2；四通换向阀3；第一换热器4；热源塔5；第二换热器6；电子膨胀阀7；溶液泵8；第一水泵9；第二水泵10；水处理装置11；补给水水箱12；定压水箱13；第一电磁阀14；第二电磁阀15；第三电磁阀16；第四电磁阀17；第五电磁阀18；第一室外机换热器19；第一室外机四通换向阀20；第一室外机压缩机21；第一分支集管22；第一室内机23；
第二室内机24；第三室内机25；第四室内机26；第一室内机换热器27；第二室内机换热器28；
第三室内机换热器29；第四室内机换热器30；第一室内机膨胀阀31；第二室内机膨胀阀32；
第三室内机膨胀阀33；第四室内机膨胀阀34；第二分支集管35；第一室外机36；第二室外机
37；第三室外机38；第六电磁阀39；第七电磁阀40；第八电磁阀41；第九电磁阀42。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
[0029] 如图1所示，本发明的一种基于热源塔的溶液-水-制冷剂双级集散式热泵系统，包括溶液回路、第一级热泵回路、水回路、第二级热泵回路和多个制冷剂回路，其中，第二级热泵回路包括多个室外机，每个室外机对应一个制冷剂回路，每个制冷剂回路包括多个室内机；其中溶液回路与第一级热泵回路相连，第一级热泵回路与水回路相连，水回路与第二级热泵回路相连，第二级热泵回路与多个制冷剂回路相连。
[0030] 溶液回路用于提取空气中的热量；第一级热泵回路用于对热量进行第一次提质；水回路用于输送热量并减少漏热和制冷剂泄漏的风险；第二级热泵回路用于对热量进行第二次提质；制冷剂回路用于输送热量到各个用热单元。
[0031] 本
实施例中第二级热泵回路包括三个室外机，分别为第一室外机、第二室外机和第三室外机，相应的包括三个制冷剂回路，分别为第一制冷剂回路、第二制冷剂回路和第三制冷剂回路，每个制冷剂回路包括四个室内机，水回路中包括三个电磁阀组，分别为第一电磁阀组、第二电磁阀组和第三电磁阀组。
[0032] 其中，溶液回路包括第一换热器4、热源塔5和溶液泵8，溶液回路中，热源塔5的输出端与第一换热器4溶液侧输入端相连，第一换热器4溶液侧输出端与溶液泵8的输入端相连，溶液泵8的输出端与热源塔5的输入端相连。
[0033] 第一级热泵回路包括压缩机1、油分离器2、四通换向阀3、第二换热器6和电子膨胀阀7，第一级热泵回路中，压缩机1的输出端与油分离器2的输入端相连，油分离器2的输出端与四通换向阀3的第一输入端相连，四通换向阀3的第一输出端与第二换热器6的制冷剂侧输入端相连，第二换热器6的制冷剂输出端与电子膨胀阀7的输入端相连，电子膨胀阀7的输出端与第一换热器4的制冷剂输入端相连，第一换热器4的制冷剂输出端与四通换向阀3的第二输入端相连，四通换向阀3的第二输出端与压缩机1的输入端相连。
[0034] 水回路包括第一水泵9、第二水泵10、水处理装置11、补给水水箱12、定压水箱13、第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀16和三个电磁阀组，第一电磁阀组包括第四电磁阀17和第五电磁阀18，第二电磁阀组包括第六电磁阀39和第七电磁阀40，第三电磁阀组包括第八电磁阀41和第九电磁阀42，其中，水回路中，第一电磁阀14的输出端与第二水泵10的输入端相连，定压水箱13的输出端连与第二水泵10的输入端相连，水处理装置11的输出端与补给水水箱12的输入端相连，补给水水箱12的输出端与第一水泵9的输入端相连，第一水泵9的输出端与第二水泵10的输入端相连，第二换热器6通过第二电磁阀15和第三电磁阀16与第一电磁阀14并联，其中，第二换热器6水循环侧的输入端与第二电磁阀15的输出端相连，第二电磁阀的输入端与第一电磁阀的输入端相连，第二换热器6水循环侧的输出端与第三电磁阀16的输入端相连，第三电磁阀的输出端与第一电磁阀的输出端相连，第一室外机36的第一室外机换热器19水循环侧输入端与第四电磁阀17的输出端相连，第一室外机换热器19水循环侧输出端与第五电磁阀18的输入端相连，第四电磁阀的输入端与第二水泵10的输出端相连，第五电磁阀的输出端与第一电磁阀的输入端相连；第二室外机37通过第六电磁阀39和第七电磁阀40与第一室外机36并联，第三室外机38通过第八电磁阀41和第九电磁阀42与第一室外机36并联。
[0035] 第二级热泵回路包括第一室外机36、第二室外机37和第三室外机38。第一室外机水循环侧输入端与水回路中的第四电磁阀17的输出端相连，第一室外机水循环侧输出端与水回路中的第五电磁阀18的输入端相连，第一室外机制冷剂侧输出端与第一制冷剂回路中的第一分支集管22的输入端相连，第一室外机制冷剂侧输入端与第一制冷剂回路中的第二分支集管35的输出端相连；第二室外机通过水回路中的第六电磁阀39和第七电磁阀40与第一室外机并联，即第二室外机水循环侧输入端与水回路中的第六电磁阀39的输出端相连，第二室外机水循环侧输出端与水回路中的第七电磁阀40的输入端相连，第二室外机制冷剂侧输出端与第二制冷剂回路中的第一分支集管的输入端相连，第二室外机制冷剂侧输入端与第二制冷剂回路中的第二分支集管的输出端相连(图中未示出)；第三室外机通过水回路中的第八电磁阀41和第九电磁阀42与第一室外机并联，第三室外机水循环侧输入端与水回路中的第八电磁阀41的输出端相连，第三室外机水循环侧输出端与水回路中的第九电磁阀42的输入端相连，第三室外机制冷剂侧输出端与第三制冷剂回路中的第一分支集管的输入端相连，第三室外机制冷剂侧输入端与第三制冷剂回路中的第二分支集管的输出端相连(图中未示出)。
[0036] 其中，第一室外机36中包括第一室外机换热器19、第一室外机四通换向阀20和第一室外机压缩机21，第一室外机压缩机21的输出端与第一室外机四通换向阀20的第一输入端相连，第一室外机四通换向阀20的第一输出端与第一制冷剂回路中的第一分支集管22的输入端相连，第一室外机换热器19制冷剂侧输出端与第一室外机四通换向阀20第二输入端相连，第一室外机四通换向阀20第二输出端与第一室外机压缩机21的输入端相连，第一室外机换热器19制冷剂侧输入端与第一制冷剂回路中的第二分支集管35的输出端连接；第一室外机换热器水循环侧输入端与第四电磁阀17的输出端相连，第一室外机换热器水循环侧输出端与第五电磁阀18的输入端相连，第四电磁阀17的输入端与第二水泵10的输出端相连，第五电磁阀18的输出端与第一电磁阀14的输入端相连。
[0037] 第二室外机和第三室外机的结构组成与第一室外机相同。
[0038] 第二室外机37中包括第二室外机换热器、第二室外机四通换向阀和第二室外机压缩机(图中未示出)，第二室外机压缩机的输出端与第二室外机四通换向阀的第一输入端相连，第二室外机四通换向阀的第一输出端与第二制冷剂回路中的第一分支集管的输入端相连，第二室外机换热器制冷剂侧输出端与第二室外机四通换向阀第二输入端相连，第二室外机四通换向阀第二输出端与第二室外机压缩机的输入端相连，第二室外机换热器制冷剂侧输入端与第二制冷剂回路中的第二分支集管的输出端连接；第二室外机换热器水循环侧输入端与第六电磁阀39的输出端相连，第二室外机换热器水循环侧输出端与第七电磁阀40的输入端相连，第六电磁阀39的输入端与第二水泵10的输出端相连，第七电磁阀40的输出端与第一电磁阀14的输入端相连。
[0039] 第三室外机38中包括第三室外机换热器、第三室外机四通换向阀和第三室外机压缩机(图中未示出)，第三室外机压缩机的输出端与第三室外机四通换向阀的第一输入端相连，第三室外机四通换向阀的第一输出端与第三制冷剂回路中的第一分支集管的输入端相连，第三室外机换热器制冷剂侧输出端与第三室外机四通换向阀第二输入端相连，第三室外机四通换向阀第二输出端与第三室外机压缩机的输入端相连，第三室外机换热器制冷剂侧输入端与第三制冷剂回路中的第二分支集管的输出端连接；第三室外机换热器水循环侧输入端与第八电磁阀41的输出端相连，第三室外机换热器水循环侧输出端与第九电磁阀42的输入端相连，第八电磁阀41的输入端与第二水泵10的输出端相连，第九电磁阀42的输出端与第一电磁阀14的输入端相连。
[0040] 第一制冷剂回路、第二制冷剂回路和第三制冷剂回路结构相同，这里以第一制冷剂回路为例来详细说明。第一制冷剂回路包括第一分支集管22、第一室内机23、第二室内机24、第三室内机25、第四室内机26、第二分支集管35，其中，第一室内机23包括第一室内机换热器27和第一室内机膨胀阀31，第二室内机24包括第二室内机换热器28和第二室内机膨胀阀32，第三室内机25包括第三室内机换热器29和第三室内机膨胀阀33，第四室内机26包括第四室内机换热器30和第四室内机膨胀阀34。制冷剂回路中，第一分支集管22的第一输出端与第一室内机换热器27制冷剂侧输入端相连，第一室内机换热器27制冷剂侧输出端与第一室内机膨胀阀31的输入端相连，第一室内机膨胀阀31的输出端与第二分支集管35的第一输入端相连；第一分支集管22的第二输出端与第二室内机换热器28制冷剂侧输入端相连，第二室内机换热器28制冷剂侧输出端与第二室内机膨胀阀32的输入端相连，第二室内机膨胀阀32的输出端与第二分支集管35的第二输入端相连；第一分支集管的第三输出端与第三室内机换热器29制冷剂侧输入端相连，第三室内机换热器29制冷剂侧输出端与第三室内机膨胀阀33的输入端相连，第三室内机膨胀阀33的输出端与第二分支集管35的第三输入端相连；第一分支集管的第四输出端与第四室内机换热器30制冷剂侧输入端相连，第四室内机换热器30制冷剂侧输出端与第四室内机膨胀阀34的输入端相连，第四室内机膨胀阀34的输出端与第二分支集管35的第四输入端相连；第二分支集管35的输出端与第一室外机换热器
19制冷剂侧输入端相连。第二室外机37与第二制冷剂回路的连接以及第三室外机38与第三制冷剂回路的连接与第一室外机36与第一制冷剂回路的连接类似，在图中未示出。
[0041] 在本发明中，冬季运行时，以室外空气作为低品位热源，以溶液循环从室外空气中吸收显热和潜热，以第一级热泵回路进行第一次提质，产生低温水(约10-20℃)，以水作为不同楼层或单元之间的热载体进行热量的传递和输送，最后再由第二级热泵回路进行提质，热量由制冷剂输送至最终分散末端。溶液回路通过第一换热器4与第一级热泵回路进行换热，第一级热泵回路通过第二换热器6与水回路进行换热。其基本流程为：高温高压的制冷剂在第二换热器6中与水回路中的循环水进行换热，接着进入电子膨胀阀7变成低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入第一换热器4与从热源塔5出来的高温溶液进行换热后通过四通换向阀3进入压缩机1变成高温高压的制冷剂，高温高压的制冷剂经过油分离器2后进入第二换热器6中与水回路中的循环水进行换热，完成制热循环。
[0042] 水回路通过第一室外机36、第二室外机37、第三室外机38分别与对应的制冷剂回路进行换热。其基本流程为：冬季运行时，高温高压的制冷剂经过第一室外机四通换向阀20通过第一分支集管22流入各个室内机，然后在各个室内机换热器中与室内空气换热，之后在室内机膨胀阀中节流变成低温低压的制冷剂，各个房间低温低压的制冷剂通过第二分支集管35一同流回第一室外机换热器19，再进入第一室外机压缩机21变成高温高压的制冷剂，完成制热循环。
[0043] 本系统用集中的溶液循环从空气中吸收显热和潜热(溶液回路中的热源塔5可以是一台或者多台)，再供给第一级热泵回路中的第一换热器4，避免了常规空气源热泵的结霜问题，在部分负荷下可充分利用热源塔换热面积；采用水-制冷剂双级热泵，可减小单级压缩机1及第一室外机压缩机21的压比，确保系统在零下20℃等恶劣的室外环境下安全稳定运行；在由第二水泵10，第二换热器6等组成的第一级载热循环(即水回路)中，采用低温水(10-20℃)作为输热介质，增加单位介质的输热能力，大幅降低输热环节的热损失，减少泄露带来的风险；在由第一室外机36，第一室内机23等组成的第二级载热循环(即制冷剂回路)中，采用制冷剂循环作为载热介质，实现各个房间单独调控，提高部分负荷下的系统效率。
