CN107449175A - 基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，所述压缩机的进、回水口分别与四通换向阀连接，所述四通换向阀上设有A、B、C、D四个接口，D口通过三通换向阀I分别与空气源蒸发(冷凝)器以及蓄热水箱(内置换热盘管)连接，B口通过三通换向阀II分别与蓄热水箱(内置换热盘管)以及冷媒‑水换热器连接，所述蓄热水箱(内置换热盘管)、空气源蒸发(冷凝)器的出口分别与三通换向阀IV上的M接口和K接口连接；本发明由空气源‑水环组合热泵系统和蓄热水箱组成，利用空气源热泵运行模式供热和蓄热，利用水环热泵运行模式提升低温蓄热，可以减少蓄热水箱容积，实现能源的高效利用，节省初投资和运行费用。

Description

基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统
技术领域
本发明涉及的是能源类节能技术领域,具体的说是一种基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统。
背景技术
冬季燃煤供暖是造成大气污染、雾霾天气持续增多的重要原因，清洁能源供暖是我国高度重视并迫切需求的技术。热泵具有高效节能、绿色环保的特点，已成为我国“煤改电”供暖方式的主要配置，但热泵机组特别是空气源热泵存在着能效受外部环境影响过大、运行费用较高的瓶颈，如何降低运行费用已成为备受关注的课题。目前我国实行用电分时计费政策。利用空气源热泵在夜间谷电时段进行蓄热是降低运行费用的有效途径。水是最简单、最廉价的蓄热介质，利用水的显热蓄热是广泛应用的方式。但由于空气源的出水温度较低，一般为50℃左右，而热用户的回水温度为40℃左右，只有10℃左右的蓄热温差，如果储存较多的热量，需要较大的蓄热水箱容积，这就增加了投资成本，同时占用较大的空间。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，利用空气源热泵运行模式供热和蓄热，利用水环热泵运行模式提升低温蓄热，可以减少蓄热水箱容积，实现能源的高效利用，节省初投资和运行费用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，包含蓄热水箱(内置换热盘管)、空气源蒸发(冷凝)器、压缩机、冷媒-水换热器、三通换向阀I、四通换向阀、三通换向阀II、三通换向阀III、膨胀阀和三通换向阀IV；所述压缩机的进、回水口分别与四通换向阀连接，所述四通换向阀上设有A、B、C、D四个接口，D口通过三通换向阀I分别与空气源蒸发(冷凝)器以及蓄热水箱(内置换热盘管)连接，B口通过三通换向阀II分别与蓄热水箱(内置换热盘管)以及冷媒-水换热器连接，所述蓄热水箱(内置换热盘管)、空气源蒸发(冷凝)器的出口分别与三通换向阀IV上的M接口和K接口连接，所述三通换向阀IV上的L接口与膨胀阀连接，所述三通换向阀III上的O接口与膨胀阀连接，所述三通换向阀III上的N接口与三通换向阀IV的M接口并联与且与蓄热水箱(内置换热盘管)的出口连接，所述三通换向阀III上的P接口与冷媒-水换热器的冷媒出口连接。
进一步，所述蓄热水箱(内置换热盘管)和冷媒-水换热器用户侧水管路上分别设有阀门Q、R。
本发明通过四通换向阀实现系统制热和制冷模式的转变，在热泵机组回路上设有四个三通换向阀，通过四个三通换向阀的调节可以改变压缩机、空气源蒸发(冷凝)器、冷媒-水换热器、膨胀阀、蓄热水箱(内置换热盘管)之间的连通方式，系统可实现空气源热泵机组供热、空气源热泵机组蓄热、水箱蓄热水供热、水环热泵机组供热四种运行模式的转变；系统可根据使用需求、电价时段、气候条件切换不同的运行模式。在冬季供热模式下，当风冷蒸发器和冷媒-水换热器连通工作时，为空气源热泵机组供热模式；当风冷蒸发器和水箱内置盘管换热器连通工作时为风冷热泵机组蓄热模式，此时利用波谷电价向水箱内蓄热；当水箱温度较高时，热泵系统停止工作，由蓄热水箱的热水直接供热；当水箱温度较低时，水箱内置盘管换热器和冷媒-水换热器连通，此时水箱内置盘管转化为蒸发器，从水箱内吸取低质热量通过热泵提升供热。在夏季供冷时，只需通过四通换向阀切换至制冷状态，同样通过四个三通换向阀的调节，实现空气源热泵机组供冷、空气源热泵机组蓄冷、水箱蓄冷供冷和水环机组供冷四个运行状态。该系统可利用较小的蓄热水箱体积储存较多的热量，大大提高供热的经济效益。由于夜间具有波谷电价政策，夜间空气源热泵供热满足用户需求的情况下，利用空气源热泵将热量储存在蓄热水箱内。日间优先利用蓄热水箱内热水直接对用户供热。当蓄热水箱内热水水温不足以满足用户需求时，将蓄热水箱作为水环热泵的低温热源，通过热泵系统进一步提升温度向用户供热。当蓄热水箱的温度降低到一定程度时，利用三通换向阀将水源热泵供热转换为空气源热泵供热。
采用上述结构后，本发明的有益效果为：本发明由空气源-水环组合热泵系统和蓄热水箱组成，利用空气源热泵运行模式供热和蓄热，利用水环热泵运行模式提升低温蓄热，可以减少蓄热水箱容积，实现能源的高效利用，节省初投资和运行费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图中1-蓄热水箱(内置换热盘管)，2-空气源蒸发(冷凝)器，3-压缩机，4-冷媒-水换热器，5-三通换向阀Ⅰ，6-四通换向阀，7-三通换向阀Ⅱ，8-三通换向阀Ⅲ，9-膨胀阀，10-三通换向阀Ⅳ。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参看图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，包含蓄热水箱(内置换热盘管)1、空气源蒸发(冷凝)器2、压缩机3、冷媒-水换热器4、三通换向阀I5、四通换向阀6、三通换向阀II7、三通换向阀III8、膨胀阀9和三通换向阀IV10；所述压缩机3的进、回水口分别与四通换向阀6连接，所述四通换向阀6上设有A、B、C、D四个接口，D口通过三通换向阀I5分别与空气源蒸发(冷凝)器2以及蓄热水箱(内置换热盘管)1连接，B口通过三通换向阀II7分别与蓄热水箱(内置换热盘管)1以及冷媒-水换热器4连接，所述蓄热水箱(内置换热盘管)1、空气源蒸发(冷凝)器2的出口分别与三通换向阀IV10上的M接口和K接口连接，所述三通换向阀IV10上的L接口与膨胀阀9连接，所述三通换向阀III8上的O接口与膨胀阀9连接，所述三通换向阀III8上的N接口与三通换向阀IV10的M接口并联与且与蓄热水箱(内置换热盘管)1的出口连接，所述三通换向阀III8上的P接口与冷媒-水换热器4的冷媒出口连接；所述蓄热水箱(内置换热盘管)1和冷媒-水换热器4用户侧水管路上分别设有阀门Q、R，来调节供水管道。
制热工况时，与压缩机3相连的四通换向阀6的A-B和D-C侧开启。
①空气源热泵供热。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-B侧，开启三通换向阀II7的E-F，进入冷媒-水换热器4放热供给用户。放热后的冷媒经过三通换向阀III8的O-P进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀IV10的K-L进入空气源蒸发(冷凝)器2吸热。开启三通换向阀I5的H-I以及四通换向阀6的D-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
②空气源热泵蓄热。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-B侧，开启三通换向阀II7的E-G，进入蓄热水箱(内置换热盘管)1的冷凝盘管为水箱蓄热。放热后的冷媒通过三通换向阀III8的O-N进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀IV10的K-L进入空气源蒸发(冷凝)器2吸热。开启三通换向阀I5的H-I以及四通换向阀6的D-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
③蓄热水环热泵供热。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-B侧，开启三通换向阀II7的E-F，进入冷媒-水换热器4放热供给用户。放热后的冷媒经过三通换向阀III8的O-P进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀IV10的M-L进入蓄热水箱(内置换热盘管)1吸热。开启三通换向阀I5的H-J以及四通换向阀6的D-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
制冷工况时，与压缩机3相连的四通换向阀6的A-D和B-C侧开启。
①空气源热泵制冷。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-D侧，开启三通换向阀I5的H-I，进入空气源蒸发(冷凝)器2放热。放热后的冷媒通过三通换向阀IV10的K-L进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀III8的O-P进入冷媒-水换热器4吸收用户侧的热量从而达到制冷的目的。开启三通换向阀II7的E-F以及四通换向阀6的B-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
②空气源热泵蓄冷。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-D侧，开启三通换向阀I5的H-I，进入空气源蒸发(冷凝)器2放热。放热后的冷媒通过三通换向阀IV10的K-L进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀III8的O-N进入蓄热水箱(内置换热盘管)1内的蒸发盘管吸收蓄热水箱内的热量从而达到制冷的目的。开启三通换向阀II7的E-G以及四通换向阀6的B-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
③蓄冷水源热泵供冷。冷媒从压缩机3的出口流出，经过四通换向阀6的A-D侧，开启三通换向阀的I5H-J，进入蓄热水箱(内置换热盘管)1放热。放热后的冷媒通过三通换向阀IV10的M-L进入膨胀阀9，节流后经三通换向阀III8的O-P进入冷媒-水换热器4吸收用户侧的热量从而达到制冷的目的。开启三通换向阀II7的E-F以及四通换向阀6的B-C，吸热后的冷媒进入压缩机3。
本具体实施方式通过四通换向阀6的应用实现了机组制热和制冷工况的转换，三通换向阀的应用则使系统分别在蓄热水箱直接供热(制冷)系统，空气源热泵供热(制冷)系统，水源热泵供热(制冷)系统之间转换；本机组在制热、制冷的同时将高温蓄热转化为低温蓄热，提高机组的蓄热有用能并减小蓄热水箱的体积，实现供热、制冷系统的高效、节能运行并具有一定的经济可行性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，其特征在于：包含蓄热水箱(内置换热盘管)、空气源蒸发(冷凝)器、压缩机、冷媒-水换热器、三通换向阀I、四通换向阀、三通换向阀II、三通换向阀III、膨胀阀和三通换向阀IV；所述压缩机的进、回水口分别与四通换向阀连接，所述四通换向阀上设有A、B、C、D四个接口，D口通过三通换向阀I分别与空气源蒸发(冷凝)器以及蓄热水箱(内置换热盘管)连接，B口通过三通换向阀II分别与蓄热水箱(内置换热盘管)以及冷媒-水换热器连接，所述蓄热水箱(内置换热盘管)、空气源蒸发(冷凝)器的出口分别与三通换向阀IV上的M接口和K接口连接，所述三通换向阀IV上的L接口与膨胀阀连接，所述三通换向阀III上的O接口与膨胀阀连接，所述三通换向阀III上的N接口与三通换向阀IV的M接口并联与且与蓄热水箱(内置换热盘管)的出口连接，所述三通换向阀III上的P接口与冷媒-水换热器的冷媒出口连接。
2.根据权利要求1所述的基于低温水蓄热的水环及空气源热泵供热系统，其特征在于：所述蓄热水箱(内置换热盘管)和冷媒-水换热器用户侧水管路上分别设有阀门Q、R。
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