CN101025313A - 多功能地源热泵辐射空调及热水系统 - Google Patents

Abstract

多功能地源热泵辐射空调及热水系统提供了一种可以实现辐射供冷供热的地源热泵空调系统，实现夏季制冷，冬季制热的功能，又可以同时利用冷凝器中的热量提供生活和洗浴热水以及单独作为地源热泵热水器运行的多功能地源热泵空调系统。该系统包括压缩机、套管冷凝器、室外水换热器，室内翅片管换热器，室内水换热器，该装置分制冷剂系统、辐射供冷供热系统、地下换热器系统和热水系统几个部分；室内翅片管换热器(4)与室内水制冷剂换热器(18)并联，室内翅片管换热器(4)在夏季做为除湿器运行；而不设置室内水制冷剂换热器(18)和室内辐射盘管(22)时，室内翅片管换热器(4)夏季实现降温除湿，冬季升温加热。

Description

多功能地源热泵辐射空调及热水系统

技术领域

本发明是一种将地源热泵空调与热泵热水器以及辐射供冷供热系统合为一体的装系统，属于地源热泵空调，热水装置的技术领域。

背景技术

目前，我国大多数家庭或商业使用的空气源热泵，地源热泵空调装置，在夏季时实现制冷，冬季供热，但是在春秋过渡季节，机器闲置，没有被利用。而且在夏季使用时冷凝器中的热量排入环境(空气中或者地下)，能量没有被利用；而同时我们的日常生活又需要制造大量的生活和洗浴热水，需要消耗大量的高品位能源，如此一方面白白释放掉大量的热能，另一方面又要消耗大量的高品位能源制热，对使用者而言是一种极大的浪费。

而且地源热泵空调装置在实际的使用特别在长江以南地区中都出现夏季向地下排热和冬季从地下取热不平衡的情况导致地下温度升高而使地源热泵装置在使用几年后能效比下降甚至不能正常工作。

辐射供冷和供热是一种新的技术，可以改善房间的舒适性同时可以提高空调机组的效率。将辐射供冷供热和地源热泵结合的是一种新的尝试。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可以实现辐射供冷供热的地源热泵空调系统，实现的夏季制冷，冬季制热的功能，又可以同时利用冷凝器中的热量提供生活和洗浴热水以及单独作为地源热泵热水器运行的多功能地源热泵空调系统。

技术方案：本发明多功能地源热泵空调热水系统，由压缩机，四通阀，套管冷凝器，电磁阀，节流毛细管，室外水换热器，室内翅片管换热器，室内水换热器，水箱，地下埋管，水泵，房间辐射盘管和阀门等组成。该装置分制冷剂系统、辐射供冷供热系统、地下换热器系统和热水系统几个部分；其中，

在制冷剂系统中，压缩机的排气管与四通阀的进气管接通，压缩机的进气管与四通阀的排气管接通，四通阀的第三接口分别连接第四电磁阀、第五电磁阀，第四电磁阀的出端顺序通过水冷套管冷凝器、第三电磁阀、室外制冷剂水换热器、第五电磁阀接入第四电磁阀的进端，单向阀和第二节流毛细管相串联后并联在第三电磁阀的两端；室外制冷剂水换热器、电第三磁阀、单向阀通过四通连接第二电磁阀，第二电磁阀的另一端连接分两路，其中一路通过第一节流毛细管、与室内翅片管换热器、第一电磁阀与四通阀的第四接口连接，第二电磁阀的另一路通过第三节流毛细管、室内制冷剂水换热器、第六电磁阀与四通阀的第四接口连接；

辐射供冷供热系统中室内辐射盘管换热器通过水泵与室内制冷剂水换热器的水侧相连通构成循环回路；

热水系统中热水水箱通过热水水泵与套管冷凝器水侧相连通构成循环回路；

地下换热器系统中地下盘管换热器通过地下盘管水泵与室外制冷剂水换热器的水侧相连通构成循环回路；

第七电磁阀的进端接在第五电磁阀、室外制冷剂水换热器之间，第七电磁阀的出端与四通阀的第四接口连接。

室内翅片管换热器与室内水制冷剂换热器并联，室内翅片管换热器在夏季做为除湿器运行；而不设置室内水制冷剂换热器和室内辐射盘管时，室内翅片管换热器夏季实现降温除湿，冬季升温加热。

该系统可以实现普通地源热泵空调器的功能外，可以在夏季制冷又需要使用热水时通过电磁阀的闭合和开启切换使用水冷套管冷凝器生产热水。水箱中热水达到一定温度(通常55℃)后通过电磁阀开启和闭合切换使用室外水制冷剂换热器为冷凝器；该装置也可以单独作为热泵热水器运行，得到较高温度适合洗浴的热水，地源热泵热水器从土壤中吸收了热量或利用制冷时的冷凝器的释放热量，其效率成倍高于电热水器，能源利用率大大高于燃气热水器和电热水器；在冬季该装置也可以做热泵热水器运行制造生活热水，除了能效比较高外，也没有普通空气源热泵热水器的结霜和除霜的问题。

该系统中设置的室内水制冷剂换热器生产的冷热水与室内布置的辐射盘管相连可以组合成辐射供冷供热空调系统，此时室内的空气翅片管换热器承担夏季除湿负荷和冬季部分负荷。只要的供冷供热通过辐射盘管实现，提高室内舒适性，而且由于辐射供冷供热的冷水和热水温度要求低于普通空调热水温度，高于普通空调冷冻水的温度，机组的效率也可以提高。

如果不用辐射供冷供热系统，通过室内空气翅片管换热器也可以实现夏季制冷和冬季制热的效果。

有益效果：本发明的有益效果是：

1.该装置可以通过与室内辐射供热供冷的方式实现正常的地源热泵空调系统的夏季供冷与冬季供热的功能，其中夏季的除湿功能由空气翅片管换热器承担；

2.在夏季制冷时，通过切换使用水冷高效套管冷凝器，利用制冷剂在冷凝时放出的热量生产生活或洗浴热水；3.该装置通过切换可以单独的作为热泵热水器使用，土壤作为热源，生产生活或洗浴热水，此时热水器的能源利用效率远远高于燃气热水器和电热水器，可以成倍提高效率，节约费用和能源，而且效率优于普通空气源热泵热水器，也没有空气源热泵热水器的结霜和除霜的问题。

3.由于将夏季冷凝器的热量用于生产生活热水以及冬季作为热泵热水器运行可以解决普通地源热泵空调系统在南方地区夏季向土壤排热多余冬季从土壤吸热的而导致能效比降低甚至无法运行的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。其中有：压缩机1，四通阀2，套管冷凝器11，室内翅片管换热器4，室外制冷剂水换热器10，室内制冷剂水换热器18，第一电磁阀3、第二电磁阀6、第三电磁阀9、第四电磁阀14、第五电磁阀15、第六电磁阀20、第七电磁阀23，第一节流毛细管5，第二节流毛细管8，第三节流毛细管19，水箱12，地下盘管换热器17，室内辐射盘管换热器22，单向阀7，热水水泵12、地下盘管13、水泵21，膨胀水箱16，热水水箱24。

具体实施方式

本发明多功能地源热泵空调热水系统，由压缩机，四通阀，套管冷凝器，电磁阀，节流毛细管，室外水换热器，室内翅片管换热器，室内水换热器，水箱，地下埋管，水泵，房间辐射盘管和阀门等组成。

系统分为制冷剂系统，辐射供冷供热系统，地下换热器系统和热水系统几个部分，制冷系统由压缩机1的排气管与四通阀2的进气管A接通，压缩机1的进气管与四通阀2的排气管B接通；四通阀的另一管道C通过三通接通两路管道，其中一路通过第四电磁阀14与水冷套管冷凝器11相连，水冷套管冷凝器11的另一端通过三通分别连接第三电磁阀9和第二节流毛细管8，另一路通过第五电磁阀15与室外制冷剂水换热器10相连；这两路管道中，室外制冷剂水换热器10、电第三磁阀9、单向阀7通过四通连接第二电磁阀6，第二电磁阀6的另一端连接三通，三通一路通过过第一节流毛细管5，与室内翅片管换热器4连接，另一路通过第三节流毛细管19与室内制冷剂水换热器18相连；四通阀的另一管道D也通过四通与三路管道接通，一路通过第一电磁阀3与室内的翅片管换热器4相连，另一路通过一个第七电磁阀23与室外制冷剂水换热器10相连，第三路通过第六电磁阀20与室内制冷剂水换热器18相连；热水系统中热水水箱24通过热水水泵12与套管冷凝器11水侧相连通构成循环回路；地下换热器系统中地下盘管换热器17通过地下盘管水泵13与室外制冷剂水换热器10的水侧相连通构成循环回路；辐射供冷供热系统中室内辐射盘管换热器22通过水泵21与室内制冷剂水换热器18的水侧相连通构成循环回路。

该装置可以以下几种模式运行：

1.)夏季供冷模式运行，此时第四电磁阀14、第三电磁阀9、第七电磁阀23关闭，第五电磁阀15、第二电磁阀6、第一电磁阀3、第六电磁阀20开启。制冷剂经压缩机1排气管进入四通阀2，通过四通阀2的排气管C，经由第五电磁阀15进入室外制冷剂水换热器10，通过第二电磁阀6，一路经过第一节流毛细管5，进入室内翅片管换热器4，经过第一电磁阀3，一路通过第三节流毛细管19，进入室内制冷剂水换热器18，第六电磁阀20，第一电磁阀3和第六电磁阀20出口制冷剂通过四通后进入四通阀2的连接管D，通过四通阀排气管B与压缩机的吸气管进入压缩机，完成一个制冷循环。此时室内翅片管换热器4承担夏季室内除湿功能，辐射盘管中的水在室内辐射盘管中吸收热量后通过水泵循环在室内制冷剂水换热器18释放热量温度降低后再进入辐射盘管中吸热。如果不设室内辐射盘管换热器22，则可以取消室内水制冷剂换热器18，水泵19，通过室内翅片管换热器4实现降温和除湿功能，这就是普通的地源热泵空调系统。

2.)冬季热泵模式运行，此时电磁阀第四电磁阀14、第三电磁阀9、第七电磁阀23关闭，第五电磁阀15、第二电磁阀6、第一电磁阀3、第六电磁阀20开启。制冷剂经过压缩机1排气管，四通阀的进气管A进入四通阀2，通过四通阀2的排气管D后分两路，一路通过第一电磁阀3进入室内翅片管换热器4放出热量，然后经过第一节流毛细管5节流，另一路通过第六电磁阀20进入室内制冷剂水换热器18放出热量，然后经过第三节流毛细管19节流，通过节流毛细管5，19节流后的低温液体混合后经过第二电磁阀6，进入室外制冷剂水换热器10，经由第五电磁阀15，四通阀连接管C，通过四通阀排气管B与压缩机的吸气管接通，由此完成一个热泵循环。此时室内翅片管换热器4承担冬季室内部分制热功能，辐射盘管中的水在室内辐射盘管中放出热量后通过水泵循环在室内水制冷剂换热器18吸收热量温度升高后再进入辐射盘管中放热。如果不设室内辐射盘管换热器22，则可以取消室内水制冷剂换热器18，水泵19，通过室内空气翅片管换热器4制热升温的功能，这就是普通的地源热泵空调系统。

3.)夏季作供冷、制热水模式运行，此时第五电磁阀15、第七电磁阀23关闭，第四电磁阀14、第三电磁阀9、第二电磁阀6、第一电磁阀3、第六电磁阀20开启。制冷剂经压缩机1排气管，四通阀的进气管A进入四通阀2，通过四通阀2的排气管C，经过第四电磁阀14进入套管冷凝器11，在其中冷凝后经由第三电磁阀9，第二电磁阀6分为两路，一路经过第一节流毛细管5，进入室内翅片管换热器4，进入第一电磁阀3，一路通过第三节流毛细管19，进入室内制冷剂换热器水18，进入第六电磁阀20，电磁阀3和电磁阀20出口的制冷剂通过四通相后进入四通阀2的连接管D，通过四通阀排气管B与压缩机1的吸气管进入压缩机，完成一个制冷循环。此时室内翅片管换热器4承担夏季室内除湿功能，辐射盘管中的水在室内辐射盘管中吸收热量后通过水泵循环在室内制冷剂水换热器18释放热量温度降低后再进入辐射盘管中吸热。如果不设室内辐射盘管换热器22，则可以取消室内水制冷剂换热器18，水泵19，通过室内空气翅片管换热器4实现降温和除湿功能，这就是普通的地源热泵空调系统。

4.)制热水模式运行，此时第五电磁阀15，第二电磁阀6，第一电磁阀3，第六电磁阀20、第三电磁阀9关闭，第四电磁阀14、第七电磁阀23开启。制冷剂经压缩机1的排气管，四通阀的进气管(A)进入四通阀2，通过四通阀2的排气管C，第四电磁阀14进入套管冷凝器11，在其中冷凝后经由第二毛细管8，单向阀7，进入室外制冷剂水换热器10中蒸发吸取热量，然后制冷剂经由第七电磁阀23，四通阀2的连接管D，四通阀排气管B与压缩机1的吸气管，进入压缩机，完成一个循环，从而可以从土壤中获得热量，制取热水。该运行模式可以在春、秋、夏季利用热泵功能，从土壤中吸取热量，获得温度为50℃左右的生活热水。此时地源热泵热水装置可以克服空气源热泵热水器冬季结霜除霜问题。同时由于地源热泵热水器从土壤中吸取热量，而在夏季系统按照3运行制冷和供热水时向土壤排热减少，因此整个系统向土壤排热较普通地源热泵空调系统大大减少，因此可以缓解普通地源热泵在南方地区使用时向土壤排热远高于冬季从土壤中取热而引起土壤温度升高导致普通地源热泵空调系统使用几年后能效比较低甚至不能运行的问题。

Claims (2)

1.一种多功能地源热泵辐射空调及热水系统，包括压缩机、套管冷凝器、室外水换热器，室内翅片管换热器，室内水换热器，其特征在于该装置分制冷剂系统、辐射供冷供热系统、地下换热器系统和热水系统几个部分；其中，

在制冷剂系统中，压缩机(1)的排气管与四通阀(2)的进气管(A)接通，压缩机(1)的进气管与四通阀(2)的排气管(B)接通，四通阀(2)的第三接口(C)分别连接第四电磁阀(14)、第五电磁阀(15)，第四电磁阀(14)的出端顺序通过水冷套管冷凝器(11)、第三电磁阀(9)、室外制冷剂水换热器(10)、第五电磁阀(15)接入第四电磁阀(14)的进端，单向阀(7)和第二节流毛细管(8)相串联后并联在第三电磁阀(9)的两端；室外制冷剂水换热器(10)、电第三磁阀(9)、单向阀(7)通过四通连接第二电磁阀(6)，第二电磁阀(6)的另一端连接分两路，其中一路通过第一节流毛细管(5)、与室内翅片管换热器(4)、第一电磁阀(3)与四通阀(2)的第四接口(D)连接，第二电磁阀(6)的另一路通过第三节流毛细管(19)、室内制冷剂水换热器(18)、第六电磁阀(20)与四通阀(2)的第四接口(D)连接；

辐射供冷供热系统中室内辐射盘管换热器(22)通过水泵(21)与室内制冷剂水换热器(18)的水侧相连通构成循环回路；

热水系统中热水水箱(24)通过热水水泵(12)与套管冷凝器(11)水侧相连通构成循环回路；

地下换热器系统中地下盘管换热器(17)通过地下盘管水泵(13)与室外制冷剂水换热器(10)的水侧相连通构成循环回路；

第七电磁阀(23)的进端接在第五电磁阀(15)、室外制冷剂水换热器(10)之间，第七电磁阀(23)的出端与四通阀(2)的第四接口(D)连接。

2、根据权利要求1所述的多功能地源热泵辐射空调及热水系统，其特征在于室内翅片管换热器(4)与室内水制冷剂换热器(18)并联，室内翅片管换热器(4)在夏季做为除湿器运行；而不设置室内水制冷剂换热器(18)和室内辐射盘管(22)时，室内翅片管换热器(4)夏季实现降温除湿，冬季升温加热。

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