CN206846891U - 建筑余热热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环境及节能环保综合技术领域，具体地说是一种建筑余热热泵系统。包括设置于建筑物顶部的阳光房及设置于阳光房内的空气源热泵机组及建筑物排风口，所述空气源热泵机组包括依次连接的压缩机、四通阀、第一换热部、膨胀阀及蒸发器，所述压缩机与膨胀阀之间连接有旁路管路，所述旁路管路上设有第二换热部，所述第一换热部与建筑物供暖系统连接，所述第二换热部与建筑物供热水系统连接，所述建筑物排风口与建筑物排风系统连接。本实用新型通过阳光玻璃房，利用建筑本体排出的余热和太阳能与热泵技术的独特结合，达到提高能效比、除霜防冻，节能减排、经济实用，达到切实可行的供热制冷的目的。

Description

建筑余热热泵系统

技术领域

本实用新型属于环境及节能环保综合技术领域，具体地说是一种建筑余热热泵系统。

背景技术

目前，空气能热泵由于其具有功能多、用途广节能环保，安装灵活、简单耐用、智能控制等优点，已在很多地方快速应用。但在北方寒冷地区推广应用还有关键难题解决不了，如冬季室外温度低时，不节能不经济、运行用电量大，机组结霜冰冻、能效比低不被人们所接受，至今无法推广应用。

从2017年4月14日《制冷快报》清华大学李先庭教授谈《我国能源现状，热泵供暖得到重视》，及江亿院士在今年制冷展会发表演讲《空气能热泵采暖得到大力推崇》中得知，日前热泵最先进的技术水平是“当外温在0℃左右时，是空气能热泵的传统应用范围，空气能热泵可以拥有良好的使用体验。当外温在-10℃左右时，如果采用喷气增焓技术、双极压缩技术，同样可以使采暖热泵的制热能效比达到2.0以上。”两位国内最权威的院士已说明了目前热泵的最新技术水平。也就是从空气能热泵的压缩机技术做出了改良，虽然增加了热泵设备低温的制热效率，但也只能是在-25℃的低温空气环境工作，低温环境能效比仅为1.8左右提高有限、投资也高；节能减排幅度不大而且困难，空气能热泵机组由于在北方冬季结霜、冰冻难题无法解决，加之运行费用高人们很难接受，节能减排靠政府补贴不是长久之计；也没有真正减少更多的温室效应。

现有空气能热泵技术存在的问题是——因被动利用大气环境(如上图)换热，而环境温度在一年四季是周期性的变化，热泵必受环境温度约束，如果温度超出其能力范围，热泵工作就会出现问题。从经济方面也因投资、运行费用过高(需政府大量补贴)而推行困难，上述问题不解决，冬季用热泵供暖就有可能半途而废。因此就出现了冬季北方寒冷地区受低温环境限制，易结霜、冰冻不能正常运转，能效比降幅较大运行费用高，人们从经济上很难接受，使很多寒冷地区推广应用困难。虽然目前热泵进行了较大技术改良，推广范围有所扩大，但开始应用就已经出现了不少问题，现有的技术还不能解决上述问题。更不能满足国家节能减排，生态环保的迫切要求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种建筑余热泵热系统，以解决目前空气能热泵系统所存在的主要技术、经济问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种建筑余热热泵系统，包括设置于建筑物顶部的阳光房及设置于所述阳光房内的空气源热泵机组及建筑物排风口，所述空气源热泵机组包括依次连接的压缩机、四通阀、第一换热部、膨胀阀及蒸发器，所述压缩机与膨胀阀之间连接有旁路管路，所述旁路管路上设有第二换热部，所述第一换热部与建筑物供暖系统连接，所述第二换热部与建筑物供热水系统连接，所述建筑物排风口与建筑物排风系统连接。

所述第二换热部包括保温换热水箱及设置于所述保温换热水箱内的冷凝器，所述冷凝器连接在所述旁路管路上，所述保温换热水箱内设有辅助电加热器。

所述阳光房为玻璃房、且房顶前端向下倾斜。

所述建筑物排风系统包括室内排风管道和洗浴排水池排风管道，其中室内排风管道贯穿建筑物的各房间、且与各房间连通，所述洗浴排水池排风管道贯穿各房间后与地下室连通，所述地下室内内设有洗浴水排放池，所述洗浴水排放池与位于地下室上方的洗浴排水管路连通。

所述室内排风管道和洗浴排水池排风管道位于所述阳光房内的上端分别设有排风机b和排风机a。

所述排风机b和排风机a的排风口与所述蒸发器相对应。

所述洗浴水排放池的上方设有与所述洗浴水排放池连通的洗浴水循环管路，所述洗浴水循环管路上设有循环泵及多个喷头，所述循环泵抽取洗浴水排放池下部的水经循环管及多个喷头循环喷水散热，所述洗浴水排放池内设有低温启动污水泵，所述低温启动污水泵通过排污管与室外排水井连通，当所述洗浴水排放池内水温降到限定温度时，所述低温启动污水泵自动排水。

所述空气源热泵机组的顶部出风口设有通风管，所述通风管的上端由阳光房内穿出，所述通风管的侧壁和上端及所述阳光房的侧壁上均设有排风阀。

所述建筑物供暖系统包括供热暖器、空调和地面供暖管道，所述第一换热部通过循环管路与供热暖器、空调和地面供暖管道连接，所述供热暖器及地面供暖管道的回水管路上设有供暖循环水泵，所述供暖循环水泵设置于所述阳光房内。

所述建筑物供热水系统的热水管道与所述第二换热部连接端设有供热水泵。

本实用新型的优点及有益效果是：本实用新型通过建造人工室外环境——阳光玻璃房(可调控环境温度)，利用建筑本体排出的余热(低温能)和免费太阳能与热泵技术的独特结合，达到提高能效比、除霜防冻，节能减排、经济实用，达到切实可行的供热制冷的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中的空气源热泵机组的工作原理示意图；

图3为本实用新型实施例二的结构示意图；

图4为低温型热泵与阳光玻璃房型热泵的能效比(cop)与环境温度关系曲线图。

图中：1为阳光房，2为通风阀，3为辅助电加热器，4为第二换热部，5为四通阀，6为屋顶散热面，7压缩机，8为门，9为排风机a，10为排风机b，11为第一换热部，12为热水管道，13为室内排风管道，14为地面供暖管道，15为地漏，16为浴池，17为地下室，18为污水循环泵，19为洗浴水排放池，20为低温启动排放泵，21为室外排水井，22为供暖循环水泵，23为供热水泵，24为供热暖器，25为空调，26为洗浴排水池排风管道，30为蒸发器，31为轴流风扇，32为电磁阀I，33为电磁阀II，34为电磁阀III，35为膨胀阀。

具体实施方式

目前，空气能热泵技术都是被动的利用地球大气(空气)中的能量。即用少量的电能，驱动整个系统与空气进行交换来加热热水和空气，同时放出一定的冷气。虽然热泵的能效比提高、除霜技术研究上已经做的很好了，但受现有技术条件、室外环境温度限制，进一步提高其效能已经很难，北方冬季结霜冰冻、能效比低问题还没有很好解决。通过对问题研究发现，热泵的能效比降低、结霜冰冻都是因为冬季室外温度低、湿造成的。如能通过提高热泵空气环境温度的方法，难题就可解决。

本实用新型的设计构思是：主动利用太阳能和建筑余热、余温中的低温能，通过空气能热泵系统来供热、供冷制热水的。构造一种适合空气能热泵的工作环境，就是人工建造一种能综合利用建筑排出的余热余温、太阳能等可收集、调控低温能的空间，即阳光玻璃房，通过阳光房综合利用建筑余热余温(低温能)用热泵系统供热、供冷制热水的技术措施。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1-3所示，本实用新型提供的一种建筑余热热泵系统，包括设置于建筑物顶部的阳光房1及设置于阳光房1内的空气源热泵机组及建筑物排风口，所述空气源热泵机组包括依次连接的压缩机7、四通阀5、第一换热部11、膨胀阀35及蒸发器30，压缩机7与膨胀阀35之间连接有旁路管路，所述旁路管路上设有第二换热部4，第一换热部11与建筑物供暖系统连接，第二换热部4与建筑物供热水系统连接，所述建筑物排风口与建筑物排风系统连接。

进一步地，阳光房1为玻璃房，玻璃房的房顶前端向下倾斜，便于充分吸收太阳能。

第二换热部4包括保温换热水箱及设置于所述保温换热水箱内的冷凝器，所述冷凝器连接在所述旁路管路上，所述保温换热水箱内设有辅助电加热器3，以便达到理想的供热水的温度。

所述建筑物排风系统包括室内排风管道13和洗浴排水池排风管道26，其中室内排风管道13贯穿各房间、且与各房间连通。洗浴排水池排风管道26贯穿各房间后下端与地下室17连通，地下室17内设有洗浴水排放池19，洗浴水排放池19与位于地下室17上方的洗浴排水管路连通。室内排风管道13和洗浴排水池排风管道26位于阳光房1内的上端分别设有排风机b10和排风机a9。排风机b10和排风机a9的排风口与热泵机组蒸发器30相对应。

洗浴水排放池19的上方设有与洗浴水排放池19下部连通的污水循环管路，污水循环管路上设有污水循环泵18及多个喷头，循环泵18抽取洗浴水排放池19下部的水经循环管及多个喷头循环喷水散热。洗浴水排放池19内设有低温启动污水泵20，低温启动污水泵20通过排污管与室外排水井21连通，当洗浴洗浴水排放池19内水温降到限定温度时，低温启动污水泵20自动排水。

为了保证室内空气的质量和人们的卫生环境，必须设计卫生间排风、厨房排风、浴室排风等需要排气的系统(建筑排风系统)，四季都要排风换气，排气气体携带热量，将这部分热量循环利用，供给空气源热泵机组使用，再加上太阳能辐射热，可以满足热泵工作的需要。

空气源热泵机组的顶部出风口设有通风管，通风管的上端由阳光房1内穿出，通风管的侧壁和上端及阳光房1的侧壁上均设有排风阀2，便于通风换气。

所述建筑物供暖系统包括设置于室内的供热暖器24、空调25和地面供暖管道14，采暖换热器11通过采暖循环管路与供热暖器24、空调25和地面供暖管道14连接。

所述空气源热泵机组的工作原理是：

如图2所示，所述空气源热泵机组包括两个循环回路，第一循环回路为：制冷剂依次在压缩机7、四通阀5、第一换热部11、膨胀阀35及蒸发器30内循环，由压缩机7出来的高温高压的气体状制冷剂，流经第一换热部11内的冷凝器，使第一换热部11产出热水，降温降压后的制冷剂继续流动经过膨胀阀35成低温低压液体，流经蒸发器30吸热，轴流风扇31开始运转，室外空气通过蒸发器30进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统。同时，蒸发器30内部的制冷剂吸热汽化后，再经四通阀5后被压缩机7吸入，此反复循环工作，形成制热循环。在夏季使用空调降温时，按制冷工况运行，通过四通阀5切换方向，改变制冷剂的流动方向，使第一换热部11实现制冷循环。

第二循环回路为：制冷剂依次在压缩机7、第二换热部4、膨胀阀35及蒸发器30内循环，由压缩机7出来的高温高压的气体状制冷剂，流经第二换热部4内，即流向保温换热水箱里的冷凝器，将热量传给通过保温换热水箱内的自来水，保温换热水箱内的水通过水泵强制循环送去供用户使用，而制冷剂被冷却成液体，该液体经膨胀阀35节流降温后再次流入蒸发器30内，蒸发器30内部的制冷剂吸热汽化后，再经四通阀5后被压缩机7吸入，如此反复循环工作。空气中的热能被不断“泵”送到水中，使第一换热部11和第二换热部4里的水温逐渐升高。

实施例一

如图1所示，阳光房1设置于洗浴中心的房屋顶部，建筑物供暖系统为地面供暖管道14，第一换热部11通过采暖循环管路与地热供暖管道14连接，与第二换热部4连接的热水管道12为浴室提供热水。地下室17内的洗浴水排放池19在洗浴污水排放的过程中蓄含大量热能，通过污水循环泵18将污水中的热量释放到空气中去，通过排风机把风热量输送到玻璃房内，再通过空气源热泵回收。通过污水循环泵18将污水循环能吸收更多污水中的热能，及回收凝结水，同时为热泵提供冬季运行时的热源补充，节能环保。

实施例二

如图2所示，阳光房1设置于楼房的顶部，建筑物供暖系统为供热暖器24和空调25，第一换热部11通过采暖循环管路与供热暖器24、空调25连接，供热暖器24的回水管路上设有供暖循环水泵22，热水管道12上设有供热水泵23，供暖循环水泵22和供热水泵23均设置于阳光房1内，阳光房1的侧壁上设有排风阀2。

阳光房1的作用和调控方法是：

在冬季供暖时，玻璃房内的温度由于太阳阳光辐射(晚间做保温措施)，排风机b10和排风机a9排出建筑内温度的室内污浊热湿气，楼梯内不断上升的热空气通过门8进入阳光玻璃房，黑色墙面、屋顶散热面6等的散热共同作用下，基本保持在5℃～20℃之间，在玻璃阳光房内环境温度运行，这样可大幅提高热泵能效比，节能省电，防霜防冻，回收冷凝水。

过渡季节室外温度在0℃～17℃之间波动变化，通过自动调控通风阀开启大小，使玻璃阳光房内的温度可调控在能效比最佳状态即20-30℃之间，制取生活热水。

夏季，将通风阀全部开启，同时对阳光玻璃采用遮阳降低日照等措施，使热泵环境温度尽可能低，不过还有各种防止过热的办法，使温度处于热泵制冷供热水(回收)的最佳状态。

由于洗浴中心热、湿气量大，最适合用这种方法。总之，北方建筑只要有自身(或其他)排出的热量足够大，屋面有空间可建阳光玻璃房吸收足够的太阳能。

本实用新型将阳光玻璃房作为热泵的人工室外环境(如种植业的阳光大棚)，就能简单有效、经济实用的集取利用太阳能和建筑散热、通风换气排出的大量余热余温(如大型综合商业中心屋面墙面、卫生间、厨房、楼梯间、地下室，温泉洗浴中心游泳馆、酒店宾馆、机关学校等废热)等其他可利用的低温能经过热泵运行为建筑供热、制冷供热水。同时又可智能调控热泵所处环境温度，大幅提高其能效比使其更有效的吸收太阳能，建筑散发排放的废气、污水中的低温能，并同时回收凝结水，减少雾霾，玻璃房搞休闲绿化。

如图4所示，低温型热泵与阳光玻璃房型热泵运行实测，分析得出的能效比(cop)与环境温度关系曲线图，从低温型热泵的能效比曲线看出：低温型热泵是被动利用室外环境温度来提高cop的，完全受环境温度限制，当室外环境温度从15℃降到-20℃时，低温型热泵的cop就降低了约1.8(4.1-2.3)即44％，低温型热泵的能效比曲线表明在北方冬季大多数时间里，室外温度都在零度之下或更低，空气能热泵因能效比降幅大、结霜，无法适合供热运行。要想在我国更多地区推广应用热泵技术，只要采用人工室外环境-阳光玻璃房的方法，上述问题就能得到很好的解决。北方冬季阳光房内的温度通过太阳照射、建筑排出的废气余热等技术措施得到大幅提高并持续，热泵运行环境温度可控制在5℃-20℃或更高，那么，热泵系统在玻璃阳光房内就能够利用太阳能、建筑排放余热湿等(低温能)给建筑供热。冬季即使室外温度是-20℃以下或更低，但阳光房内环境温度可以调控，热泵的能效比会从2.0提高到3.7-4.3或更高(见图4中阳光玻璃房型热泵的能效比曲线)；因热泵机组在0℃-20℃或以上人工室外环境温度内运行，结霜冰冻的情况就不会发生。

冬季供热在沈阳可达150天×16小时＝2400小时，过渡季节可按供暖+制热水每天按3小时×60天＝180小时，夏天供空调90天×8小时＝720小时，全年总计热泵运转时间可达3300小时，运转率提高了，节能减排也相应增加，人们可依个人需要使用热泵更加灵活，生活更舒适。

本实用新型在建筑物顶上建设一个阳光房，将建筑物所有排风引至阳光房内。夏季运行的时候，太阳辐射热加上建筑物排风热量和建筑物结构散热的总和可以保持阳光房内的温度为20度。采用空气源热泵机组7，冬季供暖时，采暖热水为55度，夏季供冷空调，供水温度为7度，全年热泵系统运行。该系统可以大幅度提高热泵机组的能效比，解决东北地区冬季热泵采暖的结霜和融霜的难题，同时可以回收热泵工作排出的冷凝水，发挥节能减排的综合作用。综上所述，本实用新型在多方回收建筑余热的基础上，增加利用太阳能辐射热量，使得阳光房内的蓄热能量超过热泵运行时候消耗的热量。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种建筑余热热泵系统，其特征在于，包括设置于建筑物顶部的阳光房(1)及设置于所述阳光房(1)内的空气源热泵机组及建筑物排风口，所述空气源热泵机组包括依次连接的压缩机(7)、四通阀(5)、第一换热部(11)、膨胀阀(35)及蒸发器(30)，所述压缩机(7)与膨胀阀(35)之间连接有旁路管路，所述旁路管路上设有第二换热部(4)，所述第一换热部(11)与建筑物供暖系统连接，所述第二换热部(4)与建筑物供热水系统连接，所述建筑物排风口与建筑物排风系统连接。

2.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述第二换热部(4)包括保温换热水箱及设置于所述保温换热水箱内的冷凝器，所述冷凝器连接在所述旁路管路上，所述保温换热水箱内设有辅助电加热器(3)。

3.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述阳光房(1)为玻璃房、且房顶前端向下倾斜。

4.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述建筑物排风系统包括室内排风管道(13)和洗浴排水池排风管道(26)，其中室内排风管道(13)贯穿建筑物的各房间、且与各房间连通，所述洗浴排水池排风管道(26)贯穿各房间后与地下室(17)连通，所述地下室内内设有洗浴水排放池(19)，所述洗浴水排放池(19)与位于地下室(17)上方的洗浴排水管路连通。

5.根据权利要求4所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述室内排风管道(13)和洗浴排水池排风管道(26)位于所述阳光房(1)内的上端分别设有排风机b(10)和排风机a(9)。

6.根据权利要求5所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述排风机b(10)和排风机a(9)的排风口与所述蒸发器(30)相对应。

7.根据权利要求4所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述洗浴水排放池(19)的上方设有与所述洗浴水排放池(19)连通的洗浴水循环管路，所述洗浴水循环管路上设有循环泵(18)及多个喷头，所述循环泵(18)抽取洗浴水排放池(19)下部的水经循环管及多个喷头循环喷水散热，所述洗浴水排放池(19)内设有低温启动污水泵(20)，所述低温启动污水泵(20)通过排污管与室外排水井(21)连通，当所述洗浴水排放池(19)内水温降到限定温度时，所述低温启动污水泵(20)自动排水。

8.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述空气源热泵机组的顶部出风口设有通风管，所述通风管的上端由阳光房(1)内穿出，所述通风管的侧壁和上端及所述阳光房(1)的侧壁上均设有排风阀(2)。

9.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述建筑物供暖系统包括供热暖器(24)、空调(25)和地面供暖管道(14)，所述第一换热部(11)通过循环管路与供热暖器(24)、空调(25)和地面供暖管道(14)连接，所述供热暖器(24)及地面供暖管道(14)的回水管路上设有供暖循环水泵(22)，所述供暖循环水泵(22)设置于所述阳光房(1)内。

10.根据权利要求1所述的建筑余热热泵系统，其特征在于，所述建筑物供热水系统的热水管道(12)与所述第二换热部(4)连接端设有供热水泵(23)。