CN105890225A - 一种部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是提供一种部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统，由带辅助换热器(位于压缩机排气过热段的水-冷媒换热器)和空调使用侧水泵的风冷或水冷冷热水机组、水侧三通电磁阀、多组末端(如风机盘管/地暖)及区域控制器、热水循环泵、带内置盘管的生活热水水箱及相应的水管、控制线路所组成。此系统可实现夏季制冷、冬季制热、不运行空调状况下全年制生活热水、夏季制冷的同时通过部分热回收模式制生活热水、冬季制热的同时将压缩机过热段的热量分配给生活热水加热这五种模式，可保证生活热水和空调的持续供应、提供更高的水温/效率且不受冷热需求量须平衡的限制(相比全热回收)。

Description

一种部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统
技术领域
本专利属于空调和空气源热泵的结合，为用户提供空调冷热水供应和生活热水供应。
背景技术
随着经济和房地产的发展，长江流域的住宅用户对地暖和生活热水的需求越来越大，新建精装修项目都会考虑采用地板采暖或暖气片采暖。但由于各地市政燃气供应量的限制，无法做到冬季每户家庭都采用燃气炉采暖，部分家庭也不能够承受燃气采暖的运行费用，再加上某些区域尚未完成燃气管网的敷设，所以部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统采用空气源热泵或地源热泵在提供空调的同时兼顾采暖和生活热水，摆脱了采暖和生活热水系统对燃气的依赖，减少了大气排放、通过热泵运行和部分热回收的高效率减少了用户的运行费用，是一个具有广阔前景的应用。
市场上已出现的全热回收三联供系统不能提供高温热水(出水温度一般不超过55度)、冷热联供时因两侧的负荷需求不一致而导致输出受限制/效率并不高、系统复杂度高而使得设备昂贵/维持可靠性较为困难，特别是风冷全热回收系统受外界极端工况的影响，很难保证全年都能持续有效地运行。
发明内容
本发明是提供一种部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统，由带辅助换热器(位于压缩机排气过热段的水-冷媒换热器)/空调使用侧水泵的风冷或水冷冷热水机组(1)、水侧三通电磁阀(2)、热水循环泵(3)、带内置盘管换热器的生活热水水箱(4)、多组风机盘管末端(5)、多组地暖/暖气片等辐射末端(6)、与每组末端相对应的区域控制器(7)、多组生活热水龙头/花洒(8)、生活水补水口(9)、地暖/暖气片对应分集水器(10)及相应的水管和控制/通讯线路所组成。
其主要运行特征如下：
1.冷热水机组(1)提供空调冷热水至风盘式室内末端(5)(冬季亦可切换至地暖或暖气片等辐射型末端装置(6))，即向室内提供冷量或热量；
2.当室内无空调需求或房间温度已经达到设定要求时，冷热水机组(1)可切换为生活热水加热模式，通过外部三通电磁阀(2)动作，将产生的热水通往生活热水水箱(4)进行生活热水的加热；
3.冷热水机组(1)在进行空调冷热模式或生活热水加热模式运行时其自带的辅助换热器均可额外向生活热水水箱(4)提供温度更高的热水，用于将生活用水至更高的水温；
4.因为运行工况和负荷变动大于普通的空调机组，冷热水机组(1)一般采用变频压缩机，以便于调节输出比例、适应不同的工况要求。
5.冷热水机组(1)在化霜时为不影响生活热水箱内的水温，集成控制主板发出指令：停止热水循环泵的运行；强制区域控制器(7)打开所有末端(5和6)的电磁阀或热电阀，动员尽可能多的水流动起来，从室内空气或装饰面层中吸热，以尽快完成化霜；风机盘管的风机停止，以防止吹冷风影响舒适感。
通过这一系统运行方式，可实现夏季制冷、冬季制热、不运行空调状况下全年制生活热水(此时冷凝器和辅助换热器可同时工作，为生活热水加热)、夏季制冷的同时通过部分热回收模式制生活热水(实现系统高效率综合运行)、冬季制热的同时将压缩机过热段的热量分配给生活热水加热(维持或提高生活热水的水温)这五利模式，可保证生活热水持续供应、提供更高的生活热水水温并且不受系统冷热量须平衡的限制(相比全热回收而言)、也不影响空调的持续正常使用。
附图说明
图1是系统原理图，其中：
1风冷或水冷冷热水机组一带辅助换热器(位于压缩机排气过热段的水-冷媒换热器)/空调使用侧水泵；2水侧三通电磁阀、3热水循环泵、4带内置盘管换热器的生活热水水箱、5多组风机盘管末端、6多组地暖/暖气片等辐射末端、7与每组末端相对应的区域控制器、8多组生活热水龙头/花洒、9生活水补水口、10地暖/暖气片对应分集水器。
图2是制冷循环的压焓图
图3和图4是冷热水机组内部冷媒系统及外部水系统的运行模式图，与图1的部件编号保持一致，其中：
●1.1-1.7为冷热水机组(1)内部的主要组成部件，分别为：1.1压缩机；1.2换热器(空气-冷媒或水-冷媒)；1.3辅助换热器(处于压缩机排气过热段)；1.4节流阀；1.5换热器(水-冷媒)；1.6冷媒四通换向阀；1.7空调采暖循环泵。
●省略了图1中已显示的空调末端和地暖末端的组件(即：多组风机盘管末端(5)、多组地暖/暖气片等辐射末端(6)、与每组末端相对应的区域控制器(7)、地暖/暖气片对应分集水器(10))。
具体实施方式
本系统有如下五种运行模式。
冷热水机组通过压缩机、换热器、节流装置和换向阀的协同动作，向室内提供空调或采暖所需的冷热水，其中换热器1.2和1.5经过换向阀切换冷媒流向后分别作为冷媒循环中的蒸发器和冷凝器。
辅助换热器1.3位于压缩机排气端，当热水循环泵运行时直接连接至生活热水箱的循环水就会从辅助换热器内获取压焓图(图2)中h2至h3段的热量，由于是压缩机排气过热段，其冷媒侧温度高于理论冷凝温度，经过一段时间的运行后，循环水温可达到55-65摄氏度(视不同的冷媒特性而定)。因辅助换热器不是冷媒循环中的主冷凝器，故而热水循环泵的流量可以调整、以获得更高的出水温度。当系统处于制冷循环时，辅助换热器的运行状态为部分热回收，可有效地增加制冷循环的效率。
当系统有空调/地暖的冷热需求时，水侧三通阀的通行方向为A，即向空调/地暖末端提供冷热水。
当冷热需求已被满足(室内温度达到设定值)或所有末端被人为关闭、且有生活热水需求(水箱水温未达到设定值)时，集成控制主板指令冷热水机处于制热模式、水侧三通阀通行方向转为B，此时热水循环泵3亦处于开启，辅助换热器1.3和换热器1.5同时向生活热水箱提供热量，前者直接加热、后者间接加热。此模式下热水循环泵的开关受控于集成控制主板，由室外气温、生活热水箱的设定水温和实际水温等信息来判定。
生活热水箱内置盘管的间接换热能力受限于源侧水温和换热面积等因素，不能无限制地增加，以150L生活水箱的内置盘管为例，换热能力一般在3-5kW左右；而辅助换热器的换热能力一般为冷热水主机的15％。因此，本系统中若采用一台15kW制冷量的冷热水机(住宅用户常见的配置)，在系统处于制热水模式下可向生活热水箱传递的合计能力约为7kW，只有冷热水机容量的一半。因此，为保证系统平衡和持续稳定运行，宜采用变频变容量压缩机，有条件的也可以增加水泵的变频变流量控制功能。

Claims (6)

1.部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统包括：带辅助换热器(位于压缩机排气过热段的水-冷媒换热器)/空调使用侧水泵的风冷或水冷冷热水机组(1)、水侧三通电磁阀(2)、热水循环泵(3)、带内置盘管换热器的生活热水水箱(4)、多组风机盘管末端(5)、多组地暖/暖气片等辐射末端(6)、与每组末端相对应的区域控制器(7)、多组生活热水龙头/花洒(8)、生活水补水口(9)、地暖/暖气片对应分集水器(10)及相应的水管和控制/通讯线路。
2.根据权利要求1所述的冷热水机组(1)包含冷热水机常见的压缩机、冷凝器、蒸发器、冷媒四通换向阀、节流装置、使用侧水泵等部件，以及压缩机排气出口端的水-冷媒辅助换热器、集成控制主板。
3.根据权利要求1所述的冷热水机组(1)，其主要运行特征为：
1)冷热水机组(1)提供空调冷热水至风盘式室内末端(5)(冬季亦可切换至地暖或暖气片等辐射型末端装置(6))，即向室内提供冷量或热量；
2)当室内无空调需求或房间温度已经达到设定要求时，冷热水机组(1)可切换为生活热水加热模式，通过外部三通电磁阀(2)动作，将产生的热水通往生活热水水箱(4)进行生活热水的加热；
3)冷热水机组(1)在进行空调冷热模式或生活热水加热模式运行时其自带的辅助换热器均可额外向生活热水水箱(4)提供温度更高的热水，用于将生活用水至更高的水温；
4)因为运行工况和负荷变动大于普通的空调机组，冷热水机组(1)一般采用变频压缩机，以便于调节输出比例、适应不同的工况要求。
5)冷热水机组(1)在化霜时为不影响生活热水箱内的水温，集成控制主板发出指令：停止热水循环泵的运行；强制区域控制器(7)打开所有末端(5和6)的电磁阀或热电阀，动员尽可能多的水流动起来，从室内空气或装饰面层中吸热，以尽快完成化霜；风机盘管的风机停止，以防止吹冷风影响舒适感。
4.根据权利要求2所述的集成控制主板在冷热水机组(1)运行时通过比较生活热水水箱(4)内水温与设定值来决定部分热回收换热器以及外置的热水循环泵(3)是否动作，此时冷热水机组(1)的模式可以是空调制冷、空调制热或生活热水加热。
5.根据权利要求1所述的生活热水水箱(4)包括温度传感器、内置式盘管换热器、补水及热水供水接口等配置。
6.根据权利要求1所述的与每组末端相对应的区域控制器(7)包括温控器、可以检测室内温湿度的传感器、电磁阀(风盘末端)或热力阀(辐射末端)，其中温控器可以计算所需要的水温发送给将本区域的空调或地暖负荷需求量、生活热水负荷需求量通过通讯线路发送至冷热水机(1)的集成控制主板，以便后者确定机组的运行模式和容量输出比例。
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