CN112211308A - 一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，包括空气源热泵系统、多级辐射相变墙体管路循环系统。具体包括多级辐射相变墙体、压缩机、四通阀、室外风冷换热器、高压贮液器、干燥过滤器、电磁阀、制冷热力膨胀阀、制热热力膨胀阀、水冷换热器、气液分离器、储水箱、循环水泵、三通阀、多级辐射相变墙体和电加热器。多级辐射相变墙体及其空气源热泵系统利用夜晚谷价电将热能蓄存于多级辐射相变墙体之中，白天将蓄存的热量释放出来，并结合电加热器作为辅助加热装置提供生活热水。本发明利用峰谷电价差，解决了能源供需不匹配的问题，同时降低了能耗，提高了房间的热舒适度。

Description

一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体
技术领域
本发明涉及相变节能墙体，特别是涉及一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体。
背景技术
近年来提出的保温墙体中，大多仍利用增大围护结构传热阻的方法来减小室内热量的耗散。在围护结构之中添加相变材料可以有效提高墙体的保温隔热性能，此外可以提高建筑的蓄热性能，增加围护结构热惰性，提高围护结构表面温度，减少人体辐射散热量，提高了舒适度，因此引起了越来越多的关注。相变蓄热墙体的发展尚且出于起步研究阶段。现有的相变蓄热墙体大多仅是在墙体中添加相变材料，不能将热量有效的传递和蓄存起来，形式单一，对舒适度的改善程度有限。此外，也未能将相变蓄热墙体与能源系统相耦合，将能源高效利用。
发明内容
本发明目的在于克服已有技术的缺点，提供一种减少了能源的消耗且极大地提高了热舒适性的采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明的一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，包括墙体和空气源热泵系统，所述的墙体由自外而内依次布设的室外装饰面层、保温层、围护结构层、相变材料填充层和室内装饰面层组成，各层之间均用粘结剂粘结，所述相变材料填充层包括从上至下相变温度从低到高的第一种相变材料、第二种相变材料以及第三种相变材料，在所述的相变材料填充层中上下迂回敷设有换热盘管；
所述的空气源热泵系统包括压缩机，所述的压缩机的出口通过循环管路依次连接四通阀的第一阀口、四通阀的第二阀口、第一截止阀、水冷换热器的管程的第一连接口、水冷换热器的管程的第二连接口、单向阀B、高压贮液器、干燥过滤器、视液镜、第一电磁阀、制热热力膨胀阀、室外风冷换热器的第一连接管口、室外风冷换热器的第二连接管口、四通阀的第三阀口、四通阀的第四阀口、气液分离器以及压缩机的回液口；
一个连接有单向阀A的第一连接管路的一端与位于所述的单向阀B和高压贮液器之间的循环管路连通并且另一端与室外风冷换热器的第一连接管口连通，一个连接有制冷热力膨胀阀的第二连接管路的一端与位于所述的水冷换热器的管程的第二连接口以及单向阀B之间的循环管路连通并且另一端与位于第一电磁阀和制热热力膨胀阀之间的循环管路连通；一个连接有第二电磁阀的第三连接管路的一端与位于视液镜和第一电磁阀之间的循环管路连通并且另一端与压缩机相连；
一个储水箱的出口通过液体管路依次连接循环水泵、分流阀、第二截止阀、水冷换热器的壳程、换热盘管的入口、换热盘管的出口、合流阀以及并联管路的入口，所述的并联管路包括安装有截止阀A的第一管路和沿液体流动方向依次设置有电加热器和截止阀B的第二管路，所述的并联管路的出口与生活热水接入口连接，所述的分流阀和合流阀之间通过第四连接管路连接。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明将相变材料与围护结构相结合，使墙体既能具有围护结构的作用，又增加了墙体的热容量和蓄热性能，有效阻隔了热量从室内向室外的传递，减少围护结构传热量，对室内外温差波动起到衰减和延迟的作用，维持房间温度的稳定性，从而减少了能源的消耗。
2.本发明将换热盘管敷设于相变墙体之中，使墙体具有辐射空调的作用。为相变材料提供蓄热能量，缓解了用能不匹配的问题。改变壁面平均辐射温度可以提高人体热感觉并具有节能的意义。从上至下设置三种相变温度分别为20-25℃、30-35℃和40-45℃的相变材料，符合人体对房间垂直温度分布的舒适性要求，极大地提高了热舒适性。
3.本发明的换热盘管沿墙体垂直敷设，不占用建筑使用面积，管路布置简单，易于施工。能源系统高效集成，能够同时满足冬季供暖供生活热水，夏季供冷供生活用水的需要。
附图说明
图1为本发明提供的一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体的原理示意图；
图2为多级辐射相变墙体的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：
如附图所示，本发明的一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，包括墙体和空气源热泵系统，所述的墙体由自外而内依次布设的室外装饰面层1-1、保温层1-2、围护结构层1-3、相变材料填充层1-9和室内装饰面层1-5组成，各层之间均用粘结剂粘结，粘结剂可以采用高性能聚合物。所述相变材料填充层包括从上至下相变温度从低到高的第一种相变材料1-6、第二种相变材料1-7以及第三种相变材料1-8，三种相变材料可以为温度从低到高的石蜡。在所述的相变材料填充层1-9中上下迂回敷设有换热盘管1-4。
所述的空气源热泵系统包括压缩机12，所述的压缩机12的出口通过循环管路依次连接四通阀2的第一阀口、四通阀2的第二阀口、第一截止阀、水冷换热器10的管程的第一连接口、水冷换热器10的管程的第二连接口、单向阀B13、高压贮液器5、干燥过滤器6、视液镜7、第一电磁阀8、制热热力膨胀阀14、室外风冷换热器3的第一连接管口、室外风冷换热器3的第二连接管口、四通阀2的第三阀口、四通阀2的第四阀口、气液分离器11以及压缩机12的回液口。
一个连接有单向阀A4的第一连接管路的一端与位于所述的单向阀B13和高压贮液器5之间的循环管路连通并且另一端与室外风冷换热器3的第一连接管口连通，一个连接有制冷热力膨胀阀9的第二连接管路的一端与位于所述的水冷换热器10的管程的第二连接口以及单向阀B13之间的循环管路连通并且另一端与位于第一电磁阀8和制热热力膨胀阀14之间的循环管路连通。一个连接有第二电磁阀的第三连接管路的一端与位于视液镜7和第一电磁阀8之间的循环管路连通并且另一端与压缩机12相连。
一个储水箱15的出口通过液体管路依次连接循环水泵16、分流阀17、第二截止阀、水冷换热器10的壳程、换热盘管1-4的入口、换热盘管1-4的出口、合流阀18以及并联管路的入口，所述的并联管路包括安装有截止阀A19的第一管路和沿液体流动方向依次设置有电加热器20和截止阀B21的第二管路，所述的并联管路的出口与生活热水接入口连接。所述的分流阀17和合流阀10之间通过第四连接管路连接。
优选地，所述的室外装饰面层和室内装饰面层均为水泥砂浆层，所述水泥砂浆层的厚度为8mm-20mm。
优选地，所述的保温层为岩棉保温板，厚度为50mm-80mm。
优选地，所述的围护结构层为加气混凝土层，厚度为120mm-200mm。
优选地，所述第一种相变材料是相变温度为20-25℃的相变材料；第二种相变材料是相变温度为30-35℃的相变材料；第三种相变材料是相变温度为40-45℃的相变材料，三种相变材料的厚度均为40mm-120mm。
本墙体的空气源热泵系统的控制过程如下：
在冬季供暖工况下，晚上电价为谷价时期，开启空气源热泵系统，进入蓄热模式。压缩机12排出的高压气态制冷剂经四通阀2、第一截止阀进入水冷换热器10，冷凝液通过单向阀B13进入高压贮液器5，然后经过干燥过滤器6、视液镜7、第一电磁阀8、制热热力膨胀阀14，节流膨胀后通过室外风冷换热器3成为低压制冷剂蒸汽，经过四通阀2和气液分离器11回到压缩机12。将分流阀17接通循环水泵16和换热盘管1-4一端，将合流阀18接通换热盘管1-4另一端和生活热水入口端。循环水从储水箱15中流出，经循环水泵16加压，流经第二截止阀，在水冷换热器10处与高压气态制冷剂进行换热，成为50℃的热水流入换热盘管1-4中，为多级辐射相变墙体1进行蓄热，并提供室内墙体热辐射采暖。同时，开启截止阀A19，关闭截止阀B21，停止电加热器加热，供生活用热水。
在冬季供暖工况下，白天电价为峰价时期，关闭空气源热泵系统，进入放热模式。将分流阀17接通循环水泵16和第四连接管路一端，将合流阀18接通第四连接管路另一端和生活热水入口端。循环水从储水箱15中流出，经循环水泵16加压，流经第四连接管路。开启截止阀B21，关闭截止阀A19，启用电加热器20，为用户提供生活热水。多级辐射相变墙体通过辐射的方式将蓄存的热量释放，用于白天供暖。由于相变材料从上至下温度从低到高，符合人体热舒适特点，提高了热舒适性能。
在夏季供冷工况下，开启空气源热泵系统。四通阀2换向，制冷剂经压缩机12通过四通阀2后进入室外风冷换热器3被冷凝成液体，通过单向阀A4进入高压贮液器5，然后经过干燥过滤器6、视液镜7、第一电磁阀8、制冷热力膨胀阀9，节流膨胀后进入水冷换热器10，低压制冷剂蒸汽经过四通阀2和气液分离器11回到压缩机12。将分流阀17、合流阀18全部接通，循环水从储水箱15中流出，经循环水泵16加压后流经分流阀17和第二截止阀、一部分经过水冷换热器10进行换热，流入换热盘管1-4，冷却多级辐射相变墙体1成为冷辐射墙体为室内进行辐射供冷，流出多级辐射相变墙体1后与另一部分经过第四连接管路的水在合流阀18处混合。开启截止阀B21，关闭截止阀19，启用电加热器20，为用户提供生活热水。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，包括墙体和空气源热泵系统，其特征在于：所述的墙体由自外而内依次布设的室外装饰面层、保温层、围护结构层、相变材料填充层和室内装饰面层组成，各层之间均用粘结剂粘结，所述相变材料填充层包括从上至下相变温度从低到高的第一种相变材料、第二种相变材料以及第三种相变材料，在所述的相变材料填充层中上下迂回敷设有换热盘管；
所述的空气源热泵系统包括压缩机(12)，所述的压缩机的出口通过循环管路依次连接四通阀(2)的第一阀口、四通阀的第二阀口、第一截止阀、水冷换热器(10)的管程的第一连接口、水冷换热器(10)的管程的第二连接口、单向阀B(13)、高压贮液器(5)、干燥过滤器(6)、视液镜(7)、第一电磁阀(8)、制热热力膨胀阀(14)、室外风冷换热器(3)的第一连接管口、室外风冷换热器(3)的第二连接管口、四通阀的第三阀口、四通阀的第四阀口、气液分离器(11)以及压缩机(12)的回液口；
一个连接有单向阀A(4)的第一连接管路的一端与位于所述的单向阀B(13)和高压贮液器(5)之间的循环管路连通并且另一端与室外风冷换热器(3)的第一连接管口连通，一个连接有制冷热力膨胀阀(9)的第二连接管路的一端与位于所述的水冷换热器(10)的管程的第二连接口以及单向阀B(13)之间的循环管路连通并且另一端与位于第一电磁阀(8)和制热热力膨胀阀(14)之间的循环管路连通；一个连接有第二电磁阀的第三连接管路的一端与位于视液镜(7)和第一电磁阀(8)之间的循环管路连通并且另一端与压缩机(12)相连；
一个储水箱(15)的出口通过液体管路依次连接循环水泵(16)、分流阀(17)、第二截止阀、水冷换热器(10)的壳程、换热盘管(1-4)的入口、换热盘管(1-4)的出口、合流阀(18)以及并联管路的入口，所述的并联管路包括安装有截止阀A(19)的第一管路和沿液体流动方向依次设置有电加热器(20)和截止阀B(21)的第二管路，所述的并联管路的出口与生活热水接入口连接，所述的分流阀(17)和合流阀(10)之间通过第四连接管路连接。
2.根据权利要求1所述的采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，其特征在于：所述的室外装饰面层和室内装饰面层均为水泥砂浆层，所述水泥砂浆层的厚度为8mm-20mm。
3.根据权利要求1或者2所述的采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，其特征在于：所述的保温层为岩棉保温板，厚度为50mm-80mm。
4.根据权利要求3所述的采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，其特征在于：所述的围护结构层为加气混凝土层，厚度为120mm-200mm。
5.根据权利要求4所述的采用空气源热泵系统的多级辐射相变墙体，其特征在于：所述第一种相变材料是相变温度为20-25℃的相变材料；第二种相变材料是相变温度为30-35℃的相变材料；第三种相变材料是相变温度为40-45℃的相变材料，三种相变材料的厚度均为40mm-120mm。
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