CN205897575U - 太阳能空气源热泵三联供系统 - Google Patents

太阳能空气源热泵三联供系统 Download PDF

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CN205897575U CN201620750509.2U CN201620750509U CN205897575U CN 205897575 U CN205897575 U CN 205897575U CN 201620750509 U CN201620750509 U CN 201620750509U CN 205897575 U CN205897575 U CN 205897575U
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蒋绿林
纪国剑
姜钦青
胡静
杨洋
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Changzhou Hai Ka Solar Heat Pump Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能空气源热泵三联供系统，包括：太阳能集热蒸发器单元、空气源热泵主机单元、热水单元和室内末端单元，太阳能集热蒸发器单元、热水单元和室内空调末端单元分别与空气源热泵主机单元连接。通过上述方式，本实用新型太阳能空气源热泵三联供系统能够实现高效供暖、制冷和制热水三大功能以及三大功能的任意组合，能够以太阳能或空气源作为低温热源为室内供暖或制热水，并且夏季还能为室内制冷的同时制热水，系统具有较高的综合能效比，且系统可以不受天气的限制，实现连续稳定高效的运行。

Description

太阳能空气源热泵三联供系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能热泵技术领域，特别是涉及一种太阳能空气源热泵三联供系统。
背景技术
煤炭、石油、天然气等化石燃料的大量使用和过度开采，造成了严重的环境污染和能源紧缺。环境污染和能源紧缺问题已成为威胁人类生存的头等大事，对清洁能源的开发利用就显得尤为重要。
太阳能由于受天气影响大、连续性差，在阴雨天和夜间无法正常运行，因而限制了太阳能在供暖或制热水中的应用。
空气源热泵在阴雨天或夜间虽能正常连续运行，但是与太阳能热泵相比其能效比较低，运行费用相比较高。
近年来公开和授权的一些相关专利：发明专利《实现建筑一体化的太阳能空气源热泵机组》（申请号：200910028142.8；授权公告号：CN101498528B），《太阳能空气源热泵空调系统》（申请号：201310693116.3；公开号：CN103712367A），《一种太阳能空气源热泵》（申请号：201511029273.X；申请公告号：CN105402966A）都是将空气源热泵与普通太阳能两个互相独立的系统结合在一起，太阳能集热器内的介质是水，将导致其光热转化效率降低。
鉴于此，有必要提供一种太阳能空气源热泵三联供系统，在太阳能热泵工况时系统能效比很高，而且空气源热泵工况可以克服太阳能热泵易受环境条件影响的缺陷，保障系统连续稳定运行，提高系统综合能效比。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种太阳能空气源热泵三联供系统，能够实现高效供暖、制冷和制热水三大功能以及三大功能的任意组合，在太阳辐照强度足够的情况下，系统以太阳能作为低温热源为室内供暖或制热水，在太阳辐照强度不够的情况下，系统能以空气作为低温热源为室内供暖或制热水，并且夏季还能为室内制冷的同时制热水，系统具有较高的综合能效比，且系统可以不受天气的限制，实现连续稳定高效的运行。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种太阳能空气源热泵三联供系统，包括：太阳能集热蒸发器单元、空气源热泵主机单元、热水单元、室内末端单元，太阳能集热蒸发器单元、热水单元和室内空调末端单元分别与空气源热泵主机单元连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述太阳能集热蒸发器单元包括：太阳能集热蒸发器和第一温度传感器，第一温度传感器设置在多块并联设置的太阳能集热蒸发器的出口干管上。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述空气源热泵主机单元包括：压缩机、第一板式换热器、四通换向阀、第二板式换热器、储液罐、干燥过滤器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、风机、空气源管翅式换热器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第五单向阀的入口端与太阳能集热蒸发器的出口干管连接，第五单向阀的出口端同时与空气源管翅式换热器和第二电磁阀连接，
空气源管翅式换热器的另一端与四通换向阀的Ⅰ接口端连接，四通换向阀的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ接口端分别与压缩机的吸气口、第二板式换热器以及第一板式换热器连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述压缩机的排气口与第一板式换热器的另一接口连接，第二板式换热器的另一接口同时与第一单向阀的出口端、第三单向阀的入口端连接，
第一单向阀的入口端与第二单向阀的入口端同时与第一电子膨胀阀连接，第一电子膨胀阀的另一接口与干燥过滤器连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一电子膨胀阀与干燥过滤器之间引出一个支路与第二电子膨胀阀连接，第二电子膨胀阀的另一端连接在压缩机的吸气口与四通换向阀的Ⅱ接口端之间，
干燥过滤器的另一端与储液罐的出口端连接，储液罐的入口端同时与第三单向阀的出口端和第四单向阀的出口端连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述第二单向阀的出口端和第四单向阀的入口端同时与第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀的另一端与太阳能集热蒸发器单元的入口干管连接，第三电磁阀两端分别与空气源管翅式换热器的进口端和出口端并联，
第二温度传感器设置在压缩机的吸气端附近，第三温度传感器设置在第一电磁阀、第二电磁阀与第二单向阀、第四单向阀之间，第四温度传感器设置在第二板式换热器与第一单向阀和第三单向阀之间。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述热水单元包括：第一水泵、保温水箱和第五温度传感器，保温水箱的循环出水口与第一水泵的进水口连接，第一水泵的出水口与第一板式换热器的水路连接，保温水箱的循环进水口与第一板式换热器水路的另一端连接，第五温度传感器设置在保温水箱内部。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述室内空调末端单元包括：室内空调末端、第二水泵和第六温度传感器，室内空调末端的回水管与第二水泵的进水口连接，第二水泵的出水口与第二板式换热器的水路连接，室内空调末端的供水管与第二板式换热器水路的另一端连接，第六温度传感器设置在室内空调末端的回水管附近。
本实用新型的有益效果是：本实用新型太阳能空气源热泵三联供系统实现了高效的供暖、制冷和制热水三大功能以及三大功能的任意组合，在太阳辐照强度足够的情况下，系统以太阳能作为低温热源为室内供暖或制热水，在太阳辐照强度不够的情况下，系统能以空气作为低温热源为室内供暖或制热水，并且夏季还能为室内制冷的同时制热水，系统具有较高的综合能效比，且系统可以不受天气的限制，实现连续稳定高效的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本实用新型的太阳能空气源热泵三联供系统一较佳实施例的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：100、太阳能集热蒸发器单元，101、太阳能集热蒸发器，102、第一温度传感器，200、空气源热泵主机单元，201、压缩机，202、第一板式换热器，203、四通换向阀，204、第二板式换热器，205、储液罐，206、干燥过滤器，207、第一电子膨胀阀，208、第二电子膨胀阀，209、第一单向阀，210、第二单向阀，211、第三单向阀，212、第四单向阀，213、第一电磁阀，214、第二电磁阀，215、第三电磁阀，216、风机，217、空气源管翅式换热器，218、第五单向阀，219、第二温度传感器，220、第三温度传感器，221、第四温度传感器，300、热水单元，301、第一水泵，302、保温水箱，303、第五温度传感器，400、室内空调末端单元，401、第二水泵，402、第六温度传感器，403、室内空调末端。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型实施例包括：
一种太阳能空气源热泵三联供系统，包括：太阳能集热蒸发器单元100、空气源热泵主机单元200、热水单元300和室内末端单元400。
太阳能集热蒸发器单元100包括：太阳能集热蒸发器101和第一温度传感器102，第一温度传感器102设置在多块并联设置的太阳能集热蒸发器101的出口干管上。
空气源热泵主机单元200包括：压缩机201、第一板式换热器202、四通换向阀203、第二板式换热器204、储液罐205、干燥过滤器206、第一电子膨胀阀207、第二电子膨胀阀208、第一单向阀209、第二单向阀210、第三单向阀211、第四单向阀212、第五单向阀218、第一电磁阀213、第二电磁阀214、第三电磁阀215、风机216、空气源管翅式换热器217、第二温度传感器219、第三温度传感器220和第四温度传感器221。
第五单向阀218的入口端与太阳能集热蒸发器101的出口干管连接，第五单向阀218的出口端同时与空气源管翅式换热器217和第二电磁阀214连接。
空气源管翅式换热器217的另一端与四通换向阀203的Ⅰ接口端连接，四通换向阀203的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ接口端分别与压缩机201的吸气口、第二板式换热器204以及第一板式换热器202连接。
压缩机201的排气口与第一板式换热器202的另一接口连接，第二板式换热器204的另一接口同时与第一单向阀209的出口端、第三单向阀211的入口端连接。
第一单向阀209的入口端与第二单向阀210的入口端同时与第一电子膨胀阀207连接，第一电子膨胀阀207的另一接口与干燥过滤器连接。
第一电子膨胀阀207与干燥过滤器206之间引出一个支路与第二电子膨胀阀208连接，第二电子膨胀阀208的另一端连接在压缩机201的吸气口与四通换向阀203的Ⅱ接口端之间。
干燥过滤器206的另一端与储液罐205的出口端连接，储液罐205的入口端同时与第三单向阀211的出口端和第四单向阀212的出口端连接。
第二单向阀210的出口端和第四单向阀212的入口端同时与第一电磁阀213和第二电磁阀214连接，第一电磁阀213的另一端与太阳能集热蒸发器单元100的入口干管连接，第三电磁阀215两端分别与空气源管翅式换热器217 的进口端和出口端并联。
第二温度传感器219设置在压缩机201的吸气端附近，第三温度传感器220设置在第一电磁阀213、第二电磁阀214与第二单向阀210、第四单向阀212之间，第四温度传感器221设置在第二板式换热器204与第一单向阀209和第三单向阀221之间。
热水单元300包括：第一水泵301、保温水箱302和第五温度传感器303，保温水箱302的循环出水口与第一水泵301的进水口连接，第一水泵301的出水口与第一板式换热器202的水路连接，保温水箱302的循环进水口与第一板式换热器202水路的另一端连接，第五温度传感器303设置在保温水箱302内部。
室内空调末端单元400包括：室内空调末端403、第二水泵401和第六温度传感器402，室内空调末端403的回水管与第二水泵401的进水口连接，第二水泵401的出水口与第二板式换热器204的水路连接，室内空调末端403的供水管与第二板式换热器204水路的另一端连接，第六温度传感器402设置在室内空调末端403的回水管附近。
太阳能集热蒸发器单元100、热水单元300和室内空调末端单元400分别与空气源热泵主机单元200连接。
本实用新型太阳能空气源热泵三联供系统根据天气状况和用户需求，可以分为以下运行模式：
太阳能热泵供暖/热水模式、空气源热泵供暖/热水模式、单独制冷模式、全热回收模式（制冷+热水模式），各个运行模式具体运行和控制过程如下：
一、太阳能热泵供暖/热水模式
当第一温度传感器102测得的温度T1≥T0+∆T时，系统为太阳能热泵供暖/热水模式，T0为环境温度，∆T为设置温差，例如∆T=2℃；开启：压缩机201、第一电磁阀213、第三电磁阀215、第一水泵31、第二水泵41，关闭：第二电磁阀214、风机216。
具体工作过程为：制冷剂在太阳能集热蒸发器101中吸收太阳能热量后变成气态，气态制冷剂经过第五单向阀218后，由于空气源管翅式换热器217流道较长，因此阻力较大，导致从第五单向阀218出来的气态制冷剂大部分流经第三电磁阀215，少部分流经空气源管翅式换热器217，经四通换向阀203（Ⅰ→Ⅱ）进入压缩机201吸气口，气态制冷剂经压缩机201绝热压缩后变成高温高压的过热状态，高温高压的过热气态制冷剂进入第一板式换热器202放出一部分冷凝热，在第一水泵301的作用下，冷凝热用于加热保温水箱303内的水，高温高压的制冷剂经四通换向阀203（Ⅳ→Ⅲ）进入到第二板式换热器204放出冷凝热变成液态，用于加热室内空调末端单元400的循环水为室内供暖，冷凝后的液态制冷剂经第三单向阀211进入储液罐205，储液罐205出来的液态制冷剂经干燥过滤器206进入第一电子膨胀阀207节流成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂在压差的作用下通过第二单向阀210（此时第一电子膨胀阀207节流后的制冷剂不能通过第一单向阀209，由于第一单向阀209出口端的压力大于入口端的压力），经第一电磁阀213进入太阳能集热蒸发器101进行蒸发，完成一个太阳能热泵制冷剂循环，系统如此往复循环工作；系统在该运行模式关机时，第一电磁阀213先关闭，停止向太阳能集热蒸发器单元100供气液两相制冷剂，太阳能集热蒸发器单元100中残留的液态制冷剂会继续蒸发，直到全部干枯形成过热蒸汽，压缩机201延迟一定时间后停止运行，即系统关机完成。
此运行模式适用于太阳辐照强度足够的天气情况。
此运行模式下，系统可以同时供暖和制热水，也可以单独供暖或单独制热水，当保温水箱302内水温达到设定水温时，第一水泵301断开，第一板式换热器202在系统中仅做为制冷剂通道不进行换热。
太阳能热泵供暖/热水模式下，所述第一电子膨胀阀207的开度由第二温度传感器219和第三温度传感器220的温度差控制。
在太阳辐照强度较高的情况下，压缩机201回气温度会比较高，当第二温度传感器219检测到的温度T2≥Tg时（Tg为第二电子膨胀阀208设定的开启温度值，比如Tg=25℃），第二电子膨胀阀208开启，第二电子膨胀阀208开度随T2升高而增大，经第二电子膨胀阀208节流后的低温低压气液两相制冷剂对压缩机201回气进行降温保护压缩机。
当第二温度传感器219检测到的温度T2＜Tg时，第二电子膨胀阀208开度为零，停止喷液冷却。
二、空气源热泵供暖/热水模式
当第一温度传感器102测得的温度T1＜T0+∆T时，系统为空气源热泵供暖/热水模式，开启：压缩机201、第二电磁阀214、第一水泵301、第二水泵401、风机216，关闭：第一电磁阀213、第三电磁阀215。
具体工作过程为：制冷剂在空气源管翅式换热器217中吸收外界空气的能量后变成气态，气态制冷剂经四通换向阀203（Ⅰ→Ⅱ）进入压缩机201吸气口，气态制冷剂经压缩机201绝热压缩后变成高温高压的过热状态，高温高压的过热气态制冷剂进入第一板式换热器202放出一部分冷凝热，在第一水泵301的作用下，冷凝热用于加热保温水箱303内的水，高温高压的制冷剂经四通换向阀203（Ⅳ→Ⅲ）进入到第二板式换热器204放出冷凝热变成液态，用于加热室内空调末端单元400的循环水为室内供暖，冷凝后的液态制冷剂经第三单向阀211进入储液罐205，储液罐205出来的液态制冷剂经干燥过滤器206进入第一电子膨胀阀207节流成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂在压差的作用下通过第二单向阀210（此时第一电子膨胀阀207节流后的制冷剂不能通过第一单向阀209，因为第一单向阀209出口端的压力大于入口端的压力），经第二电磁阀214进入空气源管翅式蒸发器217进行蒸发，完成一个空气源热泵循环，系统如此往复循环工作。
此运行模式制冷剂循环不经过太阳能集热蒸发器101，适用于太阳辐照强度不足的情况。
此运行模式下，系统可以同时供暖和制热水，也可以单独供暖或制热水，当保温水箱302内水温达到设定水温时，第一水泵301断开，第一板式换热器202在系统中仅做为制冷剂通道不进行换热。
空气源热泵供暖/热水模式下，所述第一电子膨胀阀207的开度由第二温度传感器219和第三温度传感器220的温度差控制。
三、单独制冷模式
开启：压缩机201、第二电磁阀214、第二水泵401、风机216，关闭：第一电磁阀213、第三电磁阀215、第一水泵301。
具体工作过程为：低温低压的制冷剂在第二板式换热器204中吸收热量后变成气态制冷剂，气态制冷剂经四通换向阀203（Ⅲ→Ⅱ）进入压缩机201压缩成高温高压的过热气态制冷剂，高温高压的过热气态制冷剂经第一板式换热器202（仅做为制冷剂通道）和四通换向阀203（Ⅳ→Ⅰ）进入空气源管翅式换热器217冷凝成液态制冷剂，冷凝热在风机216的作用下向室外环境排放，液态制冷剂经第二电磁阀214和第四单向阀212进入储液罐205，从储液罐205出来的液态制冷剂经干燥过滤器206进入第一电子膨胀阀207节流成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂在压差的作用下通过第一单向阀209（此时第一电子膨胀阀207节流后的制冷剂不能通过第二单向阀210，因为第二单向阀210出口端的压力大于入口端的压力），进入第二板式换热器204。完成一个制冷循环，系统如此往复循环工作，为室内持续制冷。
四、全热回收模式（制冷+热水模式）
开启：压缩机201、第二电磁阀214、第三电磁阀215、第一水泵301、第二水泵401，关闭：第一电磁阀213、风机216。
具体工作过程为：低温低压的制冷剂在第二板式换热器204中吸收热量后变成气态制冷剂，气态制冷剂经四通换向阀203（Ⅲ→Ⅱ）进入压缩机201压缩成高温高压的过热气态制冷剂，高温高压的过热气态制冷剂进入第一板式换热器202进行冷凝变成液态，冷凝热用于加热保温水箱302内的水，从第一板式换热器202出来的液态制冷剂经过四通换向阀203（Ⅳ→Ⅰ），由于空气源管翅式换热器217流道较长，阻力较大，所以大部分液态制冷剂流经第三电磁阀215，少部分液态制冷剂流经空气源管翅式换热器217，液态制冷剂再经过第二电磁阀214和第四单向阀212进入储液罐205，从储液罐205出来的液态制冷剂经干燥过滤器206进入第一电子膨胀阀207节流成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂在压差的作用下通过第一单向阀209（此时第一电子膨胀阀207节流后的制冷剂不能通过第二单向阀210，因为第二单向阀210出口端的压力大于入口端的压力），进入第二板式换热器204；完成一个全热回收循环，系统如此往复循环工作，为室内制冷的同时免费制取生活热水。
当设置在保温水箱302内部的第五温度传感器303检测到的温度达到了设定热水温度时，全热回收模式会自动切换为单独制冷模式。
本实用新型太阳能空气源热泵三联供系统的有益效果是：
一、实现了高效的供暖、制冷和制热水三大功能以及三大功能的任意组合；
二、在太阳辐照强度足够的情况下，系统以太阳能作为低温热源为室内供暖或制热水，能效比很高；
三、在太阳辐照强度不够的情况下，系统能以空气作为低温热源为室内供暖或制热水，保证系统能持续供暖或制热水，弥补了太阳能热泵的不连续性缺陷；
四、夏季全热回收运行模式时，系统能免费提供生活热水；
五、在太阳辐照强度很高的情况下运行，系统能有效的控制压缩机回气温度，避免压缩机因回气温度过高而受损，延长了压缩机的使用寿命。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，包括：太阳能集热蒸发器单元、空气源热泵主机单元、热水单元、室内末端单元，太阳能集热蒸发器单元、热水单元和室内空调末端单元分别与空气源热泵主机单元连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述太阳能集热蒸发器单元包括：太阳能集热蒸发器和第一温度传感器，第一温度传感器设置在多块并联设置的太阳能集热蒸发器的出口干管上。
3.根据权利要求2所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述空气源热泵主机单元包括：压缩机、第一板式换热器、四通换向阀、第二板式换热器、储液罐、干燥过滤器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、风机、空气源管翅式换热器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器。
4.根据权利要求3所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述第五单向阀的入口端与太阳能集热蒸发器的出口干管连接，第五单向阀的出口端同时与空气源管翅式换热器和第二电磁阀连接，
空气源管翅式换热器的另一端与四通换向阀的Ⅰ接口端连接，四通换向阀的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ接口端分别与压缩机的吸气口、第二板式换热器以及第一板式换热器连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述压缩机的排气口与第一板式换热器的另一接口连接，第二板式换热器的另一接口同时与第一单向阀的出口端、第三单向阀的入口端连接，
第一单向阀的入口端与第二单向阀的入口端同时与第一电子膨胀阀连接，第一电子膨胀阀的另一接口与干燥过滤器连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述第一电子膨胀阀与干燥过滤器之间引出一个支路与第二电子膨胀阀连接，第二电子膨胀阀的另一端连接在压缩机的吸气口与四通换向阀的Ⅱ接口端之间，
干燥过滤器的另一端与储液罐的出口端连接，储液罐的入口端同时与第三单向阀的出口端和第四单向阀的出口端连接。
7.根据权利要求6所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述第二单向阀的出口端和第四单向阀的入口端同时与第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀的另一端与太阳能集热蒸发器单元的入口干管连接，
第三电磁阀两端分别与空气源管翅式换热器的进口端和出口端并联，
第二温度传感器设置在压缩机的吸气端附近，第三温度传感器设置在第一电磁阀、第二电磁阀与第二单向阀、第四单向阀之间，第四温度传感器设置在第二板式换热器与第一单向阀和第三单向阀之间。
8.根据权利要求4所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述热水单元包括：第一水泵、保温水箱和第五温度传感器，保温水箱的循环出水口与第一水泵的进水口连接，第一水泵的出水口与第一板式换热器的水路连接，保温水箱的循环进水口与第一板式换热器水路的另一端连接，第五温度传感器设置在保温水箱内部。
9.根据权利要求4所述的太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于，所述室内空调末端单元包括：室内空调末端、第二水泵和第六温度传感器，室内空调末端的回水管与第二水泵的进水口连接，第二水泵的出水口与第二板式换热器的水路连接，室内空调末端的供水管与第二板式换热器水路的另一端连接，第六温度传感器设置在室内空调末端的回水管附近。
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