CN202392913U - 一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组 - Google Patents

Abstract

一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，所述机组既可以为温湿度独立控制空调***的显热处理末端***夏季提供18～21℃的高温冷水，冬季提供30～35摄氏度的低温热水，又可以为新风机组夏季提供除湿用低温冷媒，冬季提供高温加热热媒，与显热处理末端***连接的热泵空气源热泵机组采用专用压缩机，能效比可达8∶1，从而大大提高***的效率，避免能源浪费；同时热泵机组与室内末端***之间只需简单连接铜管水管，安装简单、降低投资。

Description

一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组

技术领域

本实用新型涉及温湿度独立控制空调***，尤其涉及空气源热泵机组。

背景技术

一、目前空调方式的排热排湿都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，再将冷却干燥的空气送入室内，实现排热排湿的目的。常规温湿度混合处理的空调方式存在如下问题：

1、能源浪费。使用一套***同时制冷和除湿，为了满足用冷凝方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，考虑传热温差与介质输送温差，实现16.6℃的露点温度需要约7℃的冷源温度，这是现有空调***采用5～7℃的冷冻水、房间空调器中直接蒸发器的冷媒蒸发温度也多在5℃的原因。在空调***中，占总负荷一半以上的显热负荷部分，本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用5～7℃的低温冷源进行处理，造成能量利用品位上的浪费。而且，经过冷凝除湿后的空气虽然湿度(含湿量)满足要求，但温度过低，有时还需要再热，造成了能源的进一步浪费与损失。

2、难以适应热湿比的变化。通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿，其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化，而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化。一般是牺牲对湿度的控制，通过仅满足室内温度的要求来妥协，造成室内相对湿度过高或过低的现象。过高的结果是不舒适，进而降低室温设定值，通过降低室温来改善热舒适，造成能耗不必要的增加；相对湿度过低也将导致由于与室外的焓差增加，使处理室外新风的能耗增加。

3、造成室内空气品质下降，滋生和传播霉菌等污染。大多数空调依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿，这就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水，空调停机后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的理想场所。空调***繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。另外，目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物，因此有效过滤空调***引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题。然而过滤器内必然是粉尘聚集处，如果再漂溅过一些冷凝水，则也成为各种微生物繁殖的理想场所。频繁清洗过滤器既不现实，也不是根本的解决方案。

4、传统的室内末端装置有局限性，强风、噪声、占空间，一般要投资空调和采暖两套***。为排除足够的余热余湿同时又不使送风温度过低，就要求有较大的循环通风量。例如每平方米建筑面积如果有80W/m²显热需要排除，房间设定温度为25℃，当送风温度为15℃时，所要求循环风量为24m³/hr/m²，这就往往造成室内很大的空气流动，使居住者产生不适的吹风感。为减少这种吹风感，就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内气流组织。这往往要在室内布置风道，从而降低室内净高或加大楼层间距。很大的通风量还极容易引起空气噪声，并且很难有效消除。在冬季，为了避免吹风感，即使安装了空调***，也往往不使用热风，而是通过另一套的暖气***(如采暖散热器)供热。这样就导致室内重复安装两套环境控制空调***，分别供冬夏使用。

5、输配能耗的问题。为了完成室内环境控制的任务就需要有输配***，带走余热、余湿、CO₂、气味等。在中央空调***中，风机、水泵消耗了40％～70％的整个空调***的电耗。在常规中央空调***中，多采用全空气***的形式。所有的冷量全部用空气来传送，导致输配效率很低。相对而言，1m³水所输送的热量和3840m³空气所输送的热量是相当的。

此外，随着能源问题的日益严重，以低品位热能作为夏季空调动力成为迫切需要。目前北方地区大量的热电联产集中供热***在夏季由于无热负荷而无法运行，使得电力负荷出现高峰的夏季热电联产发电设施反而停机，或者按纯发电模式低效运行。如果可以利用这部分热量驱动空调，既省下空调电耗，又可使热电联产电厂正常运行，增加发电能力。这样即可减缓夏季供电压力，又提高能源利用率，是热电联产***继续发展的关键。由于空调负荷在一天内变化显著，与热电联产电厂提供热能并不是很好匹配，如何实现有效的蓄能，以协调二者的矛盾也是热能使用当中存在的问题。

综上所述，空调的广泛需求、人居环境健康的需要和能源***平衡的要求，对目前空调方式提出了挑战。新的空调应该具备的特点为：减少室内送风量、高效换热末端、采用低品位能源、设置冷热蓄能***。从如上要求出发，目前普遍认为温湿度独立控制空调技术是一个有效的解决途径。

二、温湿度独立控制空调***采用温度与湿度两套独立的空调控制空调***分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免了常规空调***中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制空调***，可以满足不同区域和同一区域不同房间热湿比不断变化的要求，克服了常规空调***中难以同时满足温、湿度参数的要求，避免了室内湿度过高过低的现象。

温湿度独立控制空调***的基本组成为：显热处理***与潜热处理***，两个***独立调节分别控制室内的温度与湿度。

显热处理***包括高温冷源和余热消除末端装置，采用水作为能量输送媒介。由于除湿的任务由处理潜热的***承担，因而显热***的冷水供水温度不再是常规冷凝除湿空调***中的7℃，而是提高到18℃左右，从而为天然冷源的使用提供了条件。即使采用机械制冷方式，制冷机的性能系数也有大幅度的提高。余热消除末端装置可以采用辐射板、干式风机盘管或毛细管网等多种形式，由于供水的温度高于室内空气的露点温度，因而不存在结露的危险。

潜热处理***用于去除室内CO2、室内异味等，以保证室内空气质量。此***由新风处理机组、送风末端装置组成，采用新风作为能量输送媒介。在处理潜热的***中，由于不一定需要处理温度，因而湿度的处理可能有多种方法，如冷凝除湿、吸附除湿等。

温湿度独立控制空调***实现了室内温度和湿度的分别控制。尤其实现了新风量随人员数量的同步增减，从而避免了变风量***冬季人员增加，热负荷降低，新风量也随之降低的问题；与目前的风机盘管加新风方式比较，免去了凝水盘和凝水排除***，彻底消除了实际工程中经常出现问题的这一隐患，同时由于不再存在潮湿表面，根除了滋生霉菌的温床，可有效改善室内空气品质。由于室内相对湿度可一直维持在60％以下，较高的室温(26℃)就可以达到热舒适要求。这就避免了由于相对湿度太高，只得把室温降低(甚至到20℃)，以维持舒适度要求的问题。既降低了运行能耗，又减少了由于室内外温差过大造成的热冲击对健康的危害。

由于潜热由单独的新风处理***承担，因而在温度控制(余热去除)***中，不再采用7℃的冷水同时满足降温与除湿的要求，而是采用约18℃的冷水即可满足降温要求。此温度要求的冷水为很多天然冷源的使用提供了条件，如深井水、通过土壤源换热器获取冷水等，深井回灌与土壤源换热器的冷水出水温度与使用地的年平均温度密切相关，我国很多地区可以直接利用该方式提供18℃冷水。在某些干燥地区(如新疆等)通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取18℃冷水。

即使采用机械制冷方式，由于要求的压缩比很小，根据制冷卡诺循环可以得到，制冷机的理想COP将有大幅度提高。如果将蒸发温度从常规冷水机组的2～3℃提高到14～16℃，当冷凝温度恒为40℃时，卡诺制冷机的COP将从7.2～7.5提高到11.0～12.0。

与目前普遍使用的风机盘管加新风方式或全空气方式相比，温湿度独立控制空调***的特点可总结如下：

1、适应室内热湿比的变化。温湿度独立控制空调***分别控制房间的温度和湿度，能够满足建筑热湿比随时间与使用情况的变化，全面控制室内环境。并根据室内人员数量调节新风量，因此可获得更好的室内环境控制效果和空气质量。舒适度大大提高。没有强风感、没有噪声、不传播细菌，是一种健康绿色的空调方式。

2、末端方式不同。可采用辐射式末端或者干式风机盘管吸收或提供显热，采用置换通风等方式送出干燥的新风去除潜热(余湿)，冬夏共用同样的末端装置。处理显热的***只需要18℃的冷水，这可通过多种低成本的和节能的方式提供，降低了运行能耗。

3、可以利用低品位能源，即使采用普通空调机组***能效也会大大提高。这个特点有利于能源的广泛选择利用，特别有利于开发利用低品位的再生能源：如太阳能、地能、热电厂余热回收等，对节能减排降耗意义重大。

三、目前的温湿度独立控制空调***空调中，由于传统的空气源热泵机组只能提供一种温度的水，显热处理***需要的高温冷水和低温热水一般通过***增加板式换热器和控制空调***制取。显热处理***和潜热处理***共用一台空气源热泵机组。以夏季为例，空气源热泵机组产出7℃的冷冻水，一路直接供应给潜热处理***的新风除湿机，冷却新风的同时促使新风中的一部分水汽在进入室内前冷凝，从而对新风进行除湿、进一步达到降低室内空气湿度的目的；一路送入板式换热器，将7℃的冷冻水升温为18～21℃的高温冷水后，再送入集分水器，通过集分水器分配到显热处理***的余热消除末端装置。这种结构的不足之处是：

1、用7℃的低温冷冻水对新风除湿，由于新风除湿机的表冷器温度高，除湿后新风的绝对含湿量在13～15克/立方，室内相对湿度60～65％，人体感觉不清爽，同时存有很大的结露风险，室外环境温度高湿度大时显热处理末端表面就会结露，这也是目前温湿度独立控制空调***存有的通病。

2、进入显热末端***的循环水先经空气源热泵机组降温，再经板式换热器升温，造成了能源浪费。

3、安装板式换热器需要配置显热处理末端侧水泵和相应控制单元，机房***较复杂，增大机房面积和***投资。

对于不足1，降低冷冻水的温度，可以进一步降低新风的绝对含湿量，往往采用2～3℃的冷冻冷水；但是如果空气源热泵机组产出的冷冻水温降低到2～3℃，在进入显热处理末端***之前，需要在板式换热器进行更高的温升，能源浪费进一步加剧。因此，不足1和不足2、3在目前的空气源热泵机组结构中很难兼顾克服。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种既能为处理显热***提供低品位能源，又能够对新风***中新风进行深度除湿、同时进一步降低能耗、简化结构的专用于温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，所述温湿度独立控制空调***包括显热处理***和潜热处理***，显热处理***的余热消除末端装置为辐射板、干式风机盘管或毛细管网，其特征在于：

所述空气源热泵机组包括相互独立的空气源热泵机组X和空气源热泵机组M，

空气源热泵机组M产出冷/热水，通过进水管MA和出水管MB连接显热处理***的余热消除末端装置，

空气源热泵机组X产出冷/热媒，通过冷/热媒进管XA和冷/热媒出管XB连接潜热处理***，

空气源热泵机组M和空气源热泵机组X分别与翅片式换热器相连通。

空气源热泵机组采用相互独立的空气源热泵机组X和空气源热泵机组M，空气源热泵机组X夏季产出2～3℃的除湿用低温冷媒，冬季产出制热用50℃的高温热媒；空气源热泵机组M夏季产出18～21℃的高温冷水，冬季产出30～35℃的低温热水。

采用相互独立的空气源热泵机组既可以为显热处理***的余热消除末端装置直接提供高温冷水，无需板式换热器及与其相关的显热处理末端侧水泵、控制单元，又可以为新风除湿***提供温度更低的冷媒，冷媒在新风除湿机中直膨蒸发，新风预冷却效果更好，同时确保深度除湿。

进一步的，空气源热泵机组X可采用以下结构：压缩机X1出口经过高压开关X2、针阀X3连接热回收器X12的进口，热回收器X12的出口与四通换向阀X4的管口a连接，四通换向阀X4的管口b连接翅片式换热器进口，管口c与气液分离器X13的进口连接，管口d连接冷媒出管XB，气液分离器X13的出口经过针阀X3、低压开关X14连接到压缩机X1的进口，翅片式换热器的出口分两路分别与单向阀X6的进口和单向阀X7的出口连接，单向阀X6的出口和单向阀X9的出口与热力膨胀阀X10的进口连接，热力膨胀阀X10的出口经过干燥过滤器X11后与单向阀X7、X8的进口相连接，冷/热媒出管XA与单向阀X9的进口和单向阀X8出口相连接。

以制冷循环为例，压缩机X1排出的压缩机排出高温高压的冷媒气体，在温度和压力都不变的情况下经四通换向阀X4的管口a、b进入翅片式换热器，高温高压的气体在冷凝器中被空气冷却成为常温高压的冷媒液体，然后液体流过单向阀X6、经热力膨胀阀X8降压后，导致部分制冷剂液体气化，使其成为低温低压的气液混合物，经干燥过滤器X11、单向阀X8后经冷媒液管XA进入潜热处理***的蒸发器，在蒸发器中之冷媒液体在压力不变的情况下吸收热量，蒸发气化，同时，在风机的作用下，大量的新风流过蒸发器外表面，新风中的能量被潜热处理***吸收，新风温度迅速降低、部分水汽冷凝，成为绝对含湿量较低的冷气进入空调室内。蒸发器出来的低温低压的蒸汽经冷媒气管XB和气液分离器X10后回到压缩机X1，压缩后成为高温高压的气体，进入下一个循环。

制热循环正好与制冷循环相反。

再进一步，温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组M可采用以下结构：

压缩机M1出口经过高压开关M2、针阀M3与四通换向阀M4的管口a连接，四通换向阀M4的管口b连接翅片式换热器进口，管口c与气液分离器M13的进口连接，管口d连接使用侧换热器M12的出口，气液分离器M13的出口经过针阀M3、低压开关M14连接到压缩机M1的进口，翅片式换热器的出口分两路分别与单向阀M6的进口和单向阀M7的出口连接，单向阀M6的出口和单向阀M9的出口与热力膨胀阀M10的进口连接，热力膨胀阀M10的出口经过干燥过滤器M7后与单向阀M7、M8的进口相连接，单向阀X9的进口和单向阀X8出口汇合后连接到使用侧换热器M12的进口。使用侧换热器M12上配置进水管MB和出水管MA。

其循环路线与空气源热泵机组X类似。

再进一步，空气源热泵机组M的压缩机M1采用专用压缩机，在制冷时可使水侧换热器M12的出水温度达到18～21℃，***能效比高达8.0，节能效果明显。

再进一步，压缩机M1和压缩机X1为定频压缩机或变频压缩机。

再进一步，可以在针阀X3与四通换向阀X4的管口a之间配置热回收器X12，针阀X3连接热回收器X12进口，热回收器X12出口连接四通换向阀X4的管口a，热回收器X12上带有自来水进口XK和生活热水出口XL。高温高压的冷媒气体流经水换热器X12，将一部分热量传递给水换热器X12中的水，将其加热以供生活用水使用。

本实用新型的有益效果在于：

①夏季直接向显热处理***末端的集分水器提供18～21℃的高温冷水，采用专用压缩机，能效比可达8∶1，避免能源浪费；

②省却了工程上水***中的板式换热器、显热处理侧水泵和控制空调***，显热处理末端***空气源热泵机组与集分水器之间只需简单连接铜管水管、简捷、降低投资；

③新风除湿机组采用夏季2～3℃冷媒直膨蒸发，深度除湿，送风含湿量达7～9g/m3，确保室内不结露；

④利用两台相互独立的小型压缩机替代一台共用的大型压缩机，能耗进一步降低。

附图说明

图1为温湿度独立控制空调***的原理示意图

图2为现有温湿度独立控制空调***的结构示意图

图3为本实用新型温湿度独立控制空调***的结构示意图

图4为一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组优选结构示意图

图1～4中：1为空气源热泵机组M，2为空气源热泵机组X，3为潜热处理***，4为集分水器，5为翅片式换热器，6为板式换热器，7为显热处理***的余热消除末端装置，8为现有空气源热泵机组。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图2中，现有温湿度独立控制空调***的冷热源采用一台传统的空气源热泵机组。以夏季为例，现有空气源热泵机组8产出7℃的冷冻水，一路直接供应给潜热处理***3；一路送入板式换热器6，将7℃的冷冻水升温为18～21℃的高温冷水后，再送入集分水器4，通过集分水器4分配到显热处理***的余热消除末端装置7后制冷。

图3中，采用温湿度独立控制空调***专用的空气源热泵机组，机组包含空气源热泵机组M1和空气源热泵机组X2，分别为潜热处理***和显热处理***供应冷/热媒和冷/热水，空气源热泵机组X2产出冷/热媒，通过冷/热媒出管XB和冷/热媒进管XA连接潜热处理***3，空气源热泵机组M1产出的高温冷水和低温热水，通过进水管MA和出水管MB供应给显热处理***的余热消除末端装置7，冷/热水为夏季18～21℃的高温冷水，冬季30～35℃的低温热水，冷媒为夏季2～3℃的除湿用低温冷媒，冬季制热用50℃的高温热媒。

图4中，空气源热泵机组X的压缩机X1出口经过高压开关X2、针阀X3连接热回收器X12的进口，热回收器X12的出口与四通换向阀X4的管口a连接，四通换向阀X4的管口b连接翅片式换热器5进口，管口c与气液分离器X13的进口连接，管口d连接冷媒出管XB，气液分离器X13的出口经过针阀X3、低压开关X14连接到压缩机X1的进口，翅片式换热器5的出口分两路分别与单向阀X6的进口和单向阀X7的出口连接，单向阀X6的出口和单向阀X9的出口与热力膨胀阀X10的进口连接，热力膨胀阀X10的出口经过干燥过滤器X11后与单向阀X7、X8的进口相连接，冷/热媒出管XA与单向阀X9的进口和单向阀X8出口相连接。

空气源热泵机组M1的压缩机M1出口经过高压开关M2、针阀M3与四通换向阀M4的管口a连接，四通换向阀M4的管口b连接翅片式换热器5进口，管口c与气液分离器M13的进口连接，管口d连接使用侧换热器M12的出口，气液分离器M13的出口经过针阀M3、低压开关M14连接到压缩机M1的进口，翅片式换热器5的出口分两路分别与单向阀M6的进口和单向阀M7的出口连接，单向阀M6的出口和单向阀M9的出口与热力膨胀阀M10的进口连接，热力膨胀阀M10的出口经过干燥过滤器M7后与单向阀M7、M8的进口相连接，单向阀X9的进口和单向阀X8出口汇合后连接到使用侧换热器M12的进口。使用侧换热器M12上配置进水管MF和出水管MA。

图4中的箭头方向为制冷循环中的冷媒循环方向。以空气源热泵机组X为例，压缩机X1排出的压缩机排出高温高压的冷媒气体，在温度和压力都不变的情况下经四通换向阀X4的管口a、b进入翅片式换热器5，高温高压的气体在冷凝器中被空气冷却成为常温高压的冷媒液体，然后液体流过单向阀X6、经热力膨胀阀X8降压后，导致部分制冷剂液体气化，使其成为低温低压的气液混合物，经干燥过滤器X11、单向阀X8后经冷媒液管XA进入潜热处理***的蒸发器，在蒸发器中之冷媒液体在压力不变的情况下吸收热量，蒸发气化，同时，在风机的作用下，大量的新风流过蒸发器外表面，新风中的能量被潜热处理***吸收，新风温度迅速降低、部分水汽冷凝，成为绝对含湿量较低的冷气进入空调室内。蒸发器出来的低温低压的蒸汽经冷媒气管XB和气液分离器X10后回到压缩机X1，压缩后成为高温高压的气体，进入下一个循环。

空气源热泵机组的循环路线与空气源热泵机组X类似。

制热循环正好与制冷循环相反。

Claims (5)

1.一种温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，所述温湿度独立控制空调***包括显热处理***和潜热处理***（3），显热处理***的余热消除末端装置（7）为辐射板、干式风机盘管或毛细管网，其特征在于：

所述空气源热泵机组包括相互独立的空气源热泵机组X（2）和空气源热泵机组M（1）,

空气源热泵机组M（1）产出冷/热水，通过进水管MA和出水管MB连接显热处理***的余热消除末端装置（7），

空气源热泵机组X（2）产出冷/热媒，通过冷/热媒进管XA和冷/热媒出管XB连接潜热处理***（3），

空气源热泵机组M（1）和空气源热泵机组X（2）分别与翅片式换热器（5）相连通。

2.根据权利要求1所述的温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，其特征在于：

所述空气源热泵机组X（2）的压缩机X1出口经过高压开关X2、针阀X3连接热回收器X12的进口，热回收器X12的出口与四通换向阀X4的管口a连接,四通换向阀X4的管口b连接翅片式换热器（5）进口，管口c与气液分离器X13的进口连接，管口d连接冷媒出管XB，气液分离器X13的出口经过针阀X3、低压开关X14连接压缩机X1进口，翅片式换热器（5）的出口分两路分别与单向阀X6进口和单向阀X7出口连接，单向阀X6出口和单向阀X9出口与热力膨胀阀X10进口连接，热力膨胀阀X10的出口经过干燥过滤器X11后与单向阀X7的进口、X8的进口相连接，冷/热媒出管XA与单向阀X9的进口和单向阀X8出口相连接。

3.根据权利要求1所述的温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，其特征在于：

所述空气源热泵机组M（1）的压缩机M1出口经过高压开关M2、针阀M3与四通换向阀M4的管口a连接,四通换向阀M4的管口b连接翅片式换热器（5）进口，管口c与气液分离器M13的进口连接，管 口d连接使用侧换热器M12的出口，气液分离器M13的出口经过针阀M3、低压开关M14连接到压缩机M1的进口，翅片式换热器（5）的出口分两路分别与单向阀M6的进口和单向阀M7的出口连接，单向阀M6的出口和单向阀M9的出口与热力膨胀阀M10的进口连接，热力膨胀阀M10的出口经过干燥过滤器M7后与单向阀M7、M8的进口相连接，单向阀X9的进口和单向阀X8出口汇合后连接到使用侧换热器M12的进口，使用侧换热器M12上配置进水管MB和出水管MA。

4.如权利要求1所述的温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，其特征在于：所述压缩机M1和压缩机X1为定频压缩机或变频压缩机。

5.如权利要求1所述的温湿度独立控制空调***的空气源热泵机组，其特征在于：所述针阀X3与四通换向阀X4的管口a之间配置热回收器X12，针阀X3连接热回收器X12进口，热回收器X12出口连接四通换向阀X4的管口a,热回收器X9上带有冷水进口XK和热水出口XL。 

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