CN1529097A - 采暖空调热水系统 - Google Patents

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CN1529097A CNA2003101011202A CN200310101120A CN1529097A CN 1529097 A CN1529097 A CN 1529097A CN A2003101011202 A CNA2003101011202 A CN A2003101011202A CN 200310101120 A CN200310101120 A CN 200310101120A CN 1529097 A CN1529097 A CN 1529097A
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G乔力
侴乔力
陈文祥
卢允庄
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Abstract

一种结构及控制最简化的采暖空调热水系统，由水环路与复合热泵回路耦合构成；春夏秋冬及严寒分别采用：制冷/热泵－空调+热水循环、气－水热泵热水循环、气－水热泵采暖循环、准二级气－水热泵采暖/热水循环等4种优化运行技术，来高效实现采暖、空调、热水三功能；运行20年初投资+运行费比现有技术降低21.4～43.6％；从热水器采热泵至空气蒸发/冷凝器翅片上融霜，以避免融霜所需热量直接从风机盘管系统泵至空气蒸发/冷凝器翅片。

Description

采暖空调热水系统
本发明涉及一种气-水热泵驱动的采暖空调热水系统。
所公布的中国发明专利“二级水环复合热泵驱动的采暖空调热水系统”(专利申请号：02104844.4)，由“户”字形水系统与复合热泵回路相连构成；通过太阳空气电热三能源互补，实现采暖空调热水三功能综合利用；载热/蓄热合二为一省略换热环节，融霜热/功损失小，加热热容损耗为0.5％，系统平均供热系数提高18％；4种优化运行技术使其全年运行；优化设置蓄热温度及双级热泵压比，使其适应环境温度-30～+43℃；运行20年初投资+运行费比现有技术降低20～45％。然而该系统在实际运行中存在下列问题：
1、需设7只电动阀的水环路及其控制较为复杂；
2、对于无须严寒采暖的广大南方地区，二级热泵所需蓄热水箱将多余。
由冷媒循环构成的双级或复叠式热泵，每台压缩机的压缩比均可控制在2.5～3.5，故压缩机等熵效率与容积效率高、节流损失小、单位质量制冷能力大、压缩机排气温度低、过热损失小、热泵供热系数高。然而该系统在实际运行中存在下列问题：
1、需两台压缩机和3～4台冷媒换热器，系统初投资增大；
2、冷媒管路与系统控制复杂；
3、适应低温环境双级压缩的压缩机与换热器，在春秋和夏季难以充分利用。
本发明的目的是要综合二级水环复合热泵驱动的采暖空调热水系统及双级热泵等现有技术的优点，改进其不足之处，提供一种技术上更简捷的采暖空调热水系统。
附图说明：
附图1为本发明的系统流程图；
附图2为本发明中三通阀组(16)的示意图。
本发明采用的技术方案，即采暖空调热水系统如附图1所示，其中：1-压缩机；2-高压开关；3-四通换向阀；4-空气蒸发/冷凝器；5-双向电磁阀；6-止回阀；7-高压贮液罐；8-干燥过滤器；9-视液镜；10-电子膨胀阀；11-蒸发/冷凝器；12-消音器；13-气液分离器；14-低压开关；15-辅助蒸发/冷凝器；16-三通阀组；17-过滤器；18-循环泵；19-逆止阀；20-辅助循环泵；21-风机盘管；22-闸阀；23-软管；24-热水器；25-二通阀；26-补水减压阀；27-膨胀罐；28-排气阀；29-排水阀；30-经济器；31-辅助电子膨胀阀；32-电热器。
按照附图1所示的采暖空调热水系统：其由压缩机(1)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，组成气-水热泵回路；辅助蒸发/冷凝器(15)冷媒侧通过双向电磁阀(5)及三通等与空气蒸发/冷凝器(4)并联，以形成水-水热泵回路；
蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧出口通过管道连接三通阀组(16)，而过滤器(17)通过管道连接三通、三通、三通、循环泵(18)、逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧进口，形成风机盘管(21)/热水器(24)供冷/热回路；
辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧出口通过管道连接三通、辅助循环泵(20)、逆止阀(19)、三通、三通，而过滤器(17)通过管道连接三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口，形成热水器(24)供热回路；
三通阀组(16)通过管道连接闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、过滤器(17)、三通，形成风机盘管(21)回路；
三通阀组(16)通过管道连接三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通，形成热水器(24)回路；
上水管通过定压管与补水减压阀(26)、三通、闸阀(22)、膨胀罐(27)、循环泵(18)及辅助循环泵(20)的吸入口三通连接，形成双点定压支路；
排气阀(28)分别连接于循环泵(18)及辅助循环泵(20)的排出口三通，形成排气支路；
循环泵(18)吸入口三通连接排水阀(29)，形成排水支路。
在视液镜(9)与电子膨胀阀(10)之间顺次接入经济器(30)和三通，由该三通连接辅助电子膨胀阀(31)和经济器(30)的进液口，而经济器(30)的排气口通过管道与压缩机(1)的补气口相连。
三通阀组(16)可以是1只三通阀，也可以由2只二通阀(25)及1只三通相连接组成。
在风机盘管(21)的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的电热器(32)。
蒸发/冷凝器(11)和辅助蒸发/冷凝器(15)可以是壳管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器等冷媒-载冷剂换热器。
载冷剂可以是水、乙二醇溶液、盐水、三氯乙稀溶液、防冻液等。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、气-水热泵采暖循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关( 14)、压缩机(1)等，构成气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11 )载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给风机盘管(21)系统。
2、制冷-空调循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成制冷循环，以把蒸发/冷凝器(11)中提取的低位空气热能泵至空气蒸发/冷凝器(4)中，向环境空气释放。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的蒸发冷量输送给风机盘管(21)系统。
3、气-水热泵热水循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。
4、制冷/热泵-空调+热水循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、辅助蒸发/冷凝器(15)冷媒侧、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成制冷/热泵循环，以把蒸发/冷凝器(11)中提取的低位空气热能泵至辅助蒸发/冷凝器(15)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的蒸发冷量输送给风机盘管(21)系统。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成热水循环，以把辅助蒸发/冷凝器(15)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。
5、准二级气-水热泵采暖循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、经济器(30)、三通、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，同时液态冷媒由经济器(30)后的三通经辅助电子膨胀阀(31)、经济器(30)进入压缩机(1)补气口，构成准二级气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给风机盘管(21)系统。
6、准二级气-水热泵热水循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、经济器(30)、三通、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，同时液态冷媒由经济器(30)后的三通经辅助电子膨胀阀(31)、经济器(30)进入压缩机(1)补气口，构成准二级气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。
7、制冷-融霜循环：压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成制冷-融霜循环，以把蒸发/冷凝器(11)中提取的热水热能泵至空气蒸发/冷凝器(4)中以融霜。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通阀组(16)、三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采热循环，以把热水器(24)内的热量输送给蒸发/冷凝器(11)。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、水环路只需2只电动阀，无需蓄热水箱；冷媒回路只需2只电磁阀和1台压缩机，无需中间冷却器或蒸发冷凝器；从而使系统初投资减小，控制简化；
2、夏季、春秋、冬季、严寒分别采用：制冷/热泵-空调+热水循环、气-水热泵热水循环、气-水热泵采暖循环、准二级气-水热泵采暖/热水循环4种优化运行技术来满足采暖、空调、热水功能需求，使其实现全年运行，且运行效率始终最高，其运行20年初投资+运行费比空调+集热器或空调+电热器系统降低21.4～43.6％；
3、从热水器采热，泵至空气蒸发/冷凝器翅片上融霜，以避免融霜所需热量直接从风机盘管系统泵至空气蒸发/冷凝器翅片。
                     实施例
本发明提出的采暖空调热水系统的实施例如附图1所示，现说明如下：按照附图1所示的采暖空调热水系统：其由电功率4.0kW的全封闭涡旋式压缩机(1)通过直径20mm铜管顺次连接高压开关(2)、四通换向阀(3)、铜管套铝翅片式/换热面积40m2的空气蒸发/冷凝器(4)中R22的直径20mm进口，其直径10mm出口再通过铜管顺次连接双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、换热面积1.5m2的板式蒸发/冷凝器(11)的R22进口，其直径20mm出口再通过铜管顺次连接消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，组成气-水热泵回路；换热面积1.5m2的板式辅助蒸发/冷凝器(15)中R22的直径10mm进口与直径20mm出口通过铜管、双向电磁阀(5)及三通等与空气蒸发/冷凝器(4)并联，以形成水-水热泵回路；蒸发/冷凝器(11)载冷剂出口通过直径25mm钢管连接三通阀组(16)，而过滤器(17)通过直径25mm钢管连接三通、三通、三通、流量3m3/h、扬程14mH2O的循环泵(18)、逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂进口，形成风机盘管(21)/热水器(24)供冷/热回路；辅助蒸发/冷凝器(15)的载冷剂出口通过直径25mm钢管连接三通、流量2m3/h、扬程7mH2O的辅助循环泵(20)、逆止阀(19)、三通、三通，而过滤器(17)通过管道连接三通、辅助蒸发/冷凝器(15)的载冷剂进口，形成热水器(24)供热回路；三通阀组(16)通过直径25mm钢管连接五台并联支路：闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、全热冷量3.7kW/供热量6.3kW的风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)，然后再连接过滤器(17)、三通，形成风机盘管回路；三通阀组(16)通过直径25mm钢管连接三通、1台厚1.2mm不锈钢板制成/直径300mm/长800mm热水器(24)中的直径20mm铝制加热盘管、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通，形成热水器回路；上水通过直径15mm定压钢管与补水减压阀(26)、三通、闸阀(22)、容量51的膨胀罐(27)、循环泵(18)及辅助循环泵(20)的吸入口三通连接，形成双点定压支路；直径8mm排气阀(28)分别连接于循环泵(18)及辅助循环泵(20)的排出口三通，形成排气支路；循环泵(18)吸入口三通连接直径15mm排水阀(29)，形成排水支路。在视液镜(9)与电子膨胀阀(10)之间顺次接入经济器(30)和三通，由该三通连接辅助电子膨胀阀(31)和经济器(30)的进液口，而经济器(30)的排气口通过管道与压缩机(1)补气口相连。在风机盘管(21)的盘管与出风口之间设置用于加热空气的电热器(32)。本发明实施例中的载冷剂是水。
本发明实施例在日平均环境气温7℃的气象条件下，循环供水温度45℃时，可实现采暖/热水制热功率13.9kW，热泵供热系数2.99，总输入电功率4.65kW，距离机组1m处运行噪音59dB，运行重量200kg；在日平均环境气温35℃的气象条件下，循环供水温度7℃时，可实现空调制冷功率12.0kW，热水供热功率15.5kW，冷/热联供系数6.21，总输入电功率4.43kW。

Claims (6)

1、一种采暖空调热水系统，其由压缩机(1)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、蒸发/冷凝器(11)、消音器(12)、气液分离器(13)、低压开关(14)、辅助蒸发/冷凝器(15)、三通阀组(16)、过滤器(17)、循环泵(18)、逆止阀(19)、辅助循环泵(20)、风机盘管(21)、闸阀(22)、软管(23)、热水器(24)、二通阀(25)、补水减压阀(26)、膨胀罐(27)、排气阀(28)、排水阀(29)等组成，其特征在于：压缩机(1)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，组成气-水热泵回路；辅助蒸发/冷凝器(15)冷媒侧通过双向电磁阀(5)及三通等与空气蒸发/冷凝器(4)并联，以形成水-水热泵回路；蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧出口通过管道连接三通阀组(16)，而过滤器(17)通过管道连接三通、三通、三通、循环泵(18)、逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧进口，形成风机盘管(21)/热水器(24)供冷/热回路；辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧出口通过管道连接三通、辅助循环泵(20)、逆止阀(19)、三通、三通，而过滤器(17)通过管道连接三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口，形成热水器(24)供热回路；三通阀组(16)通过管道连接三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通，形成风机盘管(21)回路；三通阀组(16)通过管道连接三通、热水器(24)、过滤器(17)、三通、二通阀(25)、三通，形成热水器(24)回路；上水管通过定压管与补水减压阀(26)、三通、闸阀(22)、膨胀罐(27)、循环泵(18)及辅助循环泵(20)的吸入口三通连接，形成双点定压支路；排气阀(28)分别连接于循环泵(18)及辅助循环泵(20)的排出口三通，形成排气支路；循环泵(18)吸入口三通连接排水阀(29)，形成排水支路。
2、按照权利要求1所述的采暖空调热水系统，其特征在于：在视液镜(9)与电子膨胀阀(10)之间顺次接入经济器(30)和三通，由该三通连接辅助电子膨胀阀(31)和经济器(30)的进液口，而经济器(30)的排气口通过管道与压缩机(1)的补气口相连。
3、按照权利要求1所述的采暖空调热水系统，其特征在于：三通阀组(16)可以是1只三通阀，也可以由2只二通阀(25)及1只三通相连接组成。
4、按照权利要求1所述的采暖空调热水系统，其特征在于：在风机盘管(21)的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的电热器(32)。
5、按照权利要求1所述的采暖空调热水系统，其特征在于：蒸发/冷凝器(11)和辅助蒸发/冷凝器(15)可以是壳管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器等冷媒-载冷剂换热器。
6、按照权利要求1所述的采暖空调热水系统，其特征在于：载冷剂可以是水、乙二醇溶液、盐水、三氯乙稀溶液、防冻液。
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