CN106839492A - 一种低成本高效能新型空气源热泵三联供系统 - Google Patents

一种低成本高效能新型空气源热泵三联供系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空气源热泵三联供系统技术，与现有三联供技术相比，具有结构更简单、成本低廉、效能更高的优点。该方案保留了普通空调系统运行体系，仅采用一个四通换向阀，但是解决了最初三联供技术单四通换向阀技术的缺陷。其具体技术方案是：压缩机系统1的输出端接四通换向阀F0的a口后，由e口通过三通连接全热回收器4工质侧的一端和一个电磁阀F1，全热回收器工质侧的另一端连接电磁阀F2，电磁阀F2和电磁阀F1通过三通汇流后，又通过三通分别连接膨胀阀P1和电磁阀F3，再通过三通汇流后接空调侧换热器3，空调侧换热器另一端通过三通连接膨胀阀P2和电磁阀F4后，再通过三通汇流接热源侧换热器2，热源侧换热器另一端接四通换向阀c口后，由s口接压缩机系统的输入端。

Description

一种低成本高效能新型空气源热泵三联供系统
技术领域
本发明涉及空气源热泵三联供系统技术领域。
背景技术
为了克服现有的空气源热泵空调机组不能回收热量和过渡季节不能提供生活热水的不足，空气源热泵三联供空调机组应运而生，通过该空调机组不仅能进行热量回收，而且能在过渡季节提供生活热水。经过几年的发展，该类空气源热泵三联供空调机组通过增加系统的复杂性，已经基本解决了最初基本方案难以实际运行的问题。从目前来看，可用于实际生产生活的机组除包括压缩机系统、热源侧换热器、全热回收器、空调侧换热器等主设备外、一般都采用两个四通换向阀和其他多个辅助阀门的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、经济的空气源热泵三联供系统，以弥补现有三联供技术的缺点。该系统不仅解决了早期单四通换向阀技术实际运行效果不理想，还有效解决了现有系统造价高、系统复杂的问题，利用成本低廉的产品和简单、成熟的方案，使空气源热泵三联供系统效果得到充分实现。
空气源热泵三联供空调机组究其本质都是在正常为室内供冷、供热的同时，能回收热量提供生活热水，而最初出现的方案，是在原来冷热空调机组的基础上，在压缩机系统出口和四通阀之间，增加了热水水箱，但是会出现工质过冷，凝结为高压低温液体无法通过四通阀的情况。而四通阀又是系统应对室内冷热需求，进行运行方式切换不可缺少的部件。现在，为了解决这一问题，出现了利用两个四通阀，连接3个换热器（表冷器）设备，并能实现制冷模式、制热模式、制冷加热水模式、热水模式、制热加热水模式等运行方式切换的解决方案。这一系列的改进方案在解决了最初运行问题的同时，也造成了由于四通换向阀成本高，组成的运行系统复杂，对原空调机组生产线改动大所带来的经济和技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
保持原有空气源热泵的简单运行体系思路，仅使用一个四通换向阀，在基本保持普通冷暖空调运行系统的情况下，依然能够实现多种运行方式切换。从系统图可知，如果拿掉模块3：全热回收器模块，该系统基本上就是普通的空气源热泵运行系统，只是在模块1：室外机部分增加了一个旁路电磁阀。因此在实际生产中，生产线基本不用做更改，也无需对人员重新培训，起到了良好的省时、省力、省钱的效果。
本发明公开了一种低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，主要包括压缩机系统1、热源侧换热器2、空调侧换热器3、全热回收器4、一个四通换向阀F0、两个膨胀阀P1、P2和四个电磁阀F1-4； 压缩机系统1的输出端接四通换向阀F0的a口后，由e口通过三通连接全热回收器4工质侧的一端和一个电磁阀F1，全热回收器工质侧的另一端连接电磁阀F2，电磁阀F2和电磁阀F1通过三通汇流后，又通过三通分别连接膨胀阀P1和电磁阀F3，再通过三通汇流后接空调侧换热器3，空调侧换热器另一端通过三通连接膨胀阀P2和电磁阀F4后，再通过三通汇流接热源侧换热器2，热源侧换热器另一端接四通换向阀c口后，由s口接压缩机系统的输入端。
在本发明中，热源侧换热器处设置热源侧风扇，在家用型空气源热泵三联供系统中，全热回收器是普通家用盘管保温水箱，空调侧换热器是中央空调或分体空调的室内风机盘管。在为办公楼宇等大型用户使用的空气源热泵三联供系统中，全热回收器水侧的一端通过生活热水循环水泵连接生活热水箱的回水管，全热回收器水侧的另一端连接生活热水箱的进水管；空调侧换热器水侧的一端通过空调侧循环水泵连接空调末端机组的回水管，空调侧换热器水侧的另一端连接空调末端机组的进水管。此时，因制冷模式下，经过空调侧换热器已经吸热过的低压常温工质在流经全热回收器时，不会再大量吸热使全热回收器结冰，全热回收器水侧的生活热水循环水泵也不运行，换热器内少量吸热对远端生活水箱的水温影响很小，所以F2电磁阀和F1电磁阀及其旁路均可省去，可进一步节省成本，但在本文中以复杂模式描述系统实现方式。
在本发明中，进一步的，所述电磁阀F1和F2分别是通电开通和通电闭锁，由一路电信号控制。同样的，电磁阀F3和F4分别是通电开通和通电闭锁，并由一路电信号控制。
本发明低成本高效能新型空气源热泵三联供系统具有以下优点：1）可以实现目前三联供空调机组的所有功能；2）成本低廉；相对于现有可投入实际运行的三联供空调机组，系统结构更精简，并以少量相对便宜、可靠的电磁阀代替较贵的四通换向阀，有效降低产品成本；3）控制系统简单；由于系统的大量简化，系统功能的增加，并没有使控制部件大幅增多，只增加了少量电磁阀。相比传统的冷热空调机组，只需要增加两路控制电信号的输出；除了降低生产、维护的复杂性外，与现有技术相比，控制系统简化，同样降低了产品成本。4）、生产简单；该系统保留了空调机组原有的工艺流程，故相对于传统空调生产线而言，无需太多变化，就可以顺利升级转产新的三联供空调机组，相对于现有技术，极大降低了生产成本。同时，基本免去了新产品生产人员培训等工作环节。以家用低成本高效能新型空气源热泵三联供系统为例，从生产环节看，室外机部分只是在膨胀阀处增加了一个三通（一般室外机膨胀阀与压缩机系统之间有一个三通，作为生产测试用，可以直接利用）与电磁阀并联，室内机部分无需做任何变动，只需外购保温盘管水箱，并在水箱体系不做变化的情况下，增加两个电磁阀，两个三通即可。
附图说明
图1是本发明低成本高效能新型空气源热泵三联供系统原理图。 图中1.压缩机系统，2.热源侧换热器，3.空调侧换热器， 4.全热回收器，F0.四通换向阀，F1-4.电磁阀，P1-2.膨胀阀。 模块1：空气源热泵机组模块（室外机部份），其中包括：1.压缩机系统，2.热源侧换热器，F0.四通换向阀，P2.膨胀阀，F4. 电磁阀；模块2：室内机部分，或通过空调侧循环水泵连接空调末端机组的热交换器，其中包括3.空调侧换热器；模块3：全热回收器模块，其中包括：4.全热回收器，P1. 膨胀阀，F1-3. 电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明各运行模式的具体实现方式。 如图所示，本发明低成本高效能新型空气源热泵三联供系统热源来自压缩机系统1，其中包括组成压缩机系统的必须部件如储液器、气液分离器等。热源侧换热器2即室外机中的翅片式换热器。空调侧换热器3，在简单系统中即室内风机盘管，亦可作为换热器，通过循环水泵为室内毛细管网供暖（冷）。全热回收器4，在简单系统中可以是盘管水箱，亦可通过换热器，用循环水泵为无盘管热水水箱供热，而获得生活热水。在实际工程中，若采用无盘管热水水箱模式，实际F2电磁阀和F1电磁阀及其旁路均可省去。
1、制冷（化霜）模式
在制冷模式下，通过控制器使四通换向阀处于制冷循环状态下，电磁阀F1通电打开，电磁阀F2通电闭锁，电磁阀F3通电开通，电磁阀F4通电闭锁。制冷剂循环如下： 制冷剂依次通过压缩机系统1的输出端、四通换向阀F0、热源侧换热器2、膨胀阀P2、空调侧换热器3、电磁阀F3、电磁阀F1、四通换向阀F0、压缩机系统1的输入端。
在制冷模式下，高温高压的气态制冷剂通过热源侧换热器2进行冷却变成液体，通过膨胀阀P2节流降压，使通过空调侧换热器3时将液态的制冷剂进行蒸发变成汽态制冷剂，即制冷剂在热源换热器2得到冷凝，在空调侧换热器3进行蒸发。制冷剂在热源换热器2内被冷凝，所释放出来的热量送到室外大气中。制冷剂在空调侧换热器3内进行蒸发，从而使室内的空调未端机组循环水泵送至空调侧换热器 3内的水得到冷却，冷却后的水进入安装在室内的空调未端机组，室内空气通过空调未端机组得到降温，达到调节室内空气的目的。 此时，生活热水循环水泵不运转，全热回收器4没有将生活热水加热，压缩机系统1的制冷剂不经过全热回收器4。 当热源侧换热器2出现结霜现象时，系统切换到此模式下，并关闭热源侧换热器的风扇，即可达到化霜的效果。
2、制热模式
在制热模式下，通过控制器使四通换向阀处于制热循环状态下，电磁阀F1通电打开，电磁阀F2通电闭锁，电磁阀F3通电打开，电磁阀F4通电闭锁。制冷剂循环如下： 制冷剂依次通过压缩机系统1的输出端、四通换向阀F0、电磁阀F1、电磁阀F3、空调侧换热器3、膨胀阀P2、热源侧换热器2、、四通换向阀F0、压缩机系统1的输入端。
在制热模式下，高温高压的气态制冷剂通过空调侧换热器3时冷却变成液体，再通过膨胀阀P2节流降压进入热源侧换热器2，将液态的制冷剂进行蒸发变成汽态制冷剂，即制冷剂在空调侧换热器3进行冷凝放热，在热源换热器3进行蒸发吸热。制冷剂在空调侧换热器3内进行冷凝，所释放的热量通过空调侧循环水泵送至安装于室内的空调未端机组，室内空气通过空调未端机组实施升温，达到调节室内空气的目的。制冷剂在热源换热器3内进行蒸发，所吸收的热量从室外大气中获取。 此时，生活热水循环水泵没有运转，制冷剂不经过全热回器4，全热回收器4没有将生活热水加热。
3、制冷加热水模式
在制冷加热水模式下，通过控制器使四通换向阀F0处于制热循环状态下，电磁阀F1不通电闭锁，电磁阀F2不通电开通。电磁阀F3不通电闭锁，电磁阀F4不通电开通。制冷剂循环如下： 制冷剂依次通过压缩机系统1的输出端、四通换向阀F0、全热回收器4、电磁阀F2、膨胀阀P1、空调侧换热器3、电磁阀F4、热源侧换热器2、、四通换向阀、压缩机系统1的输入端。
在制冷加热水模式下，高温高压的气态制冷剂通过全热回收器4时冷却变成液体，再通过膨胀阀P1节流降压接入空调侧换热器3时将液态的制冷剂进行蒸发变成汽态制冷剂，即制冷剂在全热回收器4进行冷凝放热，在空调侧换热器3进行蒸发吸热。制冷剂在全热回收器4内进行冷凝，所释放出来的热量通过生活热水循环水泵送至生活热水箱，从而实施对生活热水箱内的水进行循环加热或直接通过盘管水箱给水箱的水加热。制冷剂在空调侧换热器3内进行蒸发，从而使经空调侧循环水泵送至空调侧换热器3内的水得到冷却，冷却后的水进入安装在室内的空调未端机组，室内空气通过空调未端机组得到降温，达到调节室内空气的目的。 此时，生活热水循环水泵运转，全热回收器4参与制作生活热水。在生活热水箱内的水达到设定的温度时，通过控制器使四通换向阀处于制冷循环状态下，电磁阀F1通电打开，电磁阀F2通电闭锁，电磁阀F3通电开通，电磁阀F4通电闭锁。将空调机组切换至制冷模式运行。
4、热水模式
在热水模式下，通过控制器使四通换向阀处于制热循环状态下，电磁阀F1不通电闭锁，电磁阀F2不通电开通。电磁阀F3通电开通，电磁阀F4通电闭锁。制冷剂循环如下： 制冷剂依次通过压缩机系统1的输出端、四通换向阀F0、全热回收器4、电磁阀F2、电磁阀F3、空调侧换热器3、膨胀阀P2、热源侧换热器2、、四通换向阀F0、压缩机系统1的输入端。
在热水模式下，高温高压的气态制冷剂通过全热回收器4时冷却变成液体，再经过膨胀阀P2节流减压，使通过热源侧换热器2时将液态的制冷剂进行蒸发变成汽态制冷剂，即制冷剂在全热回收器4进行冷凝放热，在热源侧换热器2进行蒸发吸热。制冷剂在全热回收器4内进行冷凝，所释放的热量通过生活热水循环水泵给生活热水进行加热， 直到生活热水箱内的水达到设定的温度。制冷剂在热源换热器2内进行蒸发，所吸收的热量通过流经热源侧风扇的空气提供。 此时，经过放热的高压常温工质流经空调侧换热器，但换热器和空调侧循环水泵不参与工作，不会对室内温度产生影响。
5、制热加热水模式
该模式下空调机组优先加热生活水箱热水，在生活热水箱内的水达到一定温度后，高压高温工质在全热回收器4不能完全放热，流经空调侧换热器3时继续放热，空调侧循环水泵启动参与工作。通过空调未端机组实施升温，达到调节室内空气的目的。
在制热加热水模式下，通过控制器使四通换向阀处于制热循环状态下，电磁阀F1不通电闭锁，电磁阀F2不通电开通。电磁阀F3通电开通，电磁阀F4通电闭锁。制冷剂循环如下： 制冷剂依次通过压缩机系统1的输出端、四通换向阀F0、全热回收器4、电磁阀F2、电磁阀F3、空调侧换热器3、膨胀阀P2、热源侧换热器2、、四通换向阀F0、压缩机系统1的输入端。
在制热加热水模式下，高温高压的气态制冷剂通过全热回收器4时放热，生活热水箱内的水达到一定温度后，高压高温工质在全热回收器4不能完全放热，流经空调侧换热器3时继续放热，空调侧循环水泵启动参与工作。通过空调未端机组实施升温，达到调节室内空气的目的。再经过膨胀阀P2节流减压，使通过热源侧换热器2时将液态的制冷剂进行蒸发变成汽态制冷剂，即制冷剂在全热回收器4和空调侧换热器3中进行冷凝放热，在热源侧换热器2进行蒸发吸热。制冷剂在全热回收器4内进行冷凝，所释放的热量通过生活热水循环水泵给生活热水进行加热，未完全放热的工质继续在空调侧换热器3中继续放热。制冷剂在热源换热器2内进行蒸发，所吸收的热量通过流经热源侧风扇的空气提供。

Claims (8)

1.一种低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，主要包括压缩机系统1、热源侧换热器2、空调侧换热器3、全热回收器4、一个四通换向阀F0、两个膨胀阀P1、P2和四个电磁阀F1-4；
所述的压缩机系统1中，包括压缩机、储液器、气液分离器等组成空调系统的必须部件，因其与发明本身并非直接相关，亦可看做系统中已描述的主要部件的附件，也均是构成本发明完整系统的基础部件，不在文中具体描述；
压缩机系统1的输出端接四通换向阀F0的a口后，由e口通过三通连接全热回收器4工质侧的一端和一个电磁阀F1，全热回收器工质侧的另一端连接电磁阀F2，电磁阀F2和电磁阀F1通过三通汇流后，又通过三通分别连接膨胀阀P1和电磁阀F3，再通过三通汇流后接空调侧换热器3，空调侧换热器另一端通过三通连接膨胀阀P2和电磁阀F4后，再通过三通汇流接热源侧换热器2，热源侧换热器另一端接四通换向阀c口后，由s口接压缩机系统的输入端。
2.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，仅使用一个四通换向阀。
3.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，全热回收器4与电磁阀F2串联后通过三通与电磁阀F1并联。
4.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，膨胀阀P1和电磁阀F3通过三通并联。
5.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，膨胀阀P2和电磁阀F4通过三通并联。
6.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，电磁阀F1和F2分别是通电开通和通电闭锁，并由一路电信号控制。
7.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，电磁阀F3和F4分别是通电开通和通电闭锁，并由一路电信号控制。
8.根据权利要求1所述的低成本高效能新型空气源热泵三联供系统，其特征在于，全热回收器4可以是通过生活热水循环水泵连接生活热水箱的大型用户也可以是普通家用盘管保温水箱；在实际工程中，若采用生活热水循环水泵连接生活热水箱的无盘管热水水箱模式，F2电磁阀和F1电磁阀及其旁路均可省去。
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