直膨式空调系统的制作方法

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种直膨式空调系统。

背景技术：

能源是人类生存和社会发展的物质基础，不仅是国民经济发展的动力，而且是衡量国家综合国力和人民生活水平的重要指标。随着工业化进程的推进，我国国民经济和科技得到了突飞猛进的发展，对各类资源的需求和消耗也与日俱增。由此可见，能源与环境问题已成为约束我国工业化进程和经济社会发展的“瓶颈”问题，提高能源利用效率，实施节能减排政策，是应对严峻的能源、环境形势的需要，也是实现可持续发展的必经之路。

热泵系统是一种环保高效节能的、能够给采暖、空调与生活热水提供能源的系统。根据获取的能源不同可大致分为土壤源热泵、水源热泵、空气源热泵、太阳能热泵等几大类。现有的热泵系统普遍采用二次换热的形式，系统能效相对较低，且整体结构较为复杂，投资和运行成本较高。而现有的直膨式热泵系统又受限于单一热源类型的限制，难以适应多种工况下的制冷/制热需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种直膨式空调系统，能够提高系统能效，并能够适应多种工况下的制冷/制热需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种直膨式空调系统，包括：具有压缩机、节流装置、室外换热单元和室内换热单元的制冷剂循环回路，其中，所述室外换热单元包括至少两套采用不同热源的直膨式热泵子系统，能够实现所述直膨式热泵子系统内流通的制冷剂与热源之间的直接热交换。

进一步地，至少两套所述直膨式热泵子系统并联设置在所述制冷剂循环回路中，并通过阀门实现至少两套所述直膨式热泵子系统的独立工作和联合协调工作的切换。

进一步地，至少两套所述直膨式热泵子系统包括在地埋管中循环制冷剂以实现与土壤直接换热的地埋管直膨式热泵子系统和在太阳能集散热器内直接对循环的制冷剂进行蒸发或冷凝的太阳能直膨式热泵子系统。

进一步地，所述地埋管直膨式热泵子系统和所述太阳能直膨式热泵子系统并联设置在所述制冷剂循环回路中，且在所述地埋管直膨式热泵子系统和所述太阳能直膨式热泵子系统中均设有控制制冷剂在本子系统内流通的阀门，通过所述阀门的开闭能够实现所述室外换热单元的热源选择和供能能力的补充。

进一步地，所述室外换热单元以所述地埋管直膨式热泵子系统作为主室外换热单元，以所述太阳能直膨式热泵子系统作为辅助室外换热单元。

进一步地，至少两套所述直膨式热泵子系统还包括空气源直膨式热泵子系统。

进一步地，所述室内换热单元包括采用制冷剂作为直接加热热媒的直接地板辐射采暖系统。

进一步地，所述室内换热单元还包括实现室内温度调节的室内换热器。

进一步地，在所述压缩机的排气口的连接管路段上还并联有热水单元，通过所述制冷剂循环回路中的制冷剂对所述热水单元中的流通水进行加热。

进一步地，所述压缩机的排气口的连接管路段和所述热水单元所在的并联管路段中均设有阀门，通过阀门的开闭控制能够实现制冷剂流向的切换。

进一步地，所述热水单元包括热回收换热器，能够从制冷剂中吸取热量，并对在所述热回收换热器内的流通水进行加热。

进一步地，所述热水单元还包括电辅助加热器，能够辅助所述热回收换热器对在所述热回收换热器内的流通水进行加热。

进一步地，在所述室外换热单元和所述室内换热单元之间还设有高压储液罐，能够根据不同工况下所述制冷剂循环回路中制冷剂需求量对多余的制冷剂进行储存。

进一步地，在所述制冷剂循环回路中还包括四通阀，能够实现制冷循环和制热循环的切换。

进一步地，所述节流装置设置在所述室外换热单元和所述室内换热单元之间，且所述节流装置包括：至少两个串联在所述制冷剂循环回路中的可开闭节流元件和分别与所述可开闭节流元件并联设置的单向阀，至少有两个所述单向阀的流向不同。

进一步地，所述太阳能直膨式热泵子系统中还包括太阳能光伏电池，用于给所述压缩机提供电力。

基于上述技术方案，本发明在室外换热单元采用至少两套直膨式热泵子系统，利用直膨式热泵子系统中流通的制冷剂直接与不同类型的热源进行热交换，省去了制冷剂与热源之间的进行能量传递的中间换热装置，从而无需设计中心换热装置中二次热媒的相关输送设备，使得整体结构更为简化，也减少了输送过程中的耗能和制冷剂循环过程中的能量损失，进而提高了系统能效，此外通过采用不同热源的直膨式热泵子系统作为室外换热单元能够适应不同工况的制冷/制热需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明直膨式空调系统的一实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明直膨式空调系统的一实施例的原理示意图。在本实施例中，直膨式空调系统包括具有压缩机15、节流装置、室外换热单元21和室内换热单元3的制冷剂循环回路。压缩机15能够从排气口将高温高压的制冷剂排出，经过节流装置、室外换热单元21和室内换热单元3等功能元件后返回到压缩机15的吸气口，从而形成制冷剂循环回路。压缩机15、节流装置、室外换热单元21和室内换热单元3的设置顺序并不限于图1所示的顺序，只要能够实现完整的制冷剂循环回路即可。除了这几个功能单元之外，本实施例也可以增加气液分离器14、高压储液罐等功能部件。

在本实施例的直膨式空调系统中，室外换热单元21可以包括至少两套采用不同热源的直膨式热泵子系统，能够实现所述直膨式热泵子系统内流通的制冷剂与热源之间的直接热交换。通过采用不同热源的直膨式热泵子系统实现室外换热功能，可以针对于不同的工况进行子系统的选择和搭配，进而满足不同工况下的制冷制热需求。而且，直膨式热泵子系统中流通的制冷剂能够直接与不同类型的热源进行热交换，省去了制冷剂与热源之间的进行能量传递的中间换热装置，从而无需设计中心换热装置中二次热媒的相关输送设备，使得整体结构更为简化，也减少了输送过程中的耗能和制冷剂循环过程中的能量损失，进而提高了系统能效。

对于室外换热单元来说，至少两套直膨式热泵子系统可以根据设计需求选择在制冷剂循环回路中的接入方式，例如串联接入方式、串并联接入方式等，优选采用并联接入方式，即至少两套直膨式热泵子系统并联设置在所述制冷剂循环回路中。这样，通过阀门就可以方便的实现至少两套所述直膨式热泵子系统的独立工作和联合协调工作的切换。

图1实施例示出了两种直膨式热泵子系统的实例，包括地埋管直膨式热泵子系统和太阳能直膨式热泵子系统。其中，地埋管直膨式热泵子系统具有埋在土壤中的地埋管，而当直膨式空调系统运行时，制冷剂能够在地埋管1中循环，并与土壤直接换热。夏季制冷时，地埋管直膨式热泵子系统可以作为冷凝器向土壤散热，而在冬季供暖时，则作为蒸发器从土壤中吸收热量。通过这种直接换热方式，省略了中间换热器及相关换热循环所需的管路、泵以及阀门，使整体系统结构更为简单，换热效率也得到了提高。另一方面，地埋管不容易发生冻结的问题，因此也无需在制冷剂中添加防冻剂。

太阳能直膨式热泵子系统可具体包括太阳能集散热器2，太阳能集散热器2能够吸收太阳能来实现其内部循环的制冷剂的蒸发或冷凝作用。通过直接换热的方式，可以使太阳能的转化效率更高，同时结构也更简单实用。当太阳能直膨式热泵子系统与地埋管直膨式热泵子系统进行配合时，能够在实现更高系统能效的同时满足更多工况下的制冷/制热需求。另外，太阳能直膨式热泵子系统中还可以进一步包括太阳能光伏电池，用于给所述压缩机15提供电力，从而实现整个直膨式空调系统低能耗，甚至零能耗运行。

参考图1，地埋管直膨式热泵子系统和太阳能直膨式热泵子系统优选并联设置在所述制冷剂循环回路中，且在所述地埋管直膨式热泵子系统和所述太阳能直膨式热泵子系统中均设有控制制冷剂在本子系统内流通的阀门20、19，通过所述阀门20、19的开闭能够实现所述室外换热单元21的热源选择和供能能力的补充。考虑到太阳能受限于天气状况，其供热或散热的能力不太稳定，而地埋管因此优选室外换热单元21以地埋管直膨式热泵子系统作为主室外换热单元。在确定太阳能直膨式热泵子系统的供热或散热能力满足工况需求时，可以以太阳能直膨式热泵子系统作为辅助室外换热单元来辅助地埋管直膨式热泵子系统进行供热或散热。当需要太阳能直膨式热泵子系统进行辅助时，通过开启阀门19即可，而当不需要太阳能直膨式热泵子系统进行辅助时，则可以关闭阀门19。阀门19、20均可采用电磁阀，以便于控制器进行控制，阀门19、20也可以采用其他形式，例如手动或行程式的阀门。

在另外的实施例中，采用不同热源的直膨式热泵子系统的主次并不是确定的，可以根据不同地区的气候情况或其他因素灵活的进行选择。例如根据太阳能的集热成本低廉、受到地质条件的限制较少等优点，也可以作为主室外换热单元使用。如果包括了地埋管直膨式热泵子系统和太阳能直膨式热泵子系统的直膨式空调系统仍然无法满足工况需求，则可以在至少两套所述直膨式热泵子系统中进一步包括空气源直膨式热泵子系统，以利用空气源作为热源来满足系统的制冷/制热需求。

直膨式空调系统在冬季时能够满足用户的采暖需求，而相比于传统的热水地板辐射采暖系统，本发明直膨式空调系统中的室内换热单元3优选包括直接地板辐射采暖系统6，这种直接地板辐射采暖系统6采用制冷剂作为直接加热热媒，制冷剂直接冷凝放热，不需要能量传递的中间环节，也无需二次热媒，相应地也不需要循环泵、风管等输送系统。在节省了换热设备的同时，也减少了能量传递环节和传热热阻，进而减少了热媒输送过程中的热媒自身的能量损失和传输所消耗的能源。除此之外，室内换热单元3还可以包括实现室内温度调节的室内换热器5，该室内换热器5可以采用图1所示的全空气系统，在另一实施例中也可以采用具有风机盘管的空气-水系统。

参考图1，在压缩机15的排气口的连接管路段上还可并联设置热水单元4，利用压缩机15排出的高温高压的制冷剂对所述热水单元4中的流通水进行加热。为方便控制，在压缩机15的排气口的连接管路段设有阀门21，在热水单元4所在的并联管路段中设有阀门22，通过阀门21、22的开闭控制能够实现制冷剂流向的切换。如果当前没有制热水的需求时，可以关闭阀门22，开启阀门21，使压缩机15排出的制冷剂直接流向作为冷凝器的室外换热单元或者室内换热单元，而如果需要制热水时，可以关闭阀门21，开启阀门22，使压缩机15排出的制冷剂经由热水单元4后再流向作为冷凝器的室外换热单元或者室内换热单元。阀门21、22均可采用电磁阀，以便于控制器进行控制，阀门21、22也可以采用其他形式，例如手动或行程式的阀门。在另一个实施例中，也可以将热水单元4直接串联设置在压缩机15的排气口的连接管路段上。

热水单元4包括热回收换热器16(即热水箱)，能够从流经自身的高温高压的制冷剂中吸取热量，并对在所述热回收换热器16内的流通水进行加热，被加热的流通水可以提供给用户使用。当由于太阳能或地埋管的面积受限而无法使热回收换热器16满足制热水温的需求时，还可以在热水单元4中进一步包括电辅助加热器12，以辅助所述热回收换热器16对在所述热回收换热器16内的流通水进行加热。

上述直膨式空调系统的实施例通过不同的制冷剂循环方式可以满足用户侧的室内换热单元的制冷需求或者制热需求，为了在同一套直膨式空调系统中既能够满足制冷需求也能够满足制热需求，则可以在制冷剂循环回路中进一步包括四通阀13，通过四通阀13的切换可以改变制冷剂循环回路中制冷剂的流向，进而实现制冷循环和制热循环的切换。相应地，图1中的节流装置设置在所述室外换热单元21和所述室内换热单元3之间，且所述节流装置包括：至少两个串联在所述制冷剂循环回路中的可开闭节流元件7，8和分别与所述可开闭节流元件7，8并联设置的单向阀9，10，至少有两个所述单向阀9，10的流向不同。当四通阀13切换而改变制冷剂的流向时，通过可开闭节流元件7，8的开闭配合着不同流向的单向阀9，10能够满足不同工况的节流要求。可开闭节流元件7，8可采用电子膨涨阀等元件。

在制冷剂循环时可能出现回路中制冷剂量超过当前工况下的制冷剂需求量的情况，进而优选在室外换热单元21和室内换热单元3之间进一步设置高压储液罐11，能够根据不同工况下所述制冷剂循环回路中制冷剂需求量对多余的制冷剂进行储存，而在当前工况下需要更多制冷剂时，可由高压储液罐11给循环回路提供更多量的制冷剂。

针对于图1所示的直膨式空调系统实施例，其可以支持以下几种工况运行模式，分别为：

(1)制冷/制热水模式：四通阀13断电，可开闭节流元件7关闭，阀门20、22开启，阀门21关闭。制冷剂经过压缩机15压缩后，流经热回收换热器16(可制得热水)、四通阀13进入地埋管1中冷凝，而后依次通过单向阀9、高压储液罐11、可开闭节流元件8、用户端出入口18进入室内换热单元3，制冷剂在室内换热单元3与房间直接换热后，经由用户端出入口17、四通阀13，再经过气液分离器14后被压缩机15的吸气口吸入，被压缩机15压缩后参与下一次循环。该制冷循环不断重复以维持夏季制冷模式。阀门19是否开启可取决于太阳能集散热器2是否有足够的散热能力，控制器可根据地埋管入口温度和太阳能集散热器表面温度对阀门19进行控制。

(2)制热/制热水模式：四通阀13上电，可开闭节流元件8关闭，阀门19、20、22开启，阀门21关闭。制冷剂经过压缩机15压缩后，流经热回收换热器16(可制得热水)、四通阀13、用户出入口17进入室内换热单元3，制冷剂在室内换热单元3中的直接地板辐射采暖系统6和室内换热器5中与房间直接换热，以实现采暖供热和室内气温调节，然后依次通过单向阀10、高压储液罐11、可开闭节流元件7进入地埋管1和太阳能集散热器2，再经过四通阀13和气液分离器14后被压缩机15的吸气口吸入，被压缩机15压缩后参与下一次循环。阀门20是否开启取决于太阳能集散热器2是否有足够的供热能力。当室外温度很低且无太阳时，由于地埋管全年温度基本恒定，在制热同时同样能满足热水需求，而热水单元4可以关闭或不设置电辅助加热器。

上述两种工况运行模式可以共同实现夏季制冷，冬季制热，全年制热水的需求，而如果希望制冷或制热时不制热水，则可以关闭热水单元4所在并联管路段的阀门22，开启压缩机12排气口的连接管路段的阀门21，以使得压缩机15排出的制冷剂经过连接管路段流向四通阀13，而当希望切换回制热水的工况运行模式时，则只需将阀门21关闭，阀门22开启即可。而相应的前述制冷/制热水模式即为仅制冷模式，而前述的制热/制热水模式即为仅制热模式，制冷剂的具体循环过程均可参考前述两种工况运行模式，这里不再赘述。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。