CN108626836B - 一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组 - Google Patents

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Abstract

一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，它涉及一种热回收新风处理设备，它包括布置在箱体内的用于室内送风的新风通道、用于室内回风的排风通道、过渡季节及夏季向室内送风的旁通风通道、用于通入室外风提供冷热源的室外风通道、压缩机以及换热器；新风通道内沿送入室内新风方向布置有新风风机、过滤器、第一热交换器、第二热交换器和湿膜加湿器；第二热交换器和湿膜加湿器布置在所述进入室内新风的进风口处；压缩机经四通换向阀与第二热交换器、第一热交换器和第三热交换器串联；换热器还连接补水管路，换热器与风管湿膜加湿器之间连接加湿水循环管路；本发明可用于严寒、寒冷地区，具有热回收效率高，能有效提高室内舒适度的优点。

Description

一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组
技术领域
本发明涉及一种热回收新风处理设备，具体涉及一种严寒寒冷地区使用的空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组。属于空气能热泵技术领域。
背景技术
我国建筑应节能要求，被动式超低能耗建筑应运而生，尤其是各类公共建筑的气密性都得到很大提高，为防止病态建筑的出现，室外新风的引入问题亟待解决，就严寒、寒冷地区而言，现有技术还存在以下限制：
1、严寒、寒冷地区冬季气候特殊，室外气温偏低，冷风温度最低可达-30℃甚至更低，且室外风速最大可达9m/s，简单无组织从窗口引入室外新风会引起室内舒适度严重下降，且会使得建筑能耗急剧增加，这将导致能源浪费现象严重，严重违背节能要求。
2、近些年，室外空气优良天数比例急剧下降，若建筑无组织引入室外新风，新风则会不加处理直接引入，这样反而引入新的污染源，加重室内空气污染状况，不符合舒适度、室内空气品质要求。
3、现有独立新风系统冬季一般采用电加热，能耗高，用能极不合理，运行费用高，机组只能冬季运行，且无加湿功能，夏季无冷却功能。
4、现有新风机一般不具备加湿功能，严寒寒冷地区冬季空气湿度极低，严重影响相同温度条件下的室内舒适度。
5、与集中或半集中空调合用的新风机组通常不设热回收装置，且由于新风的加入，空调机组加热、冷却系统变得复杂，既增加了建筑能耗，又是系统复杂，得不偿失。
6、更进一步，少部分新风机设置热回收装置，但无论是采用热交换器还是全热回收转轮，热回收效率都很低下，不能更大程度回收排风热，且热交换器存在换热芯体材质和热交换效率的矛盾，全热回收转存在结构复杂的问题。
7、对于严寒、寒冷地区，普通热回收新风机组的热回收装置，为达到较高热交换效率若采用金属热交换器，由于室外新风气温低，必定会出现换热器结霜现象；为避免出现结霜现象若采用纸芯热交换器，则热交换效率大大降低，热回收价值不高。
综上所述，严寒、寒冷地区建筑急需引入新鲜、健康且符合室内空气品质的室内舒适度要求的新风，但目前市场上的新风系统或新风处理设备均无法满足严寒、寒冷地区的特殊要求。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种可用于严寒、寒冷地区，能提高室内舒适度的空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，它包括布置在箱体内的用于室内送风的新风通道、用于室内回风的排风通道、过渡季节及夏季向室内送风的旁通风通道、用于通入室外风提供冷热源的室外风通道、压缩机以及换热器；
新风通道内沿送入室内新风方向布置有新风风机、过滤器、第一热交换器、第二热交换器和加湿器；
排风通道内沿排风方向布置有回风风机；
新风通道和排风通道之间设有用于新风和回风热交换的空气-空气热交换器；
新风通道上连接有与进入室内新风的进风口连通的旁通风通道，旁通风通道入口上设置有旁通调节阀；第二热交换器和加湿器布置在所述进入室内新风的进风口处；
室外风通道内布置有第三热交换器和排风风机；
压缩机经四通换向阀与第二热交换器、第一热交换器和第三热交换器串联；
换热器还连接补水管路，换热器与加湿器之间连接加湿水循环管路；
节流装置连接第一热交换器和第三热交换器。
进一步地，空气-空气热交换器为金属芯体热交换器。
进一步地，第一热交换器为翘片式换热器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
一、本发明在节约能源的前提下，为建筑提供的新风既温度合适又符合室内空气品质和室内舒适度要求，可以有效避免病态建筑的出现；
二、本发明新风机组适用于高效且工况温度范围广的空气能热泵，该热泵制热工况供热温度低、制冷工况供冷温度高，压缩比小，节能省电，COP高(COP≥3)，既能超低温运行，也能高温高效运行，工况温度范围广；
三、本发明所述空气-空气换热器换热芯体可采用金属芯体，热回收效率高达90％，最大程度回收排风热量，节能效率高，且系统设计换热器进出口温度可控，可避免冬季换热器结霜的问题出现，因此本发明能够在严寒、寒冷地区推广应用；
四、本发明中所述风管湿膜加湿器，加湿效率高且过程无噪声，结构强度高，耐腐蚀、耐酸碱，使用寿命长；具有良好的挡水效果，可等代空调挡水板，节水效果好，整个系统除循环水泵外，无耗能部件。
五、本发明中加湿水在通入风管湿膜加湿器之前先通过套管式换热器加热，增加了新风加湿量，有效提高了室内舒适度。
六、本发明具有独立空气能热泵冷热源，不依赖其他冷热源；
七、本发明可多工况运行，制热、制冷、过渡季节运行均具有其独特的节能优点，全年适用。
八、本发明机组容量灵活，可大可小，居住建筑、公共建筑均适用。
附图说明
图1为本发明一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明：
如图1所示，本实施方式的一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，它包括布置在箱体11内的用于室内送风的新风通道A、用于室内回风的排风通道B、过渡季节及夏季向室内送风的旁通风通道C、用于通入室外风提供冷热源的室外风通道D、压缩机4以及换热器17；
新风通道A内沿送入室内新风方向布置有新风风机12、过滤器1、第一热交换器2、第二热交换器15和加湿器16；
排风通道B内沿排风方向布置有回风风机14；
新风通道A和排风通道B之间设有用于新风和回风热交换的空气-空气热交换器8；
新风通道A上连接有与进入室内新风的进风口连通的旁通风通道C，旁通风通道C入口上设置有旁通调节阀9；第二热交换器15和加湿器16布置在所述进入室内新风的进风口处；
室外风通道D内布置有第三热交换器10和排风风机13；
压缩机4经四通换向阀3与第二热交换器15、第一热交换器2和第三热交换器10串联；
换热器17还连接补水管路20，换热器17与加湿器16之间连接加湿水循环管路；节流装置6连接第一热交换器2和第三热交换器10；
本实施方式独立新风机组的旁通风通道C用于过渡季节直接利用室外冷热源时，室外新风不经作为蒸发器或冷凝器的第一热交换器2而降温或升温，经过滤后直接为室内提供新鲜空气。旁通风通道C也用于夏季作为新风经第一热交换器2降温直接送入室内的通道，这样新风不需要经空气-空气热交换器8热交换，新风阻力减少，节省风机用能，提高新风使用效能。
通常，节流装置6为热力膨胀阀。
上述实施方式中，优选地，空气-空气热交换器8为金属芯体热交换器。第一热交换器2为翘片式换热器。加湿器16为风管湿膜加湿器。金属芯体热交换器采用金属芯体，热回收效率高达90％，最大程度回收排风热量，节能效率高，且系统设计换热器进出口温度可控，可避免冬季换热器结霜的问题出现。翘片式换热器采用机械绕片，散热翅片与散热管接触面大而紧，传热性能良好、稳定，空气通过阻力小，工质流经钢管管内，热量通过紧绕在钢管上翅片传给经过翅片间的空气，达到加热和冷却空气的作用。风管湿膜加湿器安装于送风管道的任何位置，满足对整个空间或局部空间的加湿要求。对局部加湿效果明显，等焓加湿，加湿效率高，具备湿膜加湿器的优点，而且有效克服了风管风速过高的现象。加湿器16优选用青岛华云雾的科技有限公司生产的风管式湿膜加湿器。
本实施方式独立新风机组自带高效且运行温度范围广的空气能热泵冷热源，该热泵制热工况温度低、制冷工况供冷温度高，压缩比小，COP高，且运行温度范围广，既可超低温运行，又可高温高效运行，因此，将新风换热装置和空气能热泵系统相结合，机组运行效率高，节能效果显著；该机组设置可灵活安装且加湿效率高的风管湿膜加湿器，过渡季或冬季可加湿送风，提高室内热感觉和热舒适；风管湿膜加湿器用来加湿的水利用冷凝器回液加热后再用于加湿，有效增加风管湿膜加湿器的加湿量；
冬季，该机组用第一热交换器2将新风加热至零上温度(约2℃)再与回风进行热交换，因此可以保证机组采用热交换效率高的金属芯体热交换器也不至结霜，热交换器的结霜问题得到解决，无需设置专门除霜机构；该机组选用的高效的热交换器通过对热交换效率的限制，能够保证经过热交换的回风温度依然在零上，因此，选用金属芯体的空气-空气热交换器8完全不会存在结霜隐患，由于金属芯体的空气-空气热交换器8的热交换效率远远高于普通纸芯热交换器，机组的热回收效率得到很大程度提升；该机组第三热交换器10冬季采用热气旁通除霜，压缩机4出口和第二热交换器10入口连接有旁通电磁阀5,且经过热回收的回风不再于第三热交换器10处利用，直接排向室外，能够有效避免高湿回风在第二热交换器10处结霜，得不偿失。
该机组全年均可高效运行，同样可以用于夏季和过渡季节。夏季通过四通换向阀3实现制冷剂换向，过渡季节通过打开旁通调节阀9实现节能送风。因此，该机组是一种可以用于全年新风引入的新风处理机组，具有可以用于严寒、寒冷地区等恶劣环境、全年适用、热回收效率高、冬季不结霜、机组容量灵活、节能效率高等优点。
优选地，第一热交换器2的管排由8排以上并列螺旋翘片管组成。如此设置，增大换热管的表面积，从而达到提高换热效率。优选地，换热器17为套管式换热器。结构简单，传热效率高，便于安装。
第一热交换器2为8排管及以上，对新风进行更充分地大温差加热或冷却；排风通道B用来排出室内回风，排风热在排风通道中得以回收利用，在排风通道B中沿排风气流方向依次设置回风风机14、空气-空气热交换器8；室外风通道D用来通入室外风，为机组提供冷热源，沿气流方向依次设置兼具冷凝和蒸发功能的第三热交换器10和排风风机13；过渡季时，旁通风通道C直接利用室外冷热源，室外新风不经作为蒸发器或冷凝器的第一热交换器2、第二热交换器15和第三热交换器10降温或升温，经过滤后直接为室内提供新鲜空气；夏季时，旁通风通道C也用于夏季作为新风经第一热交换器2降温直接送入室内的通道，新风不需要经空气-空气热交换器8热交换，新风阻力减少，节省风机用能，提高新风使用效能。冷剂旁通调节阀19用来当第二热交换器15故障或无需使用时开启旁通管路，保证第一热交换器2和整个机组的正常运行。
该独立新风机组在严寒、寒冷地区的工作过程如下：
在制热工况下，第一热交换器2和第二热交换器15为冷凝器，第三热交换器10为蒸发器，
在新风通道A中，新风由新风风机12引入机组后由过滤器1过滤，经过作为冷凝器的第一热交换器2被加热到零上温度，再经过空气-空气热交换器8回收室内回风热量升温，之后再先后通过第二热交换器15和风管湿膜加湿器升温和加湿，最后以满足室内舒适度要求的空气温度和湿度送入室内；在排风通道B中，室内回风由回风风机14引入机组后，经过空气-空气换热器8与室外新风进行热交换后排到室外风通道D处，与作为蒸发器的第三热交换器10的室外风一起由排风风机13排到室外；在室外风通道D，室外风经过作为蒸发器的第三热交换器10为空调系统提供热量后由排风风机13排到室外；在加湿部分，第二热交换器15的回液管上设置有套管式换热器，经过过滤水质符合要求的加湿水经补水管路20先通过套管式换热器加热后送入风管湿膜加湿器加湿新风，同时风管湿膜加湿器中加湿水的一部分会在套管式换热器和风管湿膜加湿器之间形成循环。
在制冷工况下，第一热交换器2和第二蒸发器15作为蒸发器，第三热交换器10为冷凝器；在新风通道A中，新风由新风风机12引入机组后由过滤器1过滤，经过作为蒸发器的第一热交换器2降温，再经过打开的旁通调节阀9及旁通风通道C送入室内；在排风通道B中，室内回风经过空气-空气热交换器8后排到室外风通道D处，与作为冷凝器的第三热交换器10的室外风一起由排风风机13排到室外；在排风通道D中室外风经过作为冷凝器的第三热交换器10带走系统热量后排到室外。
在过渡工况下，压缩机4、第一热交换器2、第二热交换器15、第三热交换器10、空气-空气热交换器8、排风风机13和回风风机14关闭，开启旁通调节阀9和旁通风通道C，新风由新风风机12引入机组经过滤器1过滤后由旁通风通道C及新风通道送入室内。
工作机理
冬季制热工况运行时，开启旁通电磁阀5，第一热交换器2和第二热交换器15作为冷凝器使用，第三热交换器10作为蒸发器使用。新风经过过滤器在第一热交换器2处被加热到零上温度(约2℃)，室内回风(约20℃)与新风在空气—空气热交换8处进行热交换，室外新风被加热到约16℃，再由第二热交换器加热至设置温度(例如：30℃)，之后经由风管湿膜加湿器对新风进行加湿，最终由新风风机送入室内。其中加湿部分，水质合格的加湿水先通过套管式换热器加热再通入风管湿膜加湿器，其中一部分加湿水可在风管湿膜加湿器和套管式换热器之间循环；空气-空气热交换器8的换热效率为90％左右，热交换后的排风温度大于或等于2℃。旁通电磁阀5连接压缩机出口和第三热交换器10入口，用于热气旁通除霜。其中，经过热交换的排风直接同作为蒸发器的第三热交换器10处的室外风一起排到室外，不再利用，因室内排风湿度较高，防止通入第三热交换器10加重冬季结霜现象，得不偿失。
夏季制冷工况运行时，关闭旁通电磁阀5、加湿水水管调节阀18，开启旁通调节阀9，四通换向阀3转换制冷剂流向，第一热交换器2和第二热交换器15作为蒸发器使用，第三热交换器10作为冷凝器使用。新风在第一热交换器2处降温，通过旁通风通道C到第二热交换器15处继续降温到设置温度，最终送入室内。室外风在第三热交换器10处带走系统热量。
过渡季工况运行时，开启旁通风通道C的旁通调节阀9，关闭整个压缩机系统以及加湿水水管调节阀18，新风经过滤器1后经过第一热交换器2但不被降温或加热直接，通过旁通风通道C后到新风通道A，之后直接送入室内，充分利用室外自然冷热源，节能环保。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (4)

1.一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，其特征在于：所述独立新风机组包括布置在箱体(11)内的新风通道(A)、排风通道(B)、旁通风通道(C)、室外风通道(D)以及换热器(17)；
新风通道(A)内沿送入室内新风方向布置有新风风机(12)、过滤器(1)、第一热交换器(2)、第二热交换器(15)和加湿器(16)；新风通道(A)上连接有与进入室内新风的进风口连通的旁通风通道(C)，旁通风通道(C)入口上设置有旁通调节阀(9)；第二热交换器(15)和加湿器(16)布置在所述进风口处；
排风通道(B)内布置有回风风机(14)；新风通道(A)和排风通道(B)之间设有空气-空气热交换器(8)；室外风通道(D)内布置有第三热交换器(10)和排风风机(13)；
压缩机(4)经四通换向阀(3)与第二热交换器(15)、第一热交换器(2)和第三热交换器(10)串联；
换热器(17)还连接补水管路(20)，换热器(17)与加湿器(16)之间连接加湿水循环管路；节流装置(6)连接第一热交换器(2)和第三热交换器(10)；
所述空气-空气热交换器(8)为金属芯体热交换器；
加湿器(16)为风管湿膜加湿器；
所述独立新风机组还包括旁通电磁阀(5)，旁通电磁阀(5)与作为蒸发器的第三热交换器(10)入口连通；
排风通道(B)的回风出口与室外风通道(D)的排风口连通；
冬季制热工况下，开启旁通电磁阀(5)，在新风通道(A)中，新风由新风风机(12)引入机组后由过滤器(1)过滤，经过作为冷凝器的第一热交换器(2)被加热到零上温度，再经过空气-空气热交换器(8)回收室内回风热量升温，之后通过第二热交换器(15)和风管湿膜加湿器升温和加湿，最后送入室内；在排风通道(B)中，室内回风由回风风机(14)引入机组后，经过空气-空气热交换器(8)与室外新风进行热交换后排到室外风通道(D)处，与作为蒸发器的第三热交换器(10)的室外风一起由排风风机(13)排到室外；在室外风通道(D)，室外风经过作为蒸发器的第三热交换器(10)为空调系统提供热量后由排风风机(13)排到室外；在加湿部分，第二热交换器(15)的回液管上设置有换热器(17)，经过过滤的加湿水经补水管路(20)先通过换热器(17)加热后送入风管湿膜加湿器加湿新风，同时风管湿膜加湿器中加湿水的一部分会在换热器(17)和风管湿膜加湿器之间形成循环；
夏季制冷工况下，关闭旁通电磁阀(5)和加湿水水管调节阀(18)，四通换向阀(3)转换制冷剂流向，在新风通道(A)中，新风由新风风机(12)引入机组后由过滤器(1)过滤，经过作为蒸发器的第一热交换器(2)降温，再经过打开的旁通调节阀(9)及旁通风通道(C)送入室内；在排风通道(B)中，室内回风经过空气-空气热交换器(8)后排到室外风通道(D)处，与作为冷凝器的第三热交换器(10)的室外风一起由排风风机(13)排到室外；在室外风通道(D)中室外风经过作为冷凝器的第三热交换器(10)带走系统热量后排到室外；
过渡季工况下，压缩机(4)、第一热交换器(2)、第二热交换器(15)、第三热交换器(10)、空气-空气热交换器(8)、排风风机(13)、回风风机(14)和加湿水水管调节阀(18)关闭，开启旁通调节阀(9)和旁通风通道(C)，新风由新风风机(12)引入机组经过滤器(1)过滤后由旁通风通道(C)及新风通道送入室内。
2.根据权利要求1所述一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，其特征在于：第一热交换器(2)为翘片式热交换器。
3.根据权利要求2所述一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，其特征在于：所述第一热交换器(2)的管排由8排以上并列螺旋翘片管组成。
4.根据权利要求3所述一种空气能热泵热回收兼具加湿功能的独立新风机组，其特征在于：所述换热器(17)为套管式换热器。
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