CN206556109U - 一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统 - Google Patents
一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，属于热泵技术领域，包括超低环境温度空气源热泵机组、水源高温水热泵机组、供热管网循环水泵、开式储热水箱和两种热泵间热源介质循环泵，超低环境温度空气源热泵机组的出水口与水源高温水热泵机组的蒸发器进水口连接；水源高温水热泵机组的蒸发器出水口与开式储热水箱连接；开式储热水箱与两种热泵间热源介质循环泵连接；两种热泵间热源介质循环泵与超低环境温度空气源热泵机组的进水口连接。本实用新型的空气源热泵系统可应用于环境温度低于‑25℃的严寒地区，提供60℃以上的高温热水，末端直接接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为‑35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比不低于1.8。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空气源热泵系统，特别涉及一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，属于热泵技术领域。可应用于环境温度低于-25℃的极严寒地区，提供60℃以上的高温热水，末端直接接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为-35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比不低于1.8。
背景技术
空气源热泵通过消耗高品位能源，经过逆卡诺循环过程，将空气中的低品位热能转化为高品位热能的装置。空气源热泵以其节能环保、结构简单、易于操作等优点，已逐渐取代锅炉燃煤、电加热等传统的加热方式而应用于住宅供暖及制取生活热水等方面。但是在冬季环境温度较低的地区，空气源热泵会出现压缩机排气温度过高、压比过大、制热性能下降等问题，使空气源热泵在我国北方地区，尤其是一些严寒地区，压缩比过大，制热量太大，排气温度过高造成了空气源热泵机组的应用受到限制。同时，空气源热泵在严寒地区使用受限的另外一个原因在于，用户侧所需求的温度必须高于45℃以上，对于末端采用暖气片的用户，其需求温度更高。在这种情况下，单纯依靠空气源热泵在环境温度低于-25℃的严寒地区应用，无论在投资成本，还是在节能环保方面都不具备明显竞争优势。
因此，提供一种可应用于环境温度低于-25℃的严寒地区，提供高温热水，末端直接连接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为-35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比高的空气源热泵系统就成为该技术领域急需解决的技术难题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种空气源热泵系统，可应用于环境温度低于-25℃的严寒地区，提供60℃以上的高温热水，末端直接连接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为-35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比不低于1.8。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：包括超低环境温度空气源热泵机组、水源高温水热泵机组、供热管网循环水泵、开式储热水箱和两种热泵间热源介质循环泵；所述超低环境温度空气源热泵机组的出水口通过管路与所述水源高温水热泵机组的蒸发器进水口连接；所述水源高温水热泵机组的蒸发器出水口通过管路与所述开式储热水箱连接；所述开式储热水箱通过管路与所述两种热泵间热源介质循环泵连接；所述两种热泵间热源介质循环泵通过管路与所述超低环境温度空气源热泵机组的进水口连接；所述水源高温水热泵机组的冷凝器出水口通过管路与供热管网的末端进水口连接；所述水源高温水热泵机组的冷凝器进水口通过管路和供热管网循环水泵与供热管网的末端出水口连接。
优选地，所述超低环境温度空气源热泵机组为多台，多台超低环境温度空气源热泵机组采取并联模式；所述超低环境温度空气源热泵机组为2台以上并联连接，可根据实际环境和系统的要求设置所需台数的超低环境温度空气源热泵机组。该热泵可在-35℃～-15℃的超低温环境下运行。
优选地，所述水源高温水热泵机组为多台，多台水源高温水热泵机组采取并联模式；所述水源高温水热泵机组为2台以上并联连接，可根据实际环境和系统的要求设置所需台数的水源高温水热泵机组。
优选地，所述水源高温水热泵机组主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀等，所述的压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次通过管道构成循环回路。
优选地，所述开式储热水箱内设置温度传感器。
本实用新型中的超低环境温度空气源热泵机组具有以下特点：在超低环境温度下，蒸发压力和蒸发温度较低，在生产较高热水时(如45℃)，冷凝压力要求较高，造成了较高的冷凝压力，形成了很高的压缩比，并由此产生极高的排气温度，较低的制热量和能效比。反之，在生产较低热水时，如20℃或更低，相对冷凝压力和排气温度也会得到极大降低，即使制热量提升不会提高很多，但是相对能效比则会得到较高程度的升高。
基于超低环境温度空气源热泵具有以上的基本特点，本系统以超低环境温度空气源热泵机组作为基本热源，在超低环境温度下生产出中温热水；水源高温水热泵机组则以超低环境温度空气源热泵产出的中温热水作为热源，生产出供暖用的高温热水。
有益效果：
本实用新型的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，可应用于环境温度低于-25℃的严寒地区，提供高温热水(高于60℃)，末端直接接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为-35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比不低于1.8。
附图说明
图1是本实用新型直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统的结构示意图。
主要附图标记：
A 超低环境温度空气源热泵机组
B 水源热泵(高温水)机组
C 供热管网循环水泵
D 开式储热水箱
E 两种热泵间热源介质循环泵
1 超低环境温度空气源热泵机组A的进水口
2 超低环境温度空气源热泵机组A的出水口
3 水源热泵(高温水)机组B的蒸发器进水口
4 水源热泵(高温水)机组B的蒸发器出水口
5 水源热泵(高温水)机组B的冷凝器进水口
6 水源热泵(高温水)机组B的冷凝器出水口
7 供暖管网的末端进水口
8 供暖管网的末端出水口
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统的结构示意图，其中，A为超低环境温度空气源热泵机组，B为水源热泵(高温水)机组(即水源高温水热泵机组)，C为供热管网循环水泵，D为开式储热水箱，E为两种热泵间热源介质循环泵，1为超低环境温度空气源热泵机组A的进水口，2为超低环境温度空气源热泵机组A的出水口，3为水源热泵(高温水)机组B的蒸发器进水口，4为水源热泵(高温水)机组B的蒸发器出水口，5为水源热泵(高温水)机组B的冷凝器进水口，6为水源热泵(高温水)机组B的冷凝器出水口，7为供暖管网的末端进水口，8为供暖管网的末端出水口。本实用新型的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统由五部分组成，分别为超低环境温度空气源热泵机组A、水源热泵(高温水)机组B、供热管网循环水泵C、开式储热水箱D和两种热泵间热源介质循环泵E。超低环境温度空气源热泵机组A的出水口2通过管路与水源热泵(高温水)机组B的蒸发器进水口3连接；水源热泵(高温水)机组B的蒸发器出水口4通过管路与开式储热水箱D连接；开式储热水箱D通过管路与两种热泵间热源介质循环泵E连接；两种热泵间热源介质循环泵E通过管路与超低环境温度空气源热泵机组A的进水口1连接；水源热泵(高温水)机组B的冷凝器出水口6通过管路与供暖管网的末端进水口7连接；水源热泵(高温水)机组B的冷凝器进水口5通过管路与供热管网循环水泵C连接，供热管网循环水泵C通过管路与供暖管网的末端出水口8连接。
水源热泵(高温水)机组B主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀等，压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次通过管道组成循环回路。
本实用新型直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统的工作过程如下：
超低环境温度空气源热泵机组A的制冷剂吸收环境侧空气源热量，经逆卡诺循环，成为高温高压制冷剂。低温热源介质从超低环境温度空气源热泵机组A的进水口1进入机组A，吸收高温高压制冷剂热量，成为一定温度的中温热源介质。
中温热源介质从超低环境温度空气源热泵机组A出水口2经管道进入水源热泵(高温水)机组B的蒸发器进水口3，在水源热泵(高温水)机组B的蒸发器释放热量后，成为低温热源介质，通过水源热泵(高温水)机组B的蒸发器进水口4被输送至开式储热水箱D，再由两种热泵间热源介质循环泵E泵送回超低环境温度空气源热泵机组A的进水口1，完成热源循环介质吸收热量和释放热量的一个循环。
水源热泵(高温水)机组B制冷剂吸收中温热源介质的热量后，经过逆卡诺循环成为高温高压制冷剂，在水源热泵(高温水)机组B的冷凝器内释放热量。供热管网的末端出水口8的出水被供热管网循环水泵C泵送至水源热泵(高温水)机组B的冷凝器进水口5，进入水源热泵(高温水)机组B，吸收高温高压制冷剂释放的热量，加热至设定的高温后，从水源热泵(高温水)机组B的冷凝器出水口6流出，通过供暖管网的末端进水口7，输送至用户侧，为用户房间供暖，高温水在房间内散热后，循环至水源热泵(高温水)机组B，完成了供热管网高温水循环，实现用户供暖需求。
过程控制要求：为实现系统能效的最大化，开式储热水箱D内设置温度传感器以监测水箱内温度Tc，该温度值Tc为超低环境温度空气源热泵机组A是否运行的监控点。同时，在超低环境温度空气源热泵机组A控制系统中增加了一个随环境温度而变化的回水设置温度值Ts，当Tc低于Ts-5时，超低环境温度空气源热泵机组A启动，反之，当Tc大于Ts时，机组A停止运行。Ts由以下确定：
其中，
Ts：开式储热水箱D的测试温度值，单位℃；
Ta:环境温度，单位℃。
超低环境温度空气源热泵机组A在该系统中可以为多台，多台超低环境温度空气源热泵机组A采取并联模式；水源热泵(高温水)机组B在该系统中可以为多台，多台水源热泵(高温水)机组B采取并联模式。超低环境温度空气源热泵机组A或水源热泵(高温水)机组B可以为2-10台，可根据实际环境和系统的要求进行设置。
本实用新型的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统可应用于环境温度低于-25℃的严寒地区，提供60℃以上的高温热水，末端直接接暖气片，满足冬季采暖需求，同时在环境温度为-35℃，供水温度不低于60℃的工况下，系统综合能效比不低于1.8。
Claims (5)
1.一种直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：该热泵系统包括超低环温空气源热泵机组、水源高温水热泵机组、供热管网循环水泵、开式储热水箱和两种热泵间热源介质循环泵；所述的超低环境温度空气源热泵机组的出水口通过管路与所述水源高温水热泵机组的蒸发器进水口连接；所述水源高温水热泵机组的蒸发器出水口通过管路与所述开式储热水箱连接；所述开式储热水箱通过管路与两种热泵间热源介质循环泵连接；两种热泵间热源介质循环泵通过管路与超低环境温度空气源热泵机组的进水口连接；所述水源高温水热泵机组的冷凝器出水口通过管路与供热管网的末端进水口连接；所述水源高温水热泵机组的冷凝器进水口通过管路和供热管网循环水泵与供热管网的末端出水口连接。
2.根据权利要求1所述的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：所述超低环境温度空气源热泵机组为多台，多台超低环境温度空气源热泵机组采取并联模式。
3.根据权利要求1所述的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：所述水源高温水热泵机组为多台，多台水源高温水热泵机组采取并联模式。
4.根据权利要求3所述的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：所述水源高温水热泵机组主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀，所述的压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次通过管道构成循环回路。
5.根据权利要求1所述的直连式超低环境温度高温出水耦合式空气源热泵系统，其特征在于：所述开式储热水箱内设置温度传感器。
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Publications (1)
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Cited By (4)
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