一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统及其工作方法，该系统包括毛细管网前端换热器、压缩机、冷凝器、蒸发器、辐射末端和辅助冷源，毛细管网前端换热器通过冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路将高温液体输送至蒸发器，辐射末端的低温回水通过冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，高温水从冷凝器流入辐射末端对地上建筑进行供热；冷凝器中冷却水与高温高压制冷剂气体进行热交换后，通过夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路输送至辅助冷源中进行冷却，冷凝器中冷却水通过节流阀输送至蒸发器，蒸发器中冷冻水降温后通过夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路输送至辐射末端，对地上建筑进行供冷。

【技术实现步骤摘要】
一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统及其工作方法
本专利技术涉及一种地铁废热源热泵系统，特别涉及一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统及其工作方法。
技术介绍
目前，地铁已经成为越来越多大城市缓解交通压力的不二选择，我国地铁规划总里程已达约6000公里。地铁在投入运行后，隧道内的热堆积不可避免，由于隧道内会随着运行时间加长，产生越来越多的废热，隧道内温升会很明显，针对这一问题，广州、上海等建设地铁较早的城市大多采用地上设置冷却塔的方式直接为地铁隧道降温，但地铁经过的地段大多处于市中心繁华地带，这些地方既没有太多空间设置冷却塔，也容易因人员密集、颗粒物多而发生地铁空调冷却塔被军团菌污染并传播给附近人员的情况。针对以上问题，中国专利(授权公告号CN103615841B)公开了“一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统”，包括有设置于隧道表面的毛细管网前端换热系统、土壤源热泵系统、站内毛细管末端换热系统、住宅用户毛细管末端系统。该专利无需设置冷却塔，且克服了传统土壤源热泵打孔困难的不足，夏季给地铁站内供冷，冬季给地上住宅用户供热。由于地铁运行过程中站内的冷负荷只占比较小的一部分，远小于地上建筑的冷负荷，并且只对地铁车站进行供冷没有充分利用地铁隧道吸收废热的能力，而上述专利并没有解决地上建筑用户夏季的供冷问题。地铁隧道附近的土壤所储存的热量大多来自地铁运行产生的废热，且地铁运行产生的活塞风能够带走部分热量，故可直接提出一种类似土壤源热泵的地铁废热源热泵系统，再配以辅助冷源，达到给地上建筑用户冬季供热、夏季供冷，充分利用地铁运行产生的废热的效果。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统及其工作方法，既可以充分利用地铁运营产生的废热为地上建筑供热，又可以自由选择地铁隧道及其周围岩土作为冷源或采用辅助冷源夏季为地上建筑供冷，充分发挥地铁废热源热泵系统的优势。本专利技术所采用的技术方案是：一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，该系统包括薄壳式毛细管网前端换热器、废热源热泵系统、辐射末端和辅助冷源，所述废热源热泵系统包括串联的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述薄壳式毛细管网前端换热器通过冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路将高温液体输送至蒸发器，蒸发器通过压缩机将高温液体输送至冷凝器，辐射末端的低温回水通过冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，在冷凝器中进行热交换后，升温变为高温水，高温水从冷凝器流入辐射末端对地上建筑进行供热；冷凝器中冷却水与高温高压制冷剂气体进行热交换后，通过夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路输送至辅助冷源中进行冷却，冷却后被送回冷凝器中，冷凝器中冷却水通过节流阀输送至蒸发器，在蒸发器中低温低压制冷剂液体与冷冻水进行热交换，冷冻水降温后通过夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路输送至辐射末端，对地上建筑进行供冷。进一步的，所述压缩机的出口与冷凝器的第一接口相连，冷凝器的第三接口与节流阀相连，节流阀的另一端与蒸发器的第四接口相连，蒸发器的第二接口与压缩机的进口相连，构成废热源热泵机组循环回路。进一步的，所述冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路包括阀门五、第一三通、第二三通、第一循环水泵、阀门八、第三三通和第四三通，所述蒸发器的第一接口通过阀门五、第一三通、第二三通、第一循环水泵与薄壳式毛细管网前端换热器的管口一相连，所述蒸发器的第三接口通过阀门八、第三三通和第四三通与薄壳式毛细管网前端换热器的管口二相连。进一步的，所述冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路包括第六三通、第九三通、阀门四、第七三通、第八三通和第十三通、阀门七和第二循环水泵，所述冷凝器的第二接口通过第六三通、第九三通、阀门四与辐射末端的进水端相连，冷凝器的第四接口通过第七三通、第八三通和第十三通、阀门七和第二循环水泵与辐射末端的回水端相连。进一步的，所述夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路包括第六三通、第五三通、阀门二、第四循环水泵、第七三通、第八三通和阀门六，所述冷凝器的第二接口通过第六三通、第五三通、阀门二和第四循环水泵与辅助冷源的进水端相连，所述冷凝器的第四接口通过第七三通、第八三通和阀门六与辅助冷源的回水端相连。进一步的，所述夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路包括阀门三、第二三通、第九三通、阀门九、第四三通、第十三通和第三循环水泵，所述蒸发器的第一接口通过阀门三、第二三通和第九三通与辐射末端的回水端相连，蒸发器的第三接口通过阀门九、第四三通、第十三通和第三循环水泵与辐射末端的进水端相连。进一步的，还包括夏季地铁隧道及其岩土冷源侧与热泵机组之间循环回路，所述薄壳式毛细管网前端换热器中循环液体通过夏季地铁隧道及其岩土冷源侧与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，在冷凝器中与高温高压制冷剂气体进行热交换，循环液体温度升高后从冷凝器流出，并被送回至薄壳式毛细管网前端换热器中，将热量散发到地铁隧道周围的岩土中储存或直接散发到隧道中被活塞风带走。进一步的，所述夏季地铁隧道及其岩土冷源侧与热泵机组之间循环回路包括第六三通、第五三通、第三三通、阀门一、第七三通、第一三通、阀门十和第一循环水泵，所述冷凝器的第二接口通过第六三通、第五三通、第三三通和阀门一与薄壳式毛细管网前端换热器的管口二相连，所述冷凝器的第四接口通过第七三通、第一三通、阀门十和第一循环水泵与薄壳式毛细管网前端换热器的管口一相连。采用如上所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统的工作方法，该方法包括以下步骤：压缩机排出的高温高压制冷剂气体进入冷凝器后冷凝成低温高压液体，低温高压制冷剂液体经过节流阀变为低温低压制冷剂液体后流入蒸发器，在蒸发器中吸收热量变为低温低压制冷剂气体，并流回压缩机中；冬季供热时，开启阀门四、阀门五、阀门七、阀门八，关闭阀门一、阀门二、阀门三、阀门六、阀门九和阀门十，开启第一循环水泵和第二循环水泵，关闭第三循环水泵和第四循环水泵；薄壳式毛细管网前端换热器中高温液体通过管口一由第一循环水泵泵入蒸发器，与蒸发器中的低温低压制冷剂液体进行热交换，低温液体从蒸发器的第三接口流回薄壳式毛细管网前端换热器中重新进行废热回收；同时，辐射末端的低温液体通过第二循环水泵泵入冷凝器，在冷凝器中与高温高压制冷剂气体进行热交换后升温变为高温水，高温水从冷凝器的第二接口流出，进入辐射末端对地上建筑进行供热，低温水经第二循环水泵泵入冷凝器中，依次循环供热；夏季供冷时，关闭阀门四、阀门五、阀门七、阀门八，开启阀门三和阀门九，关闭第二循环水泵，开启第三循环水泵；将冷却塔作为冷源，开启阀门二、阀门六和第四循环水泵，关闭阀门一、阀门十和第一循环水泵；冷凝器中冷却水与高温高压制冷剂气体进行热交换，冷却水温度升高后通过冷凝器的第二接口由第四循环水泵压入冷却塔中进行冷却，冷却后被送回冷凝器中，冷凝器中冷却水经过节流阀被输送至蒸发器中，在蒸发器中低温低压制冷剂液体与冷冻水回水进行热交换，冷冻水降温后从蒸发器的第三接口由第三循环水泵压入辐射末端，在地上建筑内给用户供冷后，冷冻水温度升高，流回蒸发器中，依次循环供冷。进一步的，还包括：夏季供冷时，关闭阀门四、阀门五、阀门七、阀门八，开启阀门三和阀门九，关闭第二循环水泵，开启第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，包括薄壳式毛细管网前端换热器、废热源热泵系统、辐射末端和辅助冷源，所述废热源热泵系统包括串联的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述薄壳式毛细管网前端换热器通过冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路将高温液体输送至蒸发器，蒸发器通过压缩机将高温液体输送至冷凝器，辐射末端的低温回水通过冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，在冷凝器中进行热交换后，升温变为高温水，高温水从冷凝器流入辐射末端对地上建筑进行供热；冷凝器中冷却水与高温高压制冷剂气体进行热交换后，通过夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路输送至辅助冷源中进行冷却，冷却后被送回冷凝器中，冷凝器中冷却水通过节流阀输送至蒸发器，在蒸发器中低温低压制冷剂液体与冷冻水进行热交换，冷冻水降温后通过夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路输送至辐射末端，对地上建筑进行供冷。

【技术特征摘要】
1.一种带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，包括薄壳式毛细管网前端换热器、废热源热泵系统、辐射末端和辅助冷源，所述废热源热泵系统包括串联的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，所述薄壳式毛细管网前端换热器通过冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路将高温液体输送至蒸发器，蒸发器通过压缩机将高温液体输送至冷凝器，辐射末端的低温回水通过冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，在冷凝器中进行热交换后，升温变为高温水，高温水从冷凝器流入辐射末端对地上建筑进行供热；冷凝器中冷却水与高温高压制冷剂气体进行热交换后，通过夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路输送至辅助冷源中进行冷却，冷却后被送回冷凝器中，冷凝器中冷却水通过节流阀输送至蒸发器，在蒸发器中低温低压制冷剂液体与冷冻水进行热交换，冷冻水降温后通过夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路输送至辐射末端，对地上建筑进行供冷。2.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，所述压缩机的出口与冷凝器的第一接口相连，冷凝器的第三接口与节流阀相连，节流阀的另一端与蒸发器的第四接口相连，蒸发器的第二接口与压缩机的进口相连，构成废热源热泵机组循环回路。3.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，所述冬季地铁废热源侧换热器与热泵机组之间循环回路包括阀门五、第一三通、第二三通、第一循环水泵、阀门八、第三三通和第四三通，所述蒸发器的第一接口通过阀门五、第一三通、第二三通、第一循环水泵与薄壳式毛细管网前端换热器的管口一相连，所述蒸发器的第三接口通过阀门八、第三三通和第四三通与薄壳式毛细管网前端换热器的管口二相连。4.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，所述冬季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路包括第六三通、第九三通、阀门四、第七三通、第八三通和第十三通、阀门七和第二循环水泵，所述冷凝器的第二接口通过第六三通、第九三通、阀门四与辐射末端的进水端相连，冷凝器的第四接口通过第七三通、第八三通和第十三通、阀门七和第二循环水泵与辐射末端的回水端相连。5.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，所述夏季辅助冷源侧与热泵机组之间循环回路包括第六三通、第五三通、阀门二、第四循环水泵、第七三通、第八三通和阀门六，所述冷凝器的第二接口通过第六三通、第五三通、阀门二和第四循环水泵与辅助冷源的进水端相连，所述冷凝器的第四接口通过第七三通、第八三通和阀门六与辅助冷源的回水端相连。6.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，所述夏季负荷侧辐射末端与热泵机组之间循环回路包括阀门三、第二三通、第九三通、阀门九、第四三通、第十三通和第三循环水泵，所述蒸发器的第一接口通过阀门三、第二三通和第九三通与辐射末端的回水端相连，蒸发器的第三接口通过阀门九、第四三通、第十三通和第三循环水泵与辐射末端的进水端相连。7.根据权利要求1所述的带辅助冷源的地铁废热源热泵系统，其特征是，还包括夏季地铁隧道及其岩土冷源侧与热泵机组之间循环回路，所述薄壳式毛细管网前端换热器中循环液体通过夏季地铁隧道及其岩土冷源侧与热泵机组之间循环回路被输送至冷凝器，在冷凝器中与高温高压制...

【专利技术属性】
技术研发人员：童力，胡松涛，佟振，季永明，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37