CN108716744A - 一种双冷热源热泵驱动的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双冷热源热泵驱动的空调系统，包括源水换热系统、热泵机组、组合式空气处理机组和室内末端系统；所述源水换热系统与热泵机组通过水流循环连通，所述组合式空气处理机组与热泵机组通过制冷剂循环连通，所述室内末端系统与热泵机组通过水流循环流通，所述室内末端系统、组合式空气处理机组与外界空气通过气体循环连通。本发明可以实现不同的运行模式，通过对压缩机、风机、水泵的变频控制满足各种负荷要求下的冷量、热量供给；本发明采用一台双冷热源热泵机组代替两台冷热源机组，降低了系统初投资，通过不同运行模式的切换和设备变频控制，使得供给侧的冷热量供给实时适应需求侧的热湿负荷变化，提高了系统的能源利用效率。

Description

一种双冷热源热泵驱动的空调系统

技术领域

本发明属于空调系统与设备技术领域，具体是一种双冷热源热泵驱动的空调系统。

背景技术

辐射空调系统多采用辐射板末端结合风系统的组合形式，夏季供冷时，冷源向辐射板提供高温冷冻水承担显热负荷，向风系统提供低温冷冻水承担潜热负荷；冬季供暖时，热源向地板辐射供暖系统提供低温热水承担系统热负荷，冬夏季共用一套末端系统，既减少系统初投资，又提高了系统利用率和系统经济性。目前，在工程实际中，一般采用两套冷源和一套热源分别提供高温冷冻水、低温冷冻水和热水，增加了空调设备投资，降低了设备利用率和经济性。电锅炉或燃气锅炉是常见的热源设备，存在热效率低，能源损耗大等特点。

申请号为201710211505.6的一篇专利公开了一种基于双冷源制冷机组的空调系统，包括双冷源制冷机组、冷却塔、空调机组和位于室内的冷却顶板；该空调系统只能实现夏季供冷，不能实现冬季供暖；此外，该系统将双冷源制冷机组的其中一个蒸发器产生的冷冻水提供给空调机组的表冷段用于冷却空气，二次换热造成能量损失，能源利用效率较低。

因此，急需一种冷暖两用、节能环保、充分利用可再生能源的双冷热源热泵驱动的空调系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种冷暖两用、节能环保、充分利用可再生能源的双冷热源热泵驱动的空调系统，以解决现有辐射空调系统存在的空调设备投资高、设备利用率和经济性低等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种双冷热源热泵驱动的空调系统，包括源水换热系统、热泵机组、组合式空气处理机组和室内末端系统；

所述源水换热系统包括源水换热盘管和第一循环水泵，所述源水换热盘管的出口与第一循环水泵的入口连通；

所述热泵机组包括：压缩机、四通换向阀、第一水冷换热器、第二水冷换热器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀和第五截止阀；所述第一水冷换热器的h端与第一循环水泵的出口连通，所述第一水冷换热器的e端与源水换热盘管的入口连通；当所述第一循环水泵开启时，水流从所述源水换热管流出经过第一循环水泵，再从第一水冷换热器的h端流入、e端流出，完成热交换，再回流到所述源水换热管，从而形成水回路循环；

所述组合式空气处理机组包括依次连通的混合段、过滤段、表冷段、加热段、加湿段和风机段；所述表冷段一端口分为两路：一路与第三截止阀连通，另一路与第四截止阀连通；所述表冷段的另一端口与第一膨胀阀连通；所述加热段的一端口分为两路：一路与第一截止阀连通，另一路与第二截止阀连通；所述加热段的另一端口与第一水冷换热器的g端连通；当所述压缩机开启后，压缩后的制冷剂从所述四通换向阀的a端流向d端，经第一水冷换热器的f端流入g端流出，流过加热段变成高温液体，流经膨胀阀，流过表冷段，再流过第二水冷换热器进行热交换，再回流到压缩机，形成制冷剂在热泵机组与组合式空气处理机组、水冷换热器之间的循环流通，从而对室内进行供冷；当所述压缩机开启后，压缩后的制冷剂从所述四通换向阀的a端流向b端，经第二水冷换热器的i端流入m端流出，流经膨胀阀，再流过第一水冷换热器进行热交换，再回流到压缩机，形成制冷剂在热泵机组与水冷换热器之间的循环流通，从而对室内进行供暖。

所述室内末端系统包括辐射系统和风路系统，所述辐射系统包括辐射板、补水箱和第二循环水泵；所述风路系统包括送风管、回风管、回风风机、送风口、回风口和风量调节阀；所述第二循环水泵的进水口与第二水冷换热器的j端连通，所述第二循环水泵的出水口与辐射板的进水口连通，所述辐射板的出水口分为两路：一路与所述补水箱连通，另一路与所述第二水冷换热器的k端连通；所述送风口与风机段通过送风管连通，所述回风口与回风风机进风口通过回风管连通；所述回风风机出风口分为两路，一路与外界空气连通，且与外界连通的管道上设有第一风量调节阀，另一路与所述混合段连通，且与混合段连通的管道上设有第三风量调节阀；所述混合段与外界空气通过新气进气管连通，所述新气进气管上设有第二风量调节阀；当所述风机段内的风机和回风风机开启后，外界的空气经过过滤、升温/降温、湿度调节后从送风口进入室内，对室内温度进行调节，室内的空气再从回风口流出，回流的空气一部分被排出室外，另一部分回流到混合段与外界大气进行混合，从而形成室内与室外的空气循环流通，并对室内温度、湿度进行调节。

所述源水换热系统与热泵机组通过水循环流通形成回路，所述热泵机组与组合式空气处理机组通过制冷剂循环流通形成回路，所述热泵机组与辐射系统通过水循环流通形成回路，所述风路系统、组合式空气处理机组与外界空气通过大气循环流通形成回路。

具体地，所述四通换向阀包括a、b、c、d四个端口，所述四通换向阀的a端口与压缩机的出口连通；c端口与压缩机的入口连通；b端口分为两路：一路与第四截止阀连通，另一路与第五截止阀连通；d端口与第一水冷换热器的f端连通；通过改变所述四通换向阀各端口的连通状况，可以改变热泵机组内回路的流通线路，从而切换空调机组的运行模式。

具体地，所述第二水冷换热器的i端与第五截止阀连通，所述第二水冷换热器的m端分为两路：一路与第三截止阀连通，另一路与第二膨胀阀连通；当空调为制冷模式时，所述第二水冷换热器相当于蒸发器；当空调为制热模式时，所述第二水冷换热器相当于冷凝器。

具体地，所述辐射板铺设在室内地面，所述辐射板内部铺设水管，通过辐射板可以均匀的向室内辐射热量/冷量。

具体地，所述源水换热系统采用的热源包括高温热源或低温热源；

所述高温热源包括热源塔或废热；所述低温热源包括冷却塔。

具体地，所述源水换热系统可以利用可再生能源，如土壤、地表水、或湖水、海洋水等低品位能源。

具体地，所述制冷剂为R236fa/R32非共沸混合工质冷剂；该制冷剂存在较大的温度滑移，从而实现双冷热源热泵机组高、低温蒸发温度的变换，有效提高系统能效，对环境无污染，使系统更加节能环保。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用低温制冷剂作为组合式空气处理机组的表冷段冷媒，直接与空气进行热质交换，提高了能源利用效率，减小了能量损失；采用高温制冷剂作为组合式空调器加热段热媒，既替代了电加热，又在加热空气的同时使得制冷剂过冷，提高了能源利用效率，达到了节能的目的；(2)本发明采用的源水换热系统可以利用低品位的可再生能源进行热交换，从而避免了能源的浪费，提高了能源的重复利用率；(3)本发明在热泵机组内设置四通换向阀、多个水冷换热器和多个截止阀等器件，通过调节所述四通换向阀和个截止阀的开关状态，实现供冷和供暖两种运行模式，且共用一套室内末端系统，提高了系统内各设备的利用率，降低了初投资。

附图说明

图1为本发明一种双冷热源热泵驱动的空调系统的原理图；

图中：1、源水换热系统；2、热泵机组；3、组合式空气处理机组；301、混合段；302、过滤段；303、表冷段；304、加热段；305、加湿段；306、风机段；4、室内末端系统；5、压缩机；6、四通换向阀；7、第一水冷换热器；801、第一膨胀阀；802、第二膨胀阀；9、第二水冷换热器；1001、第一循环水泵；1002、第二循环水泵；11、补水箱；12、回风风机；1301、第一风量调节阀；1302、第二风量调节阀；1303、第三风量调节阀；1401、第一截止阀；1402、第二截止阀；1403、第三截止阀；1404、第四截止阀；1405、第五截止阀；15、送风口；16、回风口；17、辐射板；18、送风管；19、回风管；20、源水换热盘管。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种双冷热源热泵驱动的空调系统，包括源水换热系统1、热泵机组2、组合式空气处理机组3和室内末端系统4；所述源水换热系统1与热泵机组2通过水流循环连通，所述组合式空气处理机组3与热泵机组2通过制冷剂循环连通，所述室内末端系统4与热泵机组2通过水流循环流通，所述室内末端系统4、组合式空气处理机组3与外界空气通过气体循环连通。

具体地，所述源水换热系统1包括源水换热盘管20和第一循环水泵1001，所述源水换热盘管20的出口与第一循环水泵1001的入口连通；所述源水换热系统1通过热源塔/冷却塔进行热质交换。

具体地，所述热泵机组2包括：压缩机5、四通换向阀6、第一水冷换热器7、第二水冷换热器9、第一膨胀阀801、第二膨胀阀802、第一截止阀1401、第二截止阀1402、第三截止阀1403、第四截止阀1404和第五截止阀1405；所述第一水冷换热器7的h端与第一循环水泵1001的出口连通，所述第一水冷换热器7的e端与源水换热盘管20的入口连通；当所述第一循环水泵1001开启时，水流从所述源水换热管流出经过第一循环水泵1001，再从第一水冷换热器7的h端流入、e端流出，完成热交换，再回流到所述源水换热管，从而形成水回路循环。

具体地，所述组合式空气处理机组3包括依次连通的混合段301、过滤段302、表冷段303、加热段304、加湿段305和风机段306；所述表冷段303一端口分为两路：一路与第三截止阀1403连通，另一路与第四截止阀1404连通；所述表冷段303的另一端口与第一膨胀阀801连通；所述加热段304的一端口分为两路：一路与第一截止阀1401连通，另一路与第二截止阀1402连通；所述加热段304的另一端口与第一水冷换热器7的g端连通；当所述压缩机5开启后，压缩后的制冷剂从所述四通换向阀6的a端流向d端，经第一水冷换热器7的f端流入g端流出，流过加热段304变成高温液体，流经膨胀阀，流过表冷段303，再流过第二水冷换热器9进行热交换，再回流到压缩机5，形成制冷剂在热泵机组2与组合式空气处理机组3、水冷换热器之间的循环流通，从而对室内进行供冷；当所述压缩机5开启后，压缩后的制冷剂从所述四通换向阀6的a端流向b端，经第二水冷换热器9的i端流入m端流出，流经膨胀阀，再流过第一水冷换热器7进行热交换，再回流到压缩机5，形成制冷剂在热泵机组2与水冷换热器之间的循环流通，从而对室内进行供暖。

具体地，所述室内末端系统4包括辐射系统和风路系统，所述辐射系统包括辐射板17、补水箱11和第二循环水泵1002；所述风路系统包括送风管18、回风管19、回风风机12、送风口15、回风口16和风量调节阀；所述第二循环水泵1002的进水口与第二水冷换热器9的j端连通，所述第二循环水泵1002的出水口与辐射板17的进水口连通，所述辐射板17的出水口分为两路：一路与所述补水箱11连通，另一路与所述第二水冷换热器9的k端连通；所述送风口15与风机段306通过送风管18连通，所述回风口16与回风风机12进风口通过回风管19连通；所述回风风机12出风口分为两路，一路与外界空气连通，且与外界连通的管道上设有第一风量调节阀1301，另一路与所述混合段301连通，且与混合段301连通的管道上设有第三风量调节阀1303；所述混合段301与外界空气通过新气进气管连通，所述新气进气管上设有第二风量调节阀1302；当所述风机段306内的风机和回风风机12开启后，外界的空气经过过滤、升温/降温、湿度调节后从送风口15进入室内，对室内温度进行调节，室内的空气再从回风口16流出，回流的空气一部分被排出室外，另一部分回流到混合段301与外界大气进行混合，从而形成室内与室外的空气循环流通，并对室内温度、湿度进行调节。

具体地，所述源水换热系统1与热泵机组2通过水循环流通形成回路，所述热泵机组2与组合式空气处理机组3通过制冷剂循环流通形成回路，所述热泵机组2与辐射系统通过水循环流通形成回路，所述风路系统、组合式空气处理机组3与外界空气通过大气循环流通形成回路。

具体地，所述四通换向阀6包括a、b、c、d四个端口，所述四通换向阀6的a端口与压缩机5的出口连通；c端口与压缩机5的入口连通；b端口分为两路：一路与第四截止阀1404连通，另一路与第五截止阀1405连通；d端口与第一水冷换热器7的f端连通；通过改变所述四通换向阀6各端口的连通状况，可以改变热泵机组2内回路的流通线路，从而切换空调机组的运行模式。

具体地，所述第二水冷换热器9的i端与第五截止阀1405连通，所述第二水冷换热器9的m端分为两路：一路与第三截止阀1403连通，另一路与第二膨胀阀802连通；当空调为制冷模式时，所述第二水冷换热器9相当于蒸发器；当空调为制热模式时，所述第二水冷换热器9相当于冷凝器。

具体地，所述辐射板17铺设在室内地面，所述辐射板17内部铺设水管，通过辐射板17可以均匀的向室内辐射热量/冷量。

实施例2

如图1所示，本实施例提供了一种双冷热源热泵驱动的空调系统的制冷模式，通过地板辐射和下送风方式供冷；

具体地，将四通换向阀6的a端与d端接通，b端与c端接通；压缩机5运行后，高温高压制冷剂气体经过压缩机5的出口，流入四通换向阀6的a端流出d端，进入第一水冷换热器7，然后进入组合式空气处理机组3的加热段304，流出加热段304形成高温高压制冷剂液体，再进入第二水冷换热器9蒸发吸热后变成低温低压制冷剂气体，再回到压缩机5从而形成循环回路。

所述制冷模式分为以下几种运行模式：

运行模式一，关闭第二截止阀1402、第四截止阀1404，开启第一截止阀1401、第三截止阀1403和第五截止阀1405，制冷剂回路为组合式空气处理机组3的表冷段303(相当于低温蒸发器)和第二水冷换热器9(相当于高温蒸发器)串联运行，该运行模式适用于室内显热负荷和潜热负荷比例相当且控制精度要求不高的情况；

运行模式二，关闭第三截止阀1403，其余截止阀全部开启，制冷剂回路为组合式空气处理机组3的表冷段303(相当于低温蒸发器)和第二水冷换热器9(相当于高温蒸发器)并联运行，该模式下可以对制冷剂流量分别进行控制，适用于室内显热负荷和潜热负荷比例不等且控制精度要求高的情况；

运行模式三，关闭第二截止阀1402、第三截止阀1403和第五截止阀1405，开启第一截止阀1401和第四截止阀1404，制冷剂循环回路只有组合式空气处理机组3的表冷段303(相当于低温蒸发器)运行，适用于室内潜热负荷较大且对湿度有精确要求而对温度无严格要求的情况；

运行模式四，关闭第一截止阀1401、第三截止阀1403和第四截止阀1404，开启第二截止阀1402和第五截止阀1405，制冷剂循环回路只有第二水冷换热器9(相当于高温蒸发器)运行，水冷换热器制取的高温冷冻水供给地板辐射系统，适用于室内显热负荷较大且对除湿无严格要求的情况。

本实施例提供的四种制冷模式可以根据显热负荷和潜热负荷的变化做出相应的改变，提供适合匹配的冷量，满足了室内舒适性的要求，同时还节省了能源。

实施例3

如图1所示，本实施例提供了一种双冷热源热泵驱动的空调系统的供暖模式，通过地板辐射进行供暖，使得室内温度可以由下而上均匀提升。

具体的，将四通换向阀6的a端与b端接通，d端与c端接通，开启第二截止阀1402和第五截止阀1405，关闭第一截止阀1401、第三截止阀1403和第四截止阀1404；压缩机5开启后，高温高压的制冷剂气体经过压缩机5的出口，流入四通换向阀6的a端流出b端，进入第二水冷换热器9(相当于冷凝器)进行热质交换，然后进入第二电子膨胀阀，流出的低温制冷剂液体再流入第一水冷换热器7(相当于低温蒸发器)进行热质交换，然后制冷剂气体流入四通换向阀6的d端流出c端，进入压缩机5，进而循环供暖。

具体地，所述制冷剂在第二水冷换热器9处的热质交换为冷凝放热，该热量被辐射系统内的水吸收，并通过铺设在地面的辐射板17向室内辐射热量进行供暖；

具体的，所述制冷剂在第一水冷换热器7处的热质交换为蒸发吸热，该热量来源为源水换热系统1。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，包括源水换热系统、热泵机组、组合式空气处理机组和室内末端系统；

所述源水换热系统包括源水换热盘管和第一循环水泵，所述源水换热盘管的出口与第一循环水泵的入口连通；

所述热泵机组包括：压缩机、四通换向阀、第一水冷换热器、第二水冷换热器、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀和第五截止阀；所述第一水冷换热器的h端与第一循环水泵的出口连通，所述第一水冷换热器的e端与源水换热盘管的入口连通；

所述组合式空气处理机组包括依次连通的混合段、过滤段、表冷段、加热段、加湿段和风机段；所述表冷段一端口分为两路：一路与第三截止阀连通，另一路与第四截止阀连通；所述表冷段的另一端口与第一膨胀阀连通；所述加热段的一端口分为两路：一路与第一截止阀连通，另一路与第二截止阀连通；所述加热段的另一端口与第一水冷换热器的g端连通；

所述室内末端系统包括辐射系统和风路系统，所述辐射系统包括辐射板、补水箱和第二循环水泵；所述风路系统包括送风管、回风管、回风风机、送风口、回风口和风量调节阀；所述第二循环水泵的进水口与第二水冷换热器的j端连通，所述第二循环水泵的出水口与辐射板的进水口连通，所述辐射板的出水口分为两路：一路与所述补水箱连通，另一路与所述第二水冷换热器的k端连通；所述送风口与风机段通过送风管连通，所述回风口与回风风机进风口通过回风管连通；所述回风风机出风口分为两路，一路与外界空气连通，且与外界连通的管道上设有第一风量调节阀，另一路与所述混合段连通，且与混合段连通的管道上设有第三风量调节阀；所述混合段与外界空气通过新气进气管连通，所述新气进气管上设有第二风量调节阀；

所述源水换热系统与热泵机组通过水循环流通形成回路，所述热泵机组与组合式空气处理机组通过制冷剂循环流通形成回路，所述热泵机组与辐射系统通过水循环流通形成回路，所述风路系统、组合式空气处理机组与外界空气通过大气循环流通形成回路。

2.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述四通换向阀包括a、b、c、d四个端口，所述四通换向阀的a端口与压缩机的出口连通；c端口与压缩机的入口连通；b端口分为两路：一路与第四截止阀连通，另一路与第五截止阀连通；d端口与第一水冷换热器的f端连通。

3.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述第二水冷换热器的i端与第五截止阀连通，所述第二水冷换热器的m端分为两路：一路与第三截止阀连通，另一路与第二膨胀阀连通。

4.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述辐射板铺设在室内地面，所述辐射板内部铺设有水管。

5.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述源水换热系统采用的热源包括高温热源或低温热源；

所述高温热源包括热源塔或废热；所述低温热源包括冷却塔。

6.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述源水换热系统的能量来源还包括可再生能源，所述可再生能源包括：土壤、地表水、湖水或海洋水。

7.根据权利要求1所述的一种双冷热源热泵驱动的空调系统，其特征在于，所述制冷剂为R236fa/R32非共沸混合工质冷剂。