CN102384539B - 一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，该系统包括热泵系统和转轮除湿系统，除湿机组是由除湿转轮、热交换转轮、蒸发器、加热器、新风机和排风机组成；热泵机组由变频压缩机、室外换热器、室内换热器、气液分离器、四通换向阀等设备组成，该复合空调系统与室内辐射供暖与供冷相结合，通过对电子膨胀阀、电磁阀、单向阀及恒压阀的控制，可实现两个蒸发温度运行工况；将除湿转轮、热交换转轮与热泵机组的室外换热器、室内换热器相结合，利用压缩机排气的高温废热作为除湿转轮的再生能源，利用热泵的部分冷量冷却新风，提高了除湿机组性能。

Description

一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统

技术领域

本发明为家用中央空调冷热水系统，尤其涉及一种利用空气热源泵结合转轮除湿系统的复合空调系统。

背景技术

空气源热泵在家用空调系统中有广泛的应用，用于调控室内温度和湿度满足人体热舒适要求。而空气源热泵通常采用的是温湿度联控技术，该技术的机理是将空气温度降低到其露点以下，除去其中的水蒸气，成为干冷空气，送到室内吸收热量、湿量。该技术采用一个设备、通过一个处理过程同时实现两大功能，但它将降温部分的冷量品位调节幅度扩大为与除湿相同，因为降低蒸发温度而影响热泵降温能效比的提高。对于需除湿而不需降温的季节，普通的空气源热泵机组却无能为力。

为了提高室内热舒适性与节能性，很多用户将空气源热泵与室内辐射板末端方式相结合，但往往仅限用于辐射供暖方式，由于辐射板结露问题使辐射供冷的应用受到限制，因而采用低蒸发温度的风机盘管末端装置。

对于转轮除湿系统通常需高温热源对其再生，如电热、燃气等高质能源，也有人利用低质的太阳能余热再生除湿转轮，但太阳能利用具有随机性，所以还需辅以其他高质热源。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用热泵与固体转轮除湿装置相结合，利用冷凝热再生除湿转轮，实现冷却、去湿、冷却去湿与供热工况4种气候控制工况的复合空调系统。

本发明的技术方案是：一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，包括热泵机组和转轮除湿机组，所述热泵机组包括压缩机、室内换热器、室外换热器、电子膨胀阀A、气液分离器；所述的压缩机经四通换向阀依次与室外加热器和室外换热器相接，电子膨胀阀B、电磁阀B和电子膨胀阀C、电磁阀C组成的并联通道一端与所述室外换热器相接，另一端经单向阀连接到室内换热器入口，电磁阀A通道与另一路电磁阀D和恒压阀通道并联后，一端与室内换热器出口连接，另一端经所述经四通换向阀、气液分离器接入压缩机吸口；所述室内换热器的入口经单向阀和电子膨胀阀与所述室外换热器连接；所述室内换热器的供水端口通过循环水泵与末端辐射板相连，膨胀水箱连接在水泵的吸入口处；所述转轮除湿机组包括除湿转轮、显热交换转轮、新风机、排风机、冷却蒸发器及加热器；所述冷却蒸发器依次与所述除湿转轮、新风机和显热交换转轮形成新风通道；所述显热交换转轮依次与加热器、除湿转轮和排风机形成排风通道。

进一步，所述室外加热器兼做转轮除湿系统的加热器。

进一步，所述冷却蒸发器经电磁阀并联在所述室内换热器2的换热端口两端。

进一步，所述室外换热器处连接有强制换热风机。

本发明的有益效果是：与传统空气源热泵对比，在冷却除湿工况，随室外气候变化，一次能耗节约在8%-37%范围内；在去湿工况，一次能耗节约50%；在供热工况，与燃气比较，一次能耗节约14%；3.由于可采用低质的冷热媒，室内采用辐射板末端系统，提高了热舒适性，其具体体现在：

1. 利用热泵机组与除湿机组相结合，将除湿转轮、热交换转轮与热泵机组的室外换热器、室内换热器相结合，利用压缩机排气的高温废热作为除湿转轮的再生能源，解决空气源热泵不能独立除湿的问题，实现了4种气候控制工况：冷却、去湿、冷却去湿与供热工况。

2. 热泵机组在通常的热泵循环系统中增加了电子膨胀阀、电磁阀、恒压阀控制环路，在冷却工况、冷却除湿工况可在高蒸发温度（15℃）运行，去湿工况可在低蒸发温度（7℃）运行，在显热负荷低、潜热负荷高的工况可同时在两个蒸发温度下运行。既解决了系统除湿的问题，又避免了采用低蒸发温度使末端辐射供冷系统结露的问题。

3. 在新风通道的除湿转轮前加装冷却蒸发器，即新风先经空气冷却器等湿冷却，再经除湿转轮去湿升温，后经显热交换转轮等湿冷却送入室内，明显提高了除湿效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

其中：1.压缩机，2.室内换热器，2-1.冷却蒸发器，3.室外换热器，3-1.室外加热器，4.电子膨胀阀A,4-1.电子膨胀阀B,4-2.电子膨胀阀C，5.气液分离器，6.除湿转轮，7.显热交换转轮，8. 强制换热风机,8-1.新风机,8-2.排风机,9.电磁阀A,9-1.电磁阀B,9-2.电磁阀C,9-3.电磁阀D,9-4.电磁阀E，10. 四通换向阀，11.单向阀，12.恒压阀，13.循环水泵，14.末端辐射板，15.膨胀水箱。

具体实施方式

具体实施方式：结合图1说明本实施方式。系统分为除湿机组与空气源热泵机组，除湿转轮6与显热交换转轮7、新风机8-1、排风机8-2、冷却蒸发器2-1及室外加热器3-1组成。热泵机组由包括变频压缩机1、室内换热器2、室外换热器3、电子膨胀阀4、气液分离器5和四通换向阀10。室内换热器2为套管式换热器，冷却蒸发器2-1为翅片式换热器，室内换热器2与冷却蒸发器2-1并联；室外换热器3与室外加热器3-1串联，室外换热器3与室外加热器3-1均为翅片换热器；电子膨胀阀B4-1与电磁阀B9-1串联，电子膨胀阀C4-2与电磁阀C9-2串联，这两个串联通道并联后分别与室内换热器2和室外换热器3相连接，控制不同节流压力；电磁阀E9-4控制冷却蒸发器2-1；室内换热器2出口与电磁阀A9与电磁阀D9-3、恒压阀12组成的并联通路连接，再连接四通换向阀10，控制两个蒸发压力工况同时运行；单向阀11与四通阀10与各电磁阀组合完成不同的运行工况；循环水泵13将室内换热器2与室内末端辐射板14连接起来供应冷水或热水；膨胀水箱15连接在水泵的吸入口处；室外换热器3处连接有强制换热风机8。

除湿机组用排风再生除湿转轮6对室内新风进行除湿。新风先经空气冷却器等湿冷却，再经除湿转轮6去湿升温，后经显热交换转轮7等湿冷却送入室内；室内排风经显热交换转轮7等湿升温后，再经室外加热器3-1等湿加热至60℃，后对除湿转轮6进行再生后排至室外。再生热源为热泵压缩机排出的高温蒸气，热泵机组除了为室内提供冷水与热水外，还为除湿机组提供冷量和再生热量。在供冷、除湿季节为室内提供高蒸发温度（15℃）的冷水，同时其废弃的冷凝热为除湿提供热源。为了提高除湿效果，将热泵机组的室内换热器2并联一个小型冷却蒸发器2-1用于冷却新风。在单独的除湿工况，热泵机组专门为除湿机组服务，可根据湿负荷大小在高（15℃）和低（7℃）蒸发温度下运行，可实现转轮除湿与冷却除湿相结合。

热泵机组在通常的热泵循环系统中增加了电子膨胀阀、电磁阀、恒压阀控制环路，在冷却工况、冷却除湿工况可在高蒸发温度（15℃）运行，去湿工况可在低蒸发温度（7℃）运行，在显热负荷低、潜热负荷高的工况可同时在两个蒸发温度下运行。既解决了系统除湿的问题，又避免了采用低蒸发温度使末端辐射供冷系统结露的问题。在冬季运行时，热泵机组转为冬季工况，采用低冷凝温度（40℃）运行，此时，转轮除湿机组停止运行，通风方式采用自然通风。

工作原理：在冷却工况，关闭除湿机组，电磁阀C9-2、电磁阀D9-3和电磁阀E9-4关闭，高温高压制冷剂经室外加热器3-1(自然冷却)、室外换热器3冷凝后，经电子膨胀阀B4-1减压至高蒸发压力（15℃），经室内换热器2蒸发后，再经电磁阀A9、四通换向阀10、气液分离器5回至压缩机1的吸口，室内冷水供回水温度18℃/23℃。

在冷却除湿工况，除湿机组运行，电磁阀C9-2和电磁阀D9-3关闭，高温（>80℃)高压制冷剂经室外加热器3-1，用于再生除湿转轮，再经室外换热器3冷凝后，经电子膨胀阀B4-1减压至高蒸发压力（15℃），经室内换热器2蒸发后，再经电磁阀A9、四通换向阀10、气液分离器5回至压缩机1的吸口，室内冷水供回水温度18℃/23℃。同时冷却蒸发器2-1与室内换热器2并联运行，具有相同的蒸发温度。室外新风经冷却蒸发器2-1等湿冷却后，经除湿转轮6去湿加温后再经显热交换转轮7等湿冷却送至室内，室内排风通过显热交换转轮7等湿加热后，经室外加热器3-1加热至60℃用于再生除湿转轮6后排至室外。显热交换转轮7一方面冷却了被加热的新风使之降至合适的送风温度，另一方面加热了再生空气，节省了再生能量。当潜热负荷大而显热负荷小时，电磁阀A9和电磁阀B9-1关闭，制冷循环在低蒸发温度（7℃）下运行，利用冷却蒸发器2-1与除湿转轮6联合除湿，为了保证室内冷水供回水温度不变，采用恒压阀12控制室内换热器2（蒸发器）处于高蒸发温度（15℃）。

在独立的除湿工况，室内循环水泵停止运行，除湿机组运行，电磁阀A9、电磁阀B9-1和电磁阀D9-3关闭，制冷循环在低蒸发温度（7℃）下运行，利用蒸发器2-1与除湿转轮6联合除湿。

在供热工况，除湿机组停止运行，电磁阀B9-1、电磁阀C9-2、电磁阀D9-3和电磁阀E9-4关闭，制冷剂通过压缩机1经四通换向阀换向后，进入室内换热器2冷凝放热，冷凝温度为40℃，经电子膨胀阀A4节流减压后进入室外换热器3，再通过四通换向阀10、气液分离器5回至压缩机1。此时末端水系统的供回温度为37℃/32℃。

系统负荷调节根据室内温度、湿度、循环水回水温度控制制冷剂流量及制冷机转速。

本发明利用热泵与固体转轮除湿装置相结合，并利用压缩机高温排气再生除湿转轮。为了提高空气源热泵机组的性能、实现室内舒适的热环境，采用辐射板末端供冷/供暖，夏季采用高温冷水供冷、冬季采用低温热水供热。通过建立居室热、湿控制的复合式机组，以夏热冬冷地区的气候和居住建筑为基础条件，完成4种气候控制工况：冷却、去湿、冷却去湿与供热工况，以最小的能耗与代价，实现室内舒适的人居环境。

Claims (4)

1.一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，包括热泵机组和转轮除湿机组，其特征在于：所述热泵机组包括压缩机（1）、室内换热器（2）、室外换热器（3）、电子膨胀阀A（4）、气液分离器（5）；所述的压缩机（1）经四通换向阀（10）依次与室外加热器（3-1）和室外换热器（3）相接，电子膨胀阀B（4-1）、电磁阀B（9-1）和电子膨胀阀C（4-2）、电磁阀C（9-2）组成的并联通道一端与所述室外换热器（3）相接，另一端经单向阀连接到室内换热器（2）入口，电磁阀A（9）通道与另一路电磁阀D（9-3）和恒压阀（12）通道并联后，一端与室内换热器（2）出口连接，另一端经所述经四通换向阀（10）、气液分离器（5）接入压缩机（1）吸口；所述室内换热器（2）的入口经单向阀和电子膨胀阀A（4）与所述室外换热器（3）连接；所述室内换热器（2）的供水端口通过循环水泵（13）与末端辐射板（14）相连，膨胀水箱（15）连接在水泵的吸入口处；所述转轮除湿机组包括除湿转轮（6）、显热交换转轮（7）、新风机（8-1）、排风机（8-2）、冷却蒸发器（2-1）及加热器；所述冷却蒸发器（2-1）依次与所述除湿转轮（6）、新风机（8-1）和显热交换转轮（7）形成新风通道；所述显热交换转轮（7）依次与加热器、除湿转轮（6）和排风机（8-2）形成排风通道。

2.根据权利要求1所述的一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，其特征在于：所述室外加热器（3-1）兼做转轮除湿系统的加热器。

3.根据权利要求1所述的一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，其特征在于：所述冷却蒸发器（2-1）经电磁阀并联在所述室内换热器（2）的换热端口两端。

4.根据权利要求1所述的一种空气源热泵与转轮除湿组合的复合空调系统，其特征在于：所述室外换热器（3）处连接有强制换热风机（8）。

Images