专利名称：变电站变压器功耗热量应用于空调系统的方法及该空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变电站变压器功耗热量应用于空调系统的方法及利用变电站变压器功耗热量的空调系统，具体地说，是利用变压器运行中铜损和铁损的致热能量，在夏季 时对站区空调系统新风进行除湿干燥，以降低空调系统制冷运行能耗；在冬季时作为热泵 空调机组的补充热源，以提高空调系统能效比(COP)的一机多用型废热利用方法和节能系 统。
背景技术：
变压器运行中因铜损和铁损造成的设备自身功耗损失约占变电功率0. 3 4%， 它们大部分由电能转变为热能，被冷却剂(风或变压器油)带出变压器本体而散失到大气 环境之中。冷却变压器线圈和磁芯之后排出的冷却剂油温度在45 80°C之间，属于低品位 的热量。夏季里，变电站不少室内工作场所需要依靠压缩式电力空调制冷，以携带走电气 设备运行时散发的热量，维持室内工作环境的温度和湿度。传统空调系统采用冷凝除湿的 方法，需要先把空气冷却到露点温度(低于室内送风温度)然后再热，引起了再热损失；其 次，为了提供较低的冷媒温度(冷水的温度通常为7°C )，制冷机不得不降低蒸发温度，因而 制冷机的效率也随着降低，出现这些问题的根本原因是空气的降温和除湿同时进行，由于 降温主要是承担围护结构传热负荷，解决显热问题，而除湿则主要是承担高湿新风和人体 蒸发产生的热湿负荷，解决潜热问题；两者过程特性有本质的差别。如按目前传统的处理方 法，将其放在一起解决，则使空调系统的能耗水平较高，能效比只能在较低的水平。目前常 见的风机盘管加新风系统的空调系统组成形式就是利用这样一种传统的处理方法。冬季里，变电站又有不少室内工作场所需要供热采暖；因此在变电站热泵空调 (机组)是常见的设备。热泵空调属于现有技术，它包括循环工质及以循环工质管相串联 的压缩机、室外换热器、热膨胀节流阀、室内换热器。在作制冷运行时，低温低压的循环工质 (制冷剂)气体被压缩机吸入后加压变成高温高压的制冷剂气体，高温高压的制冷剂气体 在室外换热器中放热(通过冷凝器冷凝)变成中温高压的液体(热量通过室外循环空气带 走)，中温高压的液体再经过热膨胀节流阀(节流部件)节流降压后变为低温低压的液体， 低温低压的液体制冷剂在室内换热器中吸热蒸发后变为低温低压的气体(室内空气经过 换热器表面被冷却降温，达到使室内温度下降的目的)，低温低压的制冷剂气体再被压缩机 吸入，如此循环。热泵空调在作制热运行时，通过二位四通电磁换向阀，进行逆卡诺循环，实 现制热。
发明内容
本发明提供一种把变电站变压器功耗热量应用于空调系统的方法，以利用变压器 设备的散热，降低空调系统能耗。
变电站变压器功耗热量应用于空调系统的方法，所述空调系统包括热泵空调，热泵空调包括循环工质及以循环工质管相串联的压缩机、室外换热器、热膨胀节流阀、室内换 热器，当热泵空调工作在制热模式时，以变压器运行中设备自身损耗功率致热的热能对循 环工质进行辅助加热。作为对上述方法的进一步改进，所述空调系统还包括把新风送入室内的送风机组，所述送风机组包括用于对新风进行除湿的、具有除湿液的溶液除湿系统；变压器运行中 设备自身损耗功率致热的热能还对除湿液进行加热。优选地，所述空调系统还包括用于对 除湿后的新风进行降温的蒸发器，蒸发器并联在室内换热器两端；当热泵空调工作在制冷 模式时，蒸发器对新风进行降温。作为对上述方法的进一步改进，变压器运行中设备自身损耗功率致热的热能为变压器油的热能。本发明同时提供了一种利用变电站变压器功耗热量的空调系统，所述空调系统包括热泵空调，热泵空调包括循环工质及以循环工质管相串联的压缩机、室外换热器、热膨胀 节流阀、室内换热器，连接在室外换热器上的两根循环工质管之间连通有辅助加热管，辅助 加热管串联在与变压器自身损耗功率致热的热能进行热交换的换热器中。对于上述的空调系统，它还包括把新风送入室内的送风机组，所述送风机组包括用于对新风进行除湿的、具有除湿液、除湿液管的溶液除湿系统；除湿液管也串联在上述换 热器中。最好，它还包括用于对除湿后的新风进行降温的蒸发器，蒸发器并联在室内换热器 两端。对于上述的空调系统，变压器自身损耗功率致热的热能变压器油的热能；所述的换热器为表面式换热器。表面式换热器属于现有技术，它的原理是让热媒或冷媒流过金属 管道内腔，而要需要与热媒或冷媒进行热交换的介质流过金属管道外壁进行热交换来达到 加热或冷却介质的目的。本空调系统，夏季里，采用将空气除湿和降温两个过程分开独立进行，以变压器设备散出的低品位热量为溶液除湿系统驱动的热源实现除湿循环，从而不仅大大地降低了传 统电压缩制冷系统中用于除湿热负荷的系统能耗，而且可提高冷水机组的能效比(COP)水 平。冬季里，采用换热器将变压器设备散出的低品位热量作为热泵空调机组的补充热源，将 低温热量加入空调机组的循环工质，并泵入室内供采暖使用；从而大大降低了热泵空调机 组供暖的电量消耗水平。本发明的有益效果是，夏季里新风除湿系统中用于加热蒸发水分的热源，和冬季里热泵空调机组供热的补充热源都是变压器运行中产生的功率自损热量，这部分热量原本 是要被排入大气环境，作为设备运行的一个自身损耗的部分处理的。本发明将之利用来除 湿和供暖，不仅实现了低温低品位的热能的有效利用，而且大大节省了热泵空调系统中用 于处理除湿潜热负荷和供暖所消耗的电能。其次，由于除湿问题的解决，使得用于保持室内环境温度的电压缩制冷机组提供的冷源温度水平无须像传统空调那样先降至一个能使新风空气中水分能够结露凝结分离 的低温(一般约7 V )，然后再升至人体舒适的温度水平(一般为18-20°C )。这样一个再 热过程须消耗大量电能。本系统只要提供18-20°C的冷水就可以维持住夏季室内环境温度 水平，比起须提供7°C冷媒的机组运行的能效比(COP)将有很大的提高。
因此，本发明提供的不仅是一个在变电生产过程中，使电能可以得到多层次梯级 合理利用的新方法；而且，也是一个除湿、空调和供暖诸系统分离的高效新型空气调节系 统。
图1是利用变电站变压器功耗热量的空调系统示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。参见图1所示利用变电站变压器功耗热量的空调系统，所述空调系统包括热泵空 调和把新风送入室内的送风机组8。热泵空调包括循环工质(未示出)及以循环工质管相串联的压缩机(循环泵)11、 室外换热器10、热膨胀节流阀15、室内换热器12。辅助加热管17的两端通过两个四通阀 16与连接在室外换热器上的两根循环工质管连通，辅助加热管17穿过壳管式热交换器3。 串联在与变压器自身损耗功率致热的热能进行热交换的换热器中。送风机组8包括用于对新风进行除湿的、具有除湿液(未示出)、除湿液管18的溶 液除湿系统。溶液除湿系统属于现有技术，不详细描述。除湿液管18上串联有稀溶液储罐 4、稀溶液泵6、浓溶液罐5、浓溶液泵7。在稀溶液泵6与浓溶液罐5之间的除湿液管18穿 过壳管式热交换器3。 蒸发器9通过循环工质管并联在室内换热器12的两端，蒸发器9设置在把除湿后 的新风送入室内的送风管道内，用于对除湿后的新风进行降温。用于冷却变压器1的变压器油(未示出)通过变压器油管19与壳管式热交换器 3相接。变压器油管19上串联有强制循环油泵2。变压器1自身损耗功率致热的热能使得 变压器油升温。壳管式热交换器是一种表面式换热器，传递热量的两种介质，一种在管内，另一种 在管外壳体内，通过管壁进行热量传递。本发明中，变压器油即流经壳管式热交换器3的管 外壳体内。下面描述其工作过程。夏季除湿子系统工作原理由变压器1出来的高温变压器油，经强制循环油泵2打 入壳管式热交换器3的管程内，将变压器油的热量传给除湿液，变压器油降温之后返回变 压器。在壳管式热交换器中被加热浓缩的浓除湿液，依靠浓溶液泵7进入新风机组8，在新 风机组内浓除湿液与高湿度新风相遇，吸附新风中的水蒸气变成稀除湿液沉下并被收集返 回稀溶液储罐4。根据新风机组除湿负荷需要，稀除湿液被稀溶液泵6又泵入经壳管式热交 换器3的管程被加热浓缩，再生后成为浓除湿液储入浓溶液罐5进入第二次循环。而被吸 附了水分的新风(干空气)经室外换热器(这时作为冷凝器用)10送来的循环工质在蒸发 器9中冷却降温至室内温度后进入房间13。夏季热泵空气温度调节子系统工作原理热泵空调工作在制冷模式，由热泵空调 机组来的低温循环工质经室外换热器(这时作为冷凝器用)10和压缩机11被泵入室内换 热器(这时作为蒸发器用)12和蒸发器9 ；完成对房间13内的空气降温调节功能，被室内空气加热后的循环工质再被送回室外换热器10重新制冷后，进入第二次循环。此时，制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。由上述除湿子系统和空气温度调节子系统共同完成对房间13室内空气的降温、 保湿的人工空气调节。冬季热泵空调供暖系统工作原理热泵空调工作在制热模式，高温循环工质经室 外换热器(这时作为蒸发器用)10和压缩机11被泵入室内换热器(这时作为冷凝器用)12， 向室内排放出热量而冷却成高压液体，再到热膨胀节流阀15进行节流膨胀成低压液体进 入室外换热器(这时作为蒸发器用)10蒸发成低压蒸汽，在蒸发过程中吸收变压器油中的 热量后，低压蒸汽又进入压缩机压缩成高压高温循环工质，如此循环不已。此时，供热环境 需要的热水在冷凝器中获得。而低压制冷剂蒸汽所需汲取的热量则由变压器出来的高温油 提供，由变压器1出来的高温油，经强制循环油泵2打入壳管式热交换器3内，将热量传给 低压制冷剂蒸汽，变压器油被降温之后返回变压器。在夏季，本发明将空调系统的新风除湿和干空气降温两个过程分开。高湿度的新 风在进入室内之前须先经过以除湿液为除湿剂的溶液除湿系统的除湿干燥。以吸湿性很强 的溶液为除湿剂在壳管式热交换器中被变压器来的65°C 80°C的变压器油加热浓缩成浓 除湿液后，与大气环境中来的高湿度的新风相遇；吸附其大部分水分淡释为稀除湿液而排 向壳管式热交换器中被加热再生。而干燥后的新风，在依靠水分蒸发释放出湿潜热之后，再 经电力压缩空调制冷机组送来的循环工质冷却降低温度至室内气温水平，放出空气显热之 后，被引入室内，由此独立的溶液除湿子系统完成了对新风的除湿调温过程。而室内干燥的空气的温度调节，则由热泵空调机组制冷回路组成的另一子系统来 完成。由于室内空气相对夏季大气环境里的空气湿度水平要低许多，可谓之干空气，此时本 子系统只须将室温降至适宜的工作温度水平，解决降温显热的冷却问题，而无须像传统空 调系统那样兼顾除湿的任务，因此能耗水平大幅下降。本发明在冬季里，可将热泵空调机组循环工质引入壳管式热交换器进行补充热量 的处理，使循环工质被加热升温，汲取并携带变压器高温变压器油(在冬季约45 60°C ) 中的部分热量，并将其通过电力热泵机组压缩送入室内供暖。因为空调机组在供暖模式下 利用了这部分本应排入大气环境之中的生产废热而大幅降低了其运行电耗。由上述溶液除湿子系统与热泵空调机组制冷模式运行的子系统，以及低温补充热 源与热泵空调机组的供热模式运行的子系统等多套子系统组合形成的、能够以多种方式运 行的高效空调系统整体即本发明提供的新型空调系统。这些系统之间的主要联系，一是在 夏季被除湿的新风将由热泵空调机组制冷系统提供的一小部分冷源分支形成的气水热交 换器冷却降温后再进入室内；二是在冬季热泵空调机组切换成供热运行模式后，空调系统 循环工质须与多功能热交换器联系，形成一个补充热源。
权利要求
变电站变压器功耗热量应用于空调系统的方法，所述空调系统包括热泵空调，热泵空调包括循环工质及以循环工质管相串联的压缩机、室外换热器、热膨胀节流阀、室内换热器，其特征是当热泵空调工作在制热模式时，以变压器运行中设备自身损耗功率致热的热能对循环工质进行辅助加热。
2.如权利要求1所述的方法，所述空调系统还包括把新风送入室内的送风机组，所述送风机组包括用于对新风进行除湿的、具有除湿液的溶液除湿系统；其特征是变压器运 行中设备自身损耗功率致热的热能还对除湿液进行加热。
3.如权利要求2所述的方法，所述空调系统还包括用于对除湿后的新风进行降温的蒸发器，蒸发器并联在室内换热器两端；其特征是当热泵空调工作在制冷模式时，蒸发器对 新风进行降温。
4.如权利要求1-3所述的任一方法，其特征是变压器运行中设备自身损耗功率致热的热能为变压器油的热能。
5.利用变电站变压器功耗热量的空调系统，所述空调系统包括热泵空调，热泵空调包括循环工质及以循环工质管相串联的压缩机、室外换热器、热膨胀节流阀、室内换热器，其 特征是连接在室外换热器上的两根循环工质管之间连通有辅助加热管，辅助加热管串联 在与变压器自身损耗功率致热的热能进行热交换的换热器中。
6.如权利要求5所述的空调系统，它还包括把新风送入室内的送风机组，所述送风机组包括用于对新风进行除湿的、具有除湿液、除湿液管的溶液除湿系统；其特征是除湿液 管也串联在上述换热器中。
7.如权利要求6所述的空调系统，其特征是它还包括用于对除湿后的新风进行降温的蒸发器，蒸发器并联在室内换热器两端。
8.如权利要求5-7所述的任一空调系统，其特征是变压器自身损耗功率致热的热能变压器油的热能；所述的换热器为表面式换热器。
全文摘要
本发明提供一种把变电站变压器功耗热量应用于空调系统及相应的空调系统，以利用变压器设备的散热，降低空调系统能耗。所述空调系统包括热泵空调，热泵空调包括循环工质及以循环工质管相串联的压缩机、室外换热器、热膨胀节流阀、室内换热器，当热泵空调工作在制热模式时，以变压器运行中设备自身损耗功率致热的热能对循环工质进行辅助加热。
文档编号F24F5/00GK101799194SQ201010103780
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者杨亚平 申请人:东南大学