CN105910200B - 带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，包括空调设备和地板辐射供暖末端装置；地板辐射供暖末端装置包括防潮层、保温材料层、地暖模块和铝箔层，在支撑模板槽内填充有相变蓄热材料，相变蓄热材料上表面及铝箔层在位于凹槽处均设有向下的圆弧凹陷，每条圆弧凹陷内铺设有供热支管，供热支管的两端通过分配器与供、回热干管相连；空调设备与地板辐射供暖末端装置之间通过分歧管连接；上述各器件之间的连接管道之间设有调节控制阀，连接管道内填充有制冷剂。本发明可以提高空气源热泵能效比，满足室内热舒适的同时解决除霜问题；可以模块化生产、现场拼接安装，降低施工难度。
Description
技术领域
本发明涉及空气源热泵空调系统装置，具体地说，涉及一种带铝箔导热、地暖模块、相变蓄热、直接冷凝式地板供暖末端装置和供冷末端装置。
背景技术
随着社会经济水平的发展，人们对室内环境的要求不断提高，建筑能耗持续增加。1996-2013年间，建筑面积迅速增长，建筑能耗总量已达到我国总能耗的28％以上。其中，空调和供暖能耗最多可超过建筑总能耗的50％，因此降低空调和供暖能耗成为建筑节能减排的关键问题之一。近年来，空气源热泵以其高效、清洁、稳定以及气候条件适用性等优点，被广泛应用于暖通空调领域。
于二十世纪初提出的低温热水地板辐射供暖由于其节能、应用热源广泛、热舒适性强等方面的优势，引起学术界的关注，并得到广泛的应用。空气源热泵与地板辐射供暖系统相结合，不仅提高清洁能源利用率，而且扩展了空气源热泵供暖技术的适用范围。于2002年我国建设部将空气源热泵地板辐射供暖系统鉴定为国内首创技术，并得到了广泛的发展与应用。
按照构造层中是否浇注豆石混凝土，可以将低温地板辐射采暖分为湿式和干式两种施工做法。目前国内工程中应用较多的是湿式做法，但是该做法存在占用层高、增大建筑物载荷、初投资较大、局部过热、地板热惰性较大等问题。
空气源热泵室外机蒸发器表面结霜是空气源热泵冬季运行存在的难题。室外机结霜引起热泵供热量不足、压缩机压缩比及排气温度升高、机组能效比降低以及机组热损失增大等问题，是影响空气源热泵系统冬季运行效率与稳定性及室内热舒适性的关键因素之一，已成为空气源热泵技术发展应用的瓶颈。电加热辅助是目前常见的空气源热泵除霜方式，但是这种方式在应用过程中将高品位能变成了低品位能，造成了能量的降级利用，导致系统能效降低。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于提出空气源热泵冬夏双末端空调系统形式，以空气作为冷热源，夏季通过室内机对房间进行供冷，冬季将空气源热泵与直接冷凝式地板辐射供暖系统进行匹配衔接，以制冷剂作为热媒向室内供暖，降低冷凝温度，利用清洁能源，无污染物排放，无二次热媒，减少系统能量损失与运输能耗；末端加入地暖模板和相变蓄热材料、铺设铝箔层，降低构造层厚度、增加建筑使用空间、减少向下传热量、提高温度分布均匀性、增强传热，由相变材料蓄热为除霜提供热量，除霜的同时维持地板表面温度，保证热舒适性；降低冬季工况冷凝温度，提高空气源热泵能效比；对系统运行进行智能优化控制，满足室内热舒适的同时降低系统能耗；模块化生产，根据不同功能房间室内负荷需求进行选型及现场拼接安装，降低施工难度。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，包括空气源热泵室外机组、控制器、室内机和地板辐射供暖末端装置；所述地板辐射供暖末端装置包括供暖末端分配器、供热干管和回热干管，所述供暖末端分配器的一端与供热干管相连，所述供暖末端分配器的另一端与回热干管相连，在楼板和地板之间、自楼板上表面至地板下表面依次铺设有防潮层、保温材料、地暖模块和铝箔层，所述地暖模块包括支撑模板和相变蓄热材料，每个支撑模板的上表面设有凹槽，每个支撑模板由横截面为凹字型的型材或是两个横截面为Z字型的型材构成，所述铝箔层在位于支撑模板的凹槽处均设有向下的圆弧凹陷，所述圆弧凹陷与凹槽的走向一致，多条相邻的圆弧凹陷内铺设有一段支管，该段支管的两端通过所述供暖末端分配器与所述供热干管和回热干管相连，该段支管在两条相邻圆弧凹陷之间的管段为弯管；铺设支管后在所述凹槽的剩余空间内填充有相变蓄热材料；从而在保温材料与地板之间形成了与相变蓄热材料间隔交替分布的空气层；所述供暖末端分配器的进/出口及所述室内机的进/出口与所述空气源热泵室外机组的进、出口之间均分别通过分歧管连接；上述各器件之间的连接管道内填充有制冷剂，所述空气源热泵室外机组、室内机、地板辐射供暖末端装置的管道上均设有调节控制阀。
进一步讲，所述圆弧凹陷的半径及深度均与其中铺设的支管的外径相相同。
通过所述供暖末端分配器与供热干管和回热干管相连的支管所在的圆弧凹陷至少是两条相邻的圆弧凹陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)双末端空调系统，冬夏季切换运行，同时满足夏季空调供冷与冬季供热工况。
(2)制冷剂直接注入地板供热管，无二次热媒，减少输送能耗和能量损失，降低冷凝温度，提高系统能效。
(3)供热管道回路较短，减少阻力，降低能耗。
(4)加设铝箔层和相变蓄热材料，增强换热，提高供热均匀性，由相变蓄热材料储热为融霜提供热量，在保证室内热舒适的同时，解决空气源热泵冬季运行除霜问题。
(5)方便布管，能够自动牢固地锁住加热管，实际铺装时，可根据供暖区域所需热负荷分别按照不同管间距铺设，可根据现场尺寸任意裁剪。
(6)模板底部采用线性连接，能够最大程度地保留间隔的空气层，模板底部空气层内的空气处于相对静止、不流动的状态，其隔热效果优越，可根据现场实际情况取消保温层或减少保温层的厚度。
(7)模板底部的空气层具有良好的隔音减噪性能。
(8)材质轻薄，可大大降低建筑物荷载，节省大量建筑成本，并可有效增加室内净高。
(9)对系统运行进行智能优化控制，满足室内舒适度的同时降低系统能耗。
(10)采用空气源热泵系统，无有害、有毒、易燃易爆气体泄漏危险，与传统地板采暖形式相比，具有更高的安全性。
(11)可以模块化规模生产，现场拼接安装，降低施工难度。
附图说明
图1为本发明带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统结构示意图；
图2为本发明中地板辐射供暖末端装置的结构示意图；
图3为图2所示地板辐射供暖末端装置横向剖面示意图；
图4-1是本图3中所示支撑模板的一种横截面示意图；
图4-2是本图3中所示支撑模板的另一种横截面示意图；
图4-3是本图3中所示支撑模板的又一种横截面示意图。
图中：
1-空气源热泵室外机组，2-控制器，3-调节控制阀，4-分歧器，5-地板辐射供暖末端装置，6-室内机，7-供热干管，8-供暖末端分配器，9-支管，10-回热干管，11-支撑模板，12-地板，13-铝箔层，14-相变蓄热材料，15-空气层，16保温层，17防潮层，18楼板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，包括空气源热泵室外机组1、室外机6、控制器2和设置在楼板16和地板12之间的地板辐射供暖末端装置5；如图2所示，所述地板辐射供暖末端装置5包括供暖末端分配器8、供热干管7和回热干管10，所述供暖末端分配器8的一端与供热干管7相连，所述供暖末端分配器8的另一端与回热干管10相连，如图3所示。
在楼板18和地板12之间、自楼板18上表面至地板12下表面依次铺设有防潮层17、保温材料16、地暖模块和铝箔层13，所述地暖模块包括支撑模板11和相变蓄热材料14，每个支撑模板11的上表面设有凹槽，每个支撑模板11由横截面为凹字型的型材或是两个横截面为Z字型的型材构成，如图4-1、图4-2和图4-3所示。所述铝箔层13在位于支撑模板11的凹槽处均设有向下的圆弧凹陷，所述圆弧凹陷与凹槽的走向一致，多条相邻的圆弧凹陷内铺设有一段支管9，该段支管9的两端通过所述供暖末端分配器8与所述供热干管7和回热干管10相连，该段支管9在两条相邻圆弧凹陷之间的管段为弯管，所述圆弧凹陷的半径及深度均与其中铺设的支管的外径相相同；铺设支管9后在所述凹槽的剩余空间内填充有相变蓄热材料14；从而在保温材料16与地板12之间形成了与相变蓄热材料14间隔交替分布的空气层15。
如图1所示，所述供暖末端分配器8的进、出口、所述室内机6的进、出口之间、及与所述空气源热泵室外机组的进、出口之间均分别通过分歧管4连接。上述各器件之间的连接管道内填充有制冷剂，所述空气源热泵室外机组1、室内机6、地板辐射供暖末端装置5的管道上均设有调节控制阀。
本发明带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统的工作过程是：
夏季工况时，通过控制器2将空气源热泵室外机组中的空气源热泵切换至制冷状态，由所述空气源热泵室外机组1制出的低温液态制冷剂经过设置在所述空气源热泵室外机组1与所述室内机6之间的调节控制阀3和分歧管4进入室内机6与室内空气进行换热，管道中的制冷剂吸热后蒸发成为气体，制冷剂气体经设置在室内机6出口侧的调节控制阀3和分歧器4流至室外，通过设置在所述室内机6与所述空气源热泵室外机组1之间的调节控制阀3后进入空气源热泵室外机组1与室外空气进行换热；
冬季供暖工况时，通过控制器2将空气源热泵室外机组中的空气源热泵切换至制热状态，由所述空气源热泵室外机组1制出的高温气态制冷剂经过设置在所述空气源热泵室外机组1与所述地板辐射供暖末端装置5之间的调节控制阀3和分歧器4进入所述地板辐射供暖末端装置5的供热干管7，通过设置在所述供暖末端分配器8进口处的调节控制阀3进入供暖末端分配器8，由供暖末端分配器8送至干管9进行放热，管道中的制冷剂放热后冷凝成为液体，制冷剂液体经设置在供暖末端分配器8出口的调节控制阀3进入回热干管10，经过设置在所述供暖末端分配器8的出口与所述室内机的进口之间的调节控制阀3和分歧器4返回所述空气源热泵室外机组1与室外空气进行换热。
由于本发明地板辐射供暖末端采用直接冷凝式，并通过加设铝箔层、相变蓄热材料和地暖模板，供热温度较均匀，无需添加其他热源或除霜装置，利用相变蓄热为融霜提供热量，在保证室内热舒适的同时解决除霜问题，降低构造层厚度、增加建筑使用空间、减少向下传热量，提高系统性能。
本发明中的地板辐射供暖末端装置可以模块化规模生产，可根据室内负荷需求在现场直接进行拼接安装，降低施工、检修难度，更易推广实施。
可远距离优化控制，提前开启、调节系统供热或空调供冷模式，保证人员舒适性需求的同时降低能耗。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，包括空气源热泵室外机组(1)、控制器(2)、室内机(6)和地板辐射供暖末端装置(5)；所述地板辐射供暖末端装置(5)包括供暖末端分配器(8)、供热干管(7)和回热干管(10)，所述供暖末端分配器(8)的一端与供热干管(7)相连，所述供暖末端分配器(8)的另一端与回热干管(10)相连，其特征在于：
在楼板(18)和地板(12)之间、自楼板(18)上表面至地板(12)下表面依次铺设有防潮层(17)、保温材料(16)、地暖模块和铝箔层(13)，所述地暖模块包括支撑模板(11)和相变蓄热材料(14)，每个支撑模板(11)的上表面设有凹槽，每个支撑模板(11)由横截面为凹字型的型材或是两个横截面为Z字型的型材构成，所述铝箔层(13)在位于支撑模板(11)的凹槽处均设有向下的圆弧凹陷，所述圆弧凹陷与凹槽的走向一致，多条相邻的圆弧凹陷内铺设有一段支管(9)，该段支管(9)的两端通过所述供暖末端分配器(8)与所述供热干管(7)和回热干管(10)相连，该段支管(9)在两条相邻圆弧凹陷之间的管段为弯管；铺设支管(9)后在所述凹槽的剩余空间内填充有相变蓄热材料(14)；从而在保温材料(16)与地板(12)之间形成了与相变蓄热材料(14)间隔交替分布的空气层(15)；
所述供暖末端分配器(8)的进/出口及所述室内机(6)的进/出口与所述空气源热泵室外机组的进、出口之间均分别通过分歧管(4)连接；
供热干管(7)、支管(9)和回热干管(10)内填充有制冷剂，所述空气源热泵室外机组(1)、室内机(6)、地板辐射供暖末端装置(5)的管道上均设有调节控制阀。
2.根据权利要求1所述一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，其特征在于，所述圆弧凹陷的半径及深度均与其中铺设的支管的外径相同。
3.根据权利要求1所述一种带有相变蓄热材料地暖模块的双末端空气源热泵系统，其特征在于，通过所述供暖末端分配器(8)与供热干管(7)和回热干管(10)相连的支管(9)所在的圆弧凹陷至少是两条相邻的圆弧凹陷。
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