存储源和级联热泵系统技术方案

一种加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)系统包括加热流体回路、冷却流体回路和存储流体回路。HVACR系统的热系统从存储流体回路吸收能量并将能量排出到加热流体回路。存储流体回路包括：容纳有储热材料的储热罐，该储热罐可以根据储热材料的状态提供能量以用于加热或吸收能量以用于冷却。可以使用加热流体回路和由热系统提供的热来提供加热。可以使用冷却流体回路通过使用冷却流体从被调节空间吸收能量并且将能量从冷却流体排出到包括储热罐的存储流体回路来提供冷却。储热罐还可以具有使用空气源热泵系统向该储热罐添加的热，以便为加热操作提供足够的存储。加热操作提供足够的存储。加热操作提供足够的存储。

【技术实现步骤摘要】
存储源和级联热泵系统


[0001]本公开内容涉及用于加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)的热泵系统，特别地是使用储热装置作为用于热泵操作的源和/或池。

技术介绍

[0002]即使在寒冷气候的冬季期间，在试图维持整个建筑物的温度时由于热量产生和损失的时间和位置不同，大型建筑物通常同时具有加热及冷却两种需求。即使在寒冷气候的冬季，某些区域(例如，建筑物的内部部分)也可能需要冷却，这是因为这些空间中会产生热，但是周围的外围空间也受到温度控制。加热和制冷需求也随时间而变化，例如，建筑物的外围区域在早晨时间可能需要大量的加热，但在其他时间可能需要冷却，例如在接收午后的阳光时，即使在寒冷气候的冬季也是如此。
[0003]通常，大型建筑物倾向于通过将能量排出到周围环境，同时还使用能量以用于加热较冷区域(例如，其他外围区域)，例如通过使用化石燃料来产生热的锅炉，来组合较热空间(例如，内部区域、或经历午后阳光的外围空间)的“自由冷却”而满足这些需求。锅炉需要现场消耗化石燃料，并且由于碳和其他污染排放控制而面临限制。

技术实现思路

[0004]本公开内容涉及用于加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)的热泵系统，特别地是使用储热装置作为用于热泵操作的源和/或池(sink)。
[0005]通过使用热泵系统和储热装置，可以使用在冷却期间所捕获的废弃能量来解决建筑物的加热需求。可以使用热泵系统为储热装置进一步提供能量，从而允许即使在废弃能量本身不足以满足加热需求时，也可以对储热装置进行再充能。储热装置还允许系统容量和能源消耗随着时间的推移而被平衡或转移，使得该系统可以在较低设计容量的情况下满足建筑物的需求，并且避免在可能具有较高成本的高峰时间和/或受限的能量可用性时的能源消耗。
[0006]去除对锅炉的依赖的热泵系统还可以支持电气化的努力，这是通过与锅炉相比热泵本身的增加的性能系数(COP)和关于热泵的能量源的增加的可能性，而提供更高的效率来实现的。
[0007]使用储热材料的储热装置可以存储大量的能量以用于加热操作。对于诸如水之类的材料，用于相变所需的潜能可能比在相内改变温度所需的能量大几个数量级，这允许通过解冻材料来存储大量的热能，使得材料可以在能量被泵送出时被凝固。在系统设计中，大量的被存储的能量可以减少高峰容量需求，从而允许使用更小的容量、成本更低的系统来满足建筑物的需求。此外，这些系统在满足高峰需求时消耗更少的能量。当电能可用于操作热泵时，可以至少部分地通过使用热泵将能量从环境空气或任何其他合适的源添加至储热装置(即，使冰融化)，将储热装置保持在期望的状态。储热装置也可以用于支持温暖时期的冷却操作，将冰融化以补充或替代热系统所提供的冷却，与在低冷却或无冷却需求期间通
过继续操作热系统来制冰相结合。
[0008]使用热泵以向储热装置提供能量可以将热能的收集与热能的使用解耦，从而允许如下操作：例如热泵在能量和有成本效益的时间运行，而在罐中所存储的热能可以在其他时间使用，例如在解决高峰需求时。通过将热泵联接到储热装置而不是使用该热泵来加热建筑物，热泵的操作温度的范围可以与热系统的温度解耦。由于热泵仅需要将能量泵送至使储热材料熔化的温度，而不是泵送至满足加热需求的温度，因此这可以允许热泵以更高的效率操作。使用储热装置作为中介还允许热系统和热泵或其他热能源的流率彼此解耦。
[0009]在一实施例中，一种加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)系统包括加热流体回路，所述加热流体回路被构造成使加热过程流体循环，所述加热流体回路被构造成向分布在被调节空间内的一个或多个加热盘管提供热。该HVACR系统还包括冷却流体回路，所述冷却流体回路被构造成使冷却过程流体循环。该HVACR系统还包括存储流体回路，所述存储流体回路被构造成使存储回路过程流体循环。所述存储流体回路包括：一个或多个储热罐，每个储热罐容纳有储热材料；热交换器，所述热交换器允许在所述存储回路过程流体与所述冷却回路过程流体之间进行热交换；和旁通管线，所述旁通管线被构造成允许所述热交换器被选择性地旁通。该HVACR系统进一步包括热系统和源热交换回路，所述热系统被构造成从所述存储回路过程流体吸收能量，并且向所述加热回路过程流体提供能量，所述源热交换回路包括热泵，所述热泵被构造成从源吸收能量，并且向源回路过程流体提供能量，所述源热交换回路被构造成使得所述热泵与所述一个或多个储热罐交换热量。
[0010]在一实施例中，所述储热材料是水，并且所述存储回路过程流体具有比水的凝固温度低的凝固温度。
[0011]在一实施例中，所述源热交换回路直接连接到所述存储流体回路，并且所述源回路过程流体包括所述存储回路过程流体的一部分。
[0012]在一实施例中，所述源热交换回路包括被构造成允许在所述源回路过程流体与所述一个或多个储热罐中的所述储热材料之间进行热交换的一个或多个热交换器。
[0013]在一实施例中，所述存储流体回路被构造成使得所述源热交换器能够被选择性地包括在所述存储回路过程流体的流中、或从所述存储回路过程流体的流排除。
[0014]在一实施例中，所述加热流体回路还包括冷却塔，所述冷却塔被构造成允许在所述加热过程流体与周围环境之间进行能量交换，所述加热流体回路被构造成能够选择性地将所述冷却塔包括在所述加热过程流体的流中、或将所述冷却塔从所述加热过程流体的流排除。
[0015]在一实施例中，所述存储流体回路还包括一个或多个专用室外空气系统(DOAS)热交换器，其中所述一个或多个DOAS热交换器均被构造成允许在所述存储回路过程流体与被调节空间的潜冷负载之间进行能量交换，并且所述存储流体回路被构造成选择性地将所述一个或多个DOAS热交换器包括在所述存储回路过程流体的流中、或将所述一个或多个DOAS热交换器从所述存储回路过程流体的流排除。
[0016]在一实施例中，所述存储流体回路还包括被构造成允许所述存储回路过程流体的流旁通所述一个或多个储热罐的旁通管线、以及多个阀，所述多个阀被构造成控制通过所述旁通管线和所述一个或多个储热罐中的每一个的流量。
[0017]在一实施例中，所述热泵被构造成在被操作以向所述源回路过程流体提供能量时
产生60
°
F或更低的离开温度。在一实施例中，所述热泵被构造成在被操作以向所述源回路过程流体提供能量时产生介于35
°
F与45
°
F之间的离开温度。
[0018]在一实施例中，所述HVACR系统还包括热交换器或太阳能收集器中的至少一个，所述热交换器被构造成在建筑物废水与所述储热罐中的一个或多个储热罐之间交换热量，所述太阳能收集器被构造成向所述储热罐中的一个或多个储热罐提供能量。
[0019]在一实施例中，一种调节被调节空间中的空气温度的方法包括以加热模式、加热及冷却模式、或能量存储模式、或能量排出模式中的一个操作加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)系统。以加热模式操作包括：操作热系统以从存储流体回路的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)系统，包括：加热流体回路，所述加热流体回路被构造成使加热过程流体循环；冷却流体回路，所述冷却流体回路被构造成使冷却过程流体循环；存储流体回路，所述存储流体回路被构造成使存储回路过程流体循环，所述存储流体回路包括：一个或多个储热罐，每个储热罐容纳有储热材料；允许在所述存储回路过程流体与所述冷却过程流体之间进行热交换的热交换器；和被构造成允许所述热交换器被选择性地旁通的旁通管线；热系统，所述热系统被构造成从所述存储回路过程流体吸收能量，并且向所述加热过程流体提供能量；和源热交换回路，所述源热交换回路包括热泵，所述热泵被构造成从源吸收能量，并且向源回路过程流体提供能量，所述源热交换回路被构造成使得所述热泵与所述一个或多个储热罐交换热量。2.根据权利要求1所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述储热材料是水，并且所述存储回路过程流体具有比水的凝固温度低的凝固温度。3.根据权利要求1或权利要求2所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述源热交换回路直接连接到所述存储流体回路，并且所述源回路过程流体包括所述存储回路过程流体的一部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述源热交换回路包括被构造成允许在所述源回路过程流体与在所述一个或多个储热罐中的所述储热材料之间进行热交换的一个或多个热交换器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述存储流体回路被构造成使得所述源热交换器能够被选择性地包括在所述存储回路过程流体的流中、或从所述存储回路过程流体的流排除。6.根据权利要求1至5中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述加热流体回路还包括冷却塔，所述冷却塔被构造成允许在所述加热过程流体与周围环境之间进行能量交换，所述加热流体回路被构造成将所述冷却塔选择性地包括在所述加热过程流体的流中或从所述加热过程流体的流排除。7.根据权利要求1至6中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述存储流体回路还包括一个或多个专用室外空气系统(DOAS)热交换器，其中所述一个或多个专用室外空气系统热交换器中的每一个被构造成允许在所述存储回路过程流体与被调节空间的潜冷负载之间进行能量交换，并且所述存储流体回路被构造成将所述一个或多个专用室外空气系统热交换器选择性地包括在所述存储回路过程流体的流中、或从所述存储回路过程流体的流排除。8.根据权利要求1至7中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述存储流体回路还包括被构造成允许所述存储回路过程流体的流旁通所述一个或多个储热罐的旁通管线；以及多个阀，所述多个阀被构造成控制通过所述一个或多个储热罐和所述旁通管线中的每一个的流量。9.根据权利要求1至8中任一项所述的加热、通风、空气调节和制冷系统，其中，所述热
泵被构造成在运转以向所述源回路过程流体提供能量时产生60
°
F或更低的离开温度。10.根据权利要求1至9中任一项所述的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：特灵国际有限公司，
类型：发明
国别省市：