CN108662714B - 一种空气能热泵热回收独立新风机组 - Google Patents

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Abstract

一种空气能热泵热回收独立新风机组，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、过渡季节向室内送风的旁通风通道以及用于通入室外风提供冷热源的室外风通道；新风通道内沿送入室内风方向布置有新风风机、过滤器、第一热交换器；排风通道内沿排风方向布置有回风风机和第三热交换器；新风通道上串接有与进入室内新风的送风口连通的旁通风通道，室外风通道内布置有第二热交换器和排风风机；压缩机经四通换向阀与第三热交换器、第一热交换器和第二热交换器串联。本发明可用于严寒、寒冷地区，具有热回收效率高、冷热源独立、运行温度范围广、全年高效节能运行的优点。

Description

一种空气能热泵热回收独立新风机组
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双换热器空气能热泵热回收新风机组。属于空气能热泵技术领域。
背景技术
我国建筑应节能要求，各类建筑尤其是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，室内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、寒冷地区室冬季室外气温低，冷风温度低时可达-30℃，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，室外空气品质急剧下降，在建筑无组织引入室外新风时，新风不加处理直接引入反而会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，更不能在医院等特殊场合承担一定的室内负荷，用能极为不合理，运行费用高，且夏季无冷却功能，机组只能冬季运行。
4、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、冷却系统复杂，既增加了建筑能耗，又使得空调系统变得复杂，得不偿失。
5、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，不能充分回收排风热，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。
6、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新风，但目前市场上的新风系统或新风处理设备均无法应用于严寒、寒冷地区。
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，且带有高效空气能热泵热回收功能和热回收效率高的空气能热泵热回收独立新风机组。
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以及用于通入室外风提供冷热源的室外风通道；
新风通道内沿送入室内风方向布置有新风风机、过滤器和第一热交换器；
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；
新风通道上串接有与进入室内新风的送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；
室外风通道内布置有第二热交换器和排风风机；
压缩机经四通换向阀与第一热交换器和第二热交换器串联；
节流装置连接第一热交换器和第二热交换器；
所述空气-空气热交换器为金属芯体热交换器。
一种空气能热泵热回收独立新风机组，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以及用于通入室外风提供冷热源的室外风通道；
新风通道内沿送入室内风方向布置有新风风机、过滤器和第一热交换器；
排风通道内沿排风方向布置有回风风机和第三热交换器；
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，排风通道内回风风机与空气-空气换热器之间布置有第三热交换器；
新风通道上串接有与进入室内新风的送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；
室外风通道内布置有第二热交换器和排风风机；
节流装置连接第一热交换器和第二热交换器；
压缩机经四通换向阀与第三热交换器、第一热交换器和第二热交换器串联；
所述空气-空气热交换器为金属芯体热交换器。
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要求，可以有效避免病态建筑的出现；
二、本发明设置所述送风风机出口空气温度适宜，冬季为16℃左右，既满足室内空气品质和建筑室内舒适度要求，又不至大程度增加建筑总负荷，节约能源；
三、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；
四、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；
五、本发明具有独立空气能热泵冷热源，不依赖其他冷热源；
六、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。
七、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为新风通道布置而排风通道无热交换器的空气能热泵热回收独立新风机组的示意图；
图2为新风通道和排风通道均布置热交换器的空气能热泵热回收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、过渡季及夏季向室内送风的旁通风通道C以及用于通入室外风提供冷热源的室外风通道D；
新风通道A内沿送入室内风方向布置有新风风机12、过滤器1、第一热交换器2；
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上串接有与进入室内新风的送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；
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与第一热交换器2和第二热交换器10串联；
节流装置6连接第一热交换器2和第二热交换器10；
所述空气-空气热交换器8为金属芯体热交换器。
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2或10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。
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；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；该机组第二热交换器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二热交换器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电磁阀5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。
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为冷凝器，第二热交换器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，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，与作为蒸发器的第二热交换器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二热交换器10为空调系统提供热量后由排风风机13排到室外；
在制冷工况下，第一热交换器2为蒸发器，第二热交换器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，打开旁通调节阀9，再经过旁通风通道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，与作为冷凝器的第二热交换器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二热交换器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送入室内。
工作机理：
冬季运行，冬季制热工况运行时，开启旁通电磁阀5，第一热交换器2作为冷凝器使用，第二热交换器10作为蒸发器使用。新风经过过滤器1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℃，由送风风机送入室内。其中空气-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二热交换器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二热交换器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，防止通入第二热交换器10加重冬季结霜现象，得不偿失。
夏季运行，夏季制冷工况运行时，关闭旁通电磁阀5，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作为蒸发器使用，第二热交换器10作为冷凝器使用。新风在第一热交换器2处降温经旁通风通道C送入室内。室外风在第二热交换器10处带走系统热量。
过渡季运行，过渡季工况运行时，开启旁通调节阀9，关闭整个压缩机4、热交换器和回风、排风风机，新风经过滤后经过新风通道A但不被降温或加热，直接由送风风机12经旁通风通道C送入室内，充分利用室外自然冷热源，节能环保。
如图2所示，另一个实施方式中，一种空气能热泵热回收独立新风机组，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、过渡季节向室内送风的旁通风通道C以及用于通入室外风提供冷热源的室外风通道D；
新风通道A内沿送入室内风方向布置有新风风机12、过滤器1和第一热交换器2；
排风通道B内沿排风方向布置有回风风机14和第三热交换器7；
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，排风通道B内回风风机14与空气-空气换热器8之间布置有第三热交换器7；
新风通道A上串接有与进入室内新风的送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；
室外风通道D内布置有第二热交换器10和排风风机13；
节流装置6连接第一热交换器2和第二热交换器10；
压缩机4经四通换向阀3与第三热交换器7、第一热交换器2和第二热交换器10串联；
所述空气-空气热交换器8为金属芯体热交换器。
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2或10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，提高新风使用效能。
通常，节流装置6为热力膨胀阀。
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；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，可以保证机组采用金属芯体的高效空气-空气热交换器8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；该机组设置第二热交换器7，以冬季为例，可先将回风提高一定温度再与新风进行热交换，此时的送风温度将会提高到18℃及以上，在节能的前提下于特殊需要的场合承担一定的室内负荷；该机组选用的高效第一热交换器2和第二热交换器7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，由于金属芯体热交换器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；该机组第二热交换器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二热交换器处利用，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。该实施方式中，通常，第三热交换器7的入口和出口上并联有冷剂旁通调节阀15。冷剂旁通调节阀15起到旁通的作用，当第三热交换器7故障无法使用或无需使用时，可以开启冷剂旁通调节阀15，压缩机4的工质经冷剂旁通调节阀15进入第一热交换器2和第二热交换器10。
上述两个实施方式中，通常，第一热交换器2为翘片式换热器。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。
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。
该种独立新风机组的工作过程如下：
在制热工况下，第一热交换器2和第三热交换器7为冷凝器，第二热交换器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，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回收回风热量升温，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，经过作为冷凝器的第三热交换器7加热温升若干度(约3-5℃)，再经过空气-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，同作为蒸发器的第二热交换器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二热交换器10为空调系统提供热量后由排风风机13排到室外；
在制冷工况下，第一热交换器2和第三热交换器7为蒸发器，第二热交换器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，经过作为蒸发器的第一热交换器2降温，开启旁通调节阀9，再经过旁通凤通道C送入室内；在排风通道B中，室内回风经过第三热交换器7和空气-空气热交换器8后排到室外风通道D处，同作为冷凝器的第二热交换器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二热交换器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、第三热交换器7、空气-空气热交换器8、第三热交换器10、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引入机组经过滤后由旁通风通道C送入室内。
工作机理：
冬季运行，冬季制热工况运行时，旁通调节阀9关闭，开启旁通电磁阀5，第一热交换器2和第三热交换器7作为冷凝器使用，第二热交换器10作为蒸发器使用。新风由新风风机12引入机组，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℃被作为冷凝器的第三热交换器7加热到22-25℃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18-22℃。其中空气-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℃，末端送风方式为地板送风或其他合适送风方式。旁通电磁阀5连接压缩机4出口和第二热交换器10入口，用于热气旁通除霜。其中，经过热交换的排风直接同经过第二热交换器10利用后的室外风一起排到室外，不再利用，因室内排风湿度较高，防止通入第二热交换器10加重冬季结霜现象，得不偿失。
夏季运行，夏季制冷工况运行时，旁通调节阀9开启，关闭旁通电磁阀5，关闭冷剂旁通调节阀15，四通换向阀3转换制冷剂流向，第一热交换器2和第三热交换器7作为蒸发器使用，第二热交换器10作为冷凝器使用。新风在第一热交换器2处降温，并通过开启的旁通风通道C送入室内。室外风在第二热交换器10处带走系统热量。
过渡季运行，过渡季工况运行时，开启旁通调节阀9，关闭整个压缩机系统，新风经过滤后经过热交换器但不被降温或加热，直接由送风风机12经旁通风通道C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 (5)

1.一种空气能热泵热回收独立新风机组，其特征在于：所述空气能热泵热回收独立新风机组包括布置在箱体(11)内新风通道(A)、排风通道(B)、旁通风通道(C)以及室外风通道(D)；
新风通道(A)内沿送入室内风方向布置有新风风机(12)、过滤器(1)和第一热交换器(2)；新风通道(A)上串接有与进入室内新风的送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)；
排风通道(B)内有回风风机(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)内布置有第二热交换器(10)和排风风机(13)；
压缩机(4)经四通换向阀(3)与第一热交换器(2)和第二热交换器(10)串联；
节流装置(6)连接第一热交换器(2)和第二热交换器(10)；
所述空气-空气热交换器(8)为金属芯体热交换器；
所述空气能热泵热回收独立新风机组还包括旁通电磁阀(5)，旁通电磁阀(5)与压缩机(4)出口和作为蒸发器的第二热交换器(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，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，与作为蒸发器的第二热交换器(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二热交换器(10)为空调系统提供热量后由排风风机(13)排到室外；
夏季制冷状况下，关闭旁通电磁阀(5)，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，打开旁通调节阀(9)，再经过旁通风通道(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，与作为冷凝器的第二热交换器(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二热交换器(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(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)，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)送入室内。
2.根据权利要求1所述一种空气能热泵热回收独立新风机组，其特征在于：所述空气能热泵热回收独立新风机组还包括第三热交换器(7)；排风通道(B)内回风风机(14)与空气-空气热交换器(8)之间布置有第三热交换器(7)，第三热交换器(7)和第一热交换器(2)串联。
3.根据权利要求2所述一种空气能热泵热回收独立新风机组，其特征在于：第一热交换器(2)为翘片式换热器。
4.根据权利要求3所述一种空气能热泵热回收独立新风机组，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。
5.根据权利要求4所述一种空气能热泵热回收独立新风机组，其特征在于：所述空气能热泵热回收独立新风机组还包括冷剂旁通调节阀(15)，第三热交换器(7)的入口和出口上并联有冷剂旁通调节阀(15)。
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