CN204630134U - 一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，包括低温级热泵机组和高温级热泵机组，低温级热泵机组设有低温级压缩机、低温级冷凝器、低温级节流阀和低温级蒸发器；高温级热泵机组设有高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀和高温级蒸发器；低温级热泵机组与高温级热泵机组在高温级蒸发器处耦合进行热交换；负载循环回路分别在低温级冷凝器和高温级冷凝器处与低温级热泵机组和高温级热泵机组进行耦合热交换。本实用新型具有结构简单、成本低、效率高、能效比高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及热泵式空调领域，尤其是涉及一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统。
背景技术
传统供暖方式主要采用消耗燃气或煤等高位能源，通过锅炉和循环系统向建筑物室内提供低温的热量，并向环境排放废热、废气、废渣等废物。基于节约能源与避免环境污染的迫切要求，这种单向性供暖方式目前已无法满足能源、供暖和环境协调发展的需要。目前本技术领域主要采用热泵技术来解决暖通空调系统能耗和环境协调发展的问题，发展和应用热泵技术已成为暖通空调可持续发展的重要技术手段。
空气源热泵以室外空气作为低温热源，由于空气无处不在，且清洁免费，这为空气源热泵作为一种优良的节能供暖技术提供了基础。空气源热泵采用了改善低温运行特性的技术措施，可大大延缓制热量随室外气温的衰减，甚至在低于-20℃时也可运行，但从供热的效率和系统的能效比衡量，在气温低于-10℃时，空气源热泵系统的出风温度和性能已经无法充分发挥热泵技术的优势。
为解决低温条件下空气源热泵系统性能低下的问题，本领域技术人员主要采用了加大压缩机容量，加大室外换热器的面积等措施，或应用喷液旁通、气体喷射、变频调速、双级压缩循环等技术，但都由于系统复杂、工艺要求高、效率低、成本高，COP(能效比)值低，使空气源热泵的应用受到极大限制。近年来，空气源热泵技术在我国也得到了广泛应用，在我国长江流域，气候特点是夏热冬冷，比较适宜应用空气源热泵冷热水机组作为建筑物室内的冷热源，但在我国北方地区，由于冬季室外气温较低，空气源热泵技术同样未能得到广泛应用。因此，如何提高空气源热泵系统在低温环境下的性能已成为本领域需要解决的重要技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其具有结构简单、成本低、效率高、能效比高的优点。
为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，包括低温级热泵机组和高温级热泵机组，低温级热泵机组设有低温级压缩机、低温级冷凝器、低温级节流阀和低温级蒸发器；高温级热泵机组设有高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀和高温级蒸发器；低温级热泵机组与高温级热泵机组在高温级蒸发器处进行耦合热交换；负载循环回路分别在低温级冷凝器和高温级冷凝器处与低温级热泵机组和高温级热泵机组进行耦合热交换。
优选地，低温级热泵机组还设有气液分离器，气液分离器用于对低温级热泵机组中的循环工质进行气液分离。
优选地，低温级热泵机组还设有四通转向阀，四通转向阀用于改变低温级热泵机组中循环工质的流向。
优选地，低温级热泵机组采用变频或多级并联结构，变频或多级并联结构用于调节低温级热泵机组的容量。
优选地，低温级热泵机组中的低温级蒸发器设置在室外。
优选地，低温组热泵机组中还设有热气除霜单元。
优选地，还包括控制单元，控制单元设有温度检测装置和PLC，控制单元用于温度检测和对各部件的运行参数进行控制。
与传统空气源热泵系统相比，本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统具有以下优点：1)本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统采用分体结构设计，只将低温级蒸发器设置在室外，解决了传统空气源热泵机组在低温工况下，润滑油积存在气液分离器内而造成压缩机缺油的问题，同时解决了润滑在低温下粘度增加引起启动时失油问题，也减少了压缩机壳的散热损失。2)本实用新型实现了单双级分开运行方式，不但避免了传统复叠式空气源热泵系统不能单独运行一台压缩机的问题，同时提高了系统的COP值。3)随着室外温度的降低，室内需要的热量越来越多，而空气源热泵的供热量却越来越少。本实用新型采用变频技术或多机并联结构加大低温级压缩机的容量或双级运行解决了这一问题，低温级冷凝器和高温级蒸发器变成低温系统的两个串联运行冷凝器，很好地满足了低温级压缩机加大容量的需求。4)在室外气温较高时，如温度在-5～5℃，湿度φ>70％时，空气源热泵很容易结霜。本实用新型还在低温级单级运行系统中设置有热气除霜系统，并以供暖系统作为除霜之热源，解决了空气源热泵系统因结霜影响性能的问题。
下面结合附图所示具体实施方式对本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统作进一步详细说明：
附图说明
图1为本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统的具体实施方式，包括低温级热泵机组和高温级热泵机组，低温级热泵机组设有低温级压缩机1、低温级冷凝器2、低温级节流阀3和低温级蒸发器4；高温级热泵机组设有高温级压缩机5、高温级冷凝器6、高温级节流阀7和高温级蒸发器8；低温级热泵机组与高温级热泵机组在高温级蒸发器8处进行耦合热交换；负载循环回路分别在低温级冷凝器2和高温级冷凝器6处与低温级热泵机组和高温级热泵机组进行耦合热交换。
本实施方式中，低温级热泵机组还设有气液分离器9和四通转向阀10，气液分离器9用于对低温级热泵机组中的循环工质进行气液分离，以提高低温级泵机组的效能，四通转向阀10用于改变低温级热泵机组中循环工质的流向，以扩大本实用新型的适用范围。
需要说明的是，本实施方式中低温级热泵机组采用变频或多级并联结构，可根据室外气温等因素调节低温级热泵机组的容量，以提高系统的制热量和供水温度来满足需求。并将低温级热泵机组中的低温级蒸发器4设置在室外，以解决润滑油积存在气液分离器内而造成压缩机缺油的问题，减少润滑在低温下粘度增加引起启动时失油的问题，同时降低压缩机壳的散热损失。
另外，本实施方式还设有控制单元(图中未示出)和热气除霜单元(图中未示出)，控制单元设有温度检测装置和PLC，控制单元用于温度检测和对各部件的运行参数进行控制，以提高自动化管理程度，节约能源。热气除霜单元设在低温级热泵机组中，并以供暖系统作为除霜热源，用于在室外气温较高时，如在5～-5℃，φ>70％时，为低温级热泵机组除霜。
为帮助本领域技术人员更清楚地理解本实用新型，下面对本实用新型一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统的运行过程作进一步详细说明。本实用新型主要以冬季高温制热工况、冬季低温制热工况和夏季制冷工况三种模式运行。
冬季高温制热工况下，高温级热泵机组停止运行，高温级压缩机5、高温级冷凝器6、高温级节流阀7、高温级蒸发器8不工作，低温级热泵机组以普通空气源热泵系统方式进行制热运行，空气在低温级蒸发器4处与低温级热泵机组进行热交换，低温级蒸发器4吸收空气中的热量，低温级热泵机组再通过循环工质在低温级蒸发器4处进行蒸发、在低温级压缩机1处进行压缩、在气液分离器9处进行气液分离、在低温级冷凝器2进行冷凝、在低温级节流阀3处进行节流等过程，在低温级冷凝器2处与负载循环回路进行热交换，负载循环回路从低温级冷凝器2处吸收热量，实现低温制热工作，为最终用户供暖，如此反复循环运行。
冬季低温制热工况下，室外气温较低时，如果只运行单级压缩热泵系统，会使压缩比过大，不但会降低系统的COP值，而且会由于压缩机的排气温度过高导致单级系统无法正常运行。此种情况下，高温级热泵机组投入运行，本实用新型由单级压缩转换为复叠式双级压缩循环，一方面，低温级热泵机组以普通空气源热泵系统方式进行制热，空气在低温级蒸发器4处与低温级热泵机组进行热交换，低温级蒸发器4吸收空气中的热量，低温级热泵机组再通过循环工质在低温级蒸发器4处进行蒸发、在低温级压缩机1处进行压缩、在气液分离器9处进行气液分离、在低温级冷凝器2进行冷凝、在低温级节流阀3处进行节流等过程，在低温冷凝器2处与负载循环回路进行热交换，负载循环回路从低温级冷凝器2处吸收热量，实现低温制热工作；另一方面，低温级热泵机组中的循环工质作为高温级热泵机组的低温热源，在高温级蒸发器8处与高温级热泵机组进行热交换，高温级蒸发器8吸收热量，高温级热泵机组再通过循环工质冷凝、压缩、蒸发、节流过程在高温级冷凝器6处与负载循环回路进行热交换，负载循环回路从高温级冷凝器6处吸收热量，实现高温制热工作。本工况下，通过低温级热泵机组的低温制热运行和高温级热泵机组的高温制热运行共同为负载循环回路提供热量，达到冬季低温供暖目的。
夏季制冷工况下，高温级热泵机组停止运行，高温级压缩机5、高温级冷凝器6、高温级节流阀7、高温级蒸发器8不工作，低温级热泵机组以普通空气源热泵系统方式进行制冷运行，并通过四通转向阀10改变循环工质流向，此时低温级冷凝器2和低温级蒸发器4功能互换。空气在低温级蒸发器4处与低温级热泵机组进行热交换，低温级蒸发器4向空气中释放热量，低温级热泵机组再通过循环工质在低温级蒸发器4进行冷凝、在低温级压缩机1处进行压缩、在气液分离器9处进行气液分离、在低温级冷凝器2进行蒸发、在低温级节流阀3处进行节流等过程，在低温级冷凝器2处与负载循环回路进行热交换，吸收负载循环回路中的热量，如此反复循环运行，实现制冷工作。
以上实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型请求保护范围进行的限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本实用新型的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统,包括低温级热泵机组和高温级热泵机组，其特征在于：低温级热泵机组设有低温级压缩机(1)、低温级冷凝器(2)、低温级节流阀(3)和低温级蒸发器(4)；高温级热泵机组设有高温级压缩机(5)、高温级冷凝器(6)、高温级节流阀(7)和高温级蒸发器(8)；低温级热泵机组与高温级热泵机组在高温级蒸发器(8)处进行耦合热交换；负载循环回路分别在低温级冷凝器(2)和高温级冷凝器(6)处与低温级热泵机组和高温级热泵机组进行耦合热交换。
2.按照权利要求1所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统,其特征在于：所述低温级热泵机组还设有气液分离器(9)，气液分离器(9)用于对低温级热泵机组中的循环工质进行气液分离。
3.按照权利要求2所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其特征在于：所述低温级热泵机组还设有四通转向阀(10)，四通转向阀(10)用于改变低温级热泵机组中循环工质的流向。
4.按照权利要求3所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其特征在于：所述低温级热泵机组采用变频或多级并联结构，变频或多级并联结构用于调节低温级热泵机组的容量。
5.按照权利要求4所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其特征在于：所述低温级热泵机组中的低温级蒸发器(4)设置在室外。
6.按照权利要求5所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其特征在于：所述低温组热泵机组中还设有热气除霜单元。
7.按照权利要求1至6任一项所述的一种单双级复叠式空气源热泵供暖系统，其特征在于：还包括控制单元，控制单元设有温度检测装置和PLC，控制单元用于温度检测和对各部件的运行参数进行控制。
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