一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统的制作方法

本实用新型涉及一种供热与空气除湿系统，尤其涉及一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统。

背景技术：

为降低建筑能耗，热泵供热技术与温湿度独立控制技术得到广泛的应用。中空纤维膜溶液除湿系统可以很好的实现温湿度独立控制，且不存在溶液漂失问题，已有相关的研究成果与专利文献公布了有关技术方案。但对于用户来说，同时投资建设供热设备与除湿设备，需要综合考虑占地面积与经济性问题。

热源塔热泵为一种新型的热泵装置，它通过热源塔与室外空气换热，吸收空气中的热量，将吸收的低品位热量以热泵的形式转换为高品位的热量从而达到向室内供暖和提供生活热水的目的，在早期的应用中，由于载热流体与空气直接接触换热，易导致载热流体的污染以及溶液的漂失，未解决此问题闭式热源塔技术被提出，却增加了管外结霜的问题。由于除湿与供热有着明显的季节性使用需求，使用热泵驱动的中空纤维膜除湿系统可以达到夏季空气除湿的目的，但是冬季供热时热泵的容量由无法满足供热需求，因此需要额外建设供热热泵，造成设备成本提高。

技术实现要素：

本实用新型主要解决开式热源塔热泵溶液漂失和闭式塔结霜的问题，同时使用同一套设备实现夏季室内温湿度独立控制。将热泵供热设备与空气除湿设备集成，冬季为改进的热源塔热泵系统为室内供热，夏季为热泵驱动的中空纤维膜溶液除湿系统实现室内温湿度控制，集成系统减少占地面积与设备初投资。此外，系统中溶液再生采用空气式溶液再生技术，即采用干空气与需要再生的溶液接触，由于溶液水蒸气分压高于干空气的水蒸气分压，溶液中的水分会通过膜结构向空气侧传递，最终实现溶液再生，克服了溶液再生对高品位能源的需求，避免了复杂的设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统，包括机房和房间；所述机房内设有热泵机组、溶液循环泵、第一溶液冷却器、第二溶液冷却器、蓄热水箱、溶液冷却循环水泵和相互连接的进风风道和排风风道；所述热泵机组包括第一热泵换热器和第二热泵换热器；所述房间内设有淋浴和地板辐射采暖；自所述进风风道的进口至所述排风风道的出口依次布置有进风轴流风机、空气过滤器和中空纤维膜工作组件、干燥箱、中空纤维膜再生组件、排风轴流风机和排风通风阀；所述中空纤维膜工作组件与中空纤维膜再生组件结构相同，均由多个中空纤维膜模块串联或并联组成；所述干燥箱的前后分别设置通风阀，在所述中空纤维膜工作组件与干燥箱之间的连接处通过室内新风通风阀连接有室内新风风道；在所述中空纤维膜再生组件与干燥箱之间的连接处通过室内回风通风阀连接有室内回风风道；所述室内新风风道和室内回风风道均通向房间内；在所述室内新风风道的室内端安装有风机盘管，所述室内回风风道的室内端安装有回风风机；所述中空纤维膜工作组件的出口与所述第一热泵换热器的入口1连接，所述第一热泵换热器出口2通过所述溶液循环泵与第一三通旋塞阀的2口相连，所述第一三通旋塞阀的1口与第二三通旋塞阀的3口相连，所述第一三通旋塞阀的3口连接至所述第一溶液冷却器的溶液进口3；所述第一溶液冷却器的溶液出口1与所述第二三通旋塞阀的1口相连，所述第二三通旋塞阀的2口连接至所述中空纤维膜再生组件的溶液入口；所述中空纤维膜再生组件的溶液出口与第三三通旋塞阀的1口相连，所述第三三通旋塞阀的2口与第四三通旋塞阀的2口相连，所述第三三通旋塞阀的3口连接至所述第二溶液冷却器的溶液进口3，所述第二溶液冷却器的溶液出口1与所述第四三通旋塞阀的3口相连，所述第四三通旋塞阀的1口连接至所述中空纤维膜工作组件的入口；所述第二热泵换热器出口3与第五三通旋塞阀的1口相连，第五三通旋塞阀的2口与第一三通混合阀的1口相连，第一三通混合阀的2口通过第一旋拧阀后并经过一个循环水泵连接至所述风机盘管的入口，所述风机盘管的出口与第二三通混合阀的3口相连；所述第五三通旋塞阀的3口与第六三通旋塞阀的3口相连，第六三通旋塞阀的2口连接至所述蓄热水箱的热水进口5，所述蓄热水箱的冷水出口4与第七三通旋塞阀的2口相连，第七三通旋塞阀的1口通过一个循环水泵连接至第八三通旋塞阀的3口，所述第二三通混合阀的1口连接至所述第八三通旋塞阀的2口，第八三通旋塞阀的1口连接至所述第二热泵换热器的入口4；第一三通混合阀的3口连接至所述溶液冷却循环水泵的入口，所述溶液冷却循环水泵的出口连接至所述第二溶液冷却器的水侧入口2；所述第二溶液冷却器的水侧出口4连接至所述第二三通混合阀的2口；第七三通旋塞阀的3口通过一个循环水泵后连接至所述第一溶液冷却器的水侧入口4，所述第一溶液冷却器的水侧出口2连接至所述第六三通旋塞阀的1口；所述蓄热水箱的热水出口1通过第二旋拧阀连接至所述淋浴；所述蓄热水箱的热水出口3通过第三旋拧阀和一个循环水泵后连接至所述地板辐射采暖的入口，所述地板辐射采暖的出口与所述蓄热水箱的冷水入口2相连，所述地板辐射采暖的供水和回水之间设置第四旋拧阀。

进一步讲，所述干燥箱中所用的干燥剂是硫酸钙、氯化钙、硅胶和活性氧化铝中的一种或几种的组合。

所述中空纤维膜工作组件与中空纤维膜再生组件使用的工作液体为氯化钙溶液、氯化锂溶液、溴化锂溶液、乙二醇溶液中的一种或两种的混合溶液。

本实用新型综合了中空纤维膜传热传质、溶液除湿与热源塔热泵供热技术，利用中空纤维膜实现工作流体与空气间的热质交换，一机多用，解决了冬季使用空气源热泵供热室外换热器结霜问题，实现了夏季温湿度独立控制，有效的推动了可再生能源技术的应用。与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)集成系统一机多用，解决了冬季使用空气源热泵供热室外换热器结霜问题，实现了夏季温湿度独立控制，系统综合能效高。

(2)中空纤维膜组件与热泵作为核心部件，将供热与除湿设备集成，减少占地面积，降低设备初投资。

(3)采用了一种空气式溶液再生方式，克服了防冻液再生对高品位能源的需求，避免了复杂的设备。

(4)通过控制循环泵的开启、旋塞阀的旋向和旋拧阀的开关，即可实现系统冬夏季工作模式的转变，提高系统的自动化程度。

附图说明

图1为本实用新型一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统示意图。

图中：

I-机房 II-热泵机组

III-房间 af1-进风风道

af2-排风风道 af3-室内新风风道

af4-室内回风风道 av1-进风通风阀

av2-排风通风阀 av3-室内新风通风阀

av4-通风阀 av5-通风阀

av6-室内回风通风阀 f1-进风轴流风机

f2-排风轴流风机 e1-空气过滤器

e2-中空纤维膜工作组件 e3-中空纤维膜再生组件

e4-干燥箱 e5-第一溶液冷却器

e6-溶液循环泵 e7-第一热泵换热器

e8-第二热泵换热器 e9-第二溶液冷却器

e10-溶液冷却循环水泵 e13-蓄热水箱

e16-风机盘管 e17-淋浴

e18-地板辐射采暖 e19-回风风机

e11、e12、e14、e15-循环水泵 mo1-中空纤维膜模块

v1-第四三通旋塞阀 v2-第二三通旋塞阀

v3-第三三通旋塞阀 v4-第一三通旋塞阀

v5-第八三通旋塞阀 v6-第二三通混合阀

v7-第五三通旋塞阀 v8-第一三通混合阀

v9-第一旋拧阀 v10-第六三通旋塞阀

v11-第七三通旋塞阀 v12-第二旋拧阀

v13-第三旋拧阀 v14-第四旋拧阀

虚线表示中空纤维膜工作组件的溶液流出管

细实线表示溶液或水管路

双粗实线表示风道，包括进风风道、排风风道、室内新风风道和室内回风风道

点划线表示机房、房间、热泵机组、中空纤维膜工作组件和中空纤维膜再生组件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅是对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型提出的一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统，包括机房I和房间III。

所述机房I内设有热泵机组II、溶液循环泵e6、第一溶液冷却器e5、第二溶液冷却器e9、蓄热水箱e13、溶液冷却循环水泵e10和相互连接的进风风道af1和排风风道af2；所述热泵机组II包括第一热泵换热器e7和第二热泵换热器e8。

所述房间III内设有淋浴e17和地板辐射采暖e18。

自所述进风风道af1的进口至所述排风风道af2的出口依次布置有进风轴流风机f1、空气过滤器e1和中空纤维膜工作组件e2、干燥箱e4、中空纤维膜再生组件e3、排风轴流风机f2和排风通风阀av2；所述中空纤维膜工作组件e2与中空纤维膜再生组件e3结构相同，均由多个中空纤维膜模块mo1串联或并联组成。所述中空纤维膜工作组件e2与中空纤维膜再生组件e3使用的工作液体为氯化钙溶液、氯化锂溶液、溴化锂溶液、乙二醇溶液中的一种或两种的混合溶液。

所述干燥箱e4的前后分别设置通风阀，在所述中空纤维膜工作组件e2与干燥箱e4之间的连接处通过室内新风通风阀av3连接有室内新风风道af3；在所述中空纤维膜再生组件e3与干燥箱e4之间的连接处通过室内回风通风阀av6连接有室内回风风道af4；所述室内新风风道af3和室内回风风道af4均通向房间III内。所述干燥箱e4中所用的干燥剂是硫酸钙、氯化钙、硅胶和活性氧化铝中的一种或几种的组合。

在所述室内新风风道af3的室内端安装有风机盘管e16，所述室内回风风道af4的室内端安装有回风风机e19。

所述中空纤维膜工作组件e2的出口与所述第一热泵换热器e7的入口1连接，所述第一热泵换热器e7出口2通过所述溶液循环泵e6与第一三通旋塞阀v4的2口相连，所述第一三通旋塞阀v4的1口与第二三通旋塞阀v2的3口相连，所述第一三通旋塞阀v4的3口连接至所述第一溶液冷却器e5的溶液进口3；所述第一溶液冷却器e5的溶液出口1与所述第二三通旋塞阀v2的1口相连，所述第二三通旋塞阀v2的2口连接至所述中空纤维膜再生组件e3的溶液入口。

所述中空纤维膜再生组件e3的溶液出口与第三三通旋塞阀v3的1口相连，所述第三三通旋塞阀v3的2口与第四三通旋塞阀v1的2口相连，所述第三三通旋塞阀v3的3口连接至所述第二溶液冷却器e9的溶液进口3，所述第二溶液冷却器e9的溶液出口1与所述第四三通旋塞阀v1的3口相连，所述第四三通旋塞阀v1的1口连接至所述中空纤维膜工作组件e2的入口。

所述第二热泵换热器e8出口3与第五三通旋塞阀v7的1口相连，第五三通旋塞阀v7的2口与第一三通混合阀v8的1口相连，第一三通混合阀v8的2口通过第一旋拧阀v9后并经过一个循环水泵e14连接至所述风机盘管e16的入口，所述风机盘管e16的出口与第二三通混合阀v6的3口相连。

所述第五三通旋塞阀v7的3口与第六三通旋塞阀v10的3口相连，第六三通旋塞阀v10的2口连接至所述蓄热水箱e13的热水进口5，所述蓄热水箱e13的冷水出口4与第七三通旋塞阀v11的2口相连，第七三通旋塞阀v11的1口通过一个循环水泵e11连接至第八三通旋塞阀v5的3口，所述第二三通混合阀v6的1口连接至所述第八三通旋塞阀v5的2口，第八三通旋塞阀v5的1口连接至所述第二热泵换热器e8的入口4。

第一三通混合阀v8的3口连接至所述溶液冷却循环水泵e10的入口，所述溶液冷却循环水泵e10的出口连接至所述第二溶液冷却器e9的水侧入口2；所述第二溶液冷却器e9的水侧出口4连接至所述第二三通混合阀v6的2口。

第七三通旋塞阀v11的3口通过一个循环水泵e12后连接至所述第一溶液冷却器e5的水侧入口4，所述第一溶液冷却器e5的水侧出口2连接至所述第六三通旋塞阀v10的1口。

所述蓄热水箱e13的热水出口1通过第二旋拧阀v12连接至所述淋浴e17。

所述蓄热水箱e13的热水出口3通过第三旋拧阀v13和一个循环水泵e15后连接至所述地板辐射采暖e18的入口，所述地板辐射采暖e18的出口与所述蓄热水箱e13的冷水入口2相连，所述地板辐射采暖e18的供水和回水之间设置第四旋拧阀v14。

本实用新型一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统具有两种工作模式，冬季可作为一种无霜式空气源热泵进行供热，同时可提供生活热水；夏季作为热泵驱动的中空纤维膜液体除湿空调系统，实现温湿度独立控制，系统综合能效高。

本实用新型一种中空纤维膜与热泵集成的供热与空气除湿系统在供热季节运行时，进风通风阀av1开启，开启进风轴流风机f1，排风通风阀av2开启，开启排风轴流风机f2，两个通风阀av4、av5开启，进风风道af1、排风风道af2联通；开启溶液循环泵e6，第一三通旋塞阀v4的1-2口相连，第二三通旋塞阀v2的3-2口相连，第三三通旋塞阀v3的1-2口相连，三通旋塞阀v1的1-2口相连，此时溶液循环回路联通。低温空气从进风风道af1进口进入系统，在进风风道af1内与中空纤维膜工作组件e2中的低温工作溶液发生热质交换，随后空气经过干燥箱e4进入排风风道af2；工作溶液吸收空气中的潜热，温度升高，浓度降低，然后进入第一热泵换热器e7，为热泵提供低品位热源，降温后的工作溶液在溶液循环泵e6的作用下进入中空纤维膜再生组件e3进行再生，干空气与中空纤维膜再生组件e3中工作溶液在水蒸气分压的作用下发生热湿交换，水分从工作溶液中透过膜层进入干空气，实现溶液再生。空气在排风轴流风机f2作用下，通过排风通风阀av2排出排风风道af2。

供热时，热泵机组Ⅱ中的第一热泵换热器e7作为蒸发器，吸收工作溶液中的低品位热量，消耗电能，第二热泵换热器e8作为冷凝器输出高品位热量。开启循环水泵e11，第七三通旋塞阀v102-1口相连，第八三通旋塞阀v53-1口相连，三通旋塞阀v71-3口相连，第六三通旋塞阀v103-2口相连，作为中间换热介质的水从蓄热水箱e13冷水出口4流出，在循环水泵e11的作用下，从4口进入第二热泵换热器e8，吸收热量，温度升高后，从3口流出第二热泵换热器e8，回到蓄热水箱e13，对蓄热水箱e13进行蓄热。打开第二旋拧阀v12后，可为淋浴e17提供生活热水，打开第三旋拧阀v13，开启循环水泵e15，可为地板辐射采暖e18提供热水，进行室内供热，通过调节第四旋拧阀v14的开度，可对供水温度进行调节。

在非供暖季，需要对室内进行制冷与通新风时，采用温湿度独立控制方案。进风通风阀av1开启，开启进风轴流风机f1，排风通风阀av2开启，开启排风轴流风机f2，进风风道af1、排风风道af2联通，开启室内新风通风阀av3，开启室内回风通风阀av6，关闭两个通风阀av4、av5；开启溶液循环泵e6，第一三通旋塞阀v4的2-3口相连，第二三通旋塞阀v2的1-2口相连，第三三通旋塞阀v3的1-3口相连，第四三通旋塞阀v1的3-1口相连，此时溶液循环回路联通。高温湿空气从进风风道af1进口进入系统，在进风风道af1内与中空纤维膜工作组件e2中的工作溶液发生热质交换，空气中的水分通过膜结构在水蒸气分压的作用下进入溶液，干空气通过室内新风通风阀av3送入室内风机盘管e16，完成室内空气循环后由在回风风机e19的作用下进入室内回风风道af4，经过通风阀av6进入排风风道af2，与中空纤维膜再生组件e3接触，组件中稀溶液与干空气在水蒸气分压的作用下发生热湿交换，水分从工作溶液中透过膜层进入干空气，实现溶液再生，然后空气在排风轴流风机f2作用下，通过排风通风阀av2排到室外。

中空纤维膜工作组件e2中工作溶液吸收空气中的水分，浓度降低，然后进入第一热泵换热器e7，此时第一热泵换热器e7作为冷凝器工作，被加热后的工作溶液在溶液循环泵e6的作用下从3口进入第一溶液冷却器e5，调节工作溶液温度后，从第一溶液冷却器e5的1口流出，进入中空纤维膜再生组件e3进行再生。再生后的工作溶液，从3口进入第一溶液冷却器e9进行冷却，从1口流出第一溶液冷却器e9，然后进入中空纤维膜工作组件e2，开始下一个工作循环。

此时，第二热泵换热器e8作为蒸发器，三通旋塞阀v7的1-2口相连，第八三通旋塞阀v5的2-1口相连，第七三通旋塞阀v11的2-3口相连，开启第一旋拧阀v9。低温水从3口流出，通过第一旋拧阀v9，在循环水泵e14的作用下进入风机盘管e16，回水经过第二三通混合阀v6回到第二热泵换热器e8，完成制冷水路循环。开启循环水泵e10，经过第一三通混合阀v8的低温水从2口进入第二溶液冷却器e9，从4口流出，与制冷循环的水路在第二三通混合阀v6混合后，进入第二热泵换热器e8。

除湿工况下，为调节进入中空纤维膜再生组件e3的溶液的温度，将第七三通旋塞阀v11的2-3口相连，第六三通旋塞阀v10的1-2口相连，开启循环水泵e12，蓄热水箱e13冷水从出口4流出，经过循环水泵e12从4口进入第一溶液冷却器e5，温度升高后从2口流出，回到蓄热水箱e13进行放热，加热后的水蓄存在水箱中，开启第二旋拧阀v12可供生活用水。

具体实施方式如下表所示：

综上，本实用新型参考热源塔热泵技术，并对其进行改进。热源塔热泵为一种新型的热泵装置，它通过热源塔与室外空气换热，吸收空气中的热量，将吸收的低品位热量以热泵的形式转换为高品位的热量从而达到向室内供暖和提供生活热水的目的。热源塔热泵系统的热源虽然也来自空气，但它有别于传统空气源热泵从空气中获取能量的方式，在冬季，热源塔热泵机组利用冰点低于0℃的载体介质，高效提取-9℃以上、相对湿度较高的低温环境下空气种的低品位热能进行供热，解决了传统空气源热泵冬季结霜的问题，省去了传统空气源热泵的电辅助加热。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。