存储源和级联热泵系统的制作方法

1.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。


背景技术：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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)。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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存储回路过程流体吸收能量，并且向加热过程流体提供能量，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；和在一个或多个加热盘管处向所述被调节空间排出能量。以所述加热及冷却模式操作包括：操作所述热系统以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；在所述一个或多个加热盘管处向所述被调节空间排出能量；在所述存储回路过程流体与冷却过程流体之间交换热量；和在一个或多个冷却盘管处从所述被调节空间吸收能量至所述冷却过程流体。以所述能量存储模式操作包括：在所述存储回路过程流体与所述冷却过程流体之间交换热量，其中所述冷却过程流体在所述一个或多个冷却盘管处从所述被调节空间吸收能量，并且在所述一个或多个储热罐处向所述储热材料排出热量。该方法还包括操作热泵以从源吸收能量，以及将从所述源吸收的能量提供至所述一个或多个储热罐。
20.在一实施例中，操作所述热泵使得所述热泵处的离开温度为60
°
f或更低。在一实施例中，操作所述热泵使得所述热泵处的离开温度介于35
°
f与45
°
f之间。
21.在一实施例中，所述方法还包括通过从来自所述被调节空间的废水吸收能量、或从太阳能收集器吸收能量中的一种或多种，来向所述储热罐添加能量。
22.在一实施例中，操作所述热泵与以所述加热模式、所述加热及冷却模式或所述能量存储模式中的一种进行操作同时地执行。
23.在一实施例中，操作所述热泵是基于能量的可用性和所述储热罐的容量来执行的。
24.在一实施例中，将从所述源吸收的能量仅提供至所述储热罐。
25.在一实施例中，操作所述热泵将从所述源吸收的能量添加到所述存储回路过程流体的至少一部分。
26.在一实施例中，操作所述热泵将从所述源吸收的能量添加到源回路过程流体，并且向所述一个或多个储热罐提供能量包括在所述源回路过程流体与所述储热材料之间交换热量。
附图说明
27.图1示出了根据实施例的存储源热泵系统的示意图。
28.图2示出了处于加热模式的图1的存储源热泵系统的示意图。
29.图3示出了处于加热及冷却模式的图1的存储源热泵系统的示意图。
30.图4示出了处于能量存储模式的图1的存储源热泵系统的示意图。
31.图5示出了处于冷却模式的图1的存储源热泵系统的示意图。
32.图6示出了处于能量排出模式的存储源热泵系统的示意图。
具体实施方式
33.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。
34.图1示出了根据实施例的存储源热泵系统的示意图。存储源热泵系统100包括热系统102、存储流体回路104、加热流体回路106和冷却流体回路108。存储源热泵系统100可以被用作用于被调节空间(例如，建筑物)的hvacr系统。
35.热系统102是被构造成从存储流体回路104中的流体吸收能量并且向加热流体回路106的流体提供能量的系统。热系统102可以是例如热回收制冷机系统。热系统102可以使用蒸气压缩循环来在一个位置(例如，存储流体回路104)处吸收能量并且在另一位置(例如，加热流体回路106)处排出能量。热系统102可以包括一个或多个工作流体回路。工作流体回路可以分别包括：一个或多个压缩机，该一个或多个压缩机用于压缩工作流体(例如，制冷剂)；第一热交换器，在该第一热交换器处，向加热流体回路106的流体提供能量；膨胀器；和第二热交换器，在该第二热交换器处，从存储流体回路104的流体吸收能量。作为非限制性示例，该一个或多个压缩机可以包括螺杆压缩机、涡旋压缩机或离心压缩机中的任一个。可以基于用于调节具体的空间的要求，诸如建筑物的尺寸、环境温度的典型范围等，来选择该热系统102的容量。容量可以基于最高需求下的高峰负载，诸如夏季午后的制冷、冬季早晨的加热等。
36.存储流体回路104是被构造成使存储回路过程流体循环的流体回路。存储流体回路104包括一个或多个储热罐110、旁通管线112、热交换器114和一个或多个泵116。
37.储热罐110是分别容纳有储热材料的一个或多个罐。在一实施例中，储热材料可以是相变材料。相变材料可以是在已知温度下具有相转变(例如，液体到固体)的任何合适的材料，其适合于在典型的系统操作条件下存储和释放能量。在一实施例中，储热材料包含水。在一实施例中，储热材料是水。在一实施例中，储热罐110是分层的冷冻水罐。储热罐110中的每个储热罐被构造成允许在该储热罐中所容纳的储热材料与正在通过存储流体回路104循环的存储回路过程流体中的至少一些存储回路过程流体之间进行能量交换。相对于通过存储流体回路104的存储回路过程流体的流而言，储热罐110可以是串联的或彼此并联的。可以基于预期的建筑物需求和正在使用的具体的储热材料的储热容量(例如，凝固该储热材料的潜能)，来设置储热罐110的尺寸。在一实施例中，储热罐110可以被储热旁通管线156旁通，可以通过储热旁通阀158控制通过该储热旁通管线156的流量。储热罐110可以进一步被构造成从温度高于储热材料温度的源捕获能量，例如通过从废水流吸收能量、从低温太阳能收集器接收能量、在环境温度高于相变温度时借助于热交换器从环境空气吸收能量，或者从温度高于储热材料温度的任何其他合适的潜在能量源吸收能量来捕获能量。可以借助于能量从较高温度到较低温度的自然流动来被动地吸收这些源中的能量。在一实施例中，当储热材料是相变材料时，源可以是温度高于储热材料的相变温度的任何合适的源。
38.旁通管线112是被构造成将存储回路过程流体在不行进通过热交换器114的情况下从储热罐110输送到泵116的流体管线。可以通过一个或多个阀118控制流向或流动通过旁通管线112的流，该一个或多个阀118例如是位于旁通管线112分叉处以旁通热交换器114
的三通阀、或一个或多个普通阀，诸如沿着旁通管线112的阀、和/或位于旁通管线112分流处与热交换器114之间的阀。因此，旁通管线112可以选择性地被包括在存储流体回路104中、或被排除在存储流体回路104之外。当存储源热泵系统100不提供冷却时，可以使用旁通管线112以旁通热交换器114。当存储源热泵系统100提供冷却时，可以将旁通管线112从存储流体回路排除，从而使得存储回路过程流体在热交换器114处进入并且在该热交换器114处吸收能量。
39.热交换器114是允许在存储回路过程流体与通过冷却流体回路108循环的冷却回路过程流体之间进行能量交换的热交换器。在热交换器114处，行进通过该热交换器114的存储回路过程流体从冷却回路过程流体吸收能量。基于存储源热泵系统的操作模式，可以通过阀118和旁通管线112将热交换器114选择性地包括在存储流体回路104中或从存储流体回路104排除。
40.泵116是被构造成驱动存储回路过程流体流动通过存储流体回路104的一个或多个泵。相对于通过存储流体回路104的流而言，泵116可以是串联的或并联的。可以选择泵116的数量和尺寸以满足具体的存储源热泵系统的流量需求。在一实施例中，泵116可以提供可变的流率。在该实施例中，可以基于存储源热泵系统100的操作条件，诸如操作模式、负载、和/或用于设定通过存储流体回路104的流率的任何其他合适的基础，来改变流率。
41.在一实施例中，存储回路过程流体可以是在高于和低于储热罐110中的储热材料进行相变的温度这两种情况下均维持处于流体状态的流体。在一实施例中，存储回路过程流体可以是与储热材料主要不同或完全不同的材料。例如，当储热材料是水时，存储回路过程流体可以是乙二醇。在一些实施例中，存储回路过程流体可以是主要与储热材料相同的材料，但是该材料被处理成将该材料的凝固点改变为低于储热材料的凝固点。例如，存储回路过程流体可以是如下的水：该水用其他材料处理过或与其他材料混合以将该水的凝固点降低到低于被用作储热罐110中的储热材料的水的凝固点。在一实施例中，储热罐110可以进一步被构造成从处于用于向储热材料增加能量的合适温度的任何其他源吸收能量。此类源的示例包括建筑物废水、热收集器，诸如太阳能收集器等。
42.加热流体回路106是被构造成使加热过程流体循环的流体回路。加热流体回路106包括泵120、任选的热交换器旁通管线122和热交换器旁通阀124、热交换器126、任选的冷却塔旁通管线128和冷却塔旁通阀130、以及冷却塔132。热交换器126与加热系统134交换能量，该加热系统134包括一个或多个泵136和位于被调节空间中的一个或多个加热盘管138。
43.泵120是被构造成驱动该加热过程流体流动通过加热流体回路106的一个或多个泵。相对于通过加热流体回路106的流而言，泵120可以是串联的或并联的。可以选择泵120的数量和尺寸以满足具体的存储源热泵系统100的流量需求。在一实施例中，泵120可以提供可变的流率。在该实施例中，可以基于存储源热泵系统100的操作条件，诸如加热需求、来自热系统102的热输出、和/或用于设定通过加热流体回路106的流率的任何其他合适的基础，来改变流率。
44.热交换器旁通管线122是与热交换器126并联的流体管线，从而允许该热交换器126被通过加热流体回路106循环的加热过程流体所旁通。热交换器旁通阀124可以是控制通过热交换器旁通管线122和热交换器126中的一个或两者的流量的一个或多个阀。在一实施例中，热交换器旁通阀124是三通阀。在一实施例中，热交换器旁通阀124可以替代地是分
别控制流向热交换器126和流向热交换器旁通管线122的流的分离的双向阀。
45.热交换器126是被构造成允许加热过程流体向在加热系统134中循环的流体提供能量的热交换器。然后，加热系统134可以将其自身的流体循环到一个或多个加热盘管138。加热盘管138可以分布在被调节空间中。可以设置阀160以控制通过各个加热盘管138或加热盘管的组的流量。流向所述加热盘管138中的每个加热盘管的流量可以被控制，例如基于所述加热盘管138中的每个加热盘管处或附近的局部温度和/或温度设定点、或一组加热盘管处或附近的局部温度和/或温度设定点。从热交换器126通过加热系统134流到加热盘管138并返回的流可以被加热系统134中所包括的一个或多个泵136驱动。可以基于加热需求来选择和/或操作该一个或多个泵。因此，加热流体回路106可以通过向加热系统134提供能量来向加热盘管138提供能量。
46.加热流体回路106可以进一步包括冷却塔132。冷却塔旁通管线128是与冷却塔132并联的流体管线，并且该冷却塔旁通管线128可以允许流体在不行进通过冷却塔132的情况下循环通过加热流体回路106。冷却塔旁通阀130可以是控制通过冷却塔旁通管线128和冷却塔132中的一个或两者的流量的一个或多个阀。在加热过程流体循环通过加热流体回路时，冷却塔旁通阀130和冷却塔旁通管线128允许将冷却塔132选择性地包括在加热过程流体的流动路径中或从该加热过程流体的流动路径排除。冷却塔旁通阀130可以包括例如三通阀、两个或更多个双向阀、或用于将流引导至冷却塔132或引导至冷却塔旁通管线128的任何其他合适的流量控制装置。冷却塔132包括被构造成使得加热过程流体可以向周围环境提供能量的一个或多个热交换器。在一实施例中，冷却塔132可以包括一个或多个风扇，并且周围环境可以是由该一个或多个风扇驱动通过冷却塔132的空气。冷却塔132可以允许加热过程流体在不向被调节空间增加能量的情况下释放能量。这可以用于存储源热泵系统100的一些操作模式，例如在能量排出模式期间，其中操作该热系统102以凝固储热罐110中的储热材料，但是此时在被调节空间中没有加热需求时，例如在夏季操作期间。
47.冷却流体回路108是被构造成使冷却过程流体循环的流体回路。冷却流体回路包括泵140和位于被调节空间中的一个或多个冷却盘管142。冷却流体回路还包括热交换器114的与存储回路过程流体行进通过的热交换器114的一侧相对的一侧。
48.泵140是被构造成驱动冷却过程流体流动通过冷却流体回路108的一个或多个泵。相对于通过冷却流体回路108的流而言，泵140可以是串联的或并联的。可以选择泵140的数量和尺寸以满足具体的冷却流体回路108的流量需求。在一实施例中，泵140可以提供可变的流率。在该实施例中，可以基于存储源热泵系统100的操作条件，诸如冷却负载、和/或用于设定通过冷却流体回路108的流率的任何其他合适的基础，来改变流率。
49.在热交换器114处，冷却过程流体向存储回路过程流体提供能量。冷却过程流体通过冷却流体回路108行进到一个或多个冷却盘管142，在该一个或多个冷却盘管142处，冷却过程流体从被调节空间吸收能量以提供冷却。可以基于局部温度、被调节空间的不同部分的不同冷却设定点等，来控制到每个冷却盘管142的冷却过程流体的流量。可以使用阀162来控制通过各个冷却盘管142或冷却盘管的组的流量。到每个冷却盘管142的冷却过程流体的流量可以根据用于控制冷冻水冷却系统中的流量的任何合适方法来进行。
50.在存储源热泵系统100中可以包括空气源热泵回路144。空气源热泵回路144包括空气源热泵146、泵148和阀150。空气源热泵回路144被构造成从周围环境吸收能量并且将
所吸收的热提供给储热罐110。在一实施例中，空气源热泵回路144被构造成仅与空气源热泵146处的周围环境以及与储热装置罐110交换热量。在一实施例中，空气源热泵146可以用使用任何合适源的热泵替换，从该合适源可以吸收能量，该能量对于存储源热泵系统100被安装到其中的环境中使用时是可用的。在一实施例中，空气源热泵146可以替代地是例如地源热泵。在一实施例中，空气源热泵回路144不与加热流体回路106或冷却流体回路108的任何部件交换热量。在一实施例中，空气源热泵回路144被构造成使存储回路过程流体的至少一部分进行循环，并且能够选择性地被包括在存储流体回路104中。在一实施例中，空气源热泵回路是单独的回路，该单独的回路被构造成使其自身的过程流体循环以从空气源热泵146吸收能量并且仅将所吸收的能量排出到储热罐110处的储热材料。在一实施例中，空气源热泵回路144不直接允许与加热过程流体或冷却过程流体进行能量交换。通过热泵146从周围环境吸收能量，并且该能量被提供给用于将能量输送到储热罐110的流体。泵148可以是被构造成驱动用于将热量输送到储热罐110的流体的流的一个或多个泵。设置阀150，以允许例如基于存储源热泵系统100的操作模式，来使空气源热泵回路144选择性地包括向储热罐110提供能量或排除向储热罐110提供能量。例如当空气源热泵146没有被操作时，可以关闭阀150，以使空气源热泵回路144与储热罐110隔离。在需要时，可以打开阀150以允许流体行进通过空气源热泵回路，从而允许与储热罐110进行能量交换，使得在空气源热泵146处吸收的能量可以添加到储热罐110。
51.可以选择性地操作空气源热泵回路144，例如基于存储源热泵系统100是否被用于加热被调节空间、冷却被调节空间、或加热及冷却被调节空间、电力的可用性和/或成本、储热罐110中的当前容量水平和/或期望的容量水平、和/或其他此类因素中的一个或多者。在一实施例中，可以基于对可用电力的限制或能量阈值、以及基于被调节空间的需求在加热、或加热及冷却模式中操作所需的电力，来确定电力的可用性。在一实施例中，例如，在存在对高峰与非高峰能源消耗的动态定价的情况下，可以考虑能源成本。在该实施例中，可以部分地确定空气源热泵回路144的操作以增加在非高峰条件期间发生的能量消耗的比例。在一实施例中，空气源热泵回路144的操作可以被安排为将用于存储源热泵系统100的能量需求从高峰能量消耗时段转移开并且转移到非高峰时段。在一实施例中，期望的容量可以基于预测的环境条件，诸如温度和/或太阳能预测。在一实施例中，期望的容量可以基于历史需求数据。在一实施例中，期望的容量可以基于预定的时间段，诸如一天或多天或数周。可以控制空气源热泵回路144的操作，以便在储热罐110正在为存储源热泵系统100的即将到来的操作存储足够量的能量时，停止操作并且因此不消耗电力。在一实施例中，通过添加空气源热泵146和添加适当的管道以允许来自空气源热泵146的流体与系统的储热罐交换热量，可以将空气源热泵回路144安装到现有系统中作为该现有系统的电气化改造的一部分。
52.可以操作空气源热泵146以将能量泵送到接近储热罐110中的储热材料的相变温度的流体中。空气源热泵146可以在如下热泵回路中，该热泵回路包括：压缩机，该压缩机用于压缩空气源热泵工作流体；第一热交换器，该第一热交换器用于在空气源热泵工作流体与在其中泵送能量的流体之间交换热量；膨胀器；以及第二热交换器，该第二热交换器用于在空气源热泵工作流体与周围环境之间交换热量。空气源热泵146可以以离开流体温度操作，该离开流体温度不足以直接向被调节空间提供加热。在一实施例中，当空气源热泵146操作以加热流体时来自空气源热泵146的离开流体温度可以是60
°
f或更低。在一实施例中，
当空气源热泵146操作以加热流体时来自空气源热泵146的离开流体温度可以是50
°
f或更低。在一实施例中，当空气源热泵操作以加热流体时来自空气源热泵146的离开流体温度可以在大约40
°
f与45
°
f之间。通过将能量泵送到处于这样的相对低的温度的流体，即使在环境空气的低温下也可以有效地操作空气源热泵144。在一实施例中，可以反向操作空气源热泵146，使得该空气源热泵146从流体吸收能量并且将能量排出到源。可以以反向模式操作空气源热泵146，以准备用于高冷却需求时期的储热罐110或支持冷却操作期间的存储源热泵系统100。应当理解，空气源热泵146可以使用基于建筑物位置、配置、当地法规等可用的任何其他合适源的热泵替换，所述热泵例如是地源热泵、使用含水层作为源的热泵，等。
53.在一实施例中，存储源热泵系统100可以进一步包括一个或多个专用室外空气系统(doas)盘管152。doas盘管152可以被包括在存储流体回路104中，从而允许在存储回路过程流体与用于调节空间的潜在负载(例如，潜冷负载)之间进行能量交换。在一实施例中，潜冷负载用于对被调节空间中的空气或正在被供应到被调节空间的空气进行除湿。在使用doas盘管152来满足潜冷负载的实施例中，可以以相对较高的温度操作冷却流体回路108，从而允许将温度维持在用于提供冷却的相对更有效的水平以满足显性负载(即，调整被调节空间内的实际温度)。可以使用一个或多个阀154来控制流向存储流体回路104的包括doas盘管152的部分的流量。通过一个或多个泵164可以至少部分地驱动通过存储流体回路的该部分的流。
54.图2示出了处于加热模式的图1的存储源热泵系统的示意图。在图2所示的加热模式中，操作热系统102以使得该热系统102将热量排出到在加热流体回路106中循环的加热过程流体，并且从在存储流体回路104中循环的存储回路过程流体吸收能量。在存储流体回路104中，存储流体回路在储热罐110处吸收能量，使得储热材料固化。当存储回路过程流体开始与储热罐110处的储热材料交换能量时，该存储回路过程流体可以处于低于储热材料的凝固点的温度，例如在存储回路过程流体进入储热罐110时处于25
°
f或大约25
°
f，以便通过凝固储热材料中的一些储热材料来吸收能量。在加热流体回路106中，加热过程流体在热系统102与热交换器126之间循环。使用冷却塔旁通管线128和冷却塔旁通阀130，使加热流体回路排除冷却塔132，从而避免将流体循环到冷却塔132。在热交换器126处，加热过程流体向加热系统134的流体提供能量，然后该加热系统134的流体通过在加热盘管138处将能量排出到被调节空间来加热该空间。在加热模式中，热系统102因此充当热泵，从而通过固化储热材料而将所存储的能量泵送出储热罐110，其中该能量被泵送到加热过程流体中，进而该加热过程流体被用于向加热盘管138提供热，并因此向被调节空间提供热。
55.加热模式还可以任选地包括对空气源热泵回路144的操作，以向储热罐110添加热或减少从储热罐110吸收热。当操作空气源热泵回路144时，空气源热泵146操作以从源吸收能量，并且将能量提供至与储热罐110交换能量的流体(例如，存储回路过程流体)。可以操作空气源热泵以提供温度高于储热材料的凝固点的流体。流体的温度可以是基于源的温度而容易达到的温度，例如在被提供给储热罐110时处于42
°
f或大约42
°
f。在一实施例中，流体是存储回路过程流体，并且在与储热罐110进行热交换之前，该流体与来自热系统102的存储回路过程流体混合。在一实施例中，图2中所示的加热模式可以包括当加热模式不是全系统能量消耗时的空气源热泵回路144的操作。
56.在图2所示的仅加热模式中，冷却回路108是不活动的，其中热交换器114在存储流
体回路104中被旁通。如果任选的doas盘管152作为系统的一部分存在，则该任选的doas盘管152在操作中也被排除在存储流体回路104之外。
57.图3示出了处于加热及冷却模式的图1的存储源热泵系统的示意图。在图3所示的加热及冷却模式中，热系统102从存储流体回路104吸收能量，并且将能量提供给加热流体回路106。在存储流体回路104中，包括热交换器114，从而允许存储回路过程流体从冷却流体回路108中的冷却过程流体以及从储热罐110中的储热材料吸收能量。通过储热罐110和热交换器114的流量均可以被控制，以确保在热系统102的入口处提供适当的温度的同时满足冷却需求，以便在满足加热需求的同时有效地操作。
58.图3中所示的加热及冷却模式还可以任选地包括空气源热泵回路144的操作以向储热罐110添加能量或降低从储热罐110吸收能量的速率。当操作空气源热泵回路144时，空气源热泵146操作以从源吸收能量，并且将能量提供给与储热罐110交换能量的流体(例如，存储回路过程流体)。可以操作空气源热泵以提供温度高于储热材料的凝固点的流体。流体的温度可以是基于源的温度而容易达到的温度，例如在被提供给储热罐110时处于42
°
f或大约42
°
f。在一实施例中，流体是存储回路过程流体，并且在与储热罐110交换能量之前，该流体与来自热系统102的存储回路过程流体混合。在图3所示的加热及冷却模式中，可以从存储流体回路104的操作中排除任选的doas盘管152。如在图2所示和上文所述的加热模式中，可以从冷却流体回路106的操作中排除冷却塔132，使得由加热过程流体吸收的能量主要在热交换器126处被排出。
59.在加热及冷却模式中，仅被选择的加热盘管138和冷却盘管142可以被用于分别向被调节空间提供加热及冷却。在一实施例中，由于建筑物的热特性、不同区域的活动、或在被调节空间内的不同点处需要加热及冷却两者的任何其他合适的原因，加热需求和冷却需求可以同时发生。对活动的加热盘管138和冷却盘管142和/或流向这些盘管的流量的选择可以基于在相应的加热盘管138和/或冷却盘管142中的每个盘管处或附近的相关的加热或冷却。例如，靠近建筑物中心的冷却盘管142可以用于解决这些位置的制冷需求，而位于或靠近建筑物外围的加热盘管可以用于解决这些区域的加热需求。在一实施例中，可以由于局部温度设定点的差异，例如在被调节空间的不同部分中的不同恒温器设定，同时地执行加热及冷却。在加热及冷却模式中，被排出到冷却过程流体的能量可以用于支持热系统102处的加热过程流体的加热，和/或通过支持储热材料的熔化而将该能量存储在储热罐110中。在一实施例中，在加热及冷却模式中，不使用诸如冷却塔132之类的冷却塔来向被调节空间提供冷却。
60.图4示出了处于能量存储模式的图1的存储源热泵系统的示意图。图4中所示的能量存储模式可以包括在冬季期间或在可能有加热需求的其他时期期间进行冷却，并且因此期望将能量作为液态水存储在储热罐110中。在图4所示的能量存储模式中，存储流体回路包括热交换器114和储热罐110，使得存储回路过程流体在热交换器114处吸收能量，并且向储热罐110提供能量。存储回路过程流体可以高于储热罐110中的储热材料的凝固点。可以基于排放要求、用于热系统102的关停-启动程序等，来停用或操作热系统102。在图4所示的能量存储模式中，加热流体回路106是不活动的。
61.在图4所示的能量存储模式中，通过空气源热泵系统144的操作可以进一步支持通过熔化储热材料来在储热罐110中存储能量。当操作空气源热泵回路144时，空气源热泵146
操作以从源吸收能量，并且将能量提供至与储热罐110交换能量的流体(例如，存储回路过程流体)。可以操作空气源热泵以提供温度高于储热材料的凝固点的流体。该流体的温度可以是基于源的温度而容易达到的温度，例如在被提供给储热罐110时处于42
°
f或大约42
°
f。在一实施例中，流体是存储回路过程流体，并且在与储热罐110进行能量交换之前，该流体与来自热交换器114的存储回路过程流体混合。
62.当处于图4所示的能量存储模式时，通过依靠储热来满足冷却需求，而不是使用冷却塔，在被调节空间内所产生的废弃能量可以被存储在储热罐110中以备后续的加热操作，而不是仅仅排放到周围环境中。此外，例如基于预定时间段(例如，第二天或下周)期间的预期需求，可以控制空气源热泵系统146的操作以向储热罐110添加已知量的能量。通过在已经满足能量目标时停用空气源热泵系统146，这可以防止空气源热泵系统146的过度操作并且节省能量。在一实施例中，基于添加到储热罐110的所需量的能量和影响将该能量添加到储热罐的成本或效率的参数，诸如所预测的随着时间的环境温度、包括对于电力的动态速率调整的速率信息、添加所需量的能量所需要的时间等，可以优化空气源热泵系统146的操作时间。
63.图5示出了处于冷却模式的图1的存储源热泵系统的示意图。在图5中所示的冷却模式可以包括在夏季期间或对于存储源热泵系统100来说冷却是主要需求的其他时期期间的冷却，其中可以使用储热罐110中的固体储热材料(例如，冰)来满足冷却需求或补充冷却容量。当处于图5所示的冷却模式时，热系统102可以操作以从存储流体回路104中的存储回路过程流体吸收能量，并且将能量排出到加热流体回路106。在加热流体回路106中，冷却塔132是活动的，从而接收将能量排出到周围环境的加热过程流体，同时借助于旁通管线122和旁通阀124而旁通热交换器126。因此，加热系统134不从加热流体回路106接收能量。在存储流体回路104中，包括热交换器114。取决于储热罐110中的储热材料的状态，当储热罐110容纳有冰时，也可以包括该储热罐110，冰可以为存储回路过程流体提供进一步的冷却。在图5所示的冷却操作中的至少一些冷却操作中，当存储回路过程流体到达储热罐110时，该存储回路过程流体的温度可以高于储热材料的凝固点。在热交换器114处，存储回路过程流体从冷却回路108的冷却过程流体吸收能量。存储回路过程流体在热系统102处具有从冷却过程流体的吸收的能量，并且还可以具有在储热罐110处吸收的能量。可以设定热系统102的操作以实现用于存储回路过程流体的期望的温度，该期望的温度是基于冷却需求和/或可以在储热罐110处通过吸收热而实现的冷却量。在图5所示的冷却模式中存在诸如除湿器之类的潜冷负载是活动的情况下，可以使用任选的doas盘管152以满足潜冷负载，同时通过在冷却盘管142处吸收能量来解决被调节空间中的显冷负载。在冷却盘管142处吸收的能量可以在热交换器114处被排出到存储回路过程流体中。在图5所示的冷却模式中，可以通过由热系统102提供的机械冷却结合通过熔化所述储热罐110中的储热材料而可以实现的任何冷却，来满足冷却需求。在图5所示的冷却模式中，因为储热罐110被用于在可能的情况下吸收能量以支持冷却操作，因此不使用空气源热泵系统144。在一实施例中，空气源热泵系统144可以以空气源热泵操作，其中空气源热泵146将能量泵送出存储回路过程流体并且泵送到源。
64.图6示出了处于能量排出模式的存储源热泵系统的示意图。图6中所示的能量排出模式可以被用于在储热罐110中生产额外的固体储热材料(例如冰)以用于满足冷却需求或
补充冷却容量的后续用途，例如在根据图5中所示和在上文所描述的冷却模式的后续操作中。例如，当预期冷却需求将是主要的但是当前不需要冷却时，可以使用图6中所示的能量排出模式。例如，可以在温带气候的夏季的夜间或清晨使用图6中所示的能量排出模式。在图6所示的能量排出模式中，热系统102可以操作以从存储流体回路104中的存储回路过程流体吸收能量，并且将能量排出到加热流体回路106中。在加热流体回路106中，冷却塔132是活动的，接收将热量排出到周围环境的加热过程流体，同时借助于旁通管线122和旁通阀124而旁通热交换器126。因此，加热系统134不从加热流体回路106接收能量。在存储流体回路104中，即使在热系统102处正在从存储回路过程流体吸收能量，也可以排除热交换器114。这可以使得进入储热罐110的存储回路过程流体低于储热材料的凝固点的温度，从而凝固该储热罐110中的储热材料中的一些储热材料。在图6所示的能量排出模式中，因为能量排出模式旨在凝固储热罐110中的储热材料，因此不使用空气源热泵系统144。在一实施例中，空气源热泵系统144可以用空气源热泵146以反向模式操作，其中空气源热泵146将能量泵送出存储回路过程流体并且泵送至源。
65.图6中所示的能量排出模式允许储热材料被凝固，从而允许储热罐110支持后续的冷却操作。这可以允许存储高峰需求之外的高效操作，以便后续满足由被调节空间所需的高峰冷却需求。与标准的hvacr系统设计相比，这又可以允许将较低容量的热系统用作该热系统102，从而降低成本并且增加可以由热系统所服务的被调节空间的范围。这也可以允许降低高峰能量消耗，从而在可变费率定价系统中节省成本，并且甚至潜在地为能源市场提供收入，同时还减少了hvacr系统对高峰电网需求的影响。
66.在操作中，在寒冷气候中用于存储源热泵系统100的典型加热时间可以包括加热高峰，通常在早晨时段期间，例如在大约5:00am与大约10:00am之间。在加热高峰期间，可以以加热模式操作存储源热泵系统100，专用于通过热系统102的操作将能量从储热罐110传递到加热回路106。在该实施例中，在该加热高峰时期期间，空气源热泵146可以不操作，其中由存储源热泵系统100所使用的电能主要用于热系统102的操作。在加热高峰之外，例如在大约11:00am与大约4:00am之间，可以操作存储源热泵系统100以将能量重新存储到储热罐110，例如通过在加热模式或加热及冷却模式下以较低负载进行操作，同时还以比热系统102的负载更大的负载操作空气源热泵146。这些操作可以熔化储热罐110中的储热材料，从而增加可以在下一个加热高峰中所使用的能量。因此，存储在储热罐110中的热能可在加热高峰期间被使用，并且在非高峰时段被补充。在一些实施例中，空气源热泵146可以具有最大容量，该最大容量被选择为允许根据此类典型加热天数的模型或预测，基于建筑物尺寸、环境条件(诸如，温度或太阳强度)、建筑物条件(例如，隔热性)等，在用于建筑物的加热高峰之间对储热罐110进行完全补充。储热罐110的尺寸可以被设置和选择成为加热高峰期间的能量消耗提供足够的存储容量，并且任选地提供额外的容量作为用于确保用于操作的足够能量的安全裕度。
67.多个方面：
68.应当理解，方面1至11中的任一方面可以与方面12至20中的任一方面组合。
69.方面1.一种加热、通风、空气调节和制冷(hvacr)系统，包括：
70.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；
71.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；
72.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：
73.一个或多个储热罐，每个储热罐容纳有储热材料；
74.热交换器，所述热交换器允许在存储回路过程流体与冷却回路过程流体之间进行热交换；和
75.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；
76.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，并且向所述加热回路过程流体提供能量；和
77.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。
78.方面2.根据方面1所述的hvacr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。
79.方面3.根据方面1或方面2所述的hvacr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。
80.方面4.根据方面1至3中任一方面所述的hvacr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。
81.方面5.根据方面1至4中任一方面所述的hvacr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。
82.方面6.根据方面1至5中任一方面所述的hvacr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。
83.方面7.根据方面1至6中任一方面所述的hvacr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将所述一个或多个doas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。
84.方面8.根据方面1至7中任一方面所述的hvacr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的多个阀。
85.方面9.根据方面1至8中任一方面所述的hvacr系统，其中，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。
86.方面10.根据方面1至9中任一方面所述的hvacr系统，其中，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。
87.方面11.根据方面1至10中任一方面所述的hvacr系统，还包括以下中的至少一个：
88.热交换器，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；或
89.太阳能收集器，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。
90.方面12.一种调节被调节空间中的空气温度的方法，所述方法包括：
91.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，其中：
92.以加热模式操作包括：
93.操作热系统以从存储流体回路的存储回路过程流体吸收能量，并且向加热过程流体提供能量，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；和
94.在一个或多个加热盘管处向所述被调节空间排出能量，以所述加热及冷却模式操作包括：
95.操作所述热系统以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；
96.在所述一个或多个加热盘管处向所述被调节空间排出能量，
97.在所述存储回路过程流体与冷却过程流体之间交换热量；和
98.在一个或多个冷却盘管处从所述被调节空间吸收能量至所述冷却过程流体，
99.以所述能量存储模式操作包括：在所述存储回路过程流体与所述冷却过程流体之间交换热量，其中所述冷却过程流体在所述一个或多个冷却盘管处从所述被调节空间吸收能量，并且在所述一个或多个储热罐处向所述储热材料排出热量，和
100.操作热泵以从源吸收能量，以及将从所述源吸收的能量提供至所述一个或多个储热罐。
101.方面13.根据方面12所述的方法，其中，操作所述热泵使得所述热泵处的离开温度为60
°
f或更低。
102.方面14.根据方面12或方面13所述的方法，其中，操作所述热泵使得所述热泵处的离开温度介于35
°
f与45
°
f之间。
103.方面15.根据方面12至14中任一方面所述的方法，还包括通过从来自所述被调节空间的废水吸收能量、或从太阳能收集器吸收能量中的一种或多种，来向所述储热罐添加能量。
104.方面16.根据方面12至15中任一方面所述的方法，其中，操作所述热泵与以所述加热模式、所述加热及冷却模式或所述能量存储模式中的一种进行操作同时地执行。
105.方面17.根据方面12所述的方法，其中，基于能量的可用性和所述储热罐的容量来执行操作所述热泵。
106.方面18.根据方面12至17中任一方面所述的方法，其中，从所述源吸收的能量仅被提供至所述储热罐。
107.方面19.根据方面12至18中任一方面所述的方法，其中，操作所述热泵将从所述源吸收的能量添加到所述存储回路过程流体的至少一部分。
108.方面20.根据方面12至19中任一方面所述的方法，其中，操作所述热泵将从所述源吸收的能量添加到源回路过程流体，并且向所述一个或多个储热罐提供能量包括在所述源回路过程流体与所述储热材料之间交换热量。
109.本技术中公开的示例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。由所附的权利要求而不是由前面的描述指示本发明的范围；并且在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化旨在被涵盖在本技术中。