CN112815395A - 一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，包括制冷剂回路、冷凝侧水回路、蒸发侧水回路、蓄热水箱水回路。本发明通过四通换向阀切换、电磁阀的启闭在制冷剂侧及水侧进行冬夏工况切换。在夏季工况下，冷凝器给热水箱进行供热，用于生活热水的供应。蒸发器产生的低温冷水先对新风进行除湿，再送入建筑辐射末端满足室内冷负荷，实现全辐射、全新风、温湿独控，提高系统能效。在冬季工况下，冷凝器给热水箱进行供热，用于生活热水及辐射末端供应以满足室内热负荷，当室外气候恶劣导致结霜时，热水箱同时向蒸发器供水用于除霜。且冬夏季节均有冷凝器出口过冷环节，提高系统效率。该系统将机组冷热充分利用，有效提高能源利用率，解决了冬季恶劣工况结霜问题，并采用冷凝器出口过冷，实现了系统全年高效稳定运行。

Description

一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统
技术领域
本发明属于热泵技术领域，涉及一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统。
背景技术
目前建筑常用的空调系统中，较为常见的是空调箱处理送风或将机组产生的冷热水送至末端风机盘管两种方式承担室内冷热负荷。但以上送风方式存在夏季冷空气下沉、冬季热空气上浮的问题，室内气流组织难以合理控制，易造成负荷不均、人体不舒适等问题。且在夏季使用风机盘管承担湿负荷，增加了额外的机组能耗，室内凝水难以处理。辐射空调系统作为一种新型的空调形式，具有舒适度高、卫生节能、节省室内使用面积等优点，但辐射末端不具备除湿功能。目前较为成熟的方法是采用独立的新风除湿系统，因此需要额外低温水承担除湿功能，增加了系统能耗与复杂程度。同时以上系统，仅在冬季使用冷凝器热量、夏季使用蒸发器冷量，没有充分利用所有能源。
公开号为CN108224646A的发明专利公开了一种新型医院节能系统，其有意识的对冷凝热回收利用，并使用辐射末端加空气处理机组的方法承担室内冷热负荷与湿负荷。但其直接将蒸发器产生的高品位低温水用于辐射末端，易造成室内结露以及冷能浪费等问题。且采用了上送上回的气流组织形式送新风，对于层高、建筑形式有要求。
因此，设计一套能有效利用冷热能、同时兼顾新风负荷与室内舒适性的高效空调系统成为本领域技术人员迫切所需要解决的一个问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，同时解决建筑新风负荷、冷热负荷、热水需求等问题。同时采用冷凝器出口过冷，余热再利用、大温差水分段利用、热水除霜等方法大幅度提高系统能效。末端采用全辐射供冷/热加独立新风地板送风的方式，不仅节省层高还有利于室内舒适性。
技术方案：本发明的温湿独控多联供全辐射空调系统，该系统包括制冷剂回路、冷凝侧水回路、蒸发侧水回路、蓄热水箱水回路。其中制冷剂回路包括变频压缩机、水冷冷凝器、电磁四通换向阀、制冷剂-水换热器、膨胀阀、制冷剂-空气换热器及其相关管路。其中，变频压缩机输出端与水冷冷凝器第一输入端连接，水冷冷凝器第一输出端与电磁四通换向阀第一输入端连接。电磁四通换向阀另外三个端口分别与制冷剂-空气换热器、变频压缩机、制冷剂-水换热器相连。膨胀阀输入输出端分别连接制冷剂-水换热器与制冷剂-空气换热器形成制冷剂回路。
冷凝侧水回路包括水冷冷凝器、蓄热水箱、第一水泵，依次首尾相连。蒸发侧水回路包括制冷剂-水换热器、第二水泵、第一电磁阀、空调箱新风换热段、第三三通阀、再热控温器、第二电磁阀。其中制冷剂-水换热器第二输出端经过第二水泵、第一电磁阀进入空调箱新风换热段，出口与第三三通阀输入端相连。第三三通阀出口分为两路，一路进入制冷剂-水换热器第二输入端，另一路经过再热控温器进入室内辐射末端，回水经过第二电磁阀再与制冷剂-水换热器第二输入端相连。
蓄热水箱水回路包括蓄热水箱，第三水泵，第一三通阀，制冷剂-空气换热器，第二三通阀。其中蓄热水箱第一输出端经过第三水泵与第一三通阀连接。第一三通阀出口分为两路，一路经过制冷剂-空气换热器进入第二三通阀第一输入端。另一路进入辐射末端后，进入第二三通阀第二输入端。第二三通阀输出端与蓄热水箱第一输入端连接。
进一步的，本发明系统中，制冷剂回路冬夏季切换分别采用制冷剂-水换热器与制冷剂-空气换热器作为水冷冷凝器出口过冷器，实现制冷剂过冷环节，提高循环能效。
进一步的，本发明系统中，冷凝侧水回路通过水冷冷凝器为蓄热水箱提供热量。蓄热水箱全年提供生活热水，并在冬季通过室内辐射末端承担热负荷。当室外气候恶劣导致制冷剂-空气换热器结霜时，蓄热水箱同时可以提供热水进行除霜，提高机组运行效率。
进一步的，本发明系统中，蒸发侧水回路冬季通过制冷剂-水换热器获取过冷热预热空气；夏季将制冷剂-水换热器产生的低温水大温差分段利用，7-10℃低温水在空调箱新风换热段先进行新风除湿，升温后12-17℃的水经过第三三通阀进行流量调节，在进入再热控温器得到合理设计温度的冷水用于末端辐射供冷。
进一步的，本发明系统中，末端采用全辐射+独立新风的形式同时满足室内冷热负荷与新风负荷，新风在空调箱内预先处理后通过地板送风送入室内。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、夏季工况下，对大温差冷冻水分段利用进行温湿独控，高品位冷水先对新风进行冷却在送入辐射末端进行制冷，分级利用了冷能，有效提高了运行效率并降低了系统复杂性。
2、夏季工况时，利用旁通加再热的方式控制进入辐射末端的水量及水温，满足了末端辐射管道的阻力平衡，提高了室内温度控制的稳定性。
3、冬夏季节均采用换热器对冷凝器出口进行过冷处理，提高了系统运行能效。
4、冬季恶劣工况时，采用蓄水箱热水处理室外机结霜，解决了室外盘管结霜降低系统运行能耗的问题。
5、对机组运行冷热量均合理利用，冷凝器热量供给水箱用于冬季供暖、除霜、及全年生活热水供应。蒸发器冷量用于夏季除湿、供冷。过冷换热量用于冬季室外空气预热。实现能源综合运用、多级运用。
6、空调机组末端末端采用全辐射加独立新风的形式同时满足室内冷热负荷与新风负荷。新风在空调箱内预先处理后通过地板送风送入室内，新风管道与地辐射交错排布，不占用房间使用层高。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图；
图中：变频压缩机1、第一水泵2、水冷冷凝器3、电磁四通换向阀4、制冷剂-水换热器5、第二水泵6、第一电磁阀7、膨胀阀8、制冷剂-空气换热器9、第一三通阀10、第三水泵11、第二三通阀12、第三三通阀13、再热控温器14、第二电磁阀15、空调箱新风换热段K、蓄热水箱T。
图2是本发明地暖管道与新风管道排布剖面图。
具体实施方式
本发明的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，包括制冷剂回路、冷凝侧水回路、蒸发侧水回路、蓄热水箱水回路。其中制冷剂回路包括变频压缩机1、水冷冷凝器3、电磁四通换向阀4、制冷剂-水换热器5、膨胀阀8、制冷剂-空气换热器9及其相关管路。所述制冷剂回路中，变频压缩机1输出端与水冷冷凝器第一输入端3a连接，水冷冷凝器第一输出端3b与电磁四通换向阀第一输入端4a连接。电磁四通换向阀另外三个端口4b、4c、4d分别与制冷剂-空气换热器9、变频压缩机1、制冷剂-水换热器5相连。膨胀阀8输入输出端分别连接制冷剂-水换热器5与制冷剂-空气换热器9形成制冷剂回路；
冷凝侧水回路包括水冷冷凝器3、蓄热水箱T、第一水泵2，依次首尾相连。蒸发侧水回路包括制冷剂-水换热器5、第二水泵6、第一电磁阀7、空调箱新风换热段K、第三三通阀13、再热控温器14、第二电磁阀15。其中制冷剂-水换热器第二输出端5c经过第二水泵6、第一电磁阀7进入空调箱新风换热段K，出口与第三三通阀13输入端相连。第三三通阀13出口分为两路，一路进入制冷剂-水换热器第二输入端5d，另一路经过再热控温器14进入室内辐射末端，回水经过第二电磁阀15再与制冷剂-水换热器第二输入端5d相连；
蓄热水箱水回路包括蓄热水箱T，第三水泵11，第一三通阀10，制冷剂-空气换热器9，第二三通阀12。其中蓄热水箱第一输出端T1经过第三水泵11与第一三通阀10连接。第一三通阀10出口分为两路，一路经过制冷剂-空气换热器9进入第二三通阀12第一输入端。另一路进入辐射末端后，进入第二三通阀12第二输入端。第二三通阀12输出端与蓄热水箱第一输入端T2连接；
本发明在夏季工况下，水冷冷凝器3为蓄热水箱T提供热量，蓄热水箱T中热水用于生活热水供应。制冷剂-空气换热器9作为水冷冷凝器3出口过冷器，提高循环效率。制冷剂-水换热器5作为蒸发器，向蒸发侧水回路提供冷量。此时，第一电磁阀7、第二电磁阀15、第三三通阀13开启，第一三通阀10、第二三通阀12关闭。制冷剂回路中，高温高压制冷剂由变频压缩机1出口经过水冷冷凝器3进人四通换向阀第一输入端4a，并由四通换向阀4b端进入制冷剂-空气换热器9变为过冷状态。再经过膨胀阀8节流进入制冷剂-水换热器5吸热蒸发，回到变频压缩机1。冷凝侧水回路中，水由蓄热水箱第二输出端T4流出，经过第一水泵2进入水冷冷凝器第二输入端3d吸热。被冷凝器加热的水经过水冷冷凝器第二输出端3c与蓄热水箱第二输入端T3相连，流回蓄热水箱T中。蒸发侧水回路中，低温水由制冷剂-水换热器5第二输出端流出，依次经过第二水泵6、第一电磁阀7进入空调箱新风换热段K进行除湿。升温后的水进入第三三通阀13，一部分直接回到制冷剂-水换热器5，另一部分则经过再热控温器14调节为合适温度进入室内辐射末端，回水经过第二电磁阀15进入制冷剂-水换热器5。蓄热水箱水回路关闭，仅负责提供生活热水；
本发明在冬季工况下，水冷冷凝器3为蓄热水箱T提供热量，蓄热水箱T中热水用于生活热水供应、满足室内热负荷以及恶劣工况下为制冷剂-空气换热器9除霜。制冷剂-水换热器5作为冷凝器出口过冷器提高循环效率。此时，第一电磁阀7、第一三通阀10、第二三通阀12、第三三通阀13开启，第二电磁阀15关闭。制冷剂回路中，高温高压制冷剂由变频压缩机1出口经过水冷冷凝器3进人四通换向阀第一输入端4a，并由四通换向阀4c端进入制冷剂-水换热器5变为过冷状态。再经过膨胀阀8节流进入制冷剂-空气换热器9吸热蒸发，回到变频压缩机1。冷凝侧水回路中不变，与夏季工况相同。蒸发侧水回路中，低温水由制冷剂-水换热器5第二输出端流出，依次经过第二水泵6、第一电磁阀7进入空调箱新风换热段K对冬季寒冷新风进行预热。升温后的水进入第三三通阀13全部回到制冷剂-水换热器5。蓄热水箱水回路中，一部分用于提供生活热水，另一部分由蓄热水箱第一输出端T1经过第三水泵11、第一三通阀10进入室内辐射末端，满足热负荷，回水经过第二三通阀12回到蓄热水箱T。当室外天气工况恶劣导致制冷剂-空气换热器9结霜时，第一三通阀10第二输出端开启，部分热水进入制冷剂-空气换热器9除霜，降温后经过第二三通阀12第二输入端回到蓄热水箱T；
本发明制冷剂回路冬夏季切换分别采用制冷剂-水换热器5与制冷剂-空气换热器9作为水冷冷凝器3出口过冷器，实现制冷剂过冷环节，提高循环能效；
本发明冷凝侧水回路通过水冷冷凝器3为蓄热水箱T提供热量。蓄热水箱T全年提供生活热水，并在冬季通过室内辐射末端承担热负荷。当室外气候恶劣导致制冷剂-空气换热器9结霜时，蓄热水箱T同时可以提供热水进行除霜，提高机组运行效率；
本发明蒸发侧水回路冬季通过制冷剂-水换热器5获取过冷热预热空气；夏季将制冷剂-水换热器5产生的低温水大温差分段利用，7-10℃低温水在空调箱新风换热段K先进行新风除湿，升温后12-17℃的水经过第三三通阀13进行流量调节，在进入再热控温器14得到合理设计温度的冷水用于末端辐射供冷；
本发明末端采用全辐射+独立新风的形式同时满足室内冷热负荷与新风负荷，新风在空调箱内预先处理后通过地板送风送入室内，如图2所示，新风管道与地辐射交错排布，不占用房间使用层高。

Claims (9)

1.一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：该系统包括制冷剂回路、冷凝侧水回路、蒸发侧水回路、蓄热水箱水回路。其中，制冷剂回路分别与冷凝侧水回路与蒸发侧水回路相连，完成热量的传递。蓄热水箱水回路通过来自冷凝侧水回路的热量，满足生活热水、冬季室内负荷及恶劣工况除霜需求。
2.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：制冷剂回路包括变频压缩机(1)、水冷冷凝器(3)、电磁四通换向阀(4)、制冷剂-水换热器(5)、膨胀阀(8)、制冷剂-空气换热器(9)及其相关管路。其中，变频压缩机(1)输出端与水冷冷凝器第一输入端(3a)连接，水冷冷凝器第一输出端(3b)与电磁四通换向阀第一输入端(4a)连接。电磁四通换向阀另外三个端口(4b、4c、4d)分别与制冷剂-空气换热器(9)、变频压缩机(1)、制冷剂-水换热器(5)相连。膨胀阀(8)输入输出端分别连接制冷剂-水换热器(5)与制冷剂-空气换热器(9)形成制冷剂回路。
3.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：冷凝侧水回路包括水冷冷凝器(3)、蓄热水箱(T)、第一水泵(2)，依次首尾相连。
4.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：蒸发侧水回路包括制冷剂-水换热器(5)、第二水泵(6)、第一电磁阀(7)、空调箱新风换热段(K)、第三三通阀(13)、再热控温器(14)、第二电磁阀(15)。其中制冷剂-水换热器第二输出端(5c)经过第二水泵(6)、第一电磁阀(7)进入空调箱新风换热段(K)，出口与第三三通阀(13)输入端相连。第三三通阀(13)出口分为两路，一路进入制冷剂-水换热器第二输入端(5d)，另一路经过再热控温器(14)进入室内辐射末端，回水经过第二电磁阀(15)再与制冷剂-水换热器第二输入端(5d)相连。
5.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：蓄热水箱水回路包括蓄热水箱(T)，第三水泵(11)，第一三通阀(10)，制冷剂-空气换热器(9)，第二三通阀(12)。其中蓄热水箱第一输出端(T1)经过第三水泵(11)与第一三通阀(10)连接。第一三通阀(10)出口分为两路，一路经过制冷剂-空气换热器(9)进入第二三通阀(12)第一输入端。另一路进入辐射末端后，进入第二三通阀(12)第二输入端。第二三通阀(12)输出端与蓄热水箱第一输入端(T2)连接。
6.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：制冷剂回路冬夏季切换分别采用制冷剂-水换热器(5)与制冷剂-空气换热器(9)作为水冷冷凝器(3)出口过冷器，实现制冷剂过冷环节，提高循环能效。
7.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：冷凝侧水回路通过水冷冷凝器(3)为蓄热水箱(T)提供热量。蓄热水箱(T)全年提供生活热水，并在冬季通过室内辐射末端承担热负荷。当室外气候恶劣导致制冷剂-空气换热器(9)结霜时，蓄热水箱(T)同时可以提供热水进行除霜，提高机组运行效率。
8.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：蒸发侧水回路冬季通过制冷剂-水换热器(5)获取过冷热预热空气；夏季将制冷剂-水换热器(5)产生的低温水大温差分段利用，7-10℃低温水在空调箱新风换热段(K)先进行新风除湿，升温后12-17℃的水经过第三三通阀(13)进行流量调节，在进入再热控温器(14)得到合理设计温度的冷水用于末端辐射供冷。
9.根据权利要求一所述的一种温湿独立控制的多联供辐射空调系统，其特征在于：末端采用全辐射+独立新风的形式同时满足室内冷热负荷与新风负荷，新风在空调箱内预先处理后通过地板送风送入室内，新风管道与地辐射交错排布，不占用房间使用层高。
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