CN103047796A - 单元式空调地暖机及其电气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单元式空调地暖机及其电气控制方法，旨在提供一种结构简单，制造成本低，安装方便，能效高，有备用供热保障，可快速启动/增大供暖量，采暖舒适度高，兼具凉飕地板冷感新颖又高品质制冷舒适度的空调地暖装置。它由室外主机以及电气系统和室内换热器组成的风机盘管组成，风机盘管上设置有包含水氟换热器的地暖装置，水氟换热器与室内换热器以并联方式连接，在水氟换热器和室内换热器的并联支路上各自串联有控制阀门，通过控制阀门不同开启/关闭状态，实现风机盘管制冷、风机盘管+地板混合制冷、地板制热、风机盘管制热、地板+风机盘管混合制热等功能。适用于需要综合解决制冷和采暖需求的场合，如办公室，尤其家庭。

Description

单元式空调地暖机及其电气控制方法

技术领域]

本发明涉及空调和地板采暖及其电气控制方法的领域，尤其是涉及一种风机盘管（室内机组）部分设置地暖装置并组成一体，可以综合实现风机盘管和地板多种制冷、制热功能的单元式空调地暖机及其电气控制方法。

背景技术]

蒸汽压缩式空调机具有夏季制冷、冬季采暖的调节空气温湿度功能，正常工作情况下，从压缩机端输入一个单位的电能，可以从室内换热器端得到1-4倍的冷量，同时还可以从室外换热器端得到2-5倍的热量，如果我们采用这样的方式来获得热量，其制热效率是直接电加热方式的2-5倍。按照能量守恒定律：外界输入空调机的电能+空调机的制冷量（室内换热器吸收的热量）=空调室外换热器的散热量，据此，制造出高效率的热泵式空调机。 

传统热泵式空调机的风机盘管采暖，一般采用冷媒由气体变成液体的冷凝放热，再通过室内风机把热量直接排放于室内空气，但根据空气热胀冷缩原理，温度较高的热空气向上升，温度较低的冷空气往下沉。所以传统的风机盘管采暖时室内空间热量分布不均匀，即热量相对集中在头部及其以上较高区域，让人感觉头上热了，但脚下还是冰冷的，感觉很不舒适。此外，使用风机盘管采暖，如果要达到22～25℃室内环境温度，制冷系统内冷媒的冷凝温度一般要超过54℃，冷凝压力大，机组开停频繁，机器启动电流非常大（可达到甚至超过正常5倍），导致机器节能性较差。

而地板采暖是在地板下埋设采暖管，若要达到22～25℃的室内环境温度，制冷系统内冷媒的冷凝温度可降至约45℃，水介质（或者热容量较大的其他液态介质）在水氟换热器内与冷媒换热后达到38℃～40℃，再流入埋设于地板下的采热管与地板进行换热。因地板采暖所需冷凝温度比传统风机盘管采暖的冷凝温度低，其能效更高。同时，地板采暖系利用地板的热量辐射和热气上升的原理，实现房间供暖。而且房间是先从地板开始暖和，让人感觉是“暖从脚底生”，而且地板、墙体等房间的蓄热量大，地板采暖非常稳定，不易波动，所以舒适度非常高。

但是传统的地板采暖，一般采用中央空调方式供热，其造价昂贵，成本较高，很多人承受不起。此外，传统地板采暖的水介质（或者热容量较大的其他液态介质）一般由室外主机经冷媒冷凝换热，升温成热水再输入室内埋设于地板下的采暖管，其室外主机与室内机组之间的水路连接系统工程量大，安装复杂。而且，采热管埋设在地板下，万一发生故障时检测和维修工作量大，耗时长，维修期间不容易找到理想的备用采暖方案。

而且，传统的地板采暖虽然具有前述“暖从脚底生”的高舒适度，但不能快速启动供暖，冬天新开机甚至要一两天后才能达到舒适的采暖要求，特别在用户刚回家采暖需求较大时，也不能快速增大供暖量。所以，地板采暖一般保持24小时常开机状态，即使白天家里无人状态时也不完全关闭机组（依然运行在较低温度标准）。而且，如果房间外墙、窗户玻璃等保温较差或者门窗密封性差的话，则地板采暖即使在家里无人状态时也可能存在一定程度的热量遗失浪费。

发明内容]

本发明的目的在于，克服现有技术的上述缺陷，提供一种单元式空调地暖机，其结构简单，制造成本低，安装方便，运行稳定，地板采暖舒适程度高，节能环保，且可以综合实现风机盘管和地板综合制冷、制热，制冷时可以增添地板凉爽感，制热时可快速启动供暖，快速增大供暖量，可提供满足脚底及全身舒适性的大热量高舒适度环境，在地板采暖故障期间还可以提供正常的备用供热方案，综合解决一个房间（或者其他单元区域）的空调和采暖需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单元式空调地暖机，它包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器连接而形成的换热工质循环回路，具体由室外主机部分和风机盘管（即室内机组的俗称）部分组成，风机盘管部分包括电气系统和室内换热器，所述风机盘管部分还包括有地暖装置，地暖装置至少包括水氟换热器和循环水泵。风机盘管的水氟换热器与所述地暖装置的室内换热器通过连管以并联方式连接起来，即室内换热器与水氟换热器的液体侧接口（小口径）并联连接于室内机组的接头A（小口径），室内换热器与水氟换热器的气体侧接口（大口径）并联连接于室内机组的接头B（大口径）。并且水氟换热器和室内换热器的并联支路上各自串联有第一控制阀门、第二控制阀门。

本发明可以通过设置两台或者两台以上的室内机组（俗称风机盘管），实现多区域（房间）的中央空调效果。

进一步，所述水氟换热器和室内换热器的并联支路上还各自串联有第一节流装置、第二节流装置。具体来说，在室内换热器的并联支路上，所述第一控制阀门、第一节流装置可以串联连接于室内换热器的液体侧接口；在水氟换热器的并联支路上，所述第二控制阀门、第二节流装置可以串联连接于水氟换热器的液体侧接口。

一般地，所述控制阀门是电磁阀，并与相应的第一节流装置和/或第二节流装置串联。

所述节流装置可以设置为热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管，所述水氟换热器可以设置为高效罐或者套管换热器。

或者，所述第一控制阀门和/或第二控制阀门是兼作节流装置使用的电子膨胀阀。即控制阀门的形式设置为电子膨胀阀，并同时充当第一节流装置和/或第二节流装置使用。也就是说，此情形下，本发明只需要电子膨胀阀，并同时充当控制阀门功能，相应并联支路不再需要另行设立节流装置。

本发明所述单元式空调地暖机，还包括埋设于地板下的采暖管，所述地暖装置还设置有地暖出水口和地暖回水口，水氟换热器和循环水泵经地暖出水口和地暖回水口与采暖管通过连管连接，通过地暖装置产生热水（或者热容量较大的其他液态介质），进行地板采暖。更进一步，在水介质循环系统中，风机盘管部分所述地暖装置除了水氟换热器和循环水泵外，还可以设置安全阀、排气阀、补水口。

本发明所述单元式空调地暖机，还可以包括可以配套水箱，所述地暖装置还设置有地暖出水口和地暖回水口，水箱与地暖出水口和地暖回水口通过连管连接。通过地暖装置提供生活热水，例如沐浴。

本发明所述单元式空调地暖机的电气控制方法，制冷时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门处于开启状态，第二控制阀门处于关闭状态，实现风机盘管独立制冷功能。还可以使第一控制阀门和第二控制阀门均处于开启状态，实现风机盘管和地板（即利用地暖装置）混合制冷功能。

制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门处于开启状态，第二控制阀门处于关闭状态，实现风机盘管独立制热功能。还可以使第一控制阀门处于关闭状态，第二控制阀门处于开启状态，实现地板（即利用地暖装置）独立制热功能。也可以使第一控制阀门和第二控制阀门均处于开启状态，实现地板（即利用地暖装置）和风机盘管混合制热功能。

本发明的有益之处是：

（1）通过在风机盘管（室内机组）部分设置地暖装置并组成一体，结构简单，制造成本低；可以综合实现传统的风机盘管制冷和地板采暖的有机组合，运行稳定，能效高，节能环保；其地板采暖利用地板的热辐射原理进行采暖，按照冷热空气对流原理，可以实现“暖从脚底生”的高舒适程度。

（2）本发明的地板采暖是直接从室内机组而非从室外主机独立连接水介质（或者热容量较大的其他液态介质）系统至该房间的采暖管，节省成本，安装十分方便，运行十分可靠。

（3）通过在风机盘管（室内机组）部分设置地暖装置并组成一体，将室内换热器与水氟换热器并联连接，由第一控制阀门和第一控制阀门不同的开启/关闭控制组合，可以实现“风机盘管独立制冷”、“风机盘管+地板混合制冷”两种制冷功能，以及“地板独立制热”、“风机盘管独立制热”、“地板+风机盘管混合制热”三种制热功能，可以由用户使用时自己根据不同的需求自由选择，也可以由制造商在设计时根据不同采暖市场取舍设置，非常方便。

（4）由于本发明综合提供“风机盘管独立制热”功能以及“地板+风机盘管混合制热”功能，可以实现快速启动供暖，快速增大供暖量，可提供满足脚底及全身舒适性的大热量高舒适度环境。特别的，在地板采暖故障期间，“风机盘管独立制热”功能还可以提供正常的备用供热。

（5）特别地，本发明充分利用传统地暖采暖的采暖管，创造性地将经过水氟换热器冷却的水介质（或者热容量较大的其他液态介质）流入埋设于地板下的采暖管，实现“风机盘管+地板混合制冷”制冷功能，在传统的风机盘管制冷基础上，同时实现房间降温和地板凉飕飕的舒适感觉，达到新颖而又更高品质的制冷舒适度。

综上所述，本发明可以相当完美地综合解决一个房间（或者其他单元区域）的制冷和采暖需求，并兼具有“风机盘管独立制冷”、“风机盘管+地板混合制冷”、“地板独立制热”、“风机盘管独立制热”、“地板+风机盘管混合制热”及抽湿、通风等多种综合功能。

附图说明]

下面结合附图就本发明所述的单元式空调地暖机的具体技术方案作进一步的说明。

图1为传统风机盘管部分（室内机组）的内部结构图。

图2为本发明风机盘管部分（室内机组）的内部结构图。

图3为本发明的“风机盘管独立制冷”功能、“地板独立制热”功能的冷媒流程图。

图4为本发明的“风机盘管独立制冷”功能、“地板+风机盘管混合制热”功能的冷媒流程图。

图5为本发明的“风机盘管+地板混合制冷”功能、“地板+风机盘管混合制热”功能的冷媒流程图。

上述附图3、附图4、附图5中冷媒流程示意：实箭头：制冷时冷媒流向；虚箭头：制热时冷媒流向。

图中部件对应名称如下：1、壳体；2、室内换热器；3、室内风机；4、室内电机；5、接头A；6、接头B；7、补水口；8、地暖回水口；9、地暖出水口；10、排气阀；11、第一控制阀门；12、水氟换热器；13、安全阀；14、第一节流装置；15、循环水泵；16、第二控制阀门；17、第二节流装置；18、风机盘管（室内机组）；19、采暖管；20、连管；21、室外风机；22、室外电机；23、室外换热器、24、四通阀；25、压缩机；26、截止阀；27、室外主机。

具体实施方式]

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，一种单元式空调地暖机，包括压缩机25、四通阀24、室外换热器23、节流装置、室内换热器2连接而形成的换热工质循环回路，具体由室外主机部分和风机盘管部分组成，风机盘管部分包括电气系统和室内换热器2，其特征是，所述风机盘管部分还包括有地暖装置，地暖装置至少包括水氟换热器12和循环水泵15，水氟换热器12与所述室内换热器2通过连管20以并联方式连接起来，并且水氟换热器12和室内换热器2的并联支路上各自串联有第一控制阀门11、第二控制阀门16。

所述水氟换热器12和室内换热器2的并联支路上还各自串联有第一节流装置14、第二节流装置17。

所述控制阀门16、17是电磁阀。

所述节流装置14、17为热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管。

所述控制阀门16、17是兼作节流装置使用的电子膨胀阀。

还包括埋设于地板下的采暖管19，所述地暖装置还设置有地暖出水口9和地暖回水口8，水氟换热器12和循环水泵15经地暖出水口9和地暖回水口8与采暖管19通过连管20连接。

还包括有水箱，所述地暖装置还设置有地暖出水口9和地暖回水口8，水箱与地暖出水口9和地暖回水口8通过连管20连接。

一种单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制冷时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门11处于开启状态，第二控制阀门16处于关闭状态，实现风机盘管18独立制冷功能。

一种单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门11处于开启状态，第二控制阀门16处于关闭状态，实现风机盘管18独立制热功能。

一种单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门11处于关闭状态，第二控制阀门16处于开启状态，实现地板独立制热功能。

单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制冷时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门11和第二控制阀门16均处于开启状态，实现风机盘管18和地板混合制冷功能。

单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门11和第二控制阀门16均处于开启状态，实现地板和风机盘管18混合制热功能。

（一）本发明各种制冷、制热功能：

它能实现“风机盘管独立制冷”、“风机盘管+地板混合制冷”两种制冷功能，以及“地板独立制热”、“风机盘管独立制热”、“地板+风机盘管混合制热”三种制热功能，可以由用户使用时自己根据不同的需求自由选择，也可以由制造商根据不同采暖市场在设计时取舍设置，非常方便。例如：在设计时可以只采用最基本的“风机盘管独立制冷”和“地板独立制热”功能。

（二）关于控制阀门的设置及各电控部件的开闭控制：

1、本发明的单元式空调地暖机一般将控制阀门设置为电磁阀，下述情况，可以将控制阀门简化设置为单向阀：

（1）假若本发明在设计时只采用“风机盘管独立制冷”功能（地板不制冷），则第二控制阀门可以设置为单向阀（单向阀设置方向：在压缩机压缩冷媒经四通阀转换形成制冷循环时，反向；即制热循环时，顺向）。

（2）假若本发明在设计时只采用“地板独立制热”功能（风机盘管不制热），则第一控制阀门可以设置为单向阀（单向阀设置方向：在压缩机25压缩冷媒经四通阀转换形成制热循环时，反向；即制冷循环时，顺向）。

（3）例如前述设计时只采用最基本“风机盘管独立制冷”和“地板独立制热”两项功能的实施情况下，第一控制阀门11和第二控制阀门16可以对应设置为单向阀、单向阀，以便节省成本，简化控制。

若控制阀门设置为单向阀，为了避免空调机组运行致使该单向阀所在并联支路的室内换热器2或者水氟换热器12在单向阀反向期间不适当地贮存过量冷媒，可以在单向阀两端，并联连接一条旁通毛细管。

相应地，若控制阀门设置为电磁阀，为了避免空调机组运行致使该电磁阀所在并联支路的室内换热器2或者水氟换热器12在电磁阀关闭期间不适当地贮存过量冷媒，也可以设计由电气系统控制该电磁阀在关闭期间短暂性（极短时间）开启。

2、当本发明所使用节流装置为电子膨胀阀并且设置于室内换热器2或者水氟换热器12并联支路时，可以利用电子膨胀阀的零流量或者极小流量控制功能，将室内换热器2或者水氟换热器12并联支路上的控制阀门和节流装置合并设置为电子膨胀阀。即利用电子膨胀阀同时作为控制阀门和节流装置综合使用。

3、本发明运行前述各种制冷、制热功能（模式）时，压缩机25、四通阀24、室外风机21、室内风机3、循环水泵15、控制阀门等部件的开启、关闭情况，详见下述《主要电控部件逻辑表》（●：开启；○：关闭）：

（三）本发明单元式空调地暖机运行各种制冷、制热功能的冷媒和水介质流程：

1、“风机盘管独立制冷”功能（第一控制阀门开启、第二控制阀门关闭），详见附图3。

其冷媒系统流程为：压缩机25（排出高温高压气体冷媒）→→四通阀24（转换）→→室外换热器2（冷媒冷凝成液体；室外风机21推动风量循环；向室外环境释放热量）→→连管20→→接头A 5→→（并联支路节点）→→第一控制阀门11（开启）→→第一节流装置14（节流降压成低温低压液体）→→室内换热器2（冷媒蒸发成气体；室内风机3推动风量循环；吸收房间热量达到降温目的）→→（并联支路节点）→→接头B 6→→连管20→→四通阀24（转换）→→压缩机25……如此循环。

2、“风机盘管+地板混合制冷”功能（第一控制阀门11和第二控制阀门16均开启），详见附图5。

（1）冷媒流程：包括风机盘管18和地板两并联支路：

风机盘管18支路流程同上述“风机盘管独立制冷”功能；

地板支路流程：……接头A 5→→（并联支路节点）→→第二控制阀门16（开启）→→第二节流装置17（节流降压成低温低压液体）→→水氟换热器12（冷媒蒸发成气体；吸收水介质的热量达到降温目的）→→（并联支路节点）→→接头B 6……。

（2）：水介质（或者其他介质）流程：循环水泵15（加压）→→水氟换热器12（与冷媒换热产生冷水；为防止地板凝露，设计时宜控制水介质冷却后温度在一定温度以上，例如10℃以上）→→（可设置排气阀10）→→地暖出水口9→→连接管路→→埋设于地板下的采暖管19（与地板换热后吸收热量，实现地板冰凉及房间降温目的）→→连接管路→→地暖进水口→→（可设置补水口7）→→（可设置安全阀）→→循环水泵15……如此循环。

3、“风机盘管独立制热”功能（第一控制阀门开启、第二控制阀门关闭），详见附图3。

其冷媒流程为：压缩机（排出高温高压气体冷媒）→→四通阀（转换）→→连管→→接头B→→（并联支路节点）→→室内换热器（冷媒冷凝成液体；室内风机推动风量循环；向房间释放热量达到升温目的）→→第一节流装置（节流降压成低温低压液体）→→第一控制阀门（开启）→→（并联支路节点）→→接头B→→连管→→室外换热器（冷媒蒸发成气体；室外风机推动风量循环；吸收室外环境热量）→→四通阀（转换）→→压缩机……如此循环。

4、“地板独立制热”功能（第一控制阀门11关闭、第二控制阀门12开启），详见附图3。

（1）冷媒流程：压缩机25（排出高温高压气体冷媒）→→四通阀24（转换）→→连管20→→接头B 6→→（并联支路节点）→→水氟换热器12（冷媒冷凝成液体；向水介质释放热量达到升温目的）→→第二节流装置17（节流降压成低温低压液体）→→第二控制阀门16（开启）→→（并联支路节点）→→接头B 6→→连管20→→室外换热器23（冷媒蒸发成气体；室外风机21推动风量循环；吸收室外环境热量）→→四通阀24（转换）→→压缩机25……如此循环。

（2）：水介质（或者其他介质）流程：循环水泵15（加压）→→水氟换热器12（与冷媒换热产生热水）→→（可设置排气阀10）→→地暖出水口9→→连接管路→→埋设于地板下的采暖管19（与地板换热后释放热量，实现房间升温目的）→→连接管路→→地暖进水口→→（可设置补水口7）→→（可设置安全阀13）→→循环水泵15……如此循环。

5、“地板+风机盘管混合制热”功能（第一控制阀门11和第二控制阀门16均开启），详见附图4、附图5。

（1）冷媒流程：包括地板采暖和风机盘管18采暖两并联支路，前者同上述“风机盘管独立制热”功能，后者同上述“地板独立制热”功能。

（2）：水介质（或者其他介质）流程同上述“地板独立制热”功能。

Claims (12)

1.一种单元式空调地暖机，包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器连接而形成的换热工质循环回路，具体由室外主机部分和风机盘管部分组成，风机盘管部分包括电气系统和室内换热器，其特征是，所述风机盘管部分还包括有地暖装置，地暖装置至少包括水氟换热器和循环水泵，水氟换热器与所述室内换热器通过连管以并联方式连接起来，并且水氟换热器和室内换热器的并联支路上各自串联有第一控制阀门、第二控制阀门。

2.根据权利要求1所述单元式空调地暖机，其特征是，所述水氟换热器和室内换热器的并联支路上还各自串联有第一节流装置、第二节流装置。

3.根据权利要求1所述单元式空调地暖机，其特征是，所述控制阀门是电磁阀。

4.根据权利要求1所述单元式空调地暖机，其特征是，所述节流装置为热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管。

5.根据权利要求1所述单元式空调地暖机，其特征是，所述控制阀门是兼作节流装置使用的电子膨胀阀。

6.根据权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机，其特征是，还包括埋设于地板下的采暖管，所述地暖装置还设置有地暖出水口和地暖回水口，水氟换热器和循环水泵经地暖出水口和地暖回水口与采暖管通过连管连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机，其特征是，还包括有水箱，所述地暖装置还设置有地暖出水口和地暖回水口，水箱与地暖出水口和地暖回水口通过连管连接。

8.一种如权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制冷时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门处于开启状态，第二控制阀门处于关闭状态，实现风机盘管独立制冷功能。

9.一种如权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门处于开启状态，第二控制阀门处于关闭状态，实现风机盘管独立制热功能。

10.一种如权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门处于关闭状态，第二控制阀门处于开启状态，实现地板独立制热功能。

11.根据权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制冷时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门和第二控制阀门均处于开启状态，实现风机盘管和地板混合制冷功能。

12.根据权利要求1至5任一项所述单元式空调地暖机的电气控制方法，其特征是，制热时，所述电气系统控制室内机组部分的各个控制阀门，使第一控制阀门和第二控制阀门均处于开启状态，实现地板和风机盘管混合制热功能。

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