CN209910230U - 一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其包括辅助加热水循环系统和冷风预热排风系统；所述辅助加热水循环系统包括蓄能保温水箱、辅助加热锅炉、表冷器进水口和表冷器出水口；所述蓄能保温水箱与辅助加热锅炉连接，所述辅助加热锅炉的第一路流向为与蓄能保温水箱连接，另一路流向为与表冷器连接；所述表冷器与所述蓄能保温水箱连接；所述冷风预热排风系统包括表冷器、蒸发器进风风道、空气能热泵蒸发器、热泵风机、排风道和排风引流风机；所述表冷器通过蒸发器进风风道与空气能热泵蒸发器连通，热泵风机上方连接有排风道，排风道设置有排风引流风机；本实用新型通过改变低温空气进风状态点，从源头上主动抑制结霜现象的出现。

Description

一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统

技术领域

本实用新型属于暖通空调领域，具体涉及一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统。

背景技术

空气能热泵冬季制热运行，在低温环境或者湿度较大的冷空气中运行，很容易结霜且堵塞蒸发器空气流道。空气能热泵冬季制热时结霜且堵塞蒸发器空气流道，是空气能热泵最大的弱点。空气能热泵结霜化霜是世界性难题，迄今为止还没有十全十美的解决方法。低温工况运行时，结霜运行会提高机组压缩比，蒸发温度降低，制热性能衰减，机组稳定性和可靠性差。机组需要经常性除霜，如果除霜不彻底，还会引起风机压缩机等烧毁。有的时候还会误除霜、不除霜、除霜不彻底，霜层会堵塞蒸发器空气流道造成结冰，恶性循环，会造成机组能效下降，制热性能不稳定，机组故障率高，风机压缩机烧毁、四通阀等容易卡死。统计表明，在北方大部分地区，机组除霜时间要占到冬季全部运行时间的25%--35%，除霜消耗大量电能和时间，频繁除霜还会从室内吸收热量。而且即使消耗能量确保了除霜效果，但是机组一直在低温恶劣工况下运行，没有改善机组的运行工况，一直不断的陷入制热——除霜循环当中。对机组设计、部件可靠性、系统设计的合理性提出更高要求。工程实践无数事实证明，空气能热泵80%以上的故障，是机组冬季低温恶劣工况结霜化霜运行引起。低温工况运行，对机组设计、部件可靠性提出更高要求。实验表明，0℃＞空气温度＜3℃区间，湿度大于65%的南方地区机组结霜趋势明显，结霜主要是因为湿度高而引起。在北方湿度相对干燥的地区，空气湿度RH＜50%时，-12℃＞空气温度＜-5℃区间，是容易结霜的温度区间，结霜的主要原因是因为蒸发器温度低于干冷空气的露点引起结霜。

为了弥补空气能低温环境运行制热量的衰减和融霜消耗的能量损失，一般均需要采取辅助加热措施，以补偿因为低温、化霜等引起的热量损失.表现形式为辅助加热提高采暖空调段的热水温度。这种辅助加热方式，虽然能提高采暖的出水温度以弥补制热量衰减，但是不能改善热泵蒸发器低温运行的工况，蒸发器仍然处于低温环境运行，存在误结霜、蒸发器表面结冰、压缩比大、蒸发器温度低风险等并没有改善，只是在最终的结果上补偿了制热量不足，没有改善空气能制热过程蒸发器所面临的技术风险和不足。目前的除霜手段如时间——温度、制热量衰减法、环境温度/盘管温度差、压力差、热气旁通法、增加翅片间距等等，这些除霜方案全部是从机器本身角度来被动除霜，没有从源头低温空气本身主动解决问题，破解掉结霜的要素，使之没有形成结霜的条件，机组低温运行少结霜、不结霜、最起码确保蒸发器翅片不至于结冰而影响机组运行，也无须除霜。

对于集中布置的大型空气能热泵阵列，制热风量较大，机组相对集中，被吸收过热量的冷风如果没有被及时扩散，会形成冷风再次吸入到蒸发器短路循环，在环境温度较低时，如果低温排风不能有效扩散，会形成“冷岛效应”，热泵主机区域空气能温度要低于周围冷空气温度。“冷岛效应”会造成机组效率更进一步下降，结霜问题更加严重，而且冷凝水不易排除，同时会在机组周围形成结冰区冻结机组。

所以需要研发一种有效抑制空气能热泵结霜的系统装置。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种采用辅助热源的空气能热泵的抑霜系统，改变低温空气进风状态点，从源头上主动抑制结霜现象的出现。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案包括辅助加热水循环系统和冷风预热排风系统；

所述辅助加热水循环系统包括蓄能保温水箱、辅助加热锅炉、表冷器进水口和表冷器出水口；所述蓄能保温水箱的出水口与辅助加热锅炉的入水口连接，所述辅助加热锅炉的出水口的第一路流向为与所述蓄能保温水箱的第一回水口连接，另一路流向为与表冷器进水口连接；所述表冷器出水口与所述蓄能保温水箱的第二回水口连接；

所述冷风预热排风系统包括表冷器、蒸发器进风风道、空气能热泵蒸发器、热泵风机、排风道和排风引流风机；所述表冷器的出风口通过蒸发器进风风道与空气能热泵蒸发器的进风口连通，热泵风机的出风口上方连接有排风道，排风道的排风口处设置有排风引流风机。

进一步地，所述蓄能保温水箱和所述辅助加热锅炉之间设置有循环水泵。

进一步地，所述表冷器出水口与第二回水口之间，辅助加热锅炉和第一回水口之间，蓄能保温水箱和辅助加热锅炉之间，均通过管道连通。

进一步地，所述辅助加热锅炉和所述蓄能保温水箱的第二回水口之间还设置有常闭电动阀。

进一步地，所述辅助加热锅炉选自天然气锅炉或谷电蓄能电锅炉。

进一步地，所述蓄能保温水箱中设置有补水口、排污口、排气口和空气膨胀空间。

本实用新型积极效果如下：

1、通过辅助加热水循环系统，采用天然气锅炉或者谷电蓄能电锅炉或者其它形式的加热设备辅助加热空气，提高进入空气能热泵主机的空气温度和降低其相对湿度，破除了冷空气在空气能热泵蒸发器表面大面积结霜的条件，本实用新型从源头上改善了空气能热泵蒸发器换热的空气温度和湿度因素，使得冷空气在蒸发器表面不至于引起大面积结霜的条件，即使有冷凝水析出，由于辅助加热水循环系统预热了冷空气，在蒸发器表面发生大面积相变结霜的条件不具备，不至于在蒸发器表面大面积形成霜层，从而达到少结霜、不结霜也无需除霜的目的。提高了蒸发器的蒸发温度、降低了压缩比、从源头上改善了空气低温环境的运行工况，故障率低，运行更加可靠稳定。

2、冷风预热排风系统对空气能热泵低温排风引流到不影响气流短路以外的区域，使冷风不被风机循环吸入蒸发器，提高了蒸发温度，避免了冷空气在机组附近形成“冷岛效应”，减少了结霜几率，提高了机组的能效。由于排风增加的风机能耗远远小于“冷岛效应”低温空气引起的能量损耗。从源头上改善了空气能热泵低温环境运行的工况，对冬季空气能热泵低温运行有利。

附图说明

图1为本实用新型辅助加热水循环系统的结构示意图；

图2为本实用新型冷风预热排风系统的结构示意图；

图3为本实用新型的整体结构示意图；

附图中，1空气能热泵主机、1-1空气能热泵蒸发器、1-2热泵风机、2表冷器、2-1表冷器翅片、2-2表冷器铜管、3蒸发器进风风道、4排风道、4-1排风引流风机、5蓄能保温水箱、5-1第一回水口、5-3第二回水口、6循环水泵、7辅助加热锅炉、8、常闭电动阀、9管道、10表冷器出水口、11表冷器进水口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型方案进行进一步说明和解释。

如图1-3所示，本实用新型包括其包括辅助加热水循环系统和冷风预热排风系统，具体说明如下。

参照图1或图3，所述辅助加热水循环系统包括蓄能保温水箱5、辅助加热锅炉7、表冷器进水口11和表冷器出水口10，构成了辅助热源循环水加热系统；所述蓄能保温水箱5的出水口与辅助加热锅炉7的入水口连接，所述辅助加热锅炉7的出水口的第一路流向为与所述蓄能保温水箱5的第一回水口5-1连接，另一路流向为与表冷器进水口11连接；所述表冷器出水口10与所述蓄能保温水箱5的第二回水口5-3连接。

进一步地，所述蓄能保温水箱5和所述辅助加热锅炉7之间设置有循环水泵6。

进一步地，所述辅助加热锅炉7和所述蓄能保温水箱5的第一回水口5-3之间还设置有常闭电动阀8。

进一步地，所述表冷器出水口10与第二回水口5-3之间，辅助加热锅炉7和第一回水口5-1之间，蓄能保温水箱5和辅助加热锅炉7之间或者蓄能保温水箱5、循环水泵6 和辅助加热锅炉7之间均通过管道9连通。

进一步地，所述蓄能保温水箱5中设置有补水口、排污口、排气口和空气膨胀空间。

进一步地，所述辅助加热锅炉7包含天然气锅炉、谷电蓄能电锅炉等其它形式的加热设备，优选地为天然气锅炉或谷电蓄能电锅炉。

辅助加热水循环系统的换热加热工艺流程为(1)加热换热过程：蓄能保温水箱5中的水经过循环水泵6加压流入辅助加热锅炉7中加热，辅助加热锅炉7两路出水，其中一路出水进入表冷器进水口11在表冷器2释放热量后，通过表冷器出水口10回流到蓄能保温水箱5的第二回水口5-3，形成加热换热过程。（2）蓄能加热过程：当蓄能保温水箱5的水温低于设定值，辅助加热锅炉7启动，常闭电磁阀8打开，循环水泵6运行，加热蓄能保温水箱5中的热水保持设定温度，从辅助加热锅炉7分流出来热水通过常闭电动阀8回流到蓄能保温水箱5的第一回水口5-1，不断循环加热蓄能保温水箱5中的热水蓄能。如果有谷电的地区，利用夜晚的低价谷电加热蓄能，保证蓄能保温水箱5中水的温度，水箱容量可以加大，水温可以提高，或者采用相变储能等措施，提高蓄热能力。非谷电时间辅助加热锅炉7可减少运行，能大大节约辅助加热空气能的费用。常闭电动阀8开启的逻辑为，当蓄能保温水箱5中的水温低于设定值时，常闭电动阀8打开启动蓄能运行，辅助加热锅炉7一方面蓄能另外一方面加热循环水送到表冷器2。

参照图2或图3，所述冷风预热排风系统包括表冷器2、蒸发器进风风道3、空气能热泵蒸发器1-1、热泵风机1-2、排风道4和排风引流风机4-1。所述表冷器2的出风口通过蒸发器进风风道3与空气能热泵蒸发器1-1的进风口连通，热泵风机1-2的出风口上方连接有排风道4，排风道4的排风口处设置有排风引流风机4-1。

所述冷风预热排风系统中的表冷器2包括辅助加热水循环系中的表冷器进水口11和表冷器出水口10。

所述表冷器2从5个面形成表冷器加热空气的维护结构，其中表冷器2的出风口和空气能热泵蒸发器1-1的进风口通过进风道3连通；所述热泵风机1-2的出风口上方连接有排风道4，所述排风道4排风口位置设计有排风引流风机机4-1。沿气流方向，首先位于表冷器2外周的低温冷空气在热泵风机1-2运行的负压作用下，进入表冷器2，在表冷器2的表冷器翅片2-1中流过，由于表冷器4中有高温热水流过，因此冷空气被表冷器4的表冷器翅片2-1加热升温，变成热空气，然后通过蒸发器进风风道3的导流作用送入到空气能热泵蒸发器1-1，释放热量后的冷空气被热泵风机1-2加压通过热泵风机1-2的出风口流入排风道4后，被排风引流风机4-1送到更远不至于引起冷风回流的区域扩散。

本实用新型通过辅助加热水循环系统将低温冷空气加热，改变了自然冷空气的送风状态点，提升了冷空气的温度，降低了其相对湿度，被辅助加热水循环系统预热的冷空气在流经空气能热泵蒸发器表面时，由于发生相变结霜的条件不具备，不至于在蒸发器表面形成大面积霜层，从而达到不结霜、少结霜，然后被预热的冷空气在流经空气能热泵蒸发器表面后，冷风预热排风系统将变冷的空气及时引流到不影响气流短路以外的区域，使冷风不被循环吸入蒸发器，避免了冷空气在机组附近形成“冷岛效应”，减少了结霜几率，提高了机组的能效。本实用新型通过辅助加热水循环系统和冷风预热排风系统结合，大大降低了空气能热泵蒸发器结霜的几率，改善空气能热泵在低温环境的运行工况。

本实用新型由于低温冷空气被辅助热源加热，改变了自然冷空气的送风状态点，提升了冷空气的温度，降低了其相对湿度，被预热的冷空气在流经空气能热泵蒸发器表面时，虽然有冷凝水在蒸发器表面析出，甚至还有少量结霜，但是由于被加热的冷空气的送风状态点已经发生变化，不至于在热泵蒸发器表面形成大面积霜层而影响机组运行。通过对冷空气的温湿度监控和逻辑分析，辅助加热换热系统随时调整冷空气的不至于引起大面积结霜的送风状态点，同时由于送风达到低温寒冷环境下，空气能热泵蒸发器表面少结霜、不结霜，也无需化霜，改善空气能热泵在低温环境的运行工况，使得空气能热泵高效、稳定可靠运行，减少故障和延长机组寿命等。

本实用新型的优点和意义为：

一．低温环境下空气能热泵制热，采用天然气锅炉或者谷电蓄能电锅炉等任何形式的加热设备辅助加热空气，提高进入热泵机组空气温度和降低其相对湿度，使得冷空气在蒸发器表面不至于引起大面积结霜的条件，同样是空气能低温工况辅助热源，传统的做法是直接弥补空气能热泵用户端的制热量不足。这种通过加热空气的技术手段，虽然有也是低温补偿手段，从能量守恒的角度看，辅助加热空气不一定比常规的补偿制热量更节能，但是由于从源头提高了空气的温度和降低了空气的相对湿度，使得可能付出相同的辅助加热能源，获得完全不同的改善优化空气能热泵低温工况运行的效果。本实用新型从源头上改善了空气能热泵“源”侧的空气的进风状态点，破解了蒸发器表面大面积结霜的要素，即使有冷凝水析出，由于发生大面积结霜相变过程还需要过冷空气进一步带走热量，相变结霜过程才能发生，但是由于辅助加热水循环系统预热了冷空气，发生相变结霜的条件不具备，不至于在蒸发器表面形成大面积霜层，从而达到不结霜、少结霜也无需除霜的目的。提高了蒸发器的蒸发温度、降低了压缩比、从源头上改善了空气低温环境的运行工况，故障率低，运行更加可靠稳定。

二．冷风预热排风系统对空气能热泵低温排风引流到不影响气流短路以外的区域，使冷风不被循环吸入蒸发器，提高了蒸发温度，避免了冷空气在机组附近形成“冷岛效应”，减少了结霜几率，提高了机组的能效。由于排风增加的风机能耗远远小于“冷岛效应”引起的能量损耗。从源头上改善了空气能热泵低温环境运行的工况，对冬季运行有利。

本实用新型的创新之处在于：

从空气能热泵“源”侧空气的源头上采用辅助热源加热空气，改变进风空气的送风状态点。排风引流不至于引起“冷岛效应”。采用辅助加热锅炉，以水为载体，将热水在表冷2、蓄能保温水箱5、辅助加热锅炉7之间循环换热，表冷器2在空气能热泵蒸发器1-1进风口的外围，使得冷空气进入空气能热泵蒸发器1-1换热之前被表冷器2预热，改善了进风空气的送风状态点达到提高空气温度和降低空气湿度的目的，使得低温环境中，对空气进风状态点的改善，冷凝水不易引起空气能蒸发器表面大面积结霜，也无需除霜。对空气能热泵的出风口加装排风道4和所述排风道4内的排风引流风机4-1，使得冷风不至于短路回流到蒸发器，从源头上改善空气状态点，减少除霜和“冷岛效应”的发生。当白天或者自然界环境温度提高后，辅助加热水循环系统不启动，以便于节能运行。通过实时采集空气的温度、湿度和蒸发器的蒸发温度，自动计算分析结霜要素，从而智能启停辅助加热空气的设备是否投入运行。以满足不结霜的前提条件，以最低的能耗，达到节能、高效、稳定运行、改善空气能运行工况目的。

本实用新型实现手段和技术原理：

本实用新型利用辅助热源加热冷空气，改变进风空气的状态参数，冷凝水在热泵蒸发器上没有结霜的前提条件，达到少结霜、不结霜也就无需除霜。另一方面通过在热泵的出风口加装排风风道和引流风机，引流风机安装在排风风道内，将废弃的低温排风引流到不至于引起冷风回流的区域，避免出现“冷岛效应”。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：其包括辅助加热水循环系统和冷风预热排风系统；

所述辅助加热水循环系统包括蓄能保温水箱（5）、辅助加热锅炉（7）、表冷器进水口(11)和表冷器出水口(10)；所述蓄能保温水箱（5）的出水口与辅助加热锅炉（7）的入水口连接，所述辅助加热锅炉（7）的出水口的第一路流向为与所述蓄能保温水箱（5）的第一回水口（5-1）连接，另一路流向为与表冷器进水口(11)连接；所述表冷器出水口(10)与所述蓄能保温水箱（5）的第二回水口（5-3）连接；

所述冷风预热排风系统包括表冷器（2）、蒸发器进风风道（3）、空气能热泵蒸发器（1-1）、热泵风机（1-2）、排风道（4）和排风引流风机（4-1）；所述表冷器（2）的出风口通过蒸发器进风风道（3）与空气能热泵蒸发器（1-1）的进风口连通，热泵风机（1-2）的出风口上方连接有排风道（4），排风道（4）的排风口处设置有排风引流风机（4-1）。

2.根据权利要求1所述的一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：所述蓄能保温水箱（5）和所述辅助加热锅炉（7）之间设置有循环水泵（6）。

3.根据权利要求1所述的一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：所述表冷器出水口(10)与第二回水口（5-3）之间，辅助加热锅炉（7）和第一回水口（5-1）之间，蓄能保温水箱（5）和辅助加热锅炉（7）之间，均通过管道（9）连通。

4.根据权利要求1所述的一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：所述辅助加热锅炉（7）和所述蓄能保温水箱（5）的第二回水口（5-3）之间还设置有常闭电动阀（8）。

5.根据权利要求1所述的一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：所述辅助加热锅炉（7）选自天然气锅炉或谷电蓄能电锅炉。

6.根据权利要求1所述的一种空气能热泵的辅助加热抑霜系统，其特征在于：所述蓄能保温水箱（5）中设置有补水口、排污口、排气口和空气膨胀空间。

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