CN107355852A - 双热源小温差换热风机盘管末端 - Google Patents

双热源小温差换热风机盘管末端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双热源小温差换热风机盘管末端，包括支架、换热模块、流风机模块以及控制器，其中：所述换热模块、流风机模块以及控制器设置于支架内；所述换热模块包括盘管模块和电辅热模块；所述流风机模块包括从支架进风口引风的贯流风机模块和抽风至支架出风口的轴流风机模块；所述控制器控制流风机模块的运行和停止。本发明体积小，厚度薄，重量轻，通过采用小温差换热技术，能够解决冬季热泵机组效率低，除霜频繁的问题，提升能效同时降低能耗；本发明采用电辅热技术能够满足北方冬季以及极端气候下的供热问题，同时兼具夏季制冷的功能，具有良好的通用性以及普适性。

Description

双热源小温差换热风机盘管末端
技术领域
本发明涉及空调制冷领域，具体地，涉及一种双热源小温差换热风机盘管末端。
背景技术
随着人民生活水平的提高，南方冬冷夏热地区要求冬季供暖的呼声越来越高，南方目前的采暖主要依靠分体空调机、燃煤燃气炉和电采暖。分体式空调机在冬季室外温度过低时工作效率低，另外由于室内末端换热面积小，容易造成供热不均匀，室内温度梯度大，且由于末端安装位置一般较靠顶部，热空气易在顶部堆积，空调暖气的利用率低。燃煤燃气炉供热温度高、热损失大，并存在安全问题，且在采暖的同时会释放出二氧化碳等温室气体和二氧化硫等有害气体，污染环境。电采暖虽然清洁，但效率低，且对安全性要求更高。而采用类似北方的集中供暖不仅投资大，而且会给区域内能源供给造成冲击并带来节能减排的压力。
目前家庭使用的热泵供暖时，由于末端换热能力的限制，冷凝温度一般在50度以上。在冬季蒸发温度低，冷凝温度高的工况下运行效率低，除霜频繁甚至无法正常运行，而转由电加热供暖。目前用于供暖的风机盘管一般要求水温在45度以上，水温要求越高，热泵的工作效率越低。此外，目前大部分家庭的热水系统、采暖系统和空调系统之间是相互独立的，这种模式初投资大，并且运行使用过程中也存在多种能源浪费。
申请号为201621093197.9的一项专利文献公开了一种智能微感空调末端，包括换热介质管路和外壳，包括进风口和出风口；风机，设置在所述的外壳的内部；微控制器，所述的微控制器连接所述的风机；第一温度传感器，设置在所述的换热介质管路上并与所述的微控制器连接；第二温度传感器，连接所述的微控制器。所述专利文献能够解决传统空调的高、中、低档风速人为设定，不能实现随着房间内温度的变化自动调节风速的问题，达到节约能源，空调吹出体感更加舒适的风的目的。但是所述专利文献不能够在极端环境下实现风机盘管的效率最大化，所述专利文献对风机盘管的水温要求较高，且利用效率较低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双热源小温差换热风机盘管末端。
根据本发明提供的一种双热源小温差换热风机盘管末端，包括支架、换热模块、流风机模块以及控制器，其中：所述换热模块、流风机模块以及控制器设置于支架内；所述换热模块包括盘管模块和电辅热模块；所述流风机模块包括从支架进风口引风的贯流风机模块和抽风至支架出风口的轴流风机模块；所述控制器控制流风机模块的运行和停止。
优选地，所述盘管模块包括电磁阀、翅片以及盘管，其中：所述电磁阀调节盘管内水流量的大小，所述电磁阀通过控制器控制；所述翅片包括平直翅片或者双曲型开缝翅片，所述盘管的排管形式包括叉排排列或者顺排排列。
优选地，所述电辅热模块包括PTC发热陶瓷，控制器控制电辅热模块的开启和关闭。
优选地，所述盘管模块能够制冷和制热，所述电辅热模块能够制热，所述盘管模块和所述电辅热模块独立工作。
优选地，所述贯流风机模块包括直流无刷电机、叶轮以及风道，其中：所述直流无刷电机驱动叶轮的旋转，控制器控制直流无刷电机的转速；所述叶轮包括高分子聚合材料的变斜式叶轮。
优选地，所述轴流风机模块包括直流无刷轴流风机，所述直流无刷轴流风机的数量为一个或者多个，控制器控制直流无刷轴流风机的运行和停止。
优选地，所述控制器的控制方式包括直流变频无极控制。
优选地，还包括传感器检测模块，所述传感器检测模块分别设置在支架入口处和支架出口处，所述传感器检测模块检测进风口处和出风口处的温湿度数据并传输至控制器；所述控制器根据所述温湿度数据调节贯流风机模块和轴流风机模块的风量大小。
优选地，还包括冷凝水盘，所述冷凝水盘设置于盘管模块下方，用于收集盘管模块制冷时产生的冷凝水。
优选地，所述翅片的数量为多个，翅片表面镀有亲水薄膜；所述盘管的进水口和出水口设置于盘管模块的同一侧。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明体积小，厚度薄，重量轻，通过采用小温差换热技术，能够解决冬季热泵机组效率低，除霜频繁的问题，提升能效同时降低能耗；
2、本发明采用电辅热技术能够满足北方冬季以及极端气候下的供热问题，同时兼具夏季制冷的功能，具有良好的通用性以及普适性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为双热源小温差换热风机盘管末端的结构原理示意图；
图中示出：
叶轮1 控制器6
双曲型开缝翅片盘管2 电磁阀7
PTC发热陶瓷3 直流无刷电机8
直流无刷轴流风扇4 支架9
温湿度传感器5
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种双热源小温差换热风机盘管末端，包括支架9、直流无刷贯流风机、双曲型开缝翅片盘管2、PTC发热陶瓷3、直流无刷轴流风扇4、温湿度传感器5以及控制器6，其中：直流无刷贯流风机、双曲型开缝翅片盘管2、PTC 发热陶瓷3、直流无刷轴流风扇4、温湿度传感器5以及控制器6均设置在支架9内，直流无刷贯流风机设置于支架进风口处，用于从支架进风口引风；直流无刷轴流风扇4 设置于支架出风口处，用于抽风至支架出风口；双曲型开缝翅片盘管2用于给冷空气(热空气)加热(制冷)；PTC发热陶瓷3设置于支架出风口处，用于加热空气；所述温湿度传感器5分别设置在支架进风口处和出风口处，用于检测空气的温湿度数据。
进一步地，双曲型开缝翅片盘管2包括电磁阀、翅片以及盘管，其中：电磁阀调节盘管内水流量的大小，电磁阀通过控制器控制；翅片为双曲型开缝翅片，翅片表面镀有亲水薄膜；盘管的排管形式包括叉排排列或者顺排排列。盘管的进水口和出水口设置于双曲型开缝翅片盘管2的同一侧。PTC发热陶瓷3用于极端环境的空气加热辅助；双曲型开缝翅片盘管2和PTC发热陶瓷3均通过控制器控制，控制器6控制电辅热模块的开启和关闭。具体地，双曲型开缝翅片盘管2能够制冷和制热，PTC发热陶瓷能够制热，双曲型开缝翅片盘管2和PTC发热陶瓷3独立工作。
更为具体地，为增大双曲型开缝翅片盘管2的换热面积，翅片的间距由传统的2.35mm 减小到1.8mm；为进一步增大换热系数，优先采用双曲型开缝翅片，翅片表面还镀有亲水薄膜；并且盘管的管径也由传统的9.35mm优化为7mm，盘管的管排形式优选为叉排形式，同时盘管设有单向排气阀用于排除盘管管路中残余的气体。
进一步说明，所述直流无刷贯流风机包括直流无刷电机8、叶轮1以及风道，其中：所述直流无刷电机8驱动叶轮1的旋转，控制器6控制直流无刷电机8的转速；所述叶轮1包括高分子聚合材料的变斜式叶轮，高分子聚合材料的变斜式叶轮具有噪音小，质量小的特点；支架出风口设置有2个直流无刷轴流风扇4，直流无刷轴流风扇4具有功耗低，噪声小，风量大的特点；控制器6控制直流无刷轴流风扇4的运行和停止。
详细地，温湿度传感器5分别设置在支架入口处和支架出口处，温湿度传感器5检测进风口处和出风口处的温湿度数据并传输至控制器6；控制器6根据温湿度数据调节直流无刷贯流风机和直流无刷轴流风扇4的风量大小。
进一步说明，双热源小温差换热风机盘管末端还包括冷凝水盘，所述冷凝水盘设置于双曲型开缝翅片盘管2下方，用于收集双曲型开缝翅片盘管2制冷时产生的冷凝水。
详细地，所述控制器的控制方式包括直流变频无极控制，对电磁阀7、直流无刷轴流风扇4、直流无刷贯流风机进行调节控制。通过对电磁阀控制，调节盘管水流量的大小。通过对直流无刷轴流风扇4、直流无刷贯流风机的控制，调节风量的大小。该控制器采用智能算法，实现对设定温度的快速响应以实现较好的舒适度体验。
本发明通过小温差换热实现了双热源小温差换热风机盘管末端的高效采暖，下面以上海地区的冬夏季环境和小温差换热原理具体阐述：
上海地区冬季工况下机组压缩比为5.08，而夏季工况下机组压缩比为2.59。可见冬季工况要求的压缩比是夏季工况的200％左右，由此导致机组在冬季采暖工况时效率较低。上海冬季最冷月的平均气温只有1.5℃，而机组名义融霜工况的室外空气干球温度为2℃，由此导致机组间歇性的进行除霜，既降低了机组性能，又使得供暖舒适性受到了影响。为了解决这些问题，现有的方法主要立足于提升空气源热泵机组性能，包括采用多级压缩或者复叠式循环，优化压缩机性能，采用新型制冷剂等。但在空气源热泵系统中，机组性能与换热末端是相互影响的，如果能降低室内换热末端的换热温差，在保证室内供暖及制冷效果的前提下，则能够提升机组的蒸发温度，降低机组的冷凝温度，使得机组的运行工况更有利，提升了机组的能效。理论上，相同室外条件下，通过降低出水温度，进行小温差换热，空气源冷热水机组性能提高20％以上。通过降低出水温度，可以使原先不能运行的机组可以运行，运行能效低的机组高效运行！按照采用R410A制冷剂的空气源热泵机组计算，在夏季制冷工况下环境温度为30℃，如果采用小温差换热使机组的出水温度增加到10℃，机组COP比出水温度为7℃时高出6％。同样的，在冬季供暖工况下假设环境温度0℃，采用小温差换热末端换热出水温度降到45℃，机组COP比出水温度60℃时高出14％。出水温度至35℃，机组COP比出水温度60℃高出24％。根据传热方程，
Q＝KAΔTm (1)
式中:Q为热负荷，A为基于管外壁的传热面积，K为总传热系数，ΔTm为对数平均温差，为换热器进出口两端温差的对数平均值，Δtmax为换热器进出口两端的最大温度值，Δtmin为换热器进出口两端的最小温度值。在换热量一定的情况下，降低换热温差最简单的办法就是增大换热末端的换热面积，地板辐射末端正是基于这种考虑而设计的。小温差换热末端可以是风机盘管，可以是地板辐射末端等形式。从经济性，实用性的角度考虑，风机盘管末端既可以作为夏季制冷末端，又可以作为冬季采暖末端，可以保证全年的良好运行，与空气源热泵冷热水机组结合将有效的解决南方冬季采暖问题。这里需要指出的是小温差换热指的是室内侧换热器的传热介质与室内空气换热温差小，即式2中的对数平均温差ΔTm相对传统换热模式下的对数平均温差较小，与暖通系统中的“大流量、小温差”指的传热介质的供回温差小的概念有所不同。以目前市面上常见的风机盘管FP-34为例，在额定供热工况下对数平均温差约为27.5℃，而小温差风机盘管则将平均换热温差降低三分之一至二分之一。
在冬季制热工况下，根据环境温度的不同，本发明的供水温度可以由60℃降低至45℃甚至到35℃，可以有效的提升供水的热泵机组的能效，降低能耗。直流变频控制器根据测量的进风温度、出风温度，通过智能控制算法对直流无刷贯流风机和轴流风机进行控制调速，可以有效的实现对温度的控制达到最优的舒适度效果。同时当环境温度过低时，启用电辅热技术对出风进行加热。
在夏季制冷工况下，根据环境温度的不同，本发明的供水温度可以由7℃提高到10℃，可以有效的提升供水的热泵机组的能效，降低能耗。直流变频控制器根据测量的进风温度、出风温度，通过智能控制算法对直流无刷贯流风机和直流无刷轴流风扇进行控制调速，可以有效的实现对温度的控制达到最优的舒适度效果。在夏季制冷工况下，由于冷空气密度较大，在直流无刷贯流风机进行抽风的同时，直流无刷轴流风扇进行引风，以实现较好的制冷舒适度体验。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，包括支架、换热模块、流风机模块以及控制器，其中：所述换热模块、流风机模块以及控制器设置于支架内；所述换热模块包括盘管模块和电辅热模块；所述流风机模块包括从支架进风口引风的贯流风机模块和抽风至支架出风口的轴流风机模块；所述控制器控制流风机模块的运行和停止。
2.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述盘管模块包括电磁阀、翅片以及盘管，其中：所述电磁阀调节盘管内水流量的大小，所述电磁阀通过控制器控制；所述翅片包括平直翅片或者双曲型开缝翅片，所述盘管的排管形式包括叉排排列或者顺排排列。
3.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述电辅热模块包括PTC发热陶瓷，控制器控制电辅热模块的开启和关闭。
4.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述盘管模块能够制冷和制热，所述电辅热模块能够制热，所述盘管模块和所述电辅热模块独立工作。
5.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述贯流风机模块包括直流无刷电机、叶轮以及风道，其中：所述直流无刷电机驱动叶轮的的旋转，控制器控制直流无刷电机的转速；所述叶轮包括高分子聚合材料的变斜式叶轮。
6.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述轴流风机模块包括直流无刷轴流风机，所述直流无刷轴流风机的数量为一个或者多个，控制器控制直流无刷轴流风机的运行和停止。
7.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述控制器的控制方式包括直流变频无极控制。
8.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，还包括传感器检测模块，所述传感器检测模块分别设置在支架入口处和支架出口处，所述传感器检测模块检测进风口处和出风口处的温湿度数据并传输至控制器；所述控制器根据所述温湿度数据调节贯流风机模块和轴流风机模块的风量大小。
9.根据权利要求1所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，还包括冷凝水盘，所述冷凝水盘设置于盘管模块下方，用于收集盘管模块制冷时产生的冷凝水。
10.根据权利要求2所述的双热源小温差换热风机盘管末端，其特征在于，所述翅片的数量为多个，翅片表面镀有亲水薄膜；所述盘管的进水口和出水口设置于盘管模块的同一侧。
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