專利名稱：利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，具體地說，是利用變壓器運行中銅損和鐵損的制熱能量，在夏季時對站區(qū)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)進行除濕干燥，以降 低空調(diào)系統(tǒng)制冷運行能耗；在冬季時作為熱泵空調(diào)機組的補充熱源，以提高空調(diào)系統(tǒng)能效 比(COP)的節(jié)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
變壓器運行中因銅損和鐵損造成的設(shè)備自身功耗損失約占變電功率0. 3 4%， 它們大部分由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被冷卻劑(風(fēng)或變壓器油)帶出變壓器本體而散失到大氣 環(huán)境之中。冷卻變壓器線圈和磁芯之后排出的冷卻劑油溫度在45 80°C之間，屬于低品位 的熱量。夏季里，變電站不少室內(nèi)工作場所需要依靠壓縮式電力空調(diào)制冷，以攜帶走電氣 設(shè)備運行時散發(fā)的熱量，維持室內(nèi)工作環(huán)境的溫度和濕度。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)采用冷凝除濕的 方法，需要先把空氣冷卻到露點溫度(低于室內(nèi)送風(fēng)溫度)然后再熱，引起了再熱損失；其 次，為了提供較低的冷媒溫度(冷水的溫度通常為7°C )，制冷機不得不降低蒸發(fā)溫度，因而 制冷機的效率也隨著降低，出現(xiàn)這些問題的根本原因是空氣的降溫和除濕同時進行，由于 降溫主要是承擔(dān)圍護結(jié)構(gòu)傳熱負荷，解決顯熱問題，而除濕則主要是承擔(dān)高濕新風(fēng)和人體 蒸發(fā)產(chǎn)生的熱濕負荷，解決潛熱問題；兩者過程特性有本質(zhì)的差別。如按目前傳統(tǒng)的處理方 法，將其放在一起解決，則使空調(diào)系統(tǒng)的能耗水平較高，能效比只能在較低的水平。目前常 見的風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)組成形式就是利用這樣一種傳統(tǒng)的處理方法。冬季里，變電站又有不少室內(nèi)工作場所需要供熱采暖；因此在變電站熱泵空調(diào) (機組)是常見的設(shè)備。熱泵空調(diào)屬于現(xiàn)有技術(shù)，它包括循環(huán)工質(zhì)及以循環(huán)工質(zhì)管相串聯(lián) 的壓縮機、室外換熱器、熱膨脹節(jié)流閥、室內(nèi)換熱器。在作制冷運行時，低溫低壓的循環(huán)工質(zhì) (制冷劑)氣體被壓縮機吸入后加壓變成高溫高壓的制冷劑氣體，高溫高壓的制冷劑氣體 在室外換熱器中放熱(通過冷凝器冷凝)變成中溫高壓的液體(熱量通過室外循環(huán)空氣帶 走)，中溫高壓的液體再經(jīng)過熱膨脹節(jié)流閥(節(jié)流部件)節(jié)流降壓后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w， 低溫低壓的液體制冷劑在室內(nèi)換熱器中吸熱蒸發(fā)后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍怏w(室內(nèi)空氣經(jīng)過 換熱器表面被冷卻降溫，達到使室內(nèi)溫度下降的目的)，低溫低壓的制冷劑氣體再被壓縮機 吸入，如此循環(huán)。熱泵空調(diào)在作制熱運行時，通過二位四通電磁換向閥，進行逆卡諾循環(huán)，實 現(xiàn)制熱。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，以利用變壓器設(shè)備 的散熱，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。本實用新型的利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，所述空調(diào)系統(tǒng)包括熱泵空 調(diào)，熱泵空調(diào)包括循環(huán)工質(zhì)及以循環(huán)工質(zhì)管相串聯(lián)的壓縮機、室外換熱器、熱膨脹節(jié)流閥、室內(nèi)換熱器，連接在室外換熱器上的兩根循環(huán)工質(zhì)管之間連通有輔助加熱管，輔助加熱管串聯(lián)在與變壓器自身損耗功率制熱的熱能進行熱交換的換熱器中。對于上述的空調(diào)系統(tǒng)，它還包括把新風(fēng)送入室內(nèi)的送風(fēng)機組，所述送風(fēng)機組包括 用于對新風(fēng)進行除濕的、具有除濕液、除濕液管的溶液除濕系統(tǒng)；除濕液管也串聯(lián)在上述換 熱器中。最好，它還包括用于對除濕后的新風(fēng)進行降溫的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器并聯(lián)在室內(nèi)換熱器 兩端。對于上述的空調(diào)系統(tǒng)，所述的換熱器為表面式換熱器。表面式換熱器屬于現(xiàn)有技 術(shù)，它的原理是讓熱媒或冷媒流過金屬管道內(nèi)腔，而要需要與熱媒或冷媒進行熱交換的介 質(zhì)流過金屬管道外壁進行熱交換來達到加熱或冷卻介質(zhì)的目的。本空調(diào)系統(tǒng)，夏季里，采用將空氣除濕和降溫兩個過程分開獨立進行，以變壓器設(shè) 備散出的低品位熱量為溶液除濕系統(tǒng)驅(qū)動的熱源實現(xiàn)除濕循環(huán)，從而不僅大大地降低了傳 統(tǒng)電壓縮制冷系統(tǒng)中用于除濕熱負荷的系統(tǒng)能耗，而且可提高冷水機組的能效比(COP)水 平。冬季里，采用換熱器將變壓器設(shè)備散出的低品位熱量作為熱泵空調(diào)機組的補充熱源，將 低溫?zé)崃考尤肟照{(diào)機組的循環(huán)工質(zhì)，并泵入室內(nèi)供采暖使用；從而大大降低了熱泵空調(diào)機 組供暖的電量消耗水平。本實用新型的有益效果是，夏季里新風(fēng)除濕系統(tǒng)中用于加熱蒸發(fā)水分的熱源，和 冬季里熱泵空調(diào)機組供熱的補充熱源都是變壓器運行中產(chǎn)生的功率自損熱量，這部分熱量 原本是要被排入大氣環(huán)境，作為設(shè)備運行的一個自身損耗的部分處理的。本實用新型將之 利用來除濕和供暖，不僅實現(xiàn)了低溫低品位的熱能的有效利用，而且大大節(jié)省了熱泵空調(diào) 系統(tǒng)中用于處理除濕潛熱負荷和供暖所消耗的電能。其次，由于除濕問題的解決，使得用于保持室內(nèi)環(huán)境溫度的電壓縮制冷機組提供 的冷源溫度水平無須像傳統(tǒng)空調(diào)那樣先降至一個能使新風(fēng)空氣中水分能夠結(jié)露凝結(jié)分離 的低溫(一般約7 V )，然后再升至人體舒適的溫度水平(一般為18-20°c )。這樣一個再 熱過程須消耗大量電能。本系統(tǒng)只要提供18-20°C的冷水就可以維持住夏季室內(nèi)環(huán)境溫度 水平，比起須提供7°C冷媒的機組運行的能效比(COP)將有很大的提高。因此，本實用新型提供的不僅是一個在變電生產(chǎn)過程中，使電能可以得到多層次 梯級合理利用的新方法；而且，也是一個除濕、空調(diào)和供暖諸系統(tǒng)分離的高效新型空氣調(diào)節(jié) 系統(tǒng)。

圖1是利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。參見圖1所示利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，所述空調(diào)系統(tǒng)包括熱泵空 調(diào)和把新風(fēng)送入室內(nèi)的送風(fēng)機組8。熱泵空調(diào)包括循環(huán)工質(zhì)(未示出)及以循環(huán)工質(zhì)管相串聯(lián)的壓縮機(循環(huán)泵)11、 室外換熱器10、熱膨脹節(jié)流閥15、室內(nèi)換熱器12。輔助加熱管17的兩端通過兩個四通閥 16與連接在室外換熱器上的兩根循環(huán)工質(zhì)管連通，輔助加熱管17穿過殼管式熱交換器3。串聯(lián)在與變壓器自身損耗功率制熱的熱能進行熱交換的換熱器中。送風(fēng)機組8包括用于對新風(fēng)進行除濕的、具有除濕液(未示出)、除濕液管18的溶 液除濕系統(tǒng)。溶液除濕系統(tǒng)屬于現(xiàn)有技術(shù)，不詳細描述。除濕液管18上串聯(lián)有稀溶液儲罐 4、稀溶液泵6、濃溶液罐5、濃溶液泵7。在稀溶液泵6與濃溶液罐5之間的除濕液管18穿 過殼管式熱交換器3。蒸發(fā)器9通過循環(huán)工質(zhì)管并聯(lián)在室內(nèi)換熱器12的兩端，蒸發(fā)器9設(shè)置在把除濕后 的新風(fēng)送入室內(nèi)的送風(fēng)管道內(nèi)，用于對除濕后的新風(fēng)進行降溫。用于冷卻變壓器1的變壓器油(未示出)通過變壓器油管19與殼管式熱交換器 3相接。變壓器油管19上串聯(lián)有強制循環(huán)油泵2。變壓器1自身損耗功率制熱的熱能使得 變壓器油升溫。殼管式熱交換器是一種表面式換熱器，傳遞熱量的兩種介質(zhì)，一種在管內(nèi)，另一種 在管外殼體內(nèi)，通過管壁進行熱量傳遞。本實用新型中，變壓器油即流經(jīng)殼管式熱交換器3 的管外殼體內(nèi)。下面描述其工作過程。夏季除濕子系統(tǒng)工作原理由變壓器1出來的高溫變壓器油，經(jīng)強制循環(huán)油泵2打 入殼管式熱交換器3的管程內(nèi)，將變壓器油的熱量傳給除濕液，變壓器油降溫之后返回變 壓器。在殼管式熱交換器中被加熱濃縮的濃除濕液，依靠濃溶液泵7進入新風(fēng)機組8，在新 風(fēng)機組內(nèi)濃除濕液與高濕度新風(fēng)相遇，吸附新風(fēng)中的水蒸氣變成稀除濕液沉下并被收集返 回稀溶液儲罐4。根據(jù)新風(fēng)機組除濕負荷需要，稀除濕液被稀溶液泵6又泵入經(jīng)殼管式熱 交換器3的管程被加熱濃縮，再生后成為濃除濕液儲入濃溶液罐5進入第二次循環(huán)。而被 吸附了水分的新風(fēng)(干空氣)經(jīng)室外換熱器(這時作為冷凝器用)10送來的循環(huán)工質(zhì)在蒸 發(fā)器9中冷卻降溫至室內(nèi)溫度后進入房間13。夏季熱泵空氣溫度調(diào)節(jié)子系統(tǒng)工作原理熱泵空調(diào)工作在制冷模式，由熱泵空調(diào) 機組來的低溫循環(huán)工質(zhì)經(jīng)室外換熱器(這時作為冷凝器用)10和壓縮機11被泵入室內(nèi)換 熱器(這時作為蒸發(fā)器用)12和蒸發(fā)器9 ；完成對房間13內(nèi)的空氣降溫調(diào)節(jié)功能，被室內(nèi) 空氣加熱后的循環(huán)工質(zhì)再被送回室外換熱器10重新制冷后，進入第二次循環(huán)。此時，制冷 環(huán)境需要的冷凍水在蒸發(fā)器中獲得。由上述除濕子系統(tǒng)和空氣溫度調(diào)節(jié)子系統(tǒng)共同完成對房間13室內(nèi)空氣的降溫、 保濕的人工空氣調(diào)節(jié)。冬季熱泵空調(diào)供暖系統(tǒng)工作原理熱泵空調(diào)工作在制熱模式，高溫循環(huán)工質(zhì)經(jīng)室 外換熱器(這時作為蒸發(fā)器用)10和壓縮機11被泵入室內(nèi)換熱器(這時作為冷凝器用)12， 向室內(nèi)排放出熱量而冷卻成高壓液體，再到熱膨脹節(jié)流閥15進行節(jié)流膨脹成低壓液體進 入室外換熱器(這時作為蒸發(fā)器用)10蒸發(fā)成低壓蒸汽，在蒸發(fā)過程中吸收變壓器油中的 熱量后，低壓蒸汽又進入壓縮機壓縮成高壓高溫循環(huán)工質(zhì)，如此循環(huán)不已。此時，供熱環(huán)境 需要的熱水在冷凝器中獲得。而低壓制冷劑蒸汽所需汲取的熱量則由變壓器出來的高溫油 提供，由變壓器1出來的高溫油，經(jīng)強制循環(huán)油泵2打入殼管式熱交換器3內(nèi)，將熱量傳給 低壓制冷劑蒸汽，變壓器油被降溫之后返回變壓器。在夏季，本實用新型將空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)除濕和干空氣降溫兩個過程分開。高濕度 的新風(fēng)在進入室內(nèi)之前須先經(jīng)過以除濕液為除濕劑的溶液除濕系統(tǒng)的除濕干燥。以吸濕性很強的溶液為除濕劑在殼管式熱交換器中被變壓器來的65°C 80°C的變壓器油加熱濃縮成濃除濕液后，與大氣環(huán)境中來的高濕度的新風(fēng)相遇；吸附其大部分水分淡釋為稀除濕液 而排向殼管式熱交換器中被加熱再生。而干燥后的新風(fēng)，在依靠水分蒸發(fā)釋放出濕潛熱之 后，再經(jīng)電力壓縮空調(diào)制冷機組送來的循環(huán)工質(zhì)冷卻降低溫度至室內(nèi)氣溫水平，放出空氣 顯熱之后，被引入室內(nèi)，由此獨立的溶液除濕子系統(tǒng)完成了對新風(fēng)的除濕調(diào)溫過程。而室內(nèi)干燥的空氣的溫度調(diào)節(jié)，則由熱泵空調(diào)機組制冷回路組成的另一子系統(tǒng)來 完成。由于室內(nèi)空氣相對夏季大氣環(huán)境里的空氣濕度水平要低許多，可謂之干空氣，此時本 子系統(tǒng)只須將室溫降至適宜的工作溫度水平，解決降溫顯熱的冷卻問題，而無須像傳統(tǒng)空 調(diào)系統(tǒng)那樣兼顧除濕的任務(wù)，因此能耗水平大幅下降。本實用新型在冬季里，可將熱泵空調(diào)機組循環(huán)工質(zhì)引入殼管式熱交換器進行補充 熱量的處理，使循環(huán)工質(zhì)被加熱升溫，汲取并攜帶變壓器高溫變壓器油(在冬季約45 60°C)中的部分熱量，并將其通過電力熱泵機組壓縮送入室內(nèi)供暖。因為空調(diào)機組在供暖 模式下利用了這部分本應(yīng)排入大氣環(huán)境之中的生產(chǎn)廢熱而大幅降低了其運行電耗。由上述溶液除濕子系統(tǒng)與熱泵空調(diào)機組制冷模式運行的子系統(tǒng)，以及低溫補充熱 源與熱泵空調(diào)機組的供熱模式運行的子系統(tǒng)等多套子系統(tǒng)組合形成的、能夠以多種方式運 行的高效空調(diào)系統(tǒng)整體即本實用新型提供的新型空調(diào)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)之間的主要聯(lián)系，一 是在夏季被除濕的新風(fēng)將由熱泵空調(diào)機組制冷系統(tǒng)提供的一小部分冷源分支形成的氣水 熱交換器冷卻降溫后再進入室內(nèi)；二是在冬季熱泵空調(diào)機組切換成供熱運行模式后，空調(diào) 系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)須與多功能熱交換器聯(lián)系，形成一個補充熱源。
權(quán)利要求利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，所述空調(diào)系統(tǒng)包括熱泵空調(diào)，熱泵空調(diào)包括循環(huán)工質(zhì)及以循環(huán)工質(zhì)管相串聯(lián)的壓縮機、室外換熱器、熱膨脹節(jié)流閥、室內(nèi)換熱器，其特征是連接在室外換熱器上的兩根循環(huán)工質(zhì)管之間連通有輔助加熱管，輔助加熱管串聯(lián)在與變壓器自身損耗功率制熱的熱能進行熱交換的換熱器中。
2.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)系統(tǒng)，它還包括把新風(fēng)送入室內(nèi)的送風(fēng)機組，所述送風(fēng)機 組包括用于對新風(fēng)進行除濕的、具有除濕液、除濕液管的溶液除濕系統(tǒng)；其特征是除濕液 管也串聯(lián)在上述換熱器中。
3.如權(quán)利要求2所述的空調(diào)系統(tǒng)，其特征是它還包括用于對除濕后的新風(fēng)進行降溫 的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器并聯(lián)在室內(nèi)換熱器兩端。
4.如權(quán)利要求1-3所述的任一空調(diào)系統(tǒng)，其特征是所述的換熱器為表面式換熱器。
專利摘要本實用新型提供一種利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，以利用變壓器設(shè)備的散熱，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。該利用變電站變壓器功耗熱量的空調(diào)系統(tǒng)，所述空調(diào)系統(tǒng)包括熱泵空調(diào)，熱泵空調(diào)包括循環(huán)工質(zhì)及以循環(huán)工質(zhì)管相串聯(lián)的壓縮機、室外換熱器、熱膨脹節(jié)流閥、室內(nèi)換熱器，連接在室外換熱器上的兩根循環(huán)工質(zhì)管之間連通有輔助加熱管，輔助加熱管串聯(lián)在與變壓器自身損耗功率制熱的熱能進行熱交換的換熱器中。
文檔編號F24F5/00GK201706614SQ20102010744
公開日2011年1月12日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者楊亞平 申請人:東南大學(xué)