CN108709332A - 防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵 - Google Patents
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Abstract
防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵：梯级热泵冷凝器串联运行，梯级加热大温升循环水并在多流程新风盘管中加热大温升新风，以降低相对湿度、吸收室内水份、形成排风水汽热源；其蒸发器串联运行，梯级冷却大温降防冻剂并在多流程回热盘管中三级回收排风降温显热、凝露潜热、结霜潜热。热泵两侧小流量循环与大温升换热，降低热泵机组、各种功能末端、循环泵、管路与阀门的投资和电耗。以最小加热量实现滚动融霜。
Description
(一)技术领域
本发明涉及利用梯级热泵循环的制冷量三级回收公共建筑、洗浴中心、干燥车间、各种矿井中排风/乏风的降温显热、凝露潜热、结霜潜热，并利用其制热量并联切换、梯级加热新风、回风、热水等多用途的一种防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵。
(二)背景技术
(1)建筑消耗全球一半电能，空调与采暖消耗建筑一半电能，美国、日本的空调与采暖消耗其总电能的1/3，瑞典甚至消耗其总电能的45％；
(2)产生剧毒物质和病菌，以及散发放射性的建筑，由于存在严重污染而无法利用回风，只得采用直流式空调，因此随巨大排风量而损失巨大热量；
(3)机房、剧场、医院、超市等公共建筑的回风式空调中，由于新风量巨大；同时排风温、湿度最接近室内设计工况，是新风处理并混合后的目标值，因此排风中蕴藏大量可用热量；
(4)普通回风式空调中由于排风量较小，导致新风回收排风热量有限，因此可在回风处理室后段与新风风道间布置全热回热器，利用夏季37-40℃新风全热来加热12-14℃露点回风，既减少再热电耗又冷却处理新风；
(5)新风吸入环境空气，排风呼出室内空气，形成建筑的呼吸，通过换风维持室内空气品质；现有新风机组夏季通过电制冷除湿、冷却新风，冬季通过电热泵等含湿量加热新风；其新风负荷占空调负荷可达20-30％，因此利用新风回收排风热量以满足新风负荷，是空调系统有效节能措施。节约70-80％的新风处理电耗，折合节省10-20％的空调运行电费，是降低空调电耗的重要途径。
而现有利用热泵实现新风回收排风热量的各种技术，其主要问题是：
(1)普通单级热泵循环的蒸发器，只能提供大流量小温差防冻剂循环，因此难以实现排风回热箱中回热盘管的高效、低成本优化设计，难以实现其冬季三级回收排风的降温显热、凝露潜热、结霜潜热。
(2)普通单级热泵循环的冷凝器，只能提供大流量小温差水循环，因此难以实现新风机组中新风盘管的高效、低成本优化设计，难以实现其冬季大温升、等含湿量加热新风。
(3)普通单级热泵循环的回热盘管和新风盘管设计，所形成大流量小温升/降换热，不仅增加排风回热箱、新风机组、循环水泵、防冻剂泵、循环管道及其各种控制阀门的投资，而且增加循环水泵和防冻剂泵的运行电耗。
(4)普通单级热泵循环难以实现冬季回热盘管的融霜。
(5)普通单级热泵循环难以大幅降低新风的相对含湿量，从而难以实现在室内充分吸收水蒸汽，以为排风回热免费提供水汽潜热能。
(6)普通单级热泵循环没有考虑，如何有效利用太阳能。
(三)发明内容
本发明目的：梯级热泵冷凝器串联运行，梯级加热大温升循环水并在多流程新风盘管中加热大温升新风，以降低相对湿度、吸收室内水份、形成排风水汽热源；其蒸发器串联运行，梯级冷却大温降防冻剂并在多流程回热盘管中三级回收排风降温显热、凝露潜热、结霜潜热。热泵两侧小流量循环与大温升换热，降低热泵机组、各种功能末端、循环泵、管路与阀门的投资和电耗。以最小加热量实现滚动融霜。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，即防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵如附图1所示，其中：1-1-高温压缩机；1-2-低温压缩机；1-3-四通换向阀；1-4-干燥过滤器；1-5-单向阀；1-6-气液分离器；2-1-高温使用侧换热器；2-2-低温使用侧换热器；3-1-高温膨胀阀；3-2-低温膨胀阀；4-1-高温热源侧换热器；4-2-低温热源侧换热器；5-取热风机；6-逆向多流程回热盘管；7-融霜盘管；8-积水盘；8-1-排水管；9-融冰盘管；10-清洗喷嘴；11-排风回热箱；12-取热控制阀；13-融霜控制阀；14-清洗控制阀；15-新风风机；16-逆向多流程新风盘管；17-积水盘；17-1-排水管；18-新风机组；19-新风盘管控制阀；20-风机盘管；21-风机盘管控制阀；22-热水加热器；23-热水控制阀；24-循环水泵；25-循环水逆止阀；26-自带手动阀的膨胀罐；27-循环水过滤器；28-防冻剂泵；29-防冻剂逆止阀；30-自带手动阀的膨胀罐；31-防冻剂过滤器；32-热水循环泵；33-热水逆止阀；34-保温热水箱；35-热水过滤器；36-液位开关；37-补水阀；38-手动调节阀；39-热水喷嘴；40-防冻剂等组成，其特征在于：
由多组梯级热泵并联运行，每组梯级热泵的高温热源侧换热器4-1、低温热源侧换热器4-2的防冻剂侧相互串联，每组梯级热泵的低温使用侧换热器2-2、高温使用侧换热器2-1的循环水侧相互串联，其循环水侧热量驱动并联的多台新风机组18的逆向多流程新风盘管16、多台风机盘管20、1台热水加热器22、多台排风回热箱11的融霜盘管7和融冰盘管9，其防冻剂侧冷量驱动并联的多台排风回热箱11的逆向多流程回热盘管6；
通过热泵工质管道串联连接高温压缩机1-1、高温使用侧换热器2-1热泵工质侧、高温膨胀阀3-1、高温热源侧换热器4-1热泵工质侧、高温压缩机1-1，组成高温级热泵循环回路；
通过热泵工质管道串联连接低温压缩机1-2、低温使用侧换热器2-2热泵工质侧、低温膨胀阀3-2、低温热源侧换热器4-2热泵工质侧、低温压缩机1-2，组成低温级热泵循环回路；
取热风机5驱使室内排风流经清洗喷嘴10、与排风逆向流动的逆向多流程回热盘管6和与排风顺向流动的融霜盘管7，其中逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7共用连续翅片并错排设置，组成排风梯级放热风路；
逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7的垂直正下方设置水平带倾角的积水盘8，积水盘8底部设置融冰盘管9，组成融冰回路；
积水盘8底部最低处设置排水管8-1，组成融霜水、融冰水、清洗水的排放回路；
排风梯级放热风路、融冰回路、排放回路，被设置在排风回热箱11内，并且逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7的共用连续翅片设置在排风回热箱11最外侧；
通过上水管道连接清洗控制阀14、清洗喷嘴10，组成清洗、加湿回路；
新风风机15驱使环境空气流经与环境空气逆向流动的逆向多流程新风盘管16、清洗喷嘴10，组成大温升加热新风风路；
逆向多流程新风盘管16的垂直正下方设置水平带倾角的积水盘17，积水盘17底部最低处设置排水管17-1，组成凝结水、清洗水的排放回路；
大温升加热新风风路、排放回路，设置在新风机组18内；
循环水泵24通过循环水管道串联连接循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧、换热器汇流三通、新风盘管分流三通、逆向多流程新风盘管16循环水侧、新风盘管控制阀19、新风盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，组成热泵梯级加热逆向多流程新风盘管循环回路；
循环水泵24通过循环水管道串联连接循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧、换热器汇流三通、风机盘管分流三通、风机盘管20循环水侧、风机盘管控制阀21、风机盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，组成热泵梯级加热风机盘管循环回路；
循环水泵24通过循环水管道串联连接循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧、换热器汇流三通、热水分流三通、热水加热器22循环水侧、热水控制阀23、热水汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，组成热泵梯级加热热水循环回路；
循环水泵24通过循环水管道串联连接循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧、换热器汇流三通、融霜分流三通、融霜盘管7循环水侧、融霜控制阀13、融霜汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，组成热泵梯级加热融霜循环回路；
防冻剂泵28通过防冻剂管道串联连接防冻剂逆止阀29、防冻剂泵汇流三通、换热器分流三通、串联的高温热源侧换热器4-1防冻剂侧和低温热源侧换热器4-2防冻剂侧、换热器汇流三通、回热盘管分流三通、逆向多流程回热盘管6、取热控制阀12、回热盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐30、防冻剂泵分流三通、防冻剂过滤器31、防冻剂泵28，组成热泵梯级取热循环回路；
热水循环泵32通过循环热水管道串联连接热水逆止阀33、热水加热器22热水侧、保温热水箱34、补水三通、热水过滤器35、热水循环泵32，组成加热热水循环回路；
保温热水箱34的上部液位开关36控制补水阀37的开度，而补水阀37的出口连接补水三通，组成补水回路；
保温热水箱34的底部热水出口通过热水管道连接热水三通、手动调节阀38、热水喷嘴39，组成热水喷淋调节回路。
逆向多流程回热盘管6和逆向多流程新风盘管16的盘管内流程数为2-20。
排风回热箱11的逆向多流程回热盘管6朝阳布置。
通过热泵工质管道串联连接低温压缩机1-2、四通换向阀1-3、低温使用侧换热器2-2热泵工质侧、干燥过滤器1-4、低温膨胀阀3-2、单向阀1-5、低温热源侧换热器4-2热泵工质侧、四通换向阀1-3、气液分离器1-6、低温压缩机1-2，组成低温级热泵循环回路；通过热泵工质管道串联连接低温压缩机1-2、四通换向阀1-3、低温热源侧换热器4-2热泵工质侧、干燥过滤器1-4、低温膨胀阀3-2、单向阀1-5、低温使用侧换热器2-2热泵工质侧、四通换向阀1-3、气液分离器1-6、低温压缩机1-2，组成低温级制冷循环回路；其中低温膨胀阀3-2为双向流动，其两端接口均串联一个干燥过滤器1-4与单向阀1-5的并联组件，且单向阀1-5的流向均背离低温膨胀阀3-2。
所述高温压缩机1-1为半封闭螺杆式压缩机1-1、开启式螺杆压缩机1-1、离心式压缩机1-1、活塞式压缩机1-1、涡旋式压缩机1-1、转子式压缩机1-1，或上述多台压缩机并联组成压缩机1-1。
所述高温压缩机1-1为半封闭螺杆式单机双级压缩机1-1、开启式螺杆单机双级压缩机1-1、离心式单机双级压缩机1-1、活塞式单机双级压缩机1-1、涡旋式单机双级压缩机1-1、转子式单机双级压缩机1-1，或上述多台压缩机并联组成压缩机1-1。
所述低温压缩机1-2为半封闭螺杆式压缩机1-2、开启式螺杆压缩机1-2、离心式压缩机1-2、活塞式压缩机1-2、涡旋式压缩机1-2、转子式压缩机1-2，或上述多台压缩机并联组成压缩机1-2。
所述高温使用侧换热器2-1、高温热源侧换热器4-1、低温使用侧换热器2-2、低温热源侧换热器4-2为壳管式换热器、钎焊板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器。
所述防冻剂40是CaCl240、NaCl40、乙二醇40、海水40等防冻剂溶解于水后，形成质量浓度介于1％至50％的水溶液。
本发明冬季制热运行三级回收排风热量为建筑大温升加热新风，夏季制冷运行回收排风冷量为建筑降温、除湿新风，其工作原理如附图1所示，具体说明如下：
1、冬季高温级热泵循环：高温压缩机1-1驱动高压、过热气态热泵工质流经高温使用侧换热器2-1热泵工质侧，以向另侧45℃升温至50℃的循环水释放排气显热、冷凝潜热而冷凝成为高压、饱和液态热泵工质，然后被高温膨胀阀3-1节流成为低温、低压两相热泵工质，再流入高温热源侧换热器4-1热泵工质侧，以吸收另侧中温防冻剂40降温显热而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，重新被高温压缩机1-1压缩成为高压、过热气态热泵工质，以完成高温级热泵循环。
2、冬季低温级热泵循环：低温压缩机1-2驱动高压、过热气态热泵工质流经四通换向阀1-3而流入低温使用侧换热器2-2热泵工质侧，以向另侧40℃升温至45℃的循环水释放排气显热、冷凝潜热而冷凝成为高压、饱和液态热泵工质，然后流经干燥过滤器1-4，而被低温膨胀阀3-2节流成为低温、低压两相热泵工质，再经单向阀1-5而流入低温热源侧换热器4-2热泵工质侧，以吸收另侧5℃降温至-15℃的防冻剂40显热而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，再流经四通换向阀1-3、气液分离器1-6而重新被低温压缩机1-2压缩成为高压、过热气态热泵工质，以完成低温级热泵循环。
3、冬季排风三级放热：排风回热箱11的取热风机5驱使20℃室内排风流经逆向多流程回热盘管6的翅片间，以被逆向多流程回热盘管6中逆向流动的低温防冻剂40三级提取降温显热、凝露潜热、结霜潜热而降温后排放环境。
4、冬季热泵梯级吸热三级回收排风热量循环：防冻剂泵28驱动防冻剂40流经防冻剂逆止阀29、防冻剂泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的高温热源侧换热器4-1防冻剂侧和低温热源侧换热器4-2防冻剂侧以被热泵工质梯级蒸发吸热后梯级降温，再流经换热器汇流三通、回热盘管分流三通，流入逆向多流程回热盘管6以三级取热后升温，再流经取热控制阀12、回热盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐30、防冻剂泵分流三通、防冻剂过滤器31、防冻剂泵28，完成热泵梯级吸热三级取热循环。
5、冬季热泵梯级加热新风循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以吸收另侧热泵工质的冷凝放热而梯级升温，再流经换热器汇流三通、新风盘管分流三通，流入逆向多流程新风盘管16循环水侧以大温升加热另侧流经的新风而大幅降温，再流经新风盘管控制阀19、新风盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成热泵梯级加热新风循环。而新风风机15驱使环境空气流经逆向多流程新风盘管16，以被大温升加热后送入室内。
6、冬季热泵梯级加热回风循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以吸收另侧热泵工质的冷凝放热而梯级升温，再流经换热器汇流三通、风机盘管分流三通，流入风机盘管20循环水侧以大温升加热另侧流经的回风而大幅降温，再流经风机盘管控制阀21、风机盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成热泵梯级加热回风循环。而风盘风机驱使室内空气流经风机盘管20，以被大温升加热后送回室内。
7、冬季热泵梯级加热热水循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以吸收另侧热泵工质的冷凝放热而梯级升温，再流经换热器汇流三通、热水分流三通，流入热水加热器22循环水侧以大温升加热另侧流经的热水而大幅降温，再流经热水控制阀23、热水汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成热泵梯级加热热水循环。
8、冬季热泵梯级加热融霜循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以吸收另侧热泵工质的冷凝放热而梯级升温，再流经换热器汇流三通、融霜分流三通，流入融霜盘管7和融冰盘管9的循环水侧以0℃等温加热另侧翅片上的霜层而大幅降温，再流经融霜控制阀13、融霜汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成热泵梯级加热融霜循环。
因此冬季通过取热循环回路和融霜循环回路，切换加热错排设置的逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7所共用连续翅片表面的霜层，以在梯级热泵稳定运行时实现滚动融霜；此时既不用加热-15℃回热盘管，也不用加热翅片霜层到0℃以上，从而使得融霜加热量被有效控制在最低值。
9、夏季低温级制冷循环：低温压缩机1-2驱动高压、过热气态热泵工质流经四通换向阀1-3而流入低温热源侧换热器4-2热泵工质侧，以向另侧34℃升温至39℃的防冻剂40释放排气显热、冷凝潜热而冷凝成为高压、饱和液态热泵工质，然后流经干燥过滤器1-4，而被低温膨胀阀3-2节流成为低温、低压两相热泵工质，再经单向阀1-5而流入低温使用侧换热器2-2热泵工质侧，以吸收另侧12℃降温至7℃的循环水显热而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，再流经四通换向阀1-3、气液分离器1-6而重新被低温压缩机1-2压缩成为高压、过热气态热泵工质，以完成低温级制冷循环。
10、夏季排风吸热：排风回热箱11的取热风机5驱使27℃室内排风流经逆向多流程回热盘管6的翅片间，以被逆向多流程回热盘管6中逆向流动的39℃降温至34℃的防冻剂40，释放其携带的热泵冷凝热量而升温至32℃后排放环境。
11、夏季制冷放热循环：防冻剂泵28驱动34℃防冻剂40流经防冻剂逆止阀29、防冻剂泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的高温热源侧换热器4-1防冻剂侧和低温热源侧换热器4-2防冻剂侧以吸收低温热源侧换热器4-2另侧的热泵工质冷凝放热而升温至39℃，再流经换热器汇流三通、回热盘管分流三通，流入逆向多流程回热盘管6以向另侧27℃排风释放显热后降温至34℃，再流经取热控制阀12、回热盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐30、防冻剂泵分流三通、防冻剂过滤器31、防冻剂泵28，完成制冷放热循环。
12、夏季制冷冷却新风循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以被低温使用侧换热器2-2另侧热泵工质吸收其蒸发所需潜热而降温至7℃，再流经换热器汇流三通、新风盘管分流三通，流入逆向多流程新风盘管16循环水侧以冷却另侧流经的35℃新风而升温至12℃，再流经新风盘管控制阀19、新风盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成制冷冷却新风循环。而新风风机15驱使35℃环境空气流经逆向多流程新风盘管16，以被冷却降温、除湿至27℃后送入室内。
13、夏季制冷冷却回风循环：循环水泵24驱动循环水流经循环水逆止阀25、循环水泵汇流三通、换热器分流三通，流入串联的低温使用侧换热器2-2循环水侧和高温使用侧换热器2-1循环水侧以被低温使用侧换热器2-2另侧热泵工质吸收其蒸发所需潜热而降温至7℃，再流经换热器汇流三通、风机盘管分流三通，流入风机盘管20循环水侧以冷却另侧流经的27℃回风而升温至12℃，再流经风机盘管控制阀21、风机盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐26、循环水泵分流三通、循环水过滤器27、循环水泵24，以完成制冷冷却回风循环。而风盘风机驱使27℃室内回风流经风机盘管20，以被冷却降温、除湿至14℃后送回室内。
14、加热热水循环：热水循环泵32驱动循环热水流经热水逆止阀33，流入热水加热器22热水侧，以被另侧的50℃降温至40℃的循环水加热升温至48℃，再流经保温热水箱34、补水三通、热水过滤器35、热水循环泵32，完成加热热水循环。
15、热水补水：保温热水箱34的上部液位开关36控制补水阀37的开度，以实现利用自来水压力而从补水三通的热水补水。
16、热水喷淋：保温热水箱34的底部热水利用重力作用，流经热水管道、热水三通、手动调节阀38，而流入热水喷嘴39，以实现热水喷淋。
17、排风中水汽潜热热源：冬季新风风机15驱使-20℃干球温度/60％相对湿度的环境空气流经逆向多流程新风盘管16，以被另侧50℃降温至40℃的循环水等含湿量加热升温至20℃干球温度/3％相对湿度，再通过上水管道连接的清洗控制阀14和清洗喷嘴10喷淋10℃自来水，以被等焓加湿到18℃干球温度/10％相对湿度的新风，再送至室内与回风混合并吸收室内散湿，从而形成排风中水汽潜热热源。
18、凝结水、融霜水、融冰水、清洗水排放：冬季逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7所共用翅片上形成的凝结水、融霜水、清洗水，受重力作用而落入垂直正下方设置水平带倾角的积水盘8中，并由积水盘8底部设置的融冰盘管9周期性加热融冰成水，最后由积水盘8底部最低处设置的排水管8-1集中排放。
19、凝结水、加湿水、清洗水排放：逆向多流程新风盘管16翅片上夏季形成的凝结水、清洗水，以及冬季形成的加湿水、清洗水，受重力作用而落入垂直正下方设置水平带倾角的积水盘17中，并由积水盘17底部最低处设置的排水管17-1集中排放。
20、吸收太阳辐照热量：冬季排风回热箱11最外侧朝阳布置的逆向多流程回热盘管6，利用其逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7所共用连续翅片间形成的黑腔，最大程度吸收太阳辐照热量。
本发明与现有各种热泵回收排风热量的技术相比较，具有以下明显技术优势：
(1)冬季由低温级热泵和高温级热泵的冷凝器串联运行，梯级加热小流量大温升循环水，并在逆向多流程新风盘管中加热大温升新风，以降低相对湿度、吸收室内水份、形成排风水汽热源。
(2)冬季由高温级热泵和低温级热泵的蒸发器串联运行，梯级冷却小流量大温降防冻剂，并在逆向多流程回热盘管中三级回收排风降温显热、凝露潜热、结霜潜热；同时由朝阳布置的逆向多流程回热盘管中翅片黑腔高效吸收太阳能。
(3)梯级热泵冷凝器和蒸发器的串联运行，以及回热盘管和新风盘管的逆向多流程设计，共同形成热泵两侧的小流量循环与大温升/大温降换热，因此不仅大幅降低排风回热箱、新风机组、循环水泵、防冻剂泵、循环管道及其控制阀门的投资，而且大幅降低循环水泵和防冻剂泵的运行电耗。
(4)梯级热泵串联蒸发器梯级取热与串联冷凝器梯级加热，以降低热泵循环温差5-10℃，大幅提高热泵制热能效比，降低压缩机运行电耗。
(5)冬季热泵梯级加热循环回路，切换加热并联的新风机组、风机盘管、热水加热器、融霜盘管，以实现多功能。
(6)在梯级热泵稳定运行时实现滚动融霜，并使融霜加热量被有效控制在最低值。
(7)夏季由四通换向阀切换形成低温级制冷循环，回收排风冷量以冷却降温、除湿新风。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
其中：1-1-高温压缩机；1-2-低温压缩机；1-3-四通换向阀；1-4-干燥过滤器；1-5-单向阀；1-6-气液分离器；2-1-高温使用侧换热器；2-2-低温使用侧换热器；3-1-高温膨胀阀；3-2-低温膨胀阀；4-1-高温热源侧换热器；4-2-低温热源侧换热器；5-取热风机；6-逆向多流程回热盘管；7-融霜盘管；8-积水盘；8-1-排水管；9-融冰盘管；10-清洗喷嘴；11-排风回热箱；12-取热控制阀；13-融霜控制阀；14-清洗控制阀；15-新风风机；16-逆向多流程新风盘管；17-积水盘；17-1-排水管；18-新风机组；19-新风盘管控制阀；20-风机盘管；21-风机盘管控制阀；22-热水加热器；23-热水控制阀；24-循环水泵；25-循环水逆止阀；26-自带手动阀的膨胀罐；27-循环水过滤器；28-防冻剂泵；29-防冻剂逆止阀；30-自带手动阀的膨胀罐；31-防冻剂过滤器；32-热水循环泵；33-热水逆止阀；34-保温热水箱；35-热水过滤器；36-液位开关；37-补水阀；38-手动调节阀；39-热水喷嘴；40-防冻剂。
(五)具体实施方式
本发明提出的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵实施例如附图1所示，现具体说明如下：其由4组梯级热泵并联运行，每组梯级热泵的高温热源侧换热器4-1、低温热源侧换热器4-2的防冻剂侧相互串联，每组梯级热泵的低温使用侧换热器2-2、高温使用侧换热器2-1的循环水侧相互串联，其循环水侧热量驱动并联的8台新风机组18的逆向3流程新风盘管16、200台风机盘管20、1台热水加热器22、10台排风回热箱11的融霜盘管7和融冰盘管9，其防冻剂侧冷量驱动并联的10台排风回热箱11的逆向16流程回热盘管6；排气量930m3/h的半封闭离心式单机双级高温压缩机1-1；排气量1130m3/h的半封闭螺杆式低温压缩机1-2；接口直径100mm的黄铜四通换向阀1-3；接口直径48mm的紫铜干燥过滤器1-4；接口直径48mm的紫铜单向阀1-5；接口直径100mm的碳钢气液分离器1-6；换热量897kW的壳管式高温使用侧换热器2-1；换热量954kW的壳管式低温使用侧换热器2-2；接口直径48mm的紫铜高温膨胀阀3-1；接口直径48mm的紫铜低温膨胀阀3-2；换热量658kW的壳管式高温热源侧换热器4-1；换热量684kW的壳管式低温热源侧换热器4-2；体积流量15m3/s、风压150Pa的取热风机5；换热面积1586m2的逆向16流程回热盘管6；7排7流程融霜盘管7；长3200mm、宽550mm、高50mm的不锈钢积水盘8；接口直径50mm的不锈钢排水管8-1；1排4流程融冰盘管9；16只体积流量42L/min的不锈钢清洗喷嘴10；长度3640mm、高度2580mm、宽度1000mm、回热量523kW的排风回热箱11；接口直径DN100mm的不锈钢取热控制阀12；接口直径DN50mm的不锈钢融霜控制阀13；接口直径DN50mm的不锈钢清洗控制阀14；体积流量12.5m3/s、风压150Pa的新风风机15；5排换热管、逆向5流程新风盘管16；长2400mm、宽200mm、高50mm的不锈钢积水盘17；接口直径50mm的不锈钢排水管17-1；8台长度2500mm、高度2500mm、宽度1560mm、加热量644kW的新风机组18；接口直径DN100mm的不锈钢新风盘管控制阀19；换热量5kW的风机盘管20；接口直径DN15mm的不锈钢风机盘管控制阀21；1台加热量100kW的热水加热器22；接口直径DN25mm的不锈钢热水控制阀23；4台体积流量160m3/h、扬程35mH2O的循环水泵24并联；接口直径DN170mm的不锈钢循环水逆止阀25；接口直径DN25mm、体积25L的不锈钢自带手动阀的膨胀罐26；接口直径DN170mm的不锈钢循环水过滤器27；4台体积流量88m3/h、扬程35mH2O的防冻剂泵28并联；接口直径DN120mm的不锈钢防冻剂逆止阀29；接口直径DN25mm、体积25L的不锈钢自带手动阀的膨胀罐30；接口直径DN120mm的不锈钢防冻剂过滤器31；1台体积流量8.6m3/h、扬程10mH2O的热水循环泵32；接口直径DN40mm的不锈钢热水逆止阀33；体积10m3的保温热水箱34；接口直径DN40mm的不锈钢热水过滤器35；高程100mm的液位开关36；接口直径DN25mm的不锈钢补水阀37；接口直径DN15mm的不锈钢手动调节阀38；体积流量8L/min的不锈钢热水喷嘴39；质量浓度35％的乙二醇水溶液40等组成。
本发明冬季运行实施例：
(1)并联运行的4组梯级热泵，每组的制冷量658kW高温热源侧换热器4-1与制冷量684kW低温热源侧换热器4-2的防冻剂侧相互串联，以把5℃回液梯级冷却降温到-15℃供液。
(2)每组的制热量897kW高温使用侧换热器2-1与制热量954kW低温使用侧换热器2-2的循环水侧相互串联，以把40℃回水梯级加热升温到50℃供水。
(3)并联运行4组梯级热泵的循环水侧由循环水泵24驱动：并联切换8台加热量644kW新风机组18、200台加热量5kW风机盘管20、1台加热量100kW热水加热器22、10台排风回热箱11的加热量170kW融冰盘管9。
(4)8台加热量644kW新风机组18，可把流量102m3/s新风从-24℃干球温度/60％相对湿度，等含湿量加热至18℃干球温度/2％相对湿度，再送至室内。
(5)并联运行4组梯级热泵的防冻剂侧由防冻剂泵28驱动：并联切换10台回热量523kW排风回热箱11，可把流量145m3/s室内排风从20℃干球温度/65％相对湿度，三级回收5230kW的降温显热量、凝露潜热量、结霜潜热量，冷却降温、除湿至-10℃干球温度/95％相对湿度，再排放环境。
(6)10台排风回热箱11的逆向多流程回热盘管6的67.9m2朝阳接光面积，冬季中午12点可接收太阳辐照强度达43kW。
(7)并联运行的4组梯级热泵：总制热量7404kW、总制冷量5368kW、总输入功率2194kW、总制热能效比COP达3.37。
本发明夏季运行实施例：
(1)并联运行的4台热泵，每台热泵的制热量1510kW低温热源侧换热器4-2的防冻剂侧，可把34℃回液加热升温到39℃供液。
(2)每台热泵的制冷量1245kW低温使用侧换热器2-2的循环水侧，可把12℃回水冷却降温到7℃供水。
(3并联运行4台热泵的循环水侧由循环水泵24驱动：并联切换8台冷却量644kW新风机组18、200台冷却量5kW风机盘管20。
(4)8台冷却量644kW新风机组18，可把流量102m3/s新风从35℃干球温度/60％相对湿度，冷却降温、除湿到27℃干球温度/60％相对湿度，再送至室内。
(5)并联运行4台热泵的防冻剂侧由防冻剂泵28驱动：并联切换10台回热量523kW排风回热箱11，可回收5230kW冷量，把流量145m3/s室内排风从27℃干球温度/60％相对湿度，等含湿量加热升温至32℃干球温度/45％相对湿度，再排放环境。
(6)并联运行4台热泵：总制冷量4980kW、总制热量6040kW、总输入功率1062kW、总制冷系数EER达4.69。
Claims (11)
1.一种防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其由高温压缩机(1-1)；低温压缩机(1-2)；四通换向阀(1-3)；干燥过滤器(1-4)；单向阀(1-5)；气液分离器(1-6)；高温使用侧换热器(2-1)；低温使用侧换热器(2-2)；高温膨胀阀(3-1)；低温膨胀阀(3-2)；高温热源侧换热器(4-1)；低温热源侧换热器(4-2)；取热风机(5)；逆向多流程回热盘管(6)；融霜盘管(7)；积水盘(8)；排水管(8-1)；融冰盘管(9)；清洗喷嘴(10)；排风回热箱(11)；取热控制阀(12)；融霜控制阀(13)；清洗控制阀(14)；新风风机(15)；逆向多流程新风盘管(16)；积水盘(17)；排水管(17-1)；新风机组(18)；新风盘管控制阀(19)；风机盘管(20)；风机盘管控制阀(21)；热水加热器(22)；热水控制阀(23)；循环水泵(24)；循环水逆止阀(25)；自带手动阀的膨胀罐(26)；循环水过滤器(27)；防冻剂泵(28)；防冻剂逆止阀(29)；自带手动阀的膨胀罐(30)；防冻剂过滤器(31)；热水循环泵(32)；热水逆止阀(33)；保温热水箱(34)；热水过滤器(35)；液位开关(36)；补水阀(37)；手动调节阀(38)；热水喷嘴(39)；防冻剂(40)等组成，其特征在于：由多组梯级热泵并联运行，每组梯级热泵的高温热源侧换热器(4-1)、低温热源侧换热器(4-2)的防冻剂侧相互串联，每组梯级热泵的低温使用侧换热器(2-2)、高温使用侧换热器(2-1)的循环水侧相互串联，其循环水侧热量驱动并联的多台新风机组(18)的逆向多流程新风盘管(16)、多台风机盘管(20)、1台热水加热器(22)、多台排风回热箱(11)的融霜盘管(7)和融冰盘管(9)，其防冻剂侧冷量驱动并联的多台排风回热箱(11)的逆向多流程回热盘管(6)；通过热泵工质管道串联连接高温压缩机(1-1)、高温使用侧换热器(2-1)热泵工质侧、高温膨胀阀(3-1)、高温热源侧换热器(4-1)热泵工质侧、高温压缩机(1-1)，组成高温级热泵循环回路；通过热泵工质管道串联连接低温压缩机(1-2)、低温使用侧换热器(2-2)热泵工质侧、低温膨胀阀(3-2)、低温热源侧换热器(4-2)热泵工质侧、低温压缩机(1-2)，组成低温级热泵循环回路；取热风机(5)驱使室内排风流经清洗喷嘴(10)、与排风逆向流动的逆向多流程回热盘管(6)和与排风顺向流动的融霜盘管(7)，其中逆向多流程回热盘管(6)和融霜盘管(7)共用连续翅片并错排设置，组成排风梯级放热风路；逆向多流程回热盘管(6)和融霜盘管(7)的垂直正下方设置水平带倾角的积水盘(8)，积水盘(8)底部设置融冰盘管(9)，组成融冰回路；积水盘(8)底部最低处设置排水管(8-1)，组成融霜水、融冰水、清洗水的排放回路；排风梯级放热风路、融冰回路、排放回路，被设置在排风回热箱(11)内，并且逆向多流程回热盘管6和融霜盘管7的共用连续翅片设置在排风回热箱(11)最外侧；通过上水管道连接清洗控制阀(14)、清洗喷嘴(10)，组成清洗、加湿回路；新风风机(15)驱使环境空气流经与环境空气逆向流动的逆向多流程新风盘管(16)、清洗喷嘴(10)，组成大温升加热新风风路；逆向多流程新风盘管(16)的垂直正下方设置水平带倾角的积水盘(17)，积水盘(17)底部最低处设置排水管(17-1)，组成凝结水、清洗水的排放回路；大温升加热新风风路、排放回路，设置在新风机组(18)内；循环水泵(24)通过循环水管道串联连接循环水逆止阀(25)、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器(2-2)循环水侧和高温使用侧换热器(2-1)循环水侧、换热器汇流三通、新风盘管分流三通、逆向多流程新风盘管(16)循环水侧、新风盘管控制阀(19)、新风盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐(26)、循环水泵分流三通、循环水过滤器(27)、循环水泵(24)，组成热泵梯级加热逆向多流程新风盘管循环回路；循环水泵(24)通过循环水管道串联连接循环水逆止阀(25)、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器(2-2)循环水侧和高温使用侧换热器(2-1)循环水侧、换热器汇流三通、风机盘管分流三通、风机盘管(20)循环水侧、风机盘管控制阀(21)、风机盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐(26)、循环水泵分流三通、循环水过滤器(27)、循环水泵(24)，组成热泵梯级加热风机盘管循环回路；循环水泵(24)通过循环水管道串联连接循环水逆止阀(25)、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器(2-2)循环水侧和高温使用侧换热器(2-1)循环水侧、换热器汇流三通、热水分流三通、热水加热器(22)循环水侧、热水控制阀(23)、热水汇流三通、自带手动阀的膨胀罐(26)、循环水泵分流三通、循环水过滤器(27)、循环水泵(24)，组成热泵梯级加热热水循环回路；循环水泵(24)通过循环水管道串联连接循环水逆止阀(25)、循环水泵汇流三通、换热器分流三通、串联的低温使用侧换热器(2-2)循环水侧和高温使用侧换热器(2-1)循环水侧、换热器汇流三通、融霜分流三通、融霜盘管(7)循环水侧、融霜控制阀(13)、融霜汇流三通、自带手动阀的膨胀罐(26)、循环水泵分流三通、循环水过滤器(27)、循环水泵(24)，组成热泵梯级加热融霜循环回路；防冻剂泵(28)通过防冻剂管道串联连接防冻剂逆止阀(29)、防冻剂泵汇流三通、换热器分流三通、串联的高温热源侧换热器(4-1)防冻剂侧和低温热源侧换热器(4-2)防冻剂侧、换热器汇流三通、回热盘管分流三通、逆向多流程回热盘管(6)、取热控制阀(12)、回热盘管汇流三通、自带手动阀的膨胀罐(30)、防冻剂泵分流三通、防冻剂过滤器(31)、防冻剂泵(28)，组成热泵梯级取热循环回路；热水循环泵(32)通过循环热水管道串联连接热水逆止阀(33)、热水加热器(22)热水侧、保温热水箱(34)、补水三通、热水过滤器(35)、热水循环泵(32)，组成加热热水循环回路；保温热水箱(34)的上部液位开关(36)控制补水阀(37)的开度，而补水阀(37)的出口连接补水三通，组成补水回路；保温热水箱(34)的底部热水出口通过热水管道连接热水三通、手动调节阀(38)、热水喷嘴(39)，组成热水喷淋调节回路。
2.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：逆向多流程回热盘管(6)和逆向多流程新风盘管(16)的盘管内流程数为2-20。
3.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：排风回热箱(11)的逆向多流程回热盘管(6)朝阳布置。
4.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：通过热泵工质管道串联连接低温压缩机(1-2)、四通换向阀(1-3)、低温使用侧换热器(2-2)热泵工质侧、干燥过滤器(1-4)、低温膨胀阀(3-2)、单向阀(1-5)、低温热源侧换热器(4-2)热泵工质侧、四通换向阀(1-3)、气液分离器(1-6)、低温压缩机(1-2)，组成低温级热泵循环回路；通过热泵工质管道串联连接低温压缩机(1-2)、四通换向阀(1-3)、低温热源侧换热器(4-2)热泵工质侧、干燥过滤器(1-4)、低温膨胀阀(3-2)、单向阀(1-5)、低温使用侧换热器(2-2)热泵工质侧、四通换向阀(1-3)、气液分离器(1-6)、低温压缩机(1-2)，组成低温级制冷循环回路；其中低温膨胀阀(3-2)为双向流动，其两端接口均串联一个干燥过滤器(1-4)与单向阀(1-5)的并联组件，且单向阀(1-5)的流向均背离低温膨胀阀(3-2)。
5.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：所述高温压缩机(1-1)为半封闭螺杆式压缩机(1-1)、开启式螺杆压缩机(1-1)、离心式压缩机(1-1)、活塞式压缩机(1-1)、涡旋式压缩机(1-1)、转子式压缩机(1-1)，或上述多台压缩机并联组成压缩机(1-1)。
6.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：所述高温压缩机(1-1)为半封闭螺杆式单机双级压缩机(1-1)、开启式螺杆单机双级压缩机(1-1)、离心式单机双级压缩机(1-1)、活塞式单机双级压缩机(1-1)、涡旋式单机双级压缩机(1-1)、转子式单机双级压缩机(1-1)，或上述多台压缩机并联组成压缩机(1-1)。
7.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：所述低温压缩机(1-2)为半封闭螺杆式压缩机(1-2)、开启式螺杆压缩机(1-2)、离心式压缩机(1-2)、活塞式压缩机(1-2)、涡旋式压缩机(1-2)、转子式压缩机(1-2)，或上述多台压缩机并联组成压缩机(1-2)。
8.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：所述高温使用侧换热器(2-1)、高温热源侧换热器(4-1)、低温使用侧换热器(2-2)、低温热源侧换热器(4-2)为壳管式换热器、钎焊板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器。
9.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：所述防冻剂(40)是CaCl2(40)、NaCl(40)、乙二醇(40)、海水(40)等防冻剂溶解于水后，形成质量浓度介于1％至50％的水溶液。
10.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：取热风机(5)是轴流风机(5)或离心风机(5)。
11.按照权利要求1所述的防冻剂多流程大温升取热排风水汽源梯级热泵，其特征在于：新风风机(15)是轴流风机(15)或离心风机(15)。
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