本发明涉及暖通空调技术领域，尤其涉及一种供热供冷除湿空调机，具体来说，涉及一种利用空气源热泵系统、溶液除湿及其再生系统复合的节能型供冷供热除湿一体化装置。
背景技术：
空调系统的主要任务是调控室内的温度和湿度。溶液除湿空调系统是温湿度独立控制空调系统的一种，不仅能做到温湿度独立调控，还具有利用低品位能源、干式冷却、卫生安全、能效高等优点。目前溶液除湿空调系统在学术和工程领域已得到快速发展。空气源热泵是一种清洁环保、简单高效的冷热源系统，此类设备的发开和使用已相对成熟，紧凑的结构和较高的稳定性使其在工程应用中越来越受欢迎。
常规的空气源热泵机组通常采用冷凝除湿的低温供水方式，蒸发温度较低。现行的热泵驱动式溶液除湿系统是将空气源热泵机组和溶液除湿相结合，其特点是湿度控制系统的蒸发器的制冷量用于溶液除湿，冷凝器的冷凝热用于溶液再生，则大大提高了机组的蒸发温度，使机组能效得到显著提升。但其温度控制系统中的冷凝热被排到大气中未能得到有效利用，且蒸发器冷量仅用于消除室内显热，换热温差小，冷量未得到充分利用。
因此，如何降低能耗，实现能源梯级利用，提高设备能效，并优化溶液除湿空调系统，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种节能型供冷供热除湿一体化装置，能够将温度控制与湿度控制独立但不分隔，即在温湿度独立控制的同时将余冷预热相互利用，实现能源梯级利用，从而提高设备能效，并优化溶液除湿空调系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种节能型供冷供热除湿一体化装置，其特征在于：包括热泵系统、溶液再生系统和新风处理系统；
所述热泵系统包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、风冷冷凝器和轴流风机；所述压缩机、蒸发器的制冷剂流道、膨胀阀和风冷冷凝器通过管道依次相连形成制冷循环回路，所述轴流风机安装于风冷冷凝器一侧，以对风冷冷凝器送风降温；
所述溶液再生系统包括再生模块、溶液—溶液换热器、溶液—水换热器、浓溶液储液罐、稀溶液储液罐和稀溶液泵；所述再生模块包括再生箱体，所述再生箱体的相对两侧具有进风口和出风口，所述再生箱体的进风口位于轴流风机的供风方向上，使轴流风机提供的风对风冷冷凝器降温后能够进入再生箱体内；在进风口和出风口之间设有填料层，在填料层上方设有再生溶液进液管，在再生溶液进液管下方设有数个喷嘴，在填料层的下方设有浓溶液槽；所述再生溶液进液管通过管道与溶液—溶液换热器的低温稀溶液流道的出液口相连，浓溶液槽通过管道与溶液—溶液换热器的高温浓溶液流道的进液口相连；所述溶液—溶液换热器的高温浓溶液流道的出液口通过管道与溶液—水换热器的高温浓溶液流道的进液口相连，所述溶液—水换热器的高温浓溶液流道的出液口通过管道与浓溶液储液罐相连；该溶液—水换热器的冷水流道的进水口与总回水管相连，其出水口通过管道与蒸发器的冷水流道的进水端相连，其中，蒸发器的冷水流道的出水端与总供水管相连；所述稀溶液泵的进液端通过管道与稀溶液储液罐相连，其出液端通过管道与溶液—溶液换热器的低温稀溶液流道的进液口相连；
所述新风处理系统包括除湿模块、浓溶液泵、表冷器和新风风机；所述除湿模块包括除湿箱体，所述除湿箱体的相对两侧也具有进风口和出风口，在进风口和出风口之间也设有填料层，在填料层上方设有除湿溶液进液管，在除湿溶液进液管下方设有数个喷嘴，在填料层的下方设有稀溶液槽；所述浓溶液泵的进液端与浓溶液储液罐相连，其出液端与除湿溶液进液管相连；所述表冷器安装于除湿箱体的出风口一侧，且其进风口与除湿箱体的出风口相对，所述新风风机安装于表冷器的出风口，以进行抽风；该表冷器的进水端通过管道与总供水管相连，其出水端通过管道与总回水管相连。
进一步地，所述总供水管分为两条支路：一条支路通入室内末端装置，另一条支路通入表冷器。
进一步地，所述热泵系统包括多组制冷循环回路，其中，多组制冷循环回路的蒸发器的水流道串联，且其风冷冷凝器位于同一个风道，通过一个轴流风机同时对各风冷冷凝器送风。
进一步地，在风冷冷凝器出风口和再生模块的进风口之间的通风管道上设有一再生旁通管道，在再生旁通管道内设有一调节风阀，通过该调节风阀能够开启或关闭再生旁通管道、以及调节进入再生旁通管道的风量。
进一步地，所述表冷器进风口通过连接管道与除湿箱体的出风口相连，在该连接管道上设有一除湿旁通管道；该除湿旁通管道另一端与除湿箱体进风口相连；在该除湿旁通管道内也设有一调节风阀，通过该调节风阀能够开启或关闭除湿旁通管道，并调节进入除湿旁通管道的风量。
进一步地，在溶液—水换热器的冷水流道的进水口和出水口之间并联有一换热器旁通阀。
进一步地，所述再生模块为并列设置的多组，且前一再生模块的出风口与后一再生模块的进风口相连。
进一步地，所述除湿模块为并列设置的多组，且前一除湿模块的出风口与后一除湿模块的进风口相连。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本装置基于空调系统温湿度独立控制；将热泵系统与溶液除湿及其再生系统相结合，能够实现室内温度和湿度的独立调控；由于空气处理过程不需要用冷冻水除湿，所以制冷循环回路的蒸发温度能够得到更大的提升，从而大大提高了制冷机组的效率。
2、本装置不仅具备了传统空气源热泵和溶液除湿空调的诸多优点，而且冷凝热用于溶液浓缩再生，蒸发器冷量用于室内供冷及溶液降温，相对于传统热泵驱动型溶液除湿空调系统充分利用其温度控制系统的冷凝器排热。
3、根据室内热湿负荷的情况对热泵单元的制冷量进行调节，同时溶液储液罐以化学能的形式储存能量，蓄能能力大且稳定，并且储存的溶液可以对再生和除湿过程进行补充。当有多余的冷凝排热时，能够浓缩再生更多的溶液储存在浓溶液储液罐中；同时也能够通过浓溶液储液罐和稀溶液储液罐之间的溶液旁通阀，调节除湿溶液的浓度。
4、将冷冻水回水进一步用于冷却溶液，解决了末端供高温冷水导致的小换热温差问题，实现能源的梯级利用，提高能源利用率。
5、本装置可以满足供冷除湿、只供冷、只供热或只除湿四个工况的需求；从而使用范围更广，更加实用。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
图中：001—热泵系统，002—溶液再生系统，003—新风处理系统，1—压缩机，2—蒸发器，3—膨胀阀，4—风冷冷凝器，5—轴流风机，6—再生模块，7—溶液—溶液换热器，8—溶液—水换热器，9—浓溶液储液罐，10—稀溶液储液罐，11—稀溶液泵，12—除湿模块，13—浓溶液泵，14—表冷器，15—新风风机。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种节能型供冷供热除湿一体化装置，包括热泵系统001、溶液再生系统002和新风处理系统003。
所述热泵系统001包括压缩机1、蒸发器2、膨胀阀3、风冷冷凝器4和轴流风机5。所述压缩机1、蒸发器2的制冷剂流道、膨胀阀3和风冷冷凝器4通过管道依次相连，形成一个制冷循环回路；其中，所述压缩机1为变频压缩机1，以适应系统能量调节的需要。所述轴流风机5安装于风冷冷凝器4一侧，以对风冷冷凝器4送风降温；其中，该轴流风机5与一送风管道相连，通过该送风管道对风冷冷凝器4送风，从而使送风效果更好。具体实施时，所述热泵系统001包括多组制冷循环回路，其中，多组制冷循环回路的蒸发器2的水流道串联，且其风冷冷凝器4位于同一个风道，从而能够通过一个轴流风机5同时对各风冷冷凝器4送风；由于不需要制取低温冷水供冷，从而使蒸发温度远高于常规空气源热泵机组，这样机组能效得到显著提升。工作过程中，制冷剂被压缩机1吸入压缩成高温高压的蒸汽后排入风冷冷凝器4，在风冷冷凝器4中向空气放热，从而将制冷剂冷凝为高压液体，然后经过膨胀阀3变为低温低压的制冷剂，再进入蒸发器2，吸收冷水的热量后汽化成低温低压的蒸汽；然后再次被吸入压缩机1；如此进行循环制冷。
所述溶液再生系统002包括再生模块6、溶液—溶液换热器7、溶液—水换热器8、浓溶液储液罐9、稀溶液储液罐10和稀溶液泵11；其中，所述溶液—溶液换热器7和溶液—水换热器8均为板式换热器；从而能够更充分地进行热交换。所述再生模块6包括再生箱体，所述再生箱体的相对两侧具有进风口和出风口，所述再生箱体的进风口位于轴流风机5的供风方向上，使轴流风机5提供的风对风冷冷凝器4降温后能够进入再生箱体内。具体实施时，风冷冷凝器4的出风口与再生模块6的进风口之间设有一通风管道，在该通风管道内设有风量调节阀，以根据需要进行风量调节。在风冷冷凝器4出风口和再生模块6的进风口之间的通风管道上设有一再生旁通管道，在再生旁通管道内设有一调节风阀，通过该调节风阀能够开启或关闭再生旁通管道、以及调节进入再生旁通管道的风量。在进风口和出风口之间设有填料层，在填料层上方设有再生溶液进液管，在再生溶液进液管下方设有数个喷嘴，在填料层的下方设有浓溶液槽；所述再生溶液进液管通过管道与溶液—溶液换热器7的低温稀溶液流道的出液口相连，浓溶液槽通过管道与溶液—溶液换热器7的高温浓溶液流道的进液口相连。所述溶液—溶液换热器7的高温浓溶液流道的出液口通过管道与溶液—水换热器8的高温浓溶液流道的进液口相连，所述溶液—水换热器8的高温浓溶液流道的出液口通过管道与浓溶液储液罐9相连。该溶液—水换热器8的冷水流道的进水口与总回水管相连，其出水口通过管道与蒸发器2的冷水流道的进水端相连，其中，蒸发器2的冷水流道的出水端与总供水管相连。所述稀溶液泵11的进液端通过管道与稀溶液储液罐10相连，其出液端通过管道与溶液—溶液换热器7的低温稀溶液流道的进液口相连。具体实施时，所述再生模块6为并列设置的多组，且前一再生模块6的出风口与后一再生模块6的进风口相连；这样可以进行多级再生，使溶液得到充分浓缩。分别设置稀溶液储液罐10和浓溶液储液罐9用于储存除湿后的稀溶液和再生后的浓溶液，起到一定的蓄能和补偿作用。工作过程中，轴流风机5通过送入室外空气带走冷凝器的热量，空气被加热成高温空气后直接进入再生模块6的再生箱体，在再生箱体中的填料层中与低温稀溶液接触并进行热湿交换；高温空气带走稀溶液中的水份并被冷却，最后被排入大气；再生箱体中的填料层中的稀溶液则被浓缩再生为高温浓溶液。整个过程中，直接利用经过冷凝器后被加热的热空气对溶液进行浓缩再生，有效利用冷凝热，使能源利用更充分；同时，采用气液直接接触的方式进行换热，能够使换热更加充分，进一步提升能源的利用率。高温浓溶液聚集在溶液槽后，经管道进入溶液—溶液换热器7与低温稀溶液进行换热，利用稀溶液冷量预冷，变为温度较低的浓溶液；接着进入溶液—水换热器8，进一步被冷冻水回水冷却成低温浓溶液，最后进入浓溶液储液罐9。在溶液—水换热器8的冷水流道的进水口和出水口之间并联有一换热器旁通阀，该换热器旁通阀的一端与总回水管相连，另一端与总供水管相连；从而根据需要进行旁通控制。
所述新风处理系统003包括除湿模块12、浓溶液泵13、表冷器14和新风风机15。所述除湿模块12包括除湿箱体，所述除湿箱体的相对两侧也具有进风口和出风口，在进风口和出风口之间也设有填料层，在填料层上方设有除湿溶液进液管，在除湿溶液进液管下方设有数个喷嘴，在填料层的下方设有稀溶液槽。所述浓溶液泵13的进液端与浓溶液储液罐9相连，其出液端与除湿溶液进液管相连。所述表冷器14安装于除湿箱体的出风口一侧，且其进风口与除湿箱体的出风口相对，所述新风风机15安装于表冷器14的出风口，以进行抽风（使风穿过除湿模块12的进风口和出风口后，再经表冷器14冷却）。具体实施时，所述表冷器14进风口通过连接管道与除湿箱体的出风口相连，在该连接管道内也设有风量调节阀，以根据需要进行风量调节。在连接管道上设有一除湿旁通管道，该除湿旁通管道的一端与连接管道相连通，另一端（穿过除湿箱体后）与除湿箱体进风口相连；在该除湿旁通管道内也设有一调节风阀，通过该调节风阀能够开启或关闭除湿旁通管道，并调节进入除湿旁通管道的风量。该表冷器14的进水端通过管道与总供水管相连，其出水端通过管道与总回水管相连；所述总供水管分为两条支路：一条支路通入室内末端装置，另一条支路通入表冷器14。具体实施时，所述除湿模块12为并列设置的多组，前一除湿模块12的出风口与后一除湿模块12的进风口相连；这样可以进行多级除湿，提高除湿效果。工作过程中，从浓溶液储液罐9出来的低温浓溶液通过溶液循环泵被送到除湿箱体的除湿溶液进水管中，浓溶液通过喷嘴喷洒在除湿箱体内的填料层中，与被送入的新风接触并进行热湿交换；新风则被降温降湿为低温低湿的空气，后经过表冷器14进一步被冷却到送风状态点，最后通过新风风机15送入室内。同时，低温浓溶液吸收新风中的水蒸气和热量，变为稀溶液，然后聚集在除湿箱体的溶液槽内，再通过管道进入稀溶液储液罐10。实际加工过程中，在浓溶液储液罐9和稀溶液储液罐10之间设有溶液旁通阀，通过该溶液旁通阀能够调节除湿溶液的浓度。
在实际实施过程中，所述浓溶液泵13与除湿溶液进液管之间、溶液—溶液换热器7与再生溶液进液管之间、以及溶液—水换热器8与浓溶液储液罐9之间通过流量调节阀连接。
整个装置工作过程中具有四种工况：
供冷除湿工况：
热泵系统001是装置的冷热源；制冷剂被压缩机1吸入压缩成高温高压的蒸汽后排入风冷冷凝器4，在风冷冷凝器4中向空气放热，冷凝为高压液体，然后经过膨胀阀3变为低温低压的制冷剂，再进入蒸发器2，吸收冷水的热量汽化成低温低压的蒸汽。以上即完成一个制冷循环过程。其中风冷冷凝器4前侧的轴流风机5通过送入室外空气带走冷凝热，空气被加热成高温空气后直接进入再生模块6，在再生模块6的填料层中与低温稀溶液接触并进行热湿交换。高温空气带走稀溶液中的水份并被冷却，最后被排入大气。再生模块6中的稀溶液则被浓缩再生为高温浓溶液。高温浓溶液进入溶液—溶液换热器7与低温稀溶液进行换热，利用稀溶液冷量预冷，变为温度较低的浓溶液，接着进入溶液—水换热器8，进一步被总回水冷却成低温浓溶液，最后进入浓溶液储液罐9。从浓溶液储液罐9出来的低温浓溶液通过浓溶液泵13被送到除湿模块12上端的喷淋管中，溶液通过喷洒在除湿模块12填料层中与被送入的新风接触并进行热湿交换。低温浓溶液吸收新风中的水蒸气和热量，变为稀溶液，然后通过除湿模块12底部溶液槽进入稀溶液储液罐10。新风则被降温降湿为低温低湿的空气，后经过表冷器14进一步被冷却到送风状态点，最后通过送风机送入室内。稀溶液储液罐10中的溶液则通过稀溶液泵11送入溶液—溶液换热器7中与高温浓溶液进行换热，后被送到再生模块6上端的喷淋管中，溶液通过喷洒在再生模块6填料层中与被送入的热空气接触并进行热湿交换。经蒸发器2降温后的冷水分为两条支路，一条为供水通入室内末端，另一条则通入表冷器14。两条支路的回水汇入到总回水管中，总回水管经过溶液—水换热器8后与蒸发器2入口端连接。总的回水在溶液—水换热器8中与被预冷的浓溶液换热，将浓溶液冷却为低温浓溶液。
仅供冷工况：
当室外温度较高，但不需要除湿时，关闭浓溶液泵13和稀溶液泵11，开启热泵系统001以及换热器旁通阀。开启再生箱体和风冷冷凝器4之间的再生旁通管道以及表冷器14和除湿箱体之间的除湿旁通管道，风冷冷凝器4的热排风通过再生旁通管道直接排入大气，新风则通过除湿旁通管道直接旁通到表冷器14。从蒸发器2出来的冷水依然分为两条支路，一部分进入室内末端，一部分进入表冷器14冷却新风。总回水则通过换热器旁通阀直接进入蒸发器2。
仅除湿工况：
当室外温度较适宜，但湿度较大时，此时同实例一开启热泵系统001及溶液再生系统002和新风处理系统003。此时风冷冷凝器4侧的高温热空气对溶液进行再生，回水通过溶液—水换热器8对浓溶液进行冷却。其区别于供冷除湿工况的是，同时需要关闭通入室内末端装置的供水支路，使蒸发器2出来的冷水只进入表冷器14支路。通过溶液再生系统002和新风处理系统003对新风进行降温除湿，使新风处理到送风状态点。
仅供热工况：
当室外温度较低，但湿度适宜时，开启热泵系统001以及换热器旁通阀，关闭浓溶液泵13和稀溶液泵11。压缩机1所排出的高温高压气体通过四通换向阀转换方向，进入蒸发器2（此时高温高压制冷剂在蒸发器侧放热）制取热水。热水分为两条支路，一条为供水支路进入室内末端装置，另一条进入表冷器14加热新风。总回水则通过换热器旁通阀直接进入蒸发器2。此时需开启再生箱体和风冷冷凝器4之间的再生旁通管道以及表冷器14与除湿箱体之间的除湿旁通管道，风冷冷凝器4（此时低温低压的制冷剂在冷凝器侧吸热）的冷排风通过再生旁通管道排入大气，新风则通过除湿旁通管道被直接旁通到表冷器14，被表冷器14加热到送风状态点。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。