CN112797547A - 民用住宅新风余热利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种民用住宅新风余热利用系统及方法。新风机组通过送风管道、排风管道与各居民住宅连接。分体式蒸发器通过新风开关阀、排风开关阀与新风机组连接，分体式蒸发器经室外连通管道连通室外。新风机组的新风入口、排风出口分别连接新风旁路阀、排风旁路阀。分体式蒸发器的制冷剂入口、出口与电子膨胀阀出口、涡旋压缩机入口连接。涡旋压缩机出口分别经采暖冷凝换热器、储热式生活热水箱与电子膨胀阀入口连接。储热式生活热水箱的供、回水口通过生活热水供、回水管与各居民住宅连接。采暖冷凝换热器的供、回水口通过地板采暖供、回水管与各居民住宅连接。本发明基于空气源热泵对民用住宅新风系统的余热实现了有效的回收利用。

Description

民用住宅新风余热利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种利用空气源热泵实现的民用住宅新风余热利用系统及方法，属于新风能源回收利用领域。
背景技术
近年来为追求居住建筑的舒适和健康，越来越多的建筑设计了集中供冷暖和集中生活热水系统，其中，集中供暖多采用地板辐射+新风方式，通常地，地板辐射系统承担基础的热负荷，新风系统承担换气和加湿功能。冬季时通过新风机组将室外冷空气经过除尘、过滤、加湿、调温后有组织地送入室内，同时有组织地置换排出室内污浊的空气。
对于居住建筑，一般设计为每小时最低换气次数0.5次。在北方寒冷地区，冬季最冷天形成的新风热负荷占一般建筑采暖热负荷的20％，占节能建筑的采暖热负荷40％左右，为保证新风湿度、温度等品质，整个供暖能耗量是比较大的，如果不采取回收措施，势必会增加设备的初期投资和运行费用。
目前已有的新风余热回收装置是在新风机组上设置能量交换设备，利用室内外空气的温度差，直接用于新风与排风的热量或冷量交换。新风余热回收装置一般分为显热回收和全热回收两大类。但是，全热交换器价格昂贵，且北方寒冷地区冬季室内的湿度普遍不高，因此，冬季北方湿交换的作用不大，当前大多采用板式或板翅式的显热交换器。可是显热交换器通常只能回收排风热量的50％～60％，新风换热后还需要在建筑的供暖设备中另增加新风再热负荷。由上可见，传统新风余热回收装置的热回收功能单一，还需要考虑结露等问题，虽有一定的回收利用效果，但设备投入与产出难以达到平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种民用住宅新风余热利用系统及方法，其基于空气源热泵对民用住宅新风系统的余热实现了有效的回收利用。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种民用住宅新风余热利用系统，新风机组通过送风管道、排风管道与各居民住宅连接，其特征在于：分体式蒸发器的室内口分别通过新风开关阀、排风开关阀与新风机组的新风入口、排风出口连接，分体式蒸发器的室外口经由室外连通管道与室外连通；新风机组的新风入口、排风出口处分别连接有用于与室外连通的新风旁路阀、排风旁路阀；分体式蒸发器的制冷剂入口、制冷剂出口分别与电子膨胀阀的出口、涡旋压缩机的入口连接，涡旋压缩机的出口分两路，一路经由采暖冷凝换热器与电子膨胀阀的入口连接，另一路经由储热式生活热水箱与电子膨胀阀的入口连接；储热式生活热水箱的供水口、回水口分别通过生活热水供水管、生活热水回水管与各居民住宅连接，生活热水供水管上安装有生活热水循环泵；采暖冷凝换热器的供水口、回水口分别通过地板采暖供水管、地板采暖回水管与各居民住宅连接。
一种基于所述的民用住宅新风余热利用系统实现的民用住宅新风余热利用方法，其特征在于，它包括步骤：在冬季时，关闭所述新风开关阀和所述排风旁路阀，打开所述新风旁路阀和所述排风开关阀，所述居民住宅排出的污浊风汇集后进入所述新风机组内与经由所述新风旁路阀进入的室外冷空气进行显热交换，然后作为热源经由所述排风开关阀进入所述分体式蒸发器内对制冷剂放热后经由所述室外连通管道排出室外，同时所述分体式蒸发器将吸收热量气化后的制冷剂送入所述涡旋压缩机进行压缩液化，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂先送入所述储热式生活热水箱内换热来制备生活热水，制备的生活热水在所述生活热水循环泵的作用下送入所述居民住宅，当所述储热式生活热水箱内的水温达到预设值时，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂被切换送入所述采暖冷凝换热器内，以与地板辐射采暖回水进行换热后送入所述住宅用。
一种基于所述的民用住宅新风余热利用系统实现的民用住宅新风余热利用方法，其特征在于，它包括步骤：在夏季时，关闭所述新风旁路阀和所述排风开关阀，打开所述新风开关阀和所述排风旁路阀，经由所述室外连通管道进入的新风先作为热源在所述分体式蒸发器内对制冷剂放热，预冷却后的降温空气经由所述新风开关阀返回所述新风机组，从而所述居民住宅排出的污浊风汇集后进入所述新风机组内与返回的降温空气进行显热交换，然后经由所述排风旁路阀排出室外，同时所述分体式蒸发器将吸收热量气化后的制冷剂送入所述涡旋压缩机进行压缩液化，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂直接送入所述储热式生活热水箱内换热来制备生活热水，制备的生活热水在所述生活热水循环泵的作用下送入所述居民住宅。
本发明的优点是：
本发明基于空气源热泵对民用住宅新风系统的余热实现了提取并有效用于生活热水和地板辐射采暖，新风能源回收利用率高，特别适用于北方严寒和寒冷地区民用住宅新风系统。
附图说明
图1是本发明民用住宅新风余热利用系统的组成示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明民用住宅新风余热利用系统。新风机组1通过送风管道19、排风管道18与各居民住宅的新风系统配套设备连接，其中：分体式蒸发器6的室内口分别通过新风开关阀3、排风开关阀4与新风机组1的新风入口、排风出口连接，分体式蒸发器6的室外口经由室外连通管道27与室外连通；新风机组1的新风入口、排风出口处分别连接有用于与室外连通的新风旁路阀2、排风旁路阀5；分体式蒸发器6的制冷剂入口、制冷剂出口分别与电子膨胀阀11的出口、涡旋压缩机7的入口连接，涡旋压缩机7的出口分两路，一路经由采暖冷凝换热器8与电子膨胀阀11的入口连接，另一路经由储热式生活热水箱9与电子膨胀阀11的入口连接；储热式生活热水箱9的供水口、回水口分别通过生活热水供水管25、生活热水回水管26与各居民住宅的生活热水系统连接，生活热水供水管25上安装有生活热水循环泵10；采暖冷凝换热器8的供水口、回水口分别通过地板采暖供水管21、地板采暖回水管20与各居民住宅的地板辐射采暖系统连接。
图1仅示意性地示出了居民住宅12～17，居民住宅的数量不受局限。
如图1，新风旁路阀2的一端与新风机组1的新风入口连接而另一端与室外连通，排风旁路阀5的一端与新风机组1的排风出口连接而另一端与室外连通。
在实际实施时，如图1，制冷剂在分体式蒸发器6、涡旋压缩机7、采暖冷凝换热器8和电子膨胀阀11之间或者分体式蒸发器6、涡旋压缩机7、储热式生活热水箱9与电子膨胀阀11之间循环流动。
在本发明中，分体式蒸发器6、涡旋压缩机7、电子膨胀阀11与采暖冷凝换热器8或储热式生活热水箱9构成了空气源热泵。空气源热泵是一种很好的能量回收放大装置，它既可以把低品位热能提升为高品位热，又能实现以输入的少量高品位电能多出几倍的中间品味能量。
如图1，采暖冷凝换热器8的制冷剂入口处安装有地板采暖切换阀24，储热式生活热水箱9的制冷剂入口处安装有生活热水切换阀23。换句话说，涡旋压缩机7的出口分两路，一路依次经由地板采暖切换阀24、采暖冷凝换热器8与电子膨胀阀11的入口连接，另一路依次经由生活热水切换阀23、储热式生活热水箱9与电子膨胀阀11的入口连接。
但在实际设计时，除了上述采暖冷凝换热器8和储热式生活热水箱9在涡旋压缩机7与电子膨胀阀11之间的并联连接方式之外，还可采取其它的连接方式，不受局限。例如，如图1，涡旋压缩机7的出口依次经由地板采暖切换阀24、采暖冷凝换热器8、生活热水切换阀23、储热式生活热水箱9与电子膨胀阀11的入口连接，另外，涡旋压缩机7的出口直接经由管道与生活热水切换阀23的入口连接，且采暖冷凝换热器8的制冷剂出口经由切换开关阀22与电子膨胀阀11的入口连接。地板采暖切换阀24、生活热水切换阀23与切换开关阀22之间协调动作，以使采暖冷凝换热器8、储热式生活热水箱9分别单独运行工作。
在实际设计中，储热式生活热水箱9内设有测温计(图中未示出)。
在本发明中，新风开关阀3、排风开关阀4、新风旁路阀2、排风旁路阀5、地板采暖切换阀24、生活热水切换阀23、测温计，以及新风机组1、分体式蒸发器6、电子膨胀阀11、涡旋压缩机7、采暖冷凝换热器8、储热式生活热水箱9、生活热水循环泵10与控制装置连接，它们(开关状态或运行状态)在控制装置的控制下协调工作。控制装置可采用本领域的熟知控制装置，例如PLC控制器，在此不加以详述。
在本发明中，新风系统配套设备、生活热水系统和地板辐射采暖系统为居民住宅内已施工安装好的设备。新风机组1、分体式蒸发器6、电子膨胀阀11、涡旋压缩机7、采暖冷凝换热器8、储热式生活热水箱9等为本领域已有的设备。
基于上述本发明民用住宅新风余热利用系统，本发明提出了一种民用住宅新风余热利用方法，它包括步骤：
以图1为例进行说明：在冬季时，关闭新风开关阀3和排风旁路阀5，打开新风旁路阀2和排风开关阀4，居民住宅12～17排出的污浊风汇集后通过排风管道18进入新风机组1内与经由新风旁路阀2进入的室外冷空气进行显热交换，然后作为热源经由排风开关阀4进入分体式蒸发器6内对制冷剂(冷媒)放热后经由室外连通管道27排出室外，同时分体式蒸发器6将吸收热量气化后的制冷剂(气体)送入涡旋压缩机7进行压缩液化，涡旋压缩机7排出的高温制冷剂先送入储热式生活热水箱9内换热来制备生活热水(以图1为例，此时生活热水切换阀23打开，地板采暖切换阀24、切换开关阀22关闭)，制备的生活热水在生活热水循环泵10的作用下通过生活热水供水管25送入居民住宅12～17的生活热水系统，居民住宅12～17的生活热水系统通过生活热水回水管26循环送出的水返回储热式生活热水箱9内，当储热式生活热水箱9内的水温达到预设值时，涡旋压缩机7排出的高温制冷剂被切换送入采暖冷凝换热器8内(以图1为例，此时地板采暖切换阀24、切换开关阀22打开，生活热水切换阀23关闭)，以与从地板采暖回水管20返回的地板辐射采暖回水进行换热后通过地板采暖供水管21送入居民住宅12～17的地板辐射采暖系统，用于对地板辐射采暖水加热提温。
另外，基于上述本发明民用住宅新风余热利用系统，本发明还提出了一种民用住宅新风余热利用方法，它包括步骤：
以图1为例进行说明：在夏季时，关闭新风旁路阀2和排风开关阀4，打开新风开关阀3和排风旁路阀5，经由室外连通管道27进入的新风先作为热源在分体式蒸发器6内对制冷剂(冷媒)放热，预冷却(预冷却是指在新风机组1开始降温处理前的初步降温)后的降温空气经由新风开关阀3返回新风机组1，从而居民住宅12～17排出的污浊风汇集后通过排风管道18进入新风机组1内与返回的降温空气进行显热交换，然后经由排风旁路阀5排出室外，同时分体式蒸发器6将吸收热量气化后的制冷剂(气体)送入涡旋压缩机7进行压缩液化，涡旋压缩机7排出的高温制冷剂直接送入储热式生活热水箱9内换热来制备生活热水(以图1为例，此时生活热水切换阀23打开，地板采暖切换阀24、切换开关阀22关闭)，制备的生活热水在生活热水循环泵10的作用下通过生活热水供水管25送入居民住宅12～17的生活热水系统，居民住宅12～17的生活热水系统通过生活热水回水管26循环送出的水返回储热式生活热水箱9内。
本发明具有如下优点：
1、与公共建筑相比，居民住宅建筑的新风系统相对分散，单个新风系统规模较小，排风口布置分散，很难做到集中换气排放。本发明即针对居民住宅的新风排风规模小而分散的特点来设计，将传统的空气源热泵拆分安装与布置，规模小，灵活性高，在满足根据分散的排风口灵活对应布置需求的基础上，实现了新风能源的充分回收，解决了面对居民住宅建筑新风机组分散、规模小，传统大型回收装置不适用的难题。
2、本发明利用了空气源热泵强制提热的特点，对新风机组排出的污浊风中的余热进行了充分提取，余热回收率基本上可达到100％，较传统显热交换器有极大提高与改善，解决了居民住宅新风机组分散，投资回报率低和现有装置回收提取效率低的问题。
3、本发明一方面在冬季回收利用室内温暖的排风余热来用于制备生活热水，且将排风引入分体式蒸发器，有效解决了空气源热泵在冬季频繁融霜的问题，极大改善了空气源热泵的冬季运行工况，提升了总体的能效比，另一方面，在夏季除了回收利用室内排风余热来用于制备生活热水之外，还提出了新风预冷却的思想，将提热后的预冷却空气送回新风机组，从而大大降低新风机组的制冷消耗，达到节能降耗的目的。
4、传统的热水供应一般利用机房热源集中制备生活热水，整个生活热水管网庞大，管道散热损失巨大，全年的热水燃料成本高昂。本发明回收利用新风系统供冷和供暖时产生的余热，其不同于简单的热交换式热回收，其是将回收的低品位热利用空气源热泵的逆卡诺循环强制完成，因此本发明实现了用少量的高品位电能制取生活热水的目的，这是传统简单的热交器不能做到的，同时分散的小规模形式也解决了传统管网热损耗巨大，热水成本居高不下的难题。
以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种民用住宅新风余热利用系统，新风机组通过送风管道、排风管道与各居民住宅连接，其特征在于：分体式蒸发器的室内口分别通过新风开关阀、排风开关阀与新风机组的新风入口、排风出口连接，分体式蒸发器的室外口经由室外连通管道与室外连通；新风机组的新风入口、排风出口处分别连接有用于与室外连通的新风旁路阀、排风旁路阀；分体式蒸发器的制冷剂入口、制冷剂出口分别与电子膨胀阀的出口、涡旋压缩机的入口连接，涡旋压缩机的出口分两路，一路经由采暖冷凝换热器与电子膨胀阀的入口连接，另一路经由储热式生活热水箱与电子膨胀阀的入口连接；储热式生活热水箱的供水口、回水口分别通过生活热水供水管、生活热水回水管与各居民住宅连接，生活热水供水管上安装有生活热水循环泵；采暖冷凝换热器的供水口、回水口分别通过地板采暖供水管、地板采暖回水管与各居民住宅连接。
2.如权利要求1所述的民用住宅新风余热利用系统，其特征在于：
所述新风旁路阀的一端与所述新风机组的新风入口连接而另一端与室外连通，所述排风旁路阀的一端与所述新风机组的排风出口连接而另一端与室外连通。
3.如权利要求1所述的民用住宅新风余热利用系统，其特征在于：
制冷剂在所述分体式蒸发器、所述涡旋压缩机、所述采暖冷凝换热器和所述电子膨胀阀之间或者所述分体式蒸发器、所述涡旋压缩机、所述储热式生活热水箱与所述电子膨胀阀之间循环流动。
4.如权利要求1所述的民用住宅新风余热利用系统，其特征在于：
所述采暖冷凝换热器的制冷剂入口处安装有地板采暖切换阀；
所述储热式生活热水箱的制冷剂入口处安装有生活热水切换阀。
5.如权利要求1所述的民用住宅新风余热利用系统，其特征在于：
所述储热式生活热水箱内设有测温计。
6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的民用住宅新风余热利用系统实现的民用住宅新风余热利用方法，其特征在于，它包括步骤：
在冬季时，关闭所述新风开关阀和所述排风旁路阀，打开所述新风旁路阀和所述排风开关阀，所述居民住宅排出的污浊风汇集后进入所述新风机组内与经由所述新风旁路阀进入的室外冷空气进行显热交换，然后作为热源经由所述排风开关阀进入所述分体式蒸发器内对制冷剂放热后经由所述室外连通管道排出室外，同时所述分体式蒸发器将吸收热量气化后的制冷剂送入所述涡旋压缩机进行压缩液化，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂先送入所述储热式生活热水箱内换热来制备生活热水，制备的生活热水在所述生活热水循环泵的作用下送入所述居民住宅，当所述储热式生活热水箱内的水温达到预设值时，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂被切换送入所述采暖冷凝换热器内，以与地板辐射采暖回水进行换热后送入所述住宅用。
7.一种基于权利要求1至5中任一项所述的民用住宅新风余热利用系统实现的民用住宅新风余热利用方法，其特征在于，它包括步骤：
在夏季时，关闭所述新风旁路阀和所述排风开关阀，打开所述新风开关阀和所述排风旁路阀，经由所述室外连通管道进入的新风先作为热源在所述分体式蒸发器内对制冷剂放热，预冷却后的降温空气经由所述新风开关阀返回所述新风机组，从而所述居民住宅排出的污浊风汇集后进入所述新风机组内与返回的降温空气进行显热交换，然后经由所述排风旁路阀排出室外，同时所述分体式蒸发器将吸收热量气化后的制冷剂送入所述涡旋压缩机进行压缩液化，所述涡旋压缩机排出的高温制冷剂直接送入所述储热式生活热水箱内换热来制备生活热水，制备的生活热水在所述生活热水循环泵的作用下送入所述居民住宅。
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