医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统及其运行方法

摘要

本发明公开了一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统及其运行方法，它包括冷水侧换热器和至少一泵机组件；冷水侧换热器具有与空调冷水管路相连的两冷水接口和至少一与泵机组件对应设置的介质口组，介质口组包括第一介质口和第二介质口；泵机组件包括热水侧换热器、四通阀、压缩机、储液罐、辅助换热器和第一节流装置、第二节流装置和生活热水换热器；热水侧换热器具有第一换热介质口、第二换热介质口和与空调热水管路相连的两热水接口；生活热水换热器的两介质流动口与空调热水管路相连。它利用四管制热泵机组在满足医院特殊工艺性场所空调系统加热热负荷需求之外的多余制热能力来给医院生活热水的供水系统进行加热，大大降低热水锅炉的负荷，来达到节能的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统及其运行方法。

背景技术

医院的普通病房和办公场所均有舒适性空调的要求，这种需求一般是通过以下方式来解决：

1、夏季，医院一般在地下室设计有冷冻机房，采用冷水机组来提供全院空调系统制冷所需冷冻水，该制冷机组制冷的原理就是通过机组压缩机反向做功，将冷冻水的热量抽出，通过屋顶设置的冷却塔循环水系统的自然蒸发向室外散热，使冷冻水温度降低，这需要一方面消耗大量的水资源，同时也向大气环境大量的排热。这样冷水机组和冷却塔及配套水泵系统结合起来，系统综合能效比 SCOP 值约能达到4.0 左右。

2、冬季空调系统要供热源，冷水机组无法提供，一般设计是另外设计一套热水锅炉系统来制成热水来解决，空调系统制热所需的热水供水温度为 45℃、回水温度为 40℃；这个过程的能效比 COP 值约为 0.8 左右。

3、同时医院的病房内全年需求生活热水，一般的设计也是采热水锅炉制成的水来提供，这部分热水为防止产生军团菌污染，一般要求水温在 60℃以上。

医院的特殊工艺性场所是指医院内对工作环境有全年恒温恒湿要求和全年制冷要求的场所，随着医院建设的不断发展，现在医院的特殊工艺性场所越来越多，具体有以下几个区域：1、中心供应室；2、静脉配置中心；3、 检验科的生物实验室；4、 手术部；5、ICU 重症监护病房；6、NICU 新生儿病房；7、产房；8、BICU 烧伤科重症监护病房；CCU 心脏科重症监护病房；9、净化血液病房；10、动物实验室；11、核医学检查室等。

这些场所的空调系统全年均有同时供冷、供热的要求，但由于季节的不同，同时供冷、供热的量有所不同；但普遍的特征是：除冬季外，冷源供应的需求远大于热源供应的需求，因此冷热源设备的选型全部是按夏季制冷需求来选型的。目前的设计一般采用以下方式解决：

1、夏季采用大楼中央空调冷冻机提供冷源，一般是每年的 5 月中旬开始到 10月底结束；冬季采用大楼热水锅炉提供热源，每年的 11 月中旬开始到明年的 3 月底结束；中间的几个月份，由于冷冻机组停运，为解决特殊场合工艺性空调的制冷需求，必须为这些场所再单独配置热泵机组来提供冷源。

2、全年冷热源全部用两管制热泵机组来提供，该机组要么提供冷源，要么提供热源，不能实现同时供冷供热；而特殊工艺性场所的空调系统在夏季工况均有除湿要求，而除湿均采用的是降温除湿的方式，在两管制系统内，降温利用热泵机组提供的冷源，而除湿后的空气的加热只能采用电加热来完成或热水锅炉提供的热水来完成，这个加热过程的能效比比较低，一般 COP值最多不超过 0.8。

基于此，目前在国内华东、华南地区新医院建设设计中已经逐渐将特殊工艺性场所的全年冷热源部分集中采用四管制风冷热泵机组来提供，而和大楼冷冻机组隔开；既提高了医院各特殊工艺性场所的舒适度，又大大节省了运行费用。但是，现有技术的四管制风冷热泵机组有以下几个不足：

1、一般四管制热泵机组的制热能力是大于制冷能力的，一般要增加一个压缩机的功率；而医院特殊工艺性场所空调系统的冷需求负荷要远大于热需求负荷（冬季室外最低温度低于 0℃后的环境除外），一般情况达到 2-3 倍左右的关系。这些特殊场所像核医学检查室由于室内设备散热大，需要全年制冷，其它的场所，一般只有在室外最低温度低于 0℃后，系统才的制热量才会大于制冷量。

2、由此将导致一个问题，四管制热泵机组已经回收的热量由于本空调系统使用不了，为了保证冷热平衡又不得不通过机组平衡换热器又排到大气中，导致能源的巨大浪费。

3、同时医院又是一个对热需求很大的场所，每天病房内和办公、工作场所均需要使用生活热水，一般采用热水锅炉制得，即在花钱制热水。

从上述描述可以看出，同样在医院内，一方面回收回来的热量用不掉在排放，而另一方面还要用能效比很差（差 3 倍左右）的热水锅炉方式制成热水去满足应用需求；如何把这两者结合，即立即能产生巨大的经济效率和社会效益；这实际是目前已经使用了四管制热泵机组的医院的普遍现状。

4、四管制热泵机组自身产生的热水在 60℃以下，再通过板换系统加热生活热水还要有 3℃的温差，实际产生的热水实际不能直接满足生活热水 65℃以上的要求，因此在目前的应用中还不能直接替代热水锅炉，而只能作为给热水锅炉的供水系统提供加热的中间设备，可以将热水锅炉的热水加热温差降低 25-30℃左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统，它利用四管制热泵机组在满足医院特殊工艺性场所空调系统加热热负荷需求之外的多余制热能力来给医院生活热水的供水系统进行加热，大大降低热水锅炉的负荷，来达到节能的效果，同时也减少医院对大气环境的热排放，实现巨大的社会效益。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统，它包括冷水侧换热器和至少一泵机组件；

所述冷水侧换热器具有与空调冷水管路相连的两冷水接口和至少一与泵机组件对应设置的介质口组，所述介质口组包括第一介质口和第二介质口；

所述泵机组件包括热水侧换热器、四通阀、压缩机、储液罐、辅助换热器、第一节流装置、第二节流装置和生活热水换热器；其中，

所述热水侧换热器具有第一换热介质口、第二换热介质口和与空调热水管路相连的两热水接口；

所述生活热水换热器的两介质流动口与空调热水管路相连，所述生活热水换热器适于给生活用水换热形成生活热水供入生活热水管路中；

所述四通阀包括四个连接口，四个连接口分别为第一连接口、第二连接口、第三连接口和第四连接口，所述四通阀适于被动作以至少具有同时供热供冷状态、单独供冷状态和单独供热状态；当所述四通阀被动作至同时供热供冷状态时，所述第二连接口和所述第四连接口连通，其余连接口不连通；当所述四通阀被动作至单独供冷状态时，第二连接口和第一连接口相连通，其余连接口不连通；当所述四通阀被动作至单独供热状态时，第二连接口和第四连接口相连通，并且第一连接口和第三连接口相连通，其余连接口不连通；

所述压缩机具有压缩气体出口和气体进口；

所述储液罐具有液体进口和液体出口；

所述辅助换热器具有第一辅助介质口和第二辅助介质口；

第一辅助介质口和第二换热介质口相连通，第二辅助介质口和第一连接口相连通；

所述压缩气体出口和第二连接口相连通，所述气体进口分别与第三连接口和第二介质口相连通；

所述液体进口与所述第一辅助介质口和第二换热介质口之间的管路相连通，所述液体出口与第二节流装置连接后与所述第一介质口相连；

所述第一节流装置的一端与所述第一辅助介质口和第二换热介质口之间的管路相连通，所述第一节流装置的另一端与所述液体出口和所述第二节流装置之间的管路相连通；

第一节流装置适于在同时供热供冷状态和单独供冷状态时关闭以及在单独供热状态工作；

第二节流装置适于在同时供热供冷状态和单独供冷状态时工作以及在单独供热状态时关闭。

进一步，所述辅助换热器为风冷换热器。

进一步，所述第一节流装置和/或所述第二节流装置为电子膨胀阀。

进一步，所述泵机组件设有两个。

进一步，医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统还包括冷热量探测装置，所述冷热量探测装置包括：

设于空调冷水管路中各场所对应的各冷水支总管上并用于采集冷水流量的冷水流量探测器；

设于空调热水管路中各场所对应的各热水支总管上并用于采集热水流量的热水流量探测器；

服务控制器，所述服务控制器分别与所述冷水流量探测器和所述热水流量探测器相连，以接收所述冷水流量探测器采集的冷水流量和/或所述热水流量探测器采集的热水流量。

进一步，所述冷热量探测装置还包括与所述服务控制器相连的显示模块，所述显示模块适于显示所述服务控制器传送的相关信息，相关信息包括冷水流量和/或热水流量。

进一步，还包括与所述服务控制器相连的用户终端，所述用户终端适于显示所述服务控制器传送的相关信息，相关信息包括冷水流量和/或热水流量。

本发明还提供了一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统的运行方法，运行方法包括三种运行模式：

当在同时供热供冷模式下：压缩机压缩后的气体通过四通阀进入热水侧换热器中进行冷凝放热，跟空调热水管路中的回流介质换热形成供给空调热水管路的热源，气体冷凝后形成的液体经过储液罐后再经过第二节流装置节流降压后进入冷水侧换热器蒸发吸热给空调冷水管路中的回流介质降温形成供给空调冷水管路的冷源，换热后的气体进入压缩机进行压缩；其中，至少部分热源适于在生活热水换热器中跟生活热水管路中的回流水换热形成生活热水供入生活热水管路中；

当在单独供冷模式下：压缩机压缩后的气体通过四通阀进入辅助换热器进行冷凝放热，冷凝后形成的液体经过储液罐后再经过第二节流装置节流降压后进入冷水侧换热器蒸发吸热给空调冷水管路中的回流介质降温形成供给空调冷水管路的冷源，换热后的气体进入压缩机进行压缩；

当在单独供热模式下，压缩机压缩后的气体通过四通阀进入热水侧换热器进行冷凝放热，跟空调热水管路中的回流介质换热形成供给空调热水管路的热源，气体冷凝后形成的液体经过储液罐后再经过第一节流装置节流降压后进入辅助换热器蒸发吸热，换热后的气体再通过四通阀进入压缩机进行压缩；其中，至少部分热源适于在生活热水换热器中跟生活热水管路中的回流水换热形成生活热水供入生活热水管路中。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

1、医院特殊工艺性场所末端的空调设备全部按四管制进行设计，全年冷热源全部由医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统提供，该医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统可以提供三种运行方式：单冷、单热、冷暖同时运行，提供的冷量和热量可以实现 12.5-100%的可调，因此非常适合做医院特殊工艺性场所全年冷热源的供应设备；

2、可以用本发明的医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统的热水在生活热水换热器中给生活热水供水系统加热；

3、将各工艺性场所的各冷水支总管和各热水支总管上分别加冷水量探测器和热水量探测器，探测每个场所即时的冷热量需求，并在医院控制室建立特殊工艺性场所冷热负荷需求监控屏幕（即显示模块和服务控制器），将所采集的数据展示出来，供医院管理者观看。

4、 也可通过互联网和云服务方式，实现用户终端（手机、平板等）观测功能。

附图说明

图1为本发明的医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统的连接示意图；

图2为本发明的医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统同时供热供冷状模式的示意图；

图3为本发明的医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统单独供冷模式的示意图；

图4为本发明的医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统单独供热模式的示意图；

图5为本发明的冷热量探测装置的原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1~5所示，一种医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统，它包括冷水侧换热器1和至少一泵机组件；

冷水侧换热器1具有与空调冷水管路相连的两冷水接口13和至少一与泵机组件对应设置的介质口组，介质口组包括第一介质口11和第二介质口12；其中一冷水接口13接空调冷水管路中的回流水；另一冷水接口13输出空调制冷所需要的冷源；

泵机组件包括热水侧换热器2、四通阀3、压缩机4、储液罐5、辅助换热器6、第一节流装置7、第二节流装置8和生活热水换热器；其中，

热水侧换热器2具有第一换热介质口21、第二换热介质口22和与空调热水管路相连的两热水接口23；其中一热水接口23接空调热水管路的回流水，另外一热水接口23输出空调制热用的热源或生活热水换热用的热源；

生活热水换热器的两介质流动口与空调热水管路相连，生活热水换热器适于给生活用水换热形成生活热水供入生活热水管路中；

四通阀3包括四个连接口，四个连接口分别为第一连接口31、第二连接口32、第三连接口33和第四连接口34，四通阀3适于被动作以至少具有同时供热供冷状态、单独供冷状态和单独供热状态；当四通阀3被动作至同时供热供冷状态时，第二连接口32和第四连接口34连通，其余连接口不连通；当四通阀3被动作至单独供冷状态时，第二连接口32和第一连接口31相连通，其余连接口不连通；当四通阀3被动作至单独供热状态时，第二连接口32和第四连接口34相连通，并且第一连接口31和第三连接口33相连通，其余连接口不连通；

压缩机4具有压缩气体出口41和气体进口42；

储液罐5具有液体进口51和液体出口52；

辅助换热器6具有第一辅助介质口61和第二辅助介质口62；

第一辅助介质口61和第二换热介质口22相连通，第二辅助介质口62和第一连接口31相连通；

压缩气体出口41和第二连接口32相连通，气体进口42分别与第三连接口33和第二介质口12相连通；

液体进口51与第一辅助介质口61和第二换热介质口22之间的管路相连通，液体出口52与第二节流装置8连接后与第一介质口11相连；

第一节流装置7的一端与第一辅助介质口61和第二换热介质口22之间的管路相连通，第一节流装置7的另一端与液体出口52和第二节流装置8之间的管路相连通；

第一节流装置7适于在同时供热供冷状态和单独供冷状态时关闭以及在单独供热状态工作；

第二节流装置8适于在同时供热供冷状态和单独供冷状态时工作以及在单独供热状态时关闭。

具体地，如图1~4所示，辅助换热器6可以为风冷换热器。

如图1~4所示，第一节流装置7和第二节流装置8可以为电子膨胀阀，当然也可以为节流毛细管。

如图1~4所示，泵机组件设有两个，另外一个可以在热源不足的情况下，补足热量的缺口。

如图5所示，医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统还包括冷热量探测装置，冷热量探测装置包括：

设于空调冷水管路中各场所对应的各冷水支总管上并用于采集冷水流量的冷水流量探测器91；

设于空调热水管路中各场所对应的各热水支总管上并用于采集热水流量的热水流量探测器92；

服务控制器93，服务控制器93分别与冷水流量探测器91和热水流量探测器92相连，以接收冷水流量探测器91采集的冷水流量和/或热水流量探测器92采集的热水流量。

冷热量探测装置还包括与服务控制器93相连的显示模块94，显示模块94适于显示服务控制器93传送的相关信息，相关信息包括冷水流量和热水流量。

还包括与服务控制器93相连的用户终端94，用户终端94适于显示服务控制器93传送的相关信息，相关信息包括冷水流量和热水流量。在本实施例中，用户终端94可以是手机或平板等。

该医院特殊工艺环境全年冷热源供应系统的运行方法，运行方法包括三种运行模式：

当在同时供热供冷模式下：压缩机4压缩后的气体通过四通阀3进入热水侧换热器2中进行冷凝放热，跟空调热水管路中的回流介质换热形成供给空调热水管路的热源，气体冷凝后形成的液体经过储液罐5后再经过第二节流装置8节流降压后进入冷水侧换热器1蒸发吸热给空调冷水管路中的回流介质降温形成供给空调冷水管路的冷源，换热后的气体进入压缩机4进行压缩；其中，至少部分热源适于在生活热水换热器中跟生活热水管路中的回流水换热形成生活热水供入生活热水管路中；

当在单独供冷模式下：压缩机4压缩后的气体通过四通阀3进入辅助换热器6进行冷凝放热，冷凝后形成的液体经过储液罐5后再经过第二节流装置8节流降压后进入冷水侧换热器1蒸发吸热给空调冷水管路中的回流介质降温形成供给空调冷水管路的冷源，换热后的气体进入压缩机进行压缩；

当在单独供热模式下，压缩机4压缩后的气体通过四通阀3进入热水侧换热器2进行冷凝放热，跟空调热水管路中的回流介质换热形成供给空调热水管路的热源，气体冷凝后形成的液体经过储液罐5后再经过第一节流装置8节流降压后进入辅助换热器6蒸发吸热，换热后的气体再通过四通阀3进入压缩机4进行压缩；其中，至少部分热源适于在生活热水换热器中跟生活热水管路中的回流水换热形成生活热水供入生活热水管路中。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。