CN207395231U - 梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统 - Google Patents

Abstract

梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统：由排风取热箱集中处理排风源，沿排风流向串联布置多组排风取热盘管以梯级提取排风热量；由多组水源热泵的热源侧独立循环以梯级吸热，且使用侧串联循环以梯级加热热水，从而通过大幅降低热泵循环温差，使得每级热泵循环均保持较高能效比，要比多组热泵分散处理排风源、并行提取排风热量、并行加热热水的提高33％；同时避免热泵冬季运行的反向融霜或热气旁通融霜，以简化系统、提高效率。

Description

梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统

(一)技术领域

本实用新型涉及一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，通过排风梯级取热箱的排风取热盘管中循环载冷剂回收建筑排风或矿井排风的显热与潜热，并由热泵机组提升其热/冷量的品位，以实现冬季等含湿量加热新风，夏季除湿、冷却新风的建筑空调新风或矿井新风节能技术。

(二)背景技术

(1)建筑消耗全球一半电能，空调与采暖消耗建筑一半电能，美国、日本的空调与采暖消耗其总电能的1/3，瑞典甚至消耗其总电能的 45％；

(2)产生剧毒物质和病菌，以及散发放射性的建筑，由于存在严重污染而无法利用回风，只得采用直流式空调，因此随巨大排风量而损失巨大热量；

(3)机房、剧场、医院、超市等公共建筑的回风式空调中，由于新风量巨大；同时排风温、湿度最接近室内设计工况，是新风处理并混合后的目标值，因此排风中蕴藏大量可用热量；

(4)普通回风式空调中由于排风量较小，导致新风回收排风热量有限，因此可在回风处理室后段与新风风道间布置全热回热器，利用夏季37-40℃新风全热来加热12-14℃露点回风，既减少再热电耗又冷却处理新风；

(5)新风吸入室外空气，排风呼出室内空气，形成建筑的呼吸，通过换风维持室内空气品质；现有新风机组夏季通过电制冷除湿、冷却新风，冬季通过电热泵等含湿量加热新风；其新风负荷占空调负荷可达20-30％，因此利用新风回收排风热量以满足新风负荷，是空调系统有效节能措施。节约70-80％的新风处理电耗折合节省10-20％的空调运行电费，是降低空调电耗的重要途径。

而现有新风回收排风热量技术，主要分为下列几种形式：

1、平板式显热交换器：交错布置间距4-8mm的金属或塑料平行板，新风通过中间隔板回收另侧的排风显热，由于新风干球温度不能低于排风露点，否则排风会产生凝结水甚至结冰而增加排风阻力，影响其使用寿命。为避免排风结露，只能回收排风显热，因此调节风量只在 40-60％范围改变其显热回收效率η，使其无法作为机组而独立实现空调运行；此外新风与排风管道需集中布置，容易在新风进口与排风出口间短路、串风；由于新风不接触排风，避免空气交叉污染；设备无转动部件使得运行可靠；平板式显热交换器可回收＞50kW的排风显热，由于成本低可用于大新风量空调。

2、板翅式全热交换器：控制温、湿度不同的新风与排风交替流经两组板翅式风道，模仿人体双肺吸入新风、呼出排风，形成有节奏的建筑呼吸，以更换室内空气；其中利用板翅的热容蓄热及表面吸湿作用而成为全热交换载体，在新风与排风间传递空气显热与潜热，维持室内空气的热、湿状态，可实现60-70％的全热回收效率η，但无法独立实现空调运行。

夏季依据板翅温度在新风露点和排风温度间切换进/出口风阀，使板翅作为全热载体周期性向干冷排风释放显热，并向表面水膜释放蒸发潜热，使得排风升温、增湿后排出室外；而板翅则被冷却降温到排风温度；依此切换进/出口风阀，以使板翅吸收湿热新风的显热和结露潜热，使得新风降温、除湿后送往室内，维持空气的干冷状态，降低新风负荷；而板翅表面则形成水膜并加热升温到新风露点。

冬季依据板翅温度在新风温度和排风露点间切换进/出口风阀，使板翅作为全热载体周期性向干冷新风释放显热，并向表面水膜释放蒸发潜热，使得新风升温、增湿后送入室内，维持空气的湿热状态，降低新风负荷；而板翅则被冷却降温到新风温度；依此切换进/出口风阀，以使板翅吸收湿热排风的显热和结露潜热，使得排风降温、除湿后排出室外；而板翅表面则形成水膜并加热升温到排风露点。

伴随板翅表面周期性凝结水膜及其蒸发，导致：(1)新风和排风中细菌、微生物、杂质等交叉污染；(2)机组全热回收效率的高、低，取决于新风与排风间焓差；(3)进/出口风阀等转动部件降低设备运行可靠性；(4)进/出口风阀切换周期设置不当，会导致板翅表面结霜； (5)新风与排风管道集中布置，易形成新风进口与排风出口的短路与串风；(6)板翅与进/出口风阀均需非标设计，因此提高设计开发成本，且设备容量较小，只回收＜50kW排风全热。

3、转轮式全热交换器：由石棉纸转轮、机体、传动、调速等四部分组成。转轮是全热交换载体，由平面和波形石棉纸板胶粘硫酸钠、氯化锂后再叠合、卷制成蜂窝状；机体外包铁板，内设隔板分成新风通道和排风通道；控制转轮转速可调节排风与新风接触转轮时间，获得60-70％的全热回收效率η，无法实现独立运行，以控制室内温、湿度；可回收＞50kW的排风全热，显著降低成本；用于新风量较大的建筑空调中。

利用转轮的蓄热、吸湿作用，在温度与湿度的梯度作用下首先实现转轮交替与温、湿度不同的排风和新风进行热、湿交换，从而直接实现排风与新风间的热、湿交换。例如夏季温、湿度较高的新风向上部转轮放热、放湿后被冷却、干燥；而吸热、吸湿后的转轮转至下部，则放热、放湿给温、湿度较低的排风，使其升温、增湿后排出室外。转轮持续旋转促使新风中的热、湿含量连续而直接地传递给排风。而冬季则正好相反，转轮先吸收排风中的热、湿含量，再去加热、加湿新风，促使排风的热、湿含量连续而直接地传递给新风。如此这般，新风回收排风全热，以实现夏季冷却、干燥新风，冬季加热、加湿新风，以满足新风负荷需求。然而，由于新风与排风直接接触导致交叉污染；转动部件降低设备运行可靠性；新风与排风管道需集中布置，易在新风进口与排风出口串风。

七十年代发生世界能源危机以来，一些工业发达国家把它当成空调行业最佳节能措施而在工程上广泛应用，产品规格众多，风量为 50-100000m³/h，转轮直径为300-3500mm，用于回收建筑排风全热。在风机盘管和诱导系统中，用其替代一次空调处理新风。而对改建工程，则不增加冷、热源，即可用其显著增加供冷、供热能力。

4、热管式全热交换器：热管内蒸汽流动压降很小，致使对应温降很小，及热管长度方向的导热热阻极小，从而使导热不再受热管长度限制。热管式全热交换器的蒸发段和冷凝段分开布置，既便于风道的联接和安装，也使新风和排风不直接接触，以避免交叉污染。

冬季由排风加热热管蒸发段，再由热管冷凝段加热新风；而夏季则由新风加热热管蒸发段，再由热管冷凝段加热排风，亦即新风回收排风全热而被冷却、干燥。当热管采用对称结构时，则传热就具有可逆性，加热段与放热段可互换，以实现冬季新风从排风回收全热，而夏季新风从排风回收全热，而新风与排风管道则不必随季节换向，无需转动部件以使装置运行可靠。排风与新风通过热管翅片相互传递全热，以获得60-70％的全热回收效率η，无法实现独立空调运行。然而通过热管回收排风全热，将显著提高传热器件成本，加之需要非标设计，因此开发成本较高，且设备容量较小，只能回收＜50kW的排风全热，难以应用在大容量直流空调中。

(三)实用新型内容

本实用新型目的是综合现有各种新风回收排风热量技术的优势，改进其缺陷，设计出：由排风取热箱集中处理排风源，沿排风流向串联布置多组排风取热盘管以梯级提取排风热量；由多组水源热泵的热源侧独立循环以梯级吸热，且使用侧串联循环以梯级加热热水，从而通过大幅降低热泵循环温差，使得每级热泵循环均保持较高能效比，要比多组热泵分散处理排风源、并行提取排风热量、并行加热热水的提高33％；同时避免热泵冬季运行的反向融霜或热气旁通融霜，以简化系统、避免热容损耗；排风取热箱的风管化设计与制造，也降低一半的排风取热成本。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，即梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统如附图1所示，其中：1-排风梯级取热箱；1-1-排风取热盘管；1-2-融霜加热盘管；1-3-排风取热融霜加热翅片；1-4-排风取热循环泵；1-5-融霜加热循环泵；1-6-融霜加热切换阀；1-7-取热箱保温外壳；2-热泵机组；2-1-压缩机；2-2-使用侧换热器；2-3-干燥过滤器；2-4-膨胀阀；2-5-热源侧换热器；2-6- 冷媒；2-7-四通换向阀；2-8-单向阀；3-新风空调箱；3-1-新风换热盘管；3-2-新风风机；3-3-新风加热循环泵；3-4-空调箱外壳；3-5-集水联箱；3-6-分水联箱；4-载冷剂；5-过滤器；6-止回阀；7-电动两通阀；8-排风风机组成；其特征在于：

按照附图1所示的梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其由作为热源侧的排风梯级取热箱1、作为热量品位提升的热泵机组2、作为使用侧的新风空调箱3共同组成；

所述的排风梯级取热箱1在其方形取热箱保温外壳1-7中，沿排风的流动方向串联布置多组排风取热盘管1-1，其中排风取热后的温度处在融霜温度区间-5℃至5℃的排风取热盘管1-1，设置融霜加热盘管 1-2，并且该排风取热盘管1-1与其融霜加热盘管1-2共同套置多张排风取热融霜加热翅片1-3，而排风取热后的温度不处在融霜温度区间 -5℃至5℃的排风取热盘管1-1，单独套置其排风取热翅片；

排风取热循环泵1-4通过管道串联连接热源侧换热器2-5的载冷剂4侧、一组排风取热盘管1-1的载冷剂4侧，组成载冷剂4的排风取热循环回路；

多组排风取热盘管1-1沿排风流动方向串联布置，组成排风梯级取热回路；

多台新风加热循环泵3-3并联连接后，再串联连接分水联箱3-6、串联连接或并联连接或串联与并联连接的多台使用侧换热器(2-2)的载冷剂(4)侧、集水联箱3-5、并联连接的多台新风换热盘管3-1的载冷剂4侧，组成载冷剂4的新风加热循环回路；

融霜加热循环泵1-5通过管道串联连接使用侧换热器2-2的载冷剂4侧、并联连接的多台融霜加热盘管1-2的载冷剂4侧，其中每台融霜加热盘管1-2的进口串联连接融霜加热切换阀1-6，组成载冷剂4 的融霜加热循环回路；

所述每台热泵机组2内设压缩机2-1通过管道串联连接使用侧换热器2-2的冷媒2-6侧、干燥过滤器2-3、膨胀阀2-4、热源侧换热器 2-5的冷媒2-6侧，组成冷媒2-6的热泵循环回路；

空调箱外壳3-4的进风口、新风换热盘管3-1、新风风机3-2、空调箱外壳3-4的出风口，组成新风处理回路。

所述每台热泵机组2内设热源侧换热器2-5和使用侧换热器2-2，其换热管的一侧充有冷媒2-6，并通过冷媒2-6的气管和液管连接成热泵机组2的冷媒2-6循环回路，其中冷媒2-6的气管通过四通换向阀 2-7连接压缩机2-1、热源侧换热器2-5和使用侧换热器2-2的冷媒2-6 气管接口；冷媒2-6液管的两端对称连接干燥过滤器2-3与单向阀2-8 的并联组件，并与中间的膨胀阀2-4串联连接，而单向阀2-8的流向分别指向所连接热源侧换热器2-5和使用侧换热器2-2的冷媒2-6液管接口。

所述每台排风取热循环泵1-4并联连接其备用泵，每台排风取热循环泵1-4的进口串联连接过滤器5，其出口串联连接止回阀6。

所述每台融霜加热循环泵1-5并联连接其备用泵，每台融霜加热循环泵1-5的进口串联连接过滤器5，其出口串联连接止回阀6。

所述每台新风加热循环泵3-3的进口串联连接过滤器5，其出口串联连接止回阀6。

所述新风换热盘管3-1是风机盘管3-1和/或热水加热盘管3-1并联组成，其进口或出口安装一只电动两通阀7。

所述多台热泵机组2，其热源侧换热器2-5所连接排风取热盘管 1-1的排风侧相互串联连接以梯级取热，其使用侧换热器2-2的载冷剂 4侧串联连接以梯级加热。

所述压缩机2-1为半封闭螺杆式压缩机，或是开启式螺杆压缩机，或是离心式压缩机，或是活塞式压缩机，或是涡旋式压缩机，或是转子式压缩机，或上述多台压缩机并联组成压缩机。

所述使用侧换热器2-2和热源侧换热器2-5为管壳式换热器，或是钎焊板式换热器，或是焊接板式换热器，或是板翅式换热器，或是套管式换热器，或是板壳式换热器，或是盘管式换热器冷媒2-6与载冷剂4/水之间的换热器。

所述载冷剂4是CaCl₂，或是NaCl，或是乙二醇，或是多元醇，或是海水防冻剂溶解于水后，形成浓度介于0ppm至400000ppm的水溶液。

所述排风梯级取热箱1中，排风流动的动量来自矿井排风或建筑排风的静压，或者来自排风梯级取热箱1的进口或出口设置的排风风机8。

本实用新型冬季系统制热运行梯级回收排风热量为建筑或矿井提供新风加热处理，夏季系统制冷运行梯级回收排风冷量为建筑或矿井提供新风降温、除湿处理，其工作原理具体说明如下：

1、冬季系统制热运行梯级回收排风热量为建筑或矿井提供新风加热处理：如附图2所示，冬季10℃的建筑排风或矿井排风流经排风梯级取热箱1，与其取热箱保温外壳1-7中的多组排风取热盘管1-1中循环流经的低温载冷剂4通过排风取热融霜加热翅片1-3进行热、湿交换，在被降温、除湿后排放环境；而梯级提取排风降温显热、除湿潜热而升温的载冷剂4则流经过滤器5、排风取热循环泵1-4、止回阀6 进入热泵机组2的热源侧换热器2-5的载冷剂4侧，以向另侧的冷媒 2-6放热而降温，再送回排风取热盘管1-1中。

另侧低温低压的两相冷媒2-6则吸收循环载冷剂4的放热而蒸发成低温低压的过热气态冷媒2-6，经四通换向阀2-7而被压缩机2-1 压缩成高温高压的过热气态冷媒2-6，再经四通换向阀2-7进入使用侧换热器2-2的冷媒2-6侧，以向另侧循环载冷剂4释放冷凝潜热而成为高温高压的过冷液态冷媒2-6，再经干燥过滤器2-3后，被膨胀阀 2-4节流成低温低压的两相冷媒2-6，最后经单向阀2-8流入热源侧换热器2-5的冷媒2-6侧，以持续吸收另侧循环载冷剂4带回的排风回热，以完成冷媒2-6的热泵循环。

串联连接的多台使用侧换热器2-2中，吸收另侧冷媒2-6的冷凝放热而梯级升温的载冷剂4，在新风加热循环泵3-3的驱动下，流入并联连接的多台新风空调箱3的新风换热盘管3-1载冷剂4侧以及热水加热盘管3-1载冷剂4侧，以向另侧流经的新风或卫生热水释放显热后降温，再经过滤器5、新风加热循环泵3-3、止回阀6，而循环流回串联连接的多台使用侧换热器2-2中；而-10℃的环境空气则在新风风机3-2的驱动下流经新风换热盘管3-1的新风侧，吸热升温后送入房间或新风井口内。

2、夏季系统制冷运行梯级回收排风冷量为建筑或矿井提供新风降温、除湿处理：如附图1所示，夏季27℃的建筑排风或矿井排风流经排风梯级取热箱1，与其取热箱保温外壳1-7中的多组排风取热盘管 1-1中循环流经的高温载冷剂4通过排风取热融霜加热翅片1-3而吸热升温后排放环境；向排风梯级释放显热而降温的载冷剂4则流经过滤器5、排风取热循环泵1-4、止回阀6进入经四通换向阀2-7切换后热泵机组2的热源侧换热器2-5的载冷剂4侧，以吸收另侧冷媒2-6的冷凝放热而升温，再送回排风取热盘管1-1中。

另侧高温高压的过热气态冷媒2-6则向循环载冷剂4释放热量而冷凝成高温高压的过冷液态冷媒2-6，经干燥过滤器2-3后，被膨胀阀 2-4节流成低温低压的两相冷媒2-6，最后经单向阀2-8流入使用侧换热器2-2的冷媒2-6侧，以持续吸收另侧循环载冷剂4带回的新风降温、除湿全热，而蒸发成低温低压的过热气态冷媒2-6，经四通换向阀 2-7而被压缩机2-1压缩成高温高压的过热气态冷媒2-6，再经四通换向阀2-7进入热源侧换热器2-5的冷媒2-6侧，以向另侧循环载冷剂4 释放冷凝潜热而成为高温高压的过冷液态冷媒2-6，以完成冷媒2-6 的制冷循环。

并联连接的多台使用侧换热器2-2中，被另侧冷媒2-6蒸发吸热而降温的载冷剂4，在新风加热循环泵3-3的驱动下经集水联箱3-5，流入并联连接的多台新风空调箱3的新风换热盘管3-1载冷剂4侧，以从另侧流经的新风吸热后升温，再经过滤器5、新风加热循环泵3-3、止回阀6、分水联箱3-6而循环流回并联连接的多台使用侧换热器2-2 中；而35℃的环境空气则在新风风机3-2的驱动下流经新风换热盘管 3-1的新风侧，释放显热降温、释放潜热除湿后送入房间或新风井口内。

3、冬季系统融霜运行回收排风热量提供融霜热量：如附图1所示，冬季10℃的建筑排风或矿井排风流经排风梯级取热箱1，与其取热箱保温外壳1-7中的一组排风取热盘管1-1中循环流经的低温载冷剂4进行热、湿交换，在被降温、除湿后排往下级排风取热盘管1-1；而提取排风降温显热、除湿潜热而升温的载冷剂4则流经过滤器5、排风取热循环泵1-4、止回阀6进入热泵机组2的热源侧换热器2-5的载冷剂4侧，以向另侧的冷媒2-6放热而降温，再送回排风取热盘管1-1 中。

另侧低温低压的两相冷媒2-6则吸收循环载冷剂4放热而蒸发成低温低压的过热气态冷媒2-6，被压缩机2-1压缩成高温高压的过热气态冷媒2-6，进入使用侧换热器2-2的冷媒2-6侧，以向另侧循环载冷剂4释放冷凝潜热而成为高温高压的过冷液态冷媒2-6，再经干燥过滤器2-3后，被膨胀阀2-4节流成低温低压的两相冷媒2-6，最后流入热源侧换热器2-5的冷媒2-6侧，以持续吸收另侧循环载冷剂4带回的排风回热，以完成冷媒2-6的热泵循环。

使用侧换热器2-2中，吸收另侧冷媒2-6的冷凝放热而升温的载冷剂4，通过融霜加热切换阀1-6而切换流入并联连接的各组融霜加热盘管1-2载冷剂4侧，以通过导热作用而向该融霜加热盘管1-2所连接的排风取热融霜加热翅片1-3释放显热以除霜，降温后再经过滤器 5、融霜加热循环泵1-5、止回阀6而循环流动。

本实用新型由于采用上述技术方案，从而与各种并行提取排风热量、并行加热热水的排风源热泵技术相比较，具有以下明显技术优势：由排风取热箱集中处理排风源，沿排风流向串联布置多组排风取热盘管以梯级提取排风热量；由多组水源热泵的热源侧独立循环以梯级吸热，且使用侧串联循环以梯级加热热水，从而通过大幅降低热泵循环温差，使得每级热泵循环均保持较高能效比，要比多组热泵分散处理排风源、并行提取排风热量、并行加热热水的提高33％；同时避免热泵冬季运行的反向融霜或热气旁通融霜，以简化系统、避免热容损耗；排风取热箱的风管化设计与制造，也降低一半的排风取热成本。

(四)附图说明

附图1是夏季系统制冷运行梯级回收排风冷量为建筑或矿井提供新风降温、除湿处理的工作原理示意图。

附图2是本实用新型冬季系统制热运行梯级回收排风热量为建筑或矿井提供新风加热处理的工作原理示意图。

附图3是本实用新型带四通换向阀的热泵机组示意图。

(五)具体实施方式

本实用新型提出的梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统实施例如附图1所示，现具体说明如下：

梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其由排风梯级取热箱1；排风取热盘管1-1；融霜加热盘管1-2；排风取热融霜加热翅片 1-3；排风取热循环泵1-4；融霜加热循环泵1-5；融霜加热切换阀1-6；取热箱保温外壳1-7；热泵机组2；压缩机2-1；使用侧换热器2-2；干燥过滤器2-3；膨胀阀2-4；热源侧换热器2-5；冷媒2-6；四通换向阀2-7；单向阀2-8；新风空调箱3；新风换热盘管3-1；新风风机 3-2；新风加热循环泵3-3；空调箱外壳3-4；集水联箱3-5；分水联箱 3-6；载冷剂4；过滤器5；止回阀6；电动两通阀7；排风风机8组成。

其特征在于：按照附图1所示的梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其由作为热源侧的1台排风梯级取热箱1、作为热量品位提升的3台四通换向阀切换运行、制热量1160kW的热泵机组、3台无四通换向阀切换运行、制热量1160kW的热泵机组2、作为使用侧的8 台制热量650kW、风量45000m3/h的新风空调箱3和1台制热量650kW 的热水加热盘管3-1共同组成；

所述的1台排风梯级取热箱1在其长6m×宽6m×高3m的方形取热箱保温外壳1-7中，沿风压300Pa、风量60000m³/h、干球温度10℃、相对湿度50％排风的流动方向串联布置6组取热量800kW的排风取热盘管1-1，其取热后的供液温度分别为5℃/0℃/-5℃/-10℃/-15℃，其中排风取热后的温度处在融霜温度区间-5℃至5℃的3台接口直径 DN200的排风取热盘管1-1，设置接口直径DN100的融霜加热盘管1-2，并且该排风取热盘管1-1与其融霜加热盘管1-2共同套置多张片距 2.5mm的排风取热融霜加热翅片1-3，而排风取热后的温度不处在融霜温度区间-5℃至5℃的3台排风取热盘管1-1，单独套置其排风取热翅片；

流量300m³/h、扬程15mH₂O、功率30kW、接口直径DN200的排风取热循环泵1-4通过管道串联连接热源侧换热器2-5的载冷剂4侧、一组排风取热盘管1-1的载冷剂4侧，组成载冷剂4的排风取热循环回路；

6组排风取热盘管1-1沿排风流动方向串联布置，组成排风梯级取热回路；

3台流量550m³/h、扬程25mH₂O、功率55kW、接口直径DN300的新风加热循环泵3-3并联连接后，再串联连接接口直径DN500的分水联箱3-6、串联连接的5台制热量1160kW的使用侧换热器(2-2)的载冷剂(4)侧、接口直径DN500的集水联箱3-5、并联连接的8台制热量650kW的新风换热盘管3-1的载冷剂4侧，组成载冷剂4的新风加热循环回路；

流量300m³/h、扬程15mH₂O、功率30kW、接口直径DN200的融霜加热循环泵1-5通过管道串联连接制热量1160kW的使用侧换热器2-2的载冷剂4侧、并联连接的3台供热量1160kW的融霜加热盘管1-2的载冷剂4侧，其中每台融霜加热盘管1-2的进口串联连接接口直径DN200 的融霜加热切换阀1-6，组成载冷剂4的融霜加热循环回路；

所述每台热泵机组2内设排气量1160m3/h的压缩机2-1通过管道串联连接制热量1160kW的满液式管壳使用侧换热器2-2的冷媒2-6侧、接口直径80mm的干燥过滤器2-3、接口直径80mm的膨胀阀2-4、制冷量800kW的满液式管壳热源侧换热器2-5的冷媒2-6侧，组成冷媒2-6 的热泵循环回路；

空调箱外壳3-4的进风口、供水温度41℃/回水温度35℃、供热量650kW、接口直径DN150的新风换热盘管3-1、风量45000m³/h、风压100Pa新风风机3-2、空调箱外壳3-4的出风口，组成新风处理回路。

所述3台热泵机组2内设制冷量800kW的满液式管壳热源侧换热器2-5和制热量1160kW的满液式管壳使用侧换热器2-2，其换热管的一侧充有R22冷媒2-6，并通过冷媒2-6直径100mm的气管和直径60mm 的液管连接成热泵机组2的冷媒2-6循环回路，其中冷媒2-6的气管通过接口直径100mm的四通换向阀2-7连接排气量1160m3/h的半封闭螺杆式压缩机2-1、热源侧换热器2-5和使用侧换热器2-2的冷媒2-6 气管接口；冷媒2-6液管的两端对称连接接口直径60mm的干燥过滤器 2-3与接口直径60mm的单向阀2-8的并联组件，并与中间接口直径60mm 的膨胀阀2-4串联连接，而单向阀2-8的流向分别指向所连接热源侧换热器2-5和使用侧换热器2-2的冷媒2-6液管接口。

所述每台排风取热循环泵1-4并联连接1台备用泵，每台排风取热循环泵1-4的进口串联连接接口直径DN200的过滤器5，其出口串联连接接口直径DN200的止回阀6。

所述每台融霜加热循环泵1-5并联连接1台备用泵，每台融霜加热循环泵1-5的进口串联连接接口直径DN200的过滤器5，其出口串联连接接口直径DN200的止回阀6。

所述每台新风加热循环泵3-3的进口串联连接接口直径DN300的过滤器5，其出口串联连接接口直径DN300的止回阀6。

所述新风换热盘管3-1是8台接口直径DN200的新风换热盘管3-1 和1台接口直径DN200的热水加热盘管3-1并联组成，其进口或出口安装一只接口直径DN200的电动两通阀7。

所述6台热泵机组2，其热源侧换热器2-5所连接排风取热盘管 1-1的排风侧相互串联连接以梯级取热，其使用侧换热器2-2的载冷剂 4侧串联连接以梯级加热。

所述压缩机2-1为半封闭螺杆式压缩机。

所述使用侧换热器2-2和热源侧换热器2-5为管壳式换热器。

所述载冷剂4是乙二醇。

所述排风梯级取热箱1中，排风流动的动量来自矿井排风的300Pa 静压。

本实用新型实施例，冬季由1台排风梯级取热箱集中处理排风源，沿排风流向串联布置6组排风取热盘管以其中流通的-20℃至5℃供液梯级提取流量60000m³/h、干球温度10℃/相对湿度50％的矿井排风中 4000kW的全热热量；由6组水源热泵的热源侧独立循环以梯级吸热，且使用侧串联循环以从40℃梯级加热热水至50℃，从而通过大幅降低热泵循环温差，使得每级热泵循环均保持3.47的较高能效比，要比多组热泵分散处理排风源、并行提取排风热量、并行加热热水的2.6提高33％；同时避免热泵冬季运行的反向融霜或热气旁通融霜，以简化系统、避免热容损耗；排风取热箱的风管化设计与制造，也降低一半的排风取热成本。

Claims (11)

1.一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其由排风梯级取热箱(1)；排风取热盘管(1-1)；融霜加热盘管(1-2)；排风取热融霜加热翅片(1-3)；排风取热循环泵(1-4)；融霜加热循环泵(1-5)；融霜加热切换阀(1-6)；取热箱保温外壳(1-7)；热泵机组(2)；压缩机(2-1)；使用侧换热器(2-2)；干燥过滤器(2-3)；膨胀阀(2-4)；热源侧换热器(2-5)；冷媒(2-6)；四通换向阀(2-7)；单向阀(2-8)；新风空调箱(3)；新风换热盘管(3-1)；新风风机(3-2)；新风加热循环泵(3-3)；空调箱外壳(3-4)；集水联箱(3-5)；分水联箱(3-6)；载冷剂(4)；过滤器(5)；止回阀(6)；电动两通阀(7)；排风风机(8)组成；其特征在于：由作为热源侧的排风梯级取热箱(1)、作为热量品位提升的热泵机组(2)、作为使用侧的新风空调箱(3)共同组成；所述的排风梯级取热箱(1)在其方形取热箱保温外壳(1-7)中，沿排风的流动方向串联布置多组排风取热盘管(1-1)，其中排风取热后的温度处在融霜温度区间-5℃至5℃的排风取热盘管(1-1)，设置融霜加热盘管(1-2)，并且该排风取热盘管(1-1)与其融霜加热盘管(1-2)共同套置多张排风取热融霜加热翅片(1-3)，而排风取热后的温度不处在融霜温度区间-5℃至5℃的排风取热盘管(1-1)，单独套置其排风取热翅片；排风取热循环泵(1-4)通过管道串联连接热源侧换热器(2-5)的载冷剂(4)侧、一组排风取热盘管(1-1)的载冷剂(4)侧，组成载冷剂(4)的排风取热循环回路；多组排风取热盘管(1-1)沿排风流动方向串联布置，组成排风梯级取热回路；多台新风加热循环泵(3-3)并联连接后，再串联连接分水联箱(3-6)、串联连接或并联连接或串联与并联连接的多台使用侧换热器(2-2)的载冷剂(4)侧、集水联箱(3-5)、并联连接的多台新风换热盘管(3-1)的载冷剂(4)侧，组成载冷剂(4)的新风加热循环回路；融霜加热循环泵(1-5)通过管道串联连接使用侧换热器(2-2)的载冷剂(4)侧、并联连接的多台融霜加热盘管(1-2)的载冷剂(4)侧，其中每台融霜加热盘管(1-2)的进口串联连接融霜加热切换阀(1-6)，组成载冷剂(4)的融霜加热循环回路；所述每台热泵机组(2)内设压缩机(2-1)通过管道串联连接使用侧换热器(2-2)的冷媒(2-6)侧、干燥过滤器(2-3)、膨胀阀(2-4)、热源侧换热器(2-5)的冷媒(2-6)侧，组成冷媒(2-6)的热泵循环回路；空调箱外壳(3-4)的进风口、新风换热盘管(3-1)、新风风机(3-2)、空调箱外壳(3-4)的出风口，组成新风处理回路。

2.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述每台热泵机组(2)内设热源侧换热器(2-5)和使用侧换热器(2-2)，其换热管的一侧充有冷媒(2-6)，并通过冷媒(2-6)的气管和液管连接成热泵机组(2)的冷媒(2-6)循环回路，其中冷媒(2-6)的气管通过四通换向阀(2-7)连接压缩机(2-1)、热源侧换热器(2-5)和使用侧换热器(2-2)的冷媒(2-6)气管接口；冷媒(2-6)液管的两端对称连接干燥过滤器(2-3)与单向阀(2-8)的并联组件，并与中间的膨胀阀(2-4)串联连接，而单向阀(2-8)的流向分别指向所连接热源侧换热器(2-5)和使用侧换热器(2-2)的冷媒(2-6)液管接口。

3.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述每台排风取热循环泵(1-4)并联连接其备用泵，每台排风取热循环泵(1-4)的进口串联连接过滤器(5)，其出口串联连接止回阀(6)。

4.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述每台融霜加热循环泵(1-5)并联连接其备用泵，每台融霜加热循环泵(1-5)的进口串联连接过滤器(5)，其出口串联连接止回阀(6)。

5.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述每台新风加热循环泵(3-3)的进口串联连接过滤器(5)，其出口串联连接止回阀(6)。

6.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述新风换热盘管(3-1)是风机盘管(3-1)和/或热水加热盘管(3-1)并联组成，其进口或出口安装一只电动两通阀(7)。

7.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述多台热泵机组(2)，其热源侧换热器(2-5)所连接排风取热盘管(1-1)的排风侧相互串联连接以梯级取热，其使用侧换热器(2-2)的载冷剂(4)侧串联连接以梯级加热。

8.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述压缩机(2-1)为半封闭螺杆式压缩机，或是开启式螺杆压缩机，或是离心式压缩机，或是活塞式压缩机，或是涡旋式压缩机，或是转子式压缩机，或上述多台压缩机并联组成压缩机。

9.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述使用侧换热器(2-2)和热源侧换热器(2-5)为管壳式换热器，或是钎焊板式换热器，或是焊接板式换热器，或是板翅式换热器，或是套管式换热器，或是板壳式换热器，或是盘管式换热器冷媒(2-6)与载冷剂(4)/水之间的换热器。

10.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述载冷剂(4)是CaCl₂，或是NaCl，或是乙二醇，或是多元醇，或是海水防冻剂溶解于水后，形成浓度介于0ppm至400000ppm的水溶液。

11.如权利要求1所述的一种梯级取热与加热的排风源热泵驱动新风系统，其特征在于：所述排风梯级取热箱(1)中，排风流动的动量来自矿井排风或建筑排风的静压，或者来自排风梯级取热箱(1)的进口或出口设置的排风风机(8)。