CN107013972A - 带有辐射供暖炕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辐射供暖炕的双末端空气源热泵系统，包括与空气源热泵室外机组相连的控制器、分别布置在多个房间内的多台室内机，每个房间内设有直接冷凝式辐射供暖炕系统，所有室内机的进口与出口均通过分歧管相连；所述直接冷凝式辐射供暖炕系统包括炕体和炕板，所述炕板的上表面设有温度传感器，所述炕体和炕板之间的空间内铺设有供暖末端分配器、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。本发明利用清洁能源，无污染物排放，无二次热媒，减少系统能量损失与运输能耗；可模块化生产，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。
Description
技术领域
本发明涉及空气源热泵空调系统，具体地说，涉及一种以炕作为供暖装置、以家用空调室内机作为供冷装置的冬夏双末端空气源热泵系统。
背景技术
随着能源短缺及环境污染问题的日益严重，国家针对北方燃气(热力)管网覆盖范围以外的城区、郊区、农村等采暖区域，提出以电采暖设施作为补充供暖方式替代原有化石能源分散燃烧设施，以减少因散煤燃烧造成的环境污染问题。在已有电供暖设施中，电驱动的空气源热泵从空气中取热，将低品位热能转化为高品位热能进行供暖，是最节能、最易行的供暖设施。
与此同时，炕以低温辐射作为供暖方式，温度均匀，具有良好的热舒适性，是北方非集中供暖区域居室中常见的取暖装置，既解决了坐卧起居问题，又可以通过炕面散发热量，保持室内较高的温度。传统意义上的炕，是利用燃烧木柴、散煤等产生的烟和热气为炕提供热量，向室内进行辐射供暖，而木柴、散煤等的燃烧是造成严重雾霾的主要因素之一。
发明内容
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新型辐射供暖炕进行匹配衔接，以制冷剂作为热媒向室内供暖，降低冷凝温度，提高空气源热泵能效比；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；新型炕的结构中含有相变蓄热材料、铺设均热层，均热层可提高温度分布均匀性、增强传热，相变蓄热材料可为除霜提供热量，除霜的同时维持炕表面温度，保证热舒适性；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辐射供暖炕的双末端空气源热泵系统，包括与空气源热泵室外机组相连的控制器、分别布置在多个房间内的多台室内机，每个房间内设有直接冷凝式辐射供暖炕系统，所有室内机的进口与出口均通过分歧管相连；所述直接冷凝式辐射供暖炕系统包括炕体和炕板，所述炕板的上表面设有温度传感器，所述炕体和炕板之间的空间内铺设有供暖末端分配器、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，在炕体和炕板之间、自炕体上表面至炕板下表面依次铺设有保温材料和均热层，在所述保温材料与所述均热层之间布置有多个相变蓄热单元，每个相变蓄热单元包括设置在保温材料上表面的凹槽，所述均热层在位于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，每两条圆弧凹陷内铺设有一段加热支管，该段加热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，该段加热支管在两条凹陷之间的管段为弯管；所述凹槽内填充有相变蓄热材料；所述供暖末端分配器的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、出口之间、所述室内机空调供冷系统中的室内机的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、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，所述室内机空调供冷系统、空气源热泵室外机组、空调供冷末端风机盘管、直接冷凝式辐射供暖炕系统的管道上均设有调节控制阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出一种与炕相结合的双末端空气源热泵系统，夏季以传统空调室内机对室内进行制冷，冬季则利用已有建筑条件，结合空气源热泵制冷剂直通式蓄热辐射供暖技术，对传统火炕进行改造，将从压缩机排出的高温制冷剂气体直接通入炕板中的加热支管，利用制冷剂的冷凝放热向室内供暖，在保留传统辐射供暖方式节能及热舒适性强等优势的基础上，进一步降低冷凝温度，提高空气源热泵的COP，实现节能减排。除霜时，以末端结构中的相变蓄热材料蓄热为融霜提供热量，除霜的同时维持室内温度，保证热舒适性。将传统火炕进行改造，响应国家政策，在保留传统取暖方式优点的同时，提高系统的节能性与环境友好性。
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.制冷剂直接注入炕内部的供热管，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.加设有均热层(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.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。
6.采用空气源热泵系统，无有害、有毒、易燃易爆气体泄漏危险，与传统地板采暖形势相比，具有更高的安全性。
7.模块化生产，现场拼接安装，降低施工难度。
附图说明
图1为本发明所述的带有辐射供暖炕的双末端空气源热泵系统结构示意图。
图2为本发明所述的带铝箔导热、相变蓄热、直接冷凝式辐射供暖炕末端装置结构示意图。
图3为本发明所述的带铝箔导热、相变蓄热、直接冷凝式辐射供暖炕末端装置局部横向剖面示意图。
图中，1-空气源热泵室外机组，2-控制器，31、32、33、34、35、36、37、38、39、310-调节控制阀，41、42、43、44、45、46-分歧器，51-分配器，52-供热干管，53-加热支管，54-相变蓄热材料，55-炕体，56-回热干管，57-炕板，58-均热层，59-保温材料，61、62-室内机，71、72-温度传感器。
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、图2和图3所示，本发明提出的一种带有辐射供暖炕的双末端空气源热泵系统，包括与空气源热泵室外机组1相连的控制器2、分别布置在多个房间内的多台室内机，每个房间内设有直接冷凝式辐射供暖炕系统，所有室内机的进口与出口均通过分歧管相连。
控制器2分别与所述的室外机组1、调节控制阀31、调节控制阀32、调节控制阀33、调节控制阀34、调节控制阀35、调节控制阀36、调节控制阀37、调节控制阀38、调节控制阀39、调节控制阀310、分歧器41、分歧器42、分歧器43、分歧器44、分歧器45、分歧器46、温度传感器71、温度传感器72连接，控制器2用于综合调控整个系统中各部分的温度及运行状态,可采用自动控制方式或手动控制的方式。
如图3所示，所述直接冷凝式辐射供暖炕系统包括炕体55和炕板57，所述炕板57的上表面设有温度传感器，使用时，根据炕表面温度传感器进行调节，提前开启进行预热。所述炕体55和炕板57之间的空间内铺设有供暖末端分配器51、供热干管52和回热干管56，所述供暖末端分配器51的一端与供热干管56相连，所述供暖末端分配器51的另一端与回热干管56相连。
在炕体55和炕板57之间、自炕体55上表面至炕板57下表面依次铺设有保温材料59和均热层58，在所述保温材料59与所述均热层58之间布置有多个相变蓄热单元，如图2所示，每个相变蓄热单元包括设置在保温材料59上表面的凹槽，所述均热层58采用铝箔层，所述均热层58在位于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，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，所述凹槽的宽度是圆弧凹陷直径的4至5倍；所述凹槽的深度是圆弧凹陷深度的1.5倍。每两条圆弧凹陷内铺设有一段加热支管53，该段加热支管53的两端通过所述供暖末端分配器51与所述供热干管52和回热干管56相连，该段加热支管53在两条凹陷之间的管段为弯管；所述凹槽内填充有相变蓄热材料54。通过所述供暖末端分配器51与供热干管52和回热干管56相连的一段加热支管53所在的两条圆弧凹陷是相邻的两条圆弧凹陷。相变蓄热材料54、均热层58和热支管53三者紧密贴合。供暖工况下，由加热支管53释放的热量，部分传递给炕板57，以热辐射的形式传向室内进行供暖，另一部分则通过导热传递给相变蓄热材料54进行蓄热；除霜工况下，相变蓄热材料54将储蓄的热量传递给加热支管53，为融霜提供热量。
所述供暖末端分配器51的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、出口之间、所述室内机空调供冷系统中的室内机6的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、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，所述室内机空调供冷系统、空气源热泵室外机组1、空调供冷末端风机盘管、直接冷凝式辐射供暖炕系统的管道上均设有调节控制阀。
本发明的工作过程如下：
夏季工况时，控制器2动作，将空气源热泵切换至制冷状态，调节控制阀31、34、35、38、39、310开启，同时，调节控制阀32、33、36、37关闭，低温低压液态制冷剂经过调节控制阀31、分歧管41和43、调节控制阀34和35分别进入室内机61和62，与室内空气进行换热，吸热后蒸发成为气体，制冷剂气体经调节控制阀38和39、分歧器45和46流至室外，通过调节控制阀310后进入空气源热泵室外机组1与室外空气进行换热。若只对房间1进行制冷，则调节控制阀31、34、38、310开启，调节控制阀35、39关闭，其他设置不变。相应地，若只对房间2进行制冷，则调节控制阀31、35、39、310开启，调节控制阀34、38关闭，其他设置不变。
冬季供暖工况时，控制器2动作，将空气源热泵切换至制热状态，同时，调节控制阀31、32、33、36、37、310开启，调节控制阀34、35、38、39关闭，由空气源热泵室外机组1制出的高温高压气态制冷剂经过调节控制阀31、分歧管41和42，再经过调节控制阀32和33进入室内辐射供暖炕51和52，放热后冷凝成为液体，液态制冷剂经调节控制阀36和37、分歧器44和46、调节控制阀310返回空气源热泵室外机组1，与室外空气进行换热。若只对房间1进行供暖，则调节控制阀31、32、36、310开启，调节控制阀33、37关闭，其他设置不变。相应地，若只对房间2进行供暖，则调节控制阀31、33、37、310开启，调节控制阀32、36关闭，其他设置不变。
冬季除霜工况时，控制器2动作，将空气源热泵切换至制冷状态，同时，调节控制阀31、32、33、36、37、310开启，调节控制阀34、35、38、39关闭，由空气源热泵室外机组1制出的低温低压液态制冷剂经过调节控制阀31、分歧管41和42，再经过调节控制阀32和33进入室内辐射供暖炕51和52，吸热后蒸发成为气体，经调节控制阀36和37、分歧器44和46、调节控制阀310返回空气源热泵室外机组1，对空气源热泵室外机组进行融霜。
由于本发明的暖炕加设均热层和相变蓄热材料，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。在炕板与炕体之间设置有保温层，减少反向传热量；
本发明可以模块化生产，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。
尽管上面结合附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，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (1)
1.一种带有辐射供暖炕的双末端空气源热泵系统，包括与空气源热泵室外机组(1)相连的控制器(2)、分别布置在多个房间内的多台室内机，每个房间内设有直接冷凝式辐射供暖炕系统，所有室内机的进口与出口均通过分歧管相连；所述直接冷凝式辐射供暖炕系统包括炕体(55)和炕板(57)，所述炕板(57)的上表面设有温度传感器，所述炕体(55)和炕板(57)之间的空间内铺设有供暖末端分配器(51)、供热干管(52)和回热干管(56)，所述供暖末端分配器(51)的一端与供热干管(56)相连，所述供暖末端分配器(51)的另一端与回热干管(56)相连，在炕体(55)和炕板(57)之间、自炕体(55)上表面至炕板(57)下表面依次铺设有保温材料(59)和均热层(58)，在所述保温材料(59)与所述均热层(58)之间布置有多个相变蓄热单元，每个相变蓄热单元包括设置在保温材料(59)上表面的凹槽，所述均热层(58)在位于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，每两条圆弧凹陷内铺设有一段加热支管(53)，该段加热支管(53)的两端通过所述供暖末端分配器(51)与所述供热干管(52)和回热干管(56)相连，该段加热支管(53)在两条凹陷之间的管段为弯管；所述凹槽内填充有相变蓄热材料(54)；
所述供暖末端分配器(51)的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、出口之间、所述室内机空调供冷系统中的室内机(6)的进、出口与所述空调供冷末端风机盘管的进、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，所述室内机空调供冷系统、空气源热泵室外机组(1)、空调供冷末端风机盘管、直接冷凝式辐射供暖炕系统的管道上均设有调节控制阀。
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