[发明专利]利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统

说明书

本发明公开了一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，包括：溶液/水回路，用于在制热工况下捕集空气中的全热，制冷工况下向空气释放全热；热泵回路，将溶液/水回路捕捉的热量或通过释热后的冷量进一步提质后用于建筑的供冷或供热；储液/储能回路，用于实现制热工况下储液，制冷工况下储冷；LNG冷能利用回路，用于依靠液化天然气气化释放的大量冷能，在制热工况下实现溶液/水回路中溶液再生与浓度控制，在制冷工况下实现制冰蓄冷。本发明系统充分回收LNG冷能，大幅提高能源利用率，并与无霜空气源热泵系统冬夏季的不同需求有机结合，实现溶液高效再生与浓度精确控制，提高了系统稳定性和系统效率。

技术领域

本发明属于供暖空调领域，涉及一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，建筑供冷供热需求日益旺盛，而有限的能源及碳中和的新任务对系统的能源利用率提出了新的要求。无霜空气源热泵系统（热源塔热泵系统为其中一种最为常见的形式）作为一种新兴的双高效系统，因其一套系统可以满足供冷供热，不受地理地质条件限制（广义空气源），彻底解决常规空气源热泵冬季结霜和夏季低效的问题，得到了越来越多的应用。但是由于我国地域辽阔，气候各异，该系统在不同地区应用时存在冬夏季工况之间的相互匹配问题，往往为满足冬季负荷造成系统夏季余量过大，或是为满足夏季负荷造成系统冬季余量过大，而长期低负荷运行亦影响了系统效率。此外，该系统冬季依靠低温溶液实现彻底无霜，但在大部分气候参数下，溶液表面的低蒸汽压使其易吸收空气中的水分，造成浓度降低，必须依靠额外的能量输入维持溶液浓度。目前主要研究或已采用的溶液再生技术有：（1）低温蒸发再生；（2）低压沸腾再生；（3）冷冻再生等。其中低温蒸发再生依靠系统运行时溶液的储能特性进行自我调节，在部分室外湿度及建筑负荷较低时，依靠水蒸气分压力差的逆转实现自主再生，但该方法热效率较低，且受制于室外参数和运行参数，不适应主动调控。低压沸腾再生热效率超过95%，且可以使用45摄氏度左右的低位热源实现再生，不受室外参数限制，但是由于不凝性气体，仍需依靠真空泵维持低压环境，对设备制造维护要求较高，且低位热源的获取在冬季是个难题。冷冻再生依靠将溶液温度降低至冰点以下实现浓溶液与冰晶的分离，冷冻过程中需要克服的潜热仅为汽化潜热的1/7左右，理论能耗大幅降低，但该过程中冷能的获取仍然困扰着实际应用。专利CN201811189298.X提及使用压缩制冷的方法提供冷冻再生需要的冷能，专利ZL201610703659.2提及使用真空闪蒸实现冷冻再生，上述方法均依靠大量的高品味电能驱动，能源利用率不高。

另一方面，由于能源机构的调整，我国的天然气消耗量不断增长，沿海各城市相继建成一批液化天然气（LNG）接收站，以完成LNG的储存、气化、分配与传输等任务。LNG接收站一般通过汽化器利用海水消耗LNG气化释放的大量冷能，不仅造成了能源的损失，低温海水的排放还影响了附近海域的生态。若能将该冷能用于溶液冷冻再生，既解决了该技术所需的冷源问题，也极大提高了总体的能源利用效率。

因此，如何解决无霜空气源热泵系统（热源塔热泵系）的冬夏季匹配问题，实现冬季溶液的高效再生与浓度控制，设计一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统是本领域技术人员迫切所需要解决的一个问题。

发明内容

发明目的：为解决无霜空气源热泵系统（热源塔热泵系）的冬夏季匹配、冬季溶液的高效再生与浓度控制的问题，以及LNG接收站大量冷能的浪费问题，构建一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，充分回收LNG冷能，大幅提高能源利用率，并与无霜空气源热泵系统冬夏季的不同需求有机结合，实现溶液高效再生与浓度精确控制，充分利用溶液与冰的储能特性，提高系统稳定性，降低系统设计容量，提高系统效率。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，其特征在于，包括：

溶液/水回路，用于在制热工况下捕集空气中的全热，制冷工况下向空气释放全热；