CN109489305A - 一种热泵空调采暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采暖领域，具体涉及一种带有增热换热器的热泵空调采暖系统。在气温处于‑5‑14℃以下时，通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的温度，改善局部环境是提高冷媒过热度是最有效的方法。这样在冷媒前期吸收大气或其他低温度热源，有一定过热度的情况下，二次提高冷媒过热度使热泵空调高效节能的运转。本申请中，可以采用太阳能热水器通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的过热度，也可以通过从压缩机排气管经分流管分流方式通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的过热度。

Description

一种热泵空调采暖系统

技术领域

本发明涉及采暖领域，具体涉及一种带有增热换热器的热泵空调采暖系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，环境保护已经成为我们国家的国策。环境保护主要的要保护大气、水、土壤、植被等。现在由于各种能源矿物的大量使用已使我们的大气环境不堪重负，时常出现雾霾天气，使我们有时不得不生活在乌烟瘴气的环境里。尤其在冬季我国北方大部分地区的采暖时节，经常出现这种乌烟瘴气大气环境现象，严重影响了我们的生活。这样的大气环境引起了党中央、国务院、各级政府及社会各界的关注和重视。为了扭转这种情况国家、社会各界已经付出了巨大的努力和代价。其实造成这种情况的原因已经有了初步定论：主要与冬季大气特点和矿物燃料增加使用有关，如果我们减少矿物燃料的使用就可以极大的改善这种情况。

因此出现了热泵空调，热泵空调是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置来实现制冷和供暖。通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池。热泵空调主要包括压缩机、四通换向阀、蒸发器、冷凝器和轴流风机，通常情况下，冷凝器常安装有使用水换热器，热泵空调制热接通电源后，室外空气通过蒸发器进行热交换，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被轴流风机排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，因为冷凝器部位常安装有使用水换热器，水泵强制循环的水通过冷凝器，被冷媒加热后送去供用户使用，而冷媒被冷却成液体进行循环，这是热泵空调的制热工作原理。现有的常规设计是，热泵空调的冷凝器安装有第一换热器，所述第一换热器的出水口通过介质管连通所述室内换热器的进水口，所述第一换热器的出水口和所述室内换热器的进水口之间安装有内循环泵；所述第一换热器的进水口通过介质管连通所述室内换热器的出水口。

但是热泵空调冬天制冷时，常出的问题是，当外部气温低于-5-14℃（各种机型设计时由于设计参数的不同大部分在此范围内）时，热泵空调冷媒从外界空气中提取热量很少，过热度很低压缩机压缩后放出的显热温度也低，就是俗话说的：空调外面越冷屋里也越冷。基于这种情况，空气源热泵空调多采用增大蒸发器面积，加大冷媒循环量甚至于加大外风机风量来改善低压蒸汽的过热度，但是不论怎么改都有个限度，而且不能改变空调所处的气温环境。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种保证冬季时热泵空调供热效率高的热泵空调采暖系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种热泵空调采暖系统，包括热泵空调和室内换热器，所述热泵空调的压缩机进气管处安装有增热换热器，所述增热换热器能给所述热泵空调的压缩机进气管增加热量提高管内冷媒过热度。

进一步的，还包括太阳能热水器，所述增热换热器的出水口通过介质管连通所述太阳能热水器的进水口，所述增热换热器的出水口和所述太阳能热水器的进水口之间安装有外循环泵；所述增热换热器的进水口通过介质管连通所述太阳能热水器的出水口。

进一步的，所述增热换热器为直通钢管，所述热泵空调的压缩机进气管螺旋外绕在直通钢管外侧。

进一步的，所述室内换热器为水空调室内机，所述太阳能热水器的出水口通过介质管连通所述水空调室内机的进水口，所述太阳能热水器的出水口和所述水空调室内机进水口之间安装有五号阀；所述外循环泵的进水口通过介质管连通所述水空调室内机的出水口，所述水空调室内机出水口和所述外循环泵进水口之间安装有六号阀；

所述热泵空调的冷凝器安装的第一换热器的出水口和所述水空调室内机的进水口之间安装有四号阀；所述第一换热器的进水口和所述水空调室内机的出水口之间安装有三号阀；

所述增热换热器的出水口和所述外循环泵的进水口之间安装有一号阀；所述增热换热器的进水口和所述太阳能热水器的出水口之间安装有二号阀。

进一步的，所述第一换热器的进水口和所述太阳能热水器的出水口之间设有联络管，所述联络管上安装有电磁开关阀。

进一步的，所述热泵空调的压缩机排气管分接有分流管，所述分流管的出口连通所述热泵空调的冷凝器出口；所述增热换热器为所述分流管的一段直通铜管，所述热泵空调的压缩机进气管螺旋外绕在直通铜管外侧。

进一步的，其循环介质为水或介质油或低温防冻液。

本发明与现有技术相比所取得的有益效果是：

1、冬季，气温处于-5-14℃以下时，通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的温度，改善局部环境是提高冷媒过热度是最有效的方法。这样在冷媒前期吸收大气或其他低温度热源，有一定过热度的情况下，二次提高冷媒过热度使热泵空调高效节能的运转。本申请中，可以采用太阳能热水器通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的过热度，也可以通过从压缩机排气管经分流管分流方式通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的过热度；

2、例如当采用太阳能热水器通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的过热度时，可以构成太阳能热泵空调采暖系统。当太阳能热水器中的介质水温高于30℃时，太阳能热水器将介质水直接进入水空调室内机循环，对室内升温；当太阳能热水器介质水温低于30℃并且大于0-14℃时，如果热泵空调的蒸发器处于室外的气温高于t（t的范围为-5-14℃）时，热泵空调正常工作，通过第一换热器对水空调室内机循环供热，对室内升温；如果热泵空调的蒸发器处于室外的气温低于t时，太阳能热水器通过增热换热器提升热泵空调的压缩机进气管的热度，从而提高冷媒过热度使热泵空调高效节能的运转，节约能源从而提升热泵空调的制热效率，能至少节省三分之二的电量，能效比提高一倍；

3、本发明与传统的水源热泵系统相比，还克服了多联机系统安装复杂，高耗电，高压管线贯穿整栋建筑的安全隐忧的问题，大大提高了安全性；

克服了传统水源热泵系统的施工麻烦，管道隐蔽，需要防冻，压缩机不停，相对耗电以及一旦临界结冰设备报废，水源污染的弱点；

克服了地源热泵施工麻烦，管道隐蔽，压缩机不停相对耗电以及对土壤热平衡的破坏，对地表植被的损害；

克服了正在研发过程中的类似系统，只能单独使用太阳能或热泵，或把热泵空调外机蒸发器直接放入太阳能热水容器中的问题。

附图说明

图1为本发明所述热泵空调采暖系统在实施例1中的结构示意图；

图2为图1中所示热泵空调内部结构示意图；

图3为本发明所述热泵空调采暖系统在实施例1中的电路控制简图；

图4为本发明所述热泵空调采暖系统在实施例2中的结构示意图；

图中：1、太阳能热水器， 2、热泵空调，3、水空调室内机，4、外循环泵，5、第一换热器，6、内循环泵，7、增热换热器，8、电磁开关阀，9、室内温度探头，10、太阳能热水器出水口介质水温度探头，11、一号阀，12、二号阀，13、三号阀，14、四号阀，15、五号阀，16、六号阀，17、热泵空调蒸发器部位外界气温探头，18、分流管，19、分流阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细的说明。所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明所述的热泵空调采暖系统，包括热泵空调2和室内换热器，所述热泵空调2的压缩机进气管处安装有增热换热器7，通过增热换热器7能给所述热泵空调2的压缩机进气管增加热量。

实施例1

如果在冬季能达到零下15度以(下)上的城市地区，可以将本发明所述的热泵空调采暖系统和太阳能热水器结合形成能间接接力和直接接力切换使用的高效采暖系统。如图1所示，包括太阳能热水器1、热泵空调2和水空调室内机3，所述太阳能热水器1安装在阳台上接受光照，热泵空调的蒸发器部位位于室外，冷凝器部位位于室内，水空调室内机位于室内。太阳能热水器介质水的出水口通过介质管连通所述水空调室内机3的进水口，所述太阳能热水器1的出水口和所述水空调室内机3进水口之间安装有五号阀15。所述太阳能热水器1的进水口通过介质管连通所述水空调室内机3的出水口，所述太阳能热水器1的进水口和水空调室内机3出水口之间安装有外循环泵4，所述水空调室内机3出水口和所述外循环泵4进水口之间安装有六号阀16。这样开启五号阀和六号阀，启动外循环泵，就可以实现太阳能热水器带有热量的介质循环进出水空调室内机，水空调室内机直接利用太阳能热水器的热量对室内进行升温。

本申请中，如图2所示，所述热泵空调2的冷凝器安装有第一换热器5，所述第一换热器5换热后的介质的出水口通过介质管连通所述水空调室内机3的进水口，所述第一换热器5的出水口和所述水空调室内机3的进水口之间安装有内循环泵6和四号阀14；所述第一换热器5的进水口通过介质管连通所述水空调室内机3的出水口，所述第一换热器5的进水口和所述水空调室内机3的出水口之间安装有三号阀13。这样以来，关闭五号阀、六号阀，开启三号阀和四号阀，通过启动内循环泵，第一换热器的介质携带从热泵空调产生的热量，循环进出水空调室内机，通过水空调室内机对室内进行升温。

所述热泵空调2的压缩机进气管处安装所述增热换热器7，所述增热换热器7的作用是能给所述热泵空调2的压缩机进气管增加热量。所述增热换热器7的出水口通过介质管连通所述外循环泵4的进水口，所述增热换热器7的出水口和所述外循环泵4的进水口之间安装有一号阀11；所述增热换热器7的进水口通过介质管连通所述太阳能热水器1的出水口，所述增热换热器7的进水口和所述太阳能热水器1的出水口之间安装有二号阀12。这样以来，当外界环境温度低于-5-14℃，同时，太阳能热水器介质水温度低于30℃时，关闭五号阀、六号阀，开启一号阀和二号阀，启动外循环泵，太阳能热水器的介质水进入增热换热器，产生的热量提高热泵空调压缩机的进气管温度，从而循环提高热泵空调的制热效率。现有技术的一般设计中，热泵空调的冷媒经过蒸发器、轴流风机与外界空气进行热交换，吸取空气中的热量，提升冷媒过热度，再经过压缩机压缩，冷媒由气态变为液态放出显热，再由冷凝器进行散热传给使用水换热器，进行供热。当外界环境气温低于-5-14℃时，冷媒从空气中提取热量很少，过热度很低压缩机压缩后放出的显热温度也低，就是俗话说的：空调外面越冷屋里也越冷。而本申请中，通过增热换热器用太阳能热水器中的热量传递提升热泵空调的压缩机进气管的温度，改善局部环境是提高冷媒过热度是最有效的方法。这样在冷媒前期吸收大气或其他低温度热源，一定过热度的情况下，二次提高冷媒过热度使热泵空调高效节能的运转。

进一步优化的，所述第一换热器5的进水口和所述太阳能热水器1的进水口之间设有联络管，所述联络管上安装有电磁开关阀8，这样是为了保证第一换热器和水空调室内机进行循环介质水时，保证介质管满液运行。

本实施例中，一号阀11、二号阀12、三号阀13、四号阀14、五号阀15、六号阀16均可采用市场常见的单向开关阀。进行循环介质水的介质管均可根据实际环境装填选用各种金属管材或者耐80°C以上耐压0.6Mpa塑料管材，其循环介质为水、介质油和低温防冻液中的一种。热泵空调可以采用KFR-35/BP家用一拖一变频空调的外机，其制热输入功率1050w，压缩机的冷媒可以选择广普低温、碳氟烃、氯氟烃等低沸点制冷剂中的一种。太阳能热水器可以采用两台150L太阳能热水器并联。外循环泵的功率为200w-135W，内循环泵的功率为105-65w。

为了实现各个部件能合理快速配合运行，可以采用现有技术中的PLC控制系统，在水空调室内机上安装有监测室内环温的室内温度探头9，在太阳能热水器的出水口安装有监测介质水温度的太阳能热水器出水口介质水温度探头10，在热泵空调蒸发器的外界临近环境安装有监测外界环境温度的热泵空调蒸发器部位外界气温探头。如图3所示，PLC控制系统的控制器采用S7-200PLC控制器，它的输出端分别信号连接室内温度探头9、太阳能热水器出水口介质水温度探头10和热泵空调蒸发器部位外界气温探头17，S7-200PLC控制器的输出端分别信号连接热泵空调2、水空调室内机3、外循环泵4、内循环泵6、一号阀11、二号阀12、三号阀13、四号阀14、五号阀15和六号阀16。

本发明的太阳能热泵空调采暖系统采暖步骤如下：

a. 启动水空调室内机3，选择制热模式，设定温度为T，本实施例中，温度T取值为18-22℃，在此T取22℃；

当太阳能热水器1中的介质水温高于30℃时，启动外循环泵4，开启五号阀15和六号阀16，关闭一号阀11、二号阀12、三号阀13、四号阀14和分流阀19，太阳能热水器1的介质带着热量循环进出水空调室内机3，水空调室内机3对室内进行升温；

当室内温度达到22℃时，外循环泵4和水空调室内机3继续运行2-5分钟后停止；当室内温度再次低于22℃时且外循环泵4和水空调室内机3已经停止超过3分钟，外循环泵4和水空调室内机3启动，对室内进行升温；

b. 当太阳能热水器1中的介质温度低于30℃，并且大于-5℃时，

如果热泵空调2的蒸发器处于室外的气温高于t（t取值范围为-5-14℃）时，关闭外循环泵4、五号阀15、六号阀16、一号阀11、二号阀12和分流阀19，开启热泵空调2、内循环泵6、三号阀13和四号阀14，热泵空调2的蒸发器从外界吸收热量，热泵空调2将冷凝器的热量交换到第一热交换器上，第一热交换器的介质携带热量经内循环泵6进入水空调室内机3进行热量循环，从而使水空调室内机3对室内进行升温；此时，热泵空调是高效运行的。

如果热泵空调2的蒸发器处于室外的气温低于t时，例如气温为-6℃，开启热泵空调2、内循环泵6、三号阀13和四号阀14的同时，开启外循环泵4、一号阀11和二号阀12，热泵空调2的压缩机的进气管通过增热换热器从太阳能热水器1的介质中吸收热量，提升热泵空调的制热效率，热泵空调2将冷凝器的热量交换到第一热交换器上，第一热交换器的介质携带热量经内循环泵6进入水空调室内机3进行热量循环，从而使水空调室内机3对室内进行升温；

本实施例中，关于增热换热器的设计，具体的是，所述换热器7为直通钢管分别通过介质管连接到一号阀和二号阀，所述热泵空调2的压缩机进气管螺旋外紧密缠绕在直通钢管的外侧。自然状态下，热量总是从高温到低温传递。这样直通钢管的热量可以交换传递给压缩机的进气管，从而提高热泵空调的运转效率。

由于热泵空调低压侧温度要比环境温度还要低是不可控的，一旦超出太阳能系统内的介质的凝结临界温度形成固体（结冰）胀破管壁，就要影响整个系统。采用这种结构一旦胀破，不至于影响冷媒管的使用，维修也相对简单代价小。这种两个隔离层或隔离层中间层中间有高效导热材料形成的换热器结构多种多样，本实施例中设计的增热换热器换热效率相比较高。

通过上述实施例，能节省三分之二的电量，将能效比翻一倍多，能保冬天充分利用太阳能供暖，提高热泵空调的供热效率。本发明克服了传统水源热泵系统的施工麻烦，管道隐蔽，需要防冻，压缩机不停，相对耗电以及一旦临界结冰设备报废，水源污染的弱点；克服了地源热泵施工麻烦，管道隐蔽，压缩机不停相对耗电以及对土壤热平衡的破坏，对地表植被的损害；克服了多联机系统安装复杂，高耗电，高压管线贯穿整栋建筑的安全隐忧；克服了正在研发过程中的类似系统，只能单独使用太阳能或热泵，或把热泵空调外机蒸发器直接放入太阳能热水容器中的问题造成压力膨胀问题。

实施例2

如果是在冬日严寒常在-15℃以下，且无法使用太阳能热水器的地区，如图4所示的热泵空调采暖系统，室内换热器采用水空调室内机3。热泵空调通过水空调室内机给室内供暖。所述热泵空调2的压缩机排气管分接有分流管18，所述分流管18的出口连通所述热泵空调2的冷凝器出口；所述增热换热器7为所述分流管18的一段直通铜管，所述热泵空调2的压缩机进气管螺旋外紧密缠绕在直通铜管外侧。开启分流阀时，压缩机排出的冷媒经过排气管时，一部分带有热量的冷媒经分流管分流经过压缩机的进气管位置，将冷媒的热量传给压缩机的进气管，从而通过冷媒传热，实现所述分流管18给所述热泵空调2的压缩机进气管增加热量的效果，分流管内失去热量的冷媒在压缩机的排气压力下流到冷凝器出口部位混合后一同进入蒸发器。通过增热换热器用压缩机排出的冷媒热量传递提升热泵空调的压缩机进气管的温度，改善局部环境是提高冷媒过热度是最有效的方法。这样在冷媒前期吸收大气或其他低温度热源，一定过热度的情况下，二次提高冷媒过热度使热泵空调高效节能的运转。

Claims (7)

1.一种热泵空调采暖系统，包括热泵空调（2）和室内换热器，其特征在于，所述热泵空调（2）的压缩机进气管处安装有增热换热器（7），所述增热换热器（7）能给所述热泵空调（2）的压缩机进气管增加热量提高管内冷媒过热度。

2.根据权利要求1所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，还包括太阳能热水器（1），所述增热换热器（7）的出水口通过介质管连通所述太阳能热水器（1）的进水口，所述增热换热器（7）的出水口和所述太阳能热水器（1）的进水口之间安装有外循环泵（4）；所述增热换热器（7）的进水口通过介质管连通所述太阳能热水器（1）的出水口。

3.根据权利要求2所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，所述增热换热器（7）为直通钢管，所述热泵空调（2）的压缩机进气管螺旋外绕在直通钢管外侧。

4.根据权利要求3所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，所述室内换热器为水空调室内机（3），所述太阳能热水器（1）的出水口通过介质管连通所述水空调室内机（3）的进水口，所述太阳能热水器（1）的出水口和所述水空调室内机（3）进水口之间安装有五号阀（15）；所述外循环泵（4）的进水口通过介质管连通所述水空调室内机（3）的出水口，所述水空调室内机（3）出水口和所述外循环泵（4）进水口之间安装有六号阀（16）；

所述热泵空调（2）的冷凝器安装的第一换热器（5）的出水口和所述水空调室内机（3）的进水口之间安装有四号阀（14）；所述第一换热器（5）的进水口和所述水空调室内机（3）的出水口之间安装有三号阀（13）；

所述增热换热器（7）的出水口和所述外循环泵（4）的进水口之间安装有一号阀（11）；所述增热换热器（7）的进水口和所述太阳能热水器（1）的出水口之间安装有二号阀（12）。

5.根据权利要求4所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，所述第一换热器（5）的进水口和所述太阳能热水器（1）的出水口之间设有联络管，所述联络管上安装有电磁开关阀（8）。

6.根据权利要求1所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，所述热泵空调（2）的压缩机排气管分接有分流管（18），所述分流管（18）的出口连通所述热泵空调（2）的冷凝器出口；所述增热换热器（7）为所述分流管（18）的一段直通铜管，所述热泵空调（2）的压缩机进气管螺旋外绕在直通铜管外侧。

7.根据权利要求5或6所述的热泵空调采暖系统，其特征在于，其循环介质为水或介质油或低温防冻液。