CN108278792B - 可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统 - Google Patents

可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，旨在提供一种能够减少系统初投资，效率高的热泵系统。第一压缩机排气端与四通换向阀的第一接口连接，四通换向阀的第三接口与第一压缩机吸气端连接，四通换向阀的第二接口通过室外换热器、第一节流阀与第一室内换热器的第一接口和冷凝蒸发器的低温侧第一接口连接，第一室内换热器的第二接口与四通换向阀的第四接口之间有第一阀门，冷凝蒸发器的低温侧第二接口与四通换向阀的第四接口之间有第二阀门；第二压缩机吸气端与冷凝蒸发器高温侧第二接口连接，第二压缩机排气端通过第二室内换热器、第二节流阀与冷凝蒸发器高温侧的第一接口连接。该系统结构简单，稳定性高。

Description

可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，更具体的说，是涉及一种可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统。
背景技术
为了提高热泵系统的热效率，一般冬季采用双级压缩循环系统实现供暖，并可以实现在更低的温度下供暖。
但是，双级压缩系统实现冬季供热的空气源热泵技术在应用中存在下述缺陷：
如果按照满足-25℃室外温度供暖负荷进行设备选型，夏季供冷时机组供冷量远远大于建筑物的冷负荷，运行时会有一半以上机组闲置，系统初投资大，造成浪费。另一方面，双级压缩实现冬季供热的空气源热泵在-25℃室外温度已经是热泵供暖的极限，当室外温度更低时，热泵效率会急剧下降，甚至供热系数趋近于1，不能满足节能的要求。
在制冷系统中，当需要从较低温度获得热量向较高温度输送时，复叠热泵系统是很好的解决方案。目前的复叠热泵系统中，低温级热泵系统从低温热源吸热，传递给连接低温级热泵系统和高温级热泵系统的冷凝蒸发器，再由高温级热泵系统将热量传递到供暖环境中。这种复叠热泵系统通常使用两种工质，高温级热泵系统采用高温工质，低温级热泵系统采用低温工质。但由于低温工质在常温下处于超临界状态，通常在低温级设膨胀容器，系统复杂。而且，传统的复叠式空气源热泵系统的选型都是按照冬季负荷要求选择的，在夏季运行时，系统提供的冷量过大，造成资源浪费，不能适用于冬季需要供暖而夏季需要供冷的空气源热泵系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够减少系统初投资，效率高的空气源热泵系统。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，包括第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一室内换热器、第二室内换热器、冷凝蒸发器、第一节流阀、第二节流阀、第一阀门和第二阀门，所述第一压缩机的排气端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第三接口与所述第一压缩机的吸气端连接，所述四通换向阀的第二接口通过所述室外换热器、第一节流阀分别与所述第一室内换热器的第一接口和所述冷凝蒸发器的低温侧第一接口连接，所述第一室内换热器的第二接口与所述四通换向阀的第四接口之间安装有所述第一阀门，所述冷凝蒸发器的低温侧第二接口与所述四通换向阀的第四接口之间安装有所述第二阀门；所述第二压缩机的吸气端与所述冷凝蒸发器高温侧第二接口连接，所述第二压缩机的排气端依次通过所述第二室内换热器、第二节流阀与所述冷凝蒸发器高温侧的第一接口连接；
夏季供冷运行时，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接，工质自所述第一压缩机压缩升压后通过所述四通换向阀第一接口和第二接口进入所述室外换热器中冷凝散热，经所述第一节流阀节流降压，进入所述第一室内换热器中蒸发吸热，产生制冷现象，再经所述第一阀门、所述四通换向阀第四接口、所述四通换向阀第三接口回到所述第一压缩机中，完成供冷循环；
冬季室外温度较高时，所述第一阀门打开、第二阀门关闭，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第三接口与第二接口连接，工质自所述第一压缩机压缩升压后经所述四通换向阀第一接口和第四接口进入所述第一室内换热器中冷凝放热，产生供暖现象，之后，经所述第一节流阀节流降压进入所述室外换热器中蒸发吸热，再经过所述四通换向阀的第二接口和第一接口进入所述第一压缩机中，完成供暖循环；
冬季室外温度较低时，所述第二阀门打开，所述第一阀门关闭，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第三接口与第二接口连接；工质自所述第一压缩机压缩升压后经所述四通换向阀的第一接口和第四接口及所述第二阀门进入所述冷凝蒸发器中，在所述冷凝蒸发器中冷凝放热后经所述第一节流阀节流降压后，进入所述室外换热器中蒸发吸热，再经所述四通换向阀第二接口和第三接口回到所述第一压缩机中，完成向高温级的供热；在高温级循环中，工质自所述第二压缩机升压后进入所述第二室内换热器中冷凝放热，产生供暖现象，再经第二节流阀节流降压后进入所述冷凝蒸发器中，在所述冷凝蒸发器中吸收低温级的热量，之后，进入所述第二压缩机中完成高温级供暖循环。
所述第一阀门和第二阀门为电磁阀或单向阀。
所述第一室内换热器安装在房间较高位置，所述第二室内换热器安装在房间较低位置。
所述室外换热器、所述第一室内换热器和所述第二室内换热器为风冷式或水冷式换热器。
所述冷凝蒸发器第为板式换热器或套管式换热器。
所述第一压缩机、第二压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机或活塞压缩机中的任一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的热泵系统通过各个部件的合理组合及配合工作既能适用于冬季需要供暖，同时也能满足夏季供冷的需要。同时，在冬季运行时，能够根据冬季室外温度实现冬季温度较高时的供暖和冬季温度较低时的供暖，系统初投资低，即使按照满足-25℃室外温度供暖负荷进行设备选型，不会造成夏季机组闲置。当室外温度更低时，热泵效率不会急剧下降，热效率高，能满足节能的要求。
2、本发明的热泵系统在冬季供暖时采用复叠式制冷循环，高温级及低温级循环采用相同的制冷工质，无需设置膨胀容器，系统结构简单，稳定性高。
3、本发明的热泵系统在夏季采用单级压缩循环供冷，冬季采用复叠式制冷循环供暖，系统中压缩机的压缩比小，系统效率高，满足节能要求。特别在采用变工质流量方式时，高温级系统和低温级系统工质流量配比合理，系统效率更高。
4、本发明的热泵系统在冬季运行时采用复叠循环，供暖系统吸热极限温度比双级压缩吸热极限温度更低，可以为冬季较低温度的区域供暖，系统可在低于-25℃的室外温度下正常工作。
5、本发明的热泵系统采用双室内换热器，安装于室内较高位置的换热器用于夏季供冷，安装于室内较低位置的换热器用于冬季供暖，形成更好的气流组织，系统配置和安装合理。
附图说明
图1所示为本发明可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统示意图；
图2所示为四通换向阀的接口示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统示意图，包括第一压缩机1-1、第二压缩机1-2、四通换向阀2、室外换热器3、第一室内换热器5-1、第二室内换热器5-2、冷凝蒸发器6、第一节流阀4-1、第二节流阀4-2、第一阀门7-1和第二阀门7-2，所述第一压缩机1-1的排气端与所述四通换向阀2的第一接口2-1连接，所述四通换向阀的第三接口2-3与所述第一压缩机1-1的吸气端连接，所述四通换向阀的第二接口2-2通过所述室外换热器3、第一节流阀4-1分别与所述第一室内换热器5-1的第一接口和所述冷凝蒸发器6的低温侧第一接口连接，所述第一室内换热器5-1的第二接口与所述四通换向阀的第四接口2-4之间安装有所述第一阀门7-1，所述冷凝蒸发器6的低温侧第二接口与所述四通换向阀的第四接口2-4之间安装有所述第二阀门7-2。所述第二压缩机1-2的吸气端与所述冷凝蒸发器6高温侧第二接口连接，所述第二压缩机1-2的排气端依次通过所述第二室内换热器5-2、第二节流阀4-2与所述冷凝蒸发器6高温侧的第一接口连接。
四通换向阀接口的示意图如图2所示，夏季供冷时，所述四通换向阀的第一接口2-1与第二接口2-2连接、第三接口2-3与第四接口2-4连接；冬季供暖时，所述四通换向阀的第一接口2-1与第四接口2-4连接、第三接口2-3与第二接口2-2连接。
夏季供冷运行时，工质自所述第一压缩机1-1压缩升压后通过所述四通换向阀第一接口2-1和第二接口2-2进入所述室外换热器3中冷凝散热，经所述第一节流阀4-1节流降压，进入所述第一室内换热器5-1中蒸发吸热，产生制冷现象，再经所述第一阀门7-1、所述四通换向阀第四接口2-4、所述四通换向阀第三接口2-3回到所述第一压缩机1-1中，完成供冷循环。
冬季室外温度较高时，所述第一阀门打开、第二阀门关闭，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第三接口与第二接口连接，工质自所述第一压缩机压缩升压后经所述四通换向阀第一接口和第四接口进入所述第一室内换热器中冷凝放热，产生供暖现象，之后，经所述第一节流阀节流降压进入所述室外换热器中蒸发吸热，再经过所述四通换向阀的第二接口和第一接口进入所述第一压缩机中，完成供暖循环；
冬季室外温度较低时，所述第二阀门7-2打开，所述第一阀门7-1关闭，所述四通换向阀的第一接口2-1与第四接口2-4连接、第三接口2-3与第二接口2-2连接。工质自所述第一压缩机1-1压缩升压后经所述四通换向阀的第一接口2-1和第四接口2-4及所述第二阀门7-2进入所述冷凝蒸发器6中，在所述冷凝蒸发器6中冷凝放热后经所述第一节流阀4-1节流降压后，进入所述室外换热器3中蒸发吸热，再经所述四通换向阀第二接口2-2和第三接口2-3回到所述第一压缩机1-1中，完成向高温级的供热。在高温级循环中，工质自所述第二压缩机1-2升压后进入所述第二室内换热器5-2中冷凝放热，产生供暖现象，再经第二节流阀4-2节流降压后进入所述冷凝蒸发器6中，在所述冷凝蒸发器6中吸收低温级的热量，之后，进入所述第二压缩机1-2中完成高温级供暖循环。其中，所述第一压缩机1-1与第二压缩机1-2所在循环中的制冷工质相同,如R410A等,也可以采用不同的工质。
本发明的热泵系统中，所述第一阀门7-1和第二阀门7-2为电磁阀或单向阀。
所述第一室内换热器安装在房间较高位置，所述第二室内换热器安装在房间较低位置。
所述室外换热器3、所述第一室内换热器5-1和所述第二室内换热器5-2为风冷式或水冷式换热器。
所述冷凝蒸发器6第为板式换热器或套管式换热器。
所述第一压缩机1-1、第二压缩机1-2为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机或活塞压缩机中的任一种。
所述四通换向阀2可由多个电磁阀代替或由多个三通阀代替。
本发明的热泵系统既能适用于冬季需要供暖，同时也能满足夏季供冷的需要。同时，在冬季运行时，能够根据冬季室外温度实现冬季温度较高时的供暖和冬季温度较低时的供暖，系统初投资低，结构简单，效率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，其特征在于，包括第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一室内换热器、第二室内换热器、冷凝蒸发器、第一节流阀、第二节流阀、第一阀门和第二阀门，所述第一压缩机的排气端与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第三接口与所述第一压缩机的吸气端连接，所述四通换向阀的第二接口通过所述室外换热器、第一节流阀分别与所述第一室内换热器的第一接口和所述冷凝蒸发器的低温侧第一接口连接，所述第一室内换热器的第二接口与所述四通换向阀的第四接口之间安装有所述第一阀门，所述冷凝蒸发器的低温侧第二接口与所述四通换向阀的第四接口之间安装有所述第二阀门；所述第二压缩机的吸气端与所述冷凝蒸发器高温侧第二接口连接，所述第二压缩机的排气端依次通过所述第二室内换热器、第二节流阀与所述冷凝蒸发器高温侧的第一接口连接；
夏季供冷运行时，所述四通换向阀的第一接口与第二接口连接、第三接口与第四接口连接，工质自所述第一压缩机压缩升压后通过所述四通换向阀第一接口和第二接口进入所述室外换热器中冷凝散热，经所述第一节流阀节流降压，进入所述第一室内换热器中蒸发吸热，产生制冷现象，再经所述第一阀门、所述四通换向阀第四接口、所述四通换向阀第三接口回到所述第一压缩机中，完成供冷循环；
冬季室外温度较高时，所述第一阀门打开、第二阀门关闭，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第三接口与第二接口连接，工质自所述第一压缩机压缩升压后经所述四通换向阀第一接口和第四接口进入所述第一室内换热器中冷凝放热，产生供暖现象，之后，经所述第一节流阀节流降压进入所述室外换热器中蒸发吸热，再经过所述四通换向阀的第二接口和第三接口进入所述第一压缩机中，完成供暖循环；
冬季室外温度较低时，所述第二阀门打开，所述第一阀门关闭，所述四通换向阀的第一接口与第四接口连接、第三接口与第二接口连接；工质自所述第一压缩机压缩升压后经所述四通换向阀的第一接口和第四接口及所述第二阀门进入所述冷凝蒸发器中，在所述冷凝蒸发器中冷凝放热后经所述第一节流阀节流降压后，进入所述室外换热器中蒸发吸热，再经所述四通换向阀第二接口和第三接口回到所述第一压缩机中，完成向高温级的供热；在高温级循环中，工质自所述第二压缩机升压后进入所述第二室内换热器中冷凝放热，产生供暖现象，再经第二节流阀节流降压后进入所述冷凝蒸发器中，在所述冷凝蒸发器中吸收低温级的热量，之后，进入所述第二压缩机中完成高温级供暖循环；
高温级及低温级循环采用相同的制冷工质；
所述第一室内换热器安装在房间较高位置，所述第二室内换热器安装在房间较低位置。
2.根据权利要求1所述的可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，其特征在于，所述第一阀门和第二阀门为电磁阀。
3.根据权利要求1所述的可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，其特征在于，所述室外换热器、所述第一室内换热器和所述第二室内换热器为风冷式或水冷式换热器。
4.根据权利要求1所述的可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，其特征在于，所述冷凝蒸发器为板式换热器或套管式换热器。
5.根据权利要求1所述的可实现冬季复叠循环供暖的空气源热泵系统，其特征在于，所述第一压缩机、第二压缩机为涡旋压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机或活塞压缩机中的任一种。
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Denomination of invention: Air source heat pump system for winter cascade heating

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