一种空气源热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵应用领域，特别涉及一种空气源热泵系统及其控制方法。

背景技术：

热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，目前市场上的热泵系统主要应用于建筑采暖、制冷、生活热水等方面。现有的空气源热泵系统不具新风、空气湿度调节技术，综合运用能力有限。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种能实现温度、湿度独立调节、新风及热水功能的空气源热泵系统。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

一种空气源热泵系统，包括第一循环回路、第二循环回路、第三循环回路、第四循环回路、第五循环回路、第六循环回路、第七循环回路、第八循环回路和新风管路；

所述第一循环回路包括初级蒸发器，所述初级蒸发器连接四通阀的第一端口，所述四通阀的第二端口连接初级压缩机的进口端，所述初级压缩机的出口端连接所述四通阀的第三端口，所述四通阀的第四端口连接初级冷凝器的一次侧通道；所述初级冷凝器的一次侧通道通过初级膨胀阀连接所述初级蒸发器的进口，形成第一循环回路；

所述初级冷凝器的二次侧出口连接次级蒸发器的一次侧，所述次级蒸发器的一次侧依次连接系统循环泵、第一单向阀和缓冲水箱，所述缓冲水箱连接初级冷凝器的二次侧进口，形成第二循环回路；

所述次级蒸发器的二次侧出口通过新风除湿换热器连接次级压缩机，所述次级压缩机连接次级冷凝器的一次侧进口，所述次级冷凝器的一次侧出口通过次级膨胀阀连接次级蒸发器的二次侧进口，形成第三循环回路；

所述次级蒸发器的二次侧出口通过第三阀门连接次级压缩机，所述次级压缩机连接次级冷凝器的一次侧进口，所述次级冷凝器的一次侧出口通过次级膨胀阀连接次级蒸发器的二次侧进口，形成第四循环回路；

所述初级冷凝器的二次侧出口通过第二单向阀连接供能末端，所述供能末端依次连接末端循环泵、三通阀和缓冲水箱，所述缓冲水箱连接初级冷凝器的二次侧进口，形成第五循环回路；

所述次级冷凝器的二次侧出口通过第一阀门连接供能末端，所述供能末端依次连接末端循环泵和三通阀，所述三通阀连接次级冷凝器的二次侧进口，形成第六循环回路；

所述次级冷凝器的二次侧出口通过热水循环泵连接热水水箱，所述热水水箱通过再加热器连接次级冷凝器的二次侧进口，形成第七循环回路；

所述次级冷凝器的二次侧出口通过热水循环泵连接热水水箱，所述热水水箱通过第二阀门连接次级冷凝器的二次侧进口，形成第八循环回路；

所述新风管路包括新风过滤器，所述新风过滤器一侧设置全热交换器，所述全热交换器一侧依次设置新风除湿换热器、加湿器、风管、再加热器及室内风管，形成新风管路。

所述新风管路还包括两台风机，一台风机安装在新风过滤器的进风口，用于向室内鼓风，另一台风机安装在室内的新风进口处，用于向室内引风。

所述第一阀门和第二阀门为电动阀，所述第三阀门为电磁阀，所述三通阀为电动三通阀。

所述第一循环回路内用于放置超低温型环保制冷剂，所述第三、第四循环回路内用于放置高温型环保制冷剂。

所述第二、第五、第六、第七、第八循环回路中的导热介质为水或防冻液。

所述新风管路中的介质为空气。

本发明还提供一种上述的空气源热泵系统的控制方法，包括以下工作方式：

在双级供暖、新风、湿度调节和/或供应热水的工作方式下：

当同时提供供暖、新风和热水功能，并且新风需要加热时，开启第一、第二、第四、第六、第七循环回路及新风管路；所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一循环回路、第二循环回路传输给次级蒸发器，并供给次级压缩机提升供能温度后经过第四循环回路传输给第六循环回路给末端供暖；启动新风管路，把室外新鲜空气送到室内同时，根据室内湿度情况，开启新风除湿换热器或加湿器，调节室内湿度；同时启动第七回路的热水循环泵，加热热水水箱，并利用余热通过再加热器给新风加热提升新风温度；如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路，开启第八循环回路，只加热热水水箱；

当只提供供暖、热水功能时，开启第一、第二、第四、第六及第八循环回路，所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一循环回路、第二循环回路传输给次级蒸发器，并供给次级压缩机提升供能温度后，通过第四循环回路传输给第六循环回路给末端供暖；同时启动第八循环回路的热水循环泵加热热水水箱；

当只提供供暖功能时，开启第一、第二、第四、第六循环回路，所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一循环回路、第二循环回路传输给次级蒸发器，并供给次级压缩机提升供能温度后，通过第四循环回路传输给第六回路给末端供暖；

在单级供暖、新风、湿度调节和/或供应热水的工作方式下：

当同时提供供暖、新风和热水功能时，并且新风需要加热时，开启第一、第三、第五、第七循环回路及新风管路；所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一循环回路、第五循环回路传输给末端供暖；启动新风管路，把室外新鲜空气送到室内，同时，据室内湿度情况开启新风管路中新风除湿换热器或加湿器，调节室内湿度；所述新风除湿换热器从空气中吸收热量经次级压缩机提升供能温度后，通过次级冷凝器传输到第七循环回路，同时启动第七循环回路放入热水循环泵，加热热水水箱，并利用余热通过再加热器给新风加热提升新风温度；此时如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路，开启第八循环回路，只加热热水水箱；

当只提供供暖、热水功能时，开启第一、第三、第五、第八循环回路，所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一、第五循环回路传输给末端供暖；所述新风除湿换热器从空气中吸收热量经次级压缩机提升供能温度后，通过次级冷凝器传输到第八循环回路，同时启动第八循环回路的热水循环泵，加热热水水箱；

当只提供供暖功能时，开启第一、第五循环回路，所述初级蒸发器从空气中吸收热量经初级压缩机提升温度后，通过第一、第五循环回路传输给末端供暖；

在制冷、新风、湿度调节及供应热水工作方式下：

当同时提供制冷、新风和热水功能时，并且新风需要加热时，开启第一、第三、第五、第七循环回路及新风管路；室内热量通过第五循环回路将热量传输给初级冷凝器，并经初级压缩机升温后经初级蒸发器散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果；启动新风管路，把室外新鲜空气送到室内，同时根据室内湿度情况开启新风管路中新风除湿换热器或加湿器，调节室内湿度；所述新风除湿换热器从空气中吸收热量，降低空气温度达到露点以下，实现去除空气中水分达到除湿的目的，冷媒经次级压缩机提升供能温度后，通过次级冷凝器传输到第七循环回路，同时启动第七回循环路的热水循环泵，加热热水水箱，利用余热通过再加热器给新风加热提升新风温度；如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路，开启第八循环回路，只加热热水水箱；

当只提供制冷、热水功能时，开启第一、第三、第五、第八循环回路，室内热量通过第五循环回路将热量传输给初级冷凝器，并经初级压缩机升温后经初级蒸发器散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果；所述新风除湿换热器从空气中吸收热量经次级压缩机提升供能温度后，通过次级冷凝器传输到第八循环回路，同时启动第八循环回路的热水循环泵，加热热水水箱提供生活热水；

当只提供制冷功能时，开启第一、第五循环回路，室内热量通过第五循环回路将热量传输给初级冷凝器，并经初级压缩机升温后，再经初级蒸发器散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果；

在新风、湿度调节和供应热水的工作模式下：

当同时提供新风和生活热水时，启动第三、第七循环管路及新风管路；所述新风管路把室外新鲜空气送到室内，根据室内湿度情况开启新风管路中新风除湿换热器或加湿器，调节室内湿度；所述新风除湿换热器从空气中吸收热量经次级压缩机提升供能温度后，通过次级冷凝器传输到第七循环回路，同时启动第七循环回路的热水循环泵，加热热水水箱，利用余热通过再加热器给新风加热提升新风温度；如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路，开启第八循环回路，只加热热水水箱；

当只需要提供新风时，启动新风管路，通过全热交换器预热室外新鲜空气后送入室内。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发在普通热泵应用基础上整合了新风、空气湿度调节技术，开发出具有空气温度调节(采暖、制冷)、新风、空气湿度调节及生活热水功能的双级热泵耦合综合应用系统。本发明的应用可以实现一套系统就能满足建筑采暖、制冷、新风、湿度调节及生活热水等多项需求，减少设备投入。同时机组的系统化设计可以大大减少设备安装所需占地面积与空间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的系统原理图；

图2为本发明实施例提供的双级供暖、新风、湿度调节及供应热水的工作方式结构示意图；

图3为本发明实施例提供的当双极只提供供暖、热水功能时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的单级供暖、新风、湿度调节和供应热水的工作方式结构示意图；

图5为本发明实施例提供的当单级只提供供暖、热水功能时的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的制冷、新风、湿度调节及供应热水工作方式的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的当只提供制冷、热水功能时的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的在新风、湿度调节和供应热水的工作模式下的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的只需要提供新风时的结构示意图。

图中：

1第一循环回路、2第二循环回路、3第三循环回路、4第四循环回路、5第五循环回路、6第六循环回路、7第七循环回路、8第八循环回路、9新风管路、10初级蒸发器、11四通阀、12初级冷凝器、13初级膨胀阀、14初级压缩机、15次级蒸发器、16系统循环泵、17第一单向阀、18缓冲水箱、19新风除湿换热器、20次级压缩机、21次级冷凝器、22次级膨胀阀、23第三阀门、24第二单向阀、25供能末端、26末端循环泵、27三通阀、28新风过滤器、29第一阀门、30热水循环泵、31热水水箱、32再加热器、33全热交换器、34加湿器、35风管、36室内风管、37第二阀门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，一种空气源热泵系统，包括第一循环回路1、第二循环回路2、第三循环回路3、第四循环回路4、第五循环回路5、第六循环回路6、第七循环回路7、第八循环回路8和新风管路9；

第一循环回路1包括初级蒸发器10，初级蒸发器10连接四通阀11的第一端口a，四通阀11的第二端口b连接初级压缩机14的进口端，初级压缩机14的出口端连接四通阀11的第三端口c，四通阀11的第四端口d连接初级冷凝器12的一次侧通道；初级冷凝器12的一次侧通道通过初级膨胀阀13连接初级蒸发器10的进口，形成第一循环回路1；

初级冷凝器12的二次侧出口连接次级蒸发器15的一次侧，次级蒸发器15的一次侧依次连接系统循环泵16、第一单向阀17和缓冲水箱18，缓冲水箱18连接初级冷凝器12的二次侧进口，形成第二循环回路2；

次级蒸发器15的二次侧出口通过新风除湿换热器19连接次级压缩机20，次级压缩机20连接次级冷凝器21的一次侧进口，次级冷凝器21的一次侧出口通过次级膨胀阀22连接次级蒸发器15的二次侧进口，形成第三循环回路3；

次级蒸发器15的二次侧出口通过第三阀门23连接次级压缩机20，次级压缩机20连接次级冷凝器21的一次侧进口，次级冷凝器21的一次侧出口通过次级膨胀阀22连接次级蒸发器15的二次侧进口，形成第四循环回路4；

初级冷凝器12的二次侧出口通过第二单向阀24连接供能末端25，供能末端25依次连接末端循环泵26、三通阀27和缓冲水箱18，缓冲水箱18连接初级冷凝器12的二次侧进口，形成第五循环回路5；

次级冷凝器21的二次侧出口通过第一阀门29连接供能末端25，供能末端25依次连接末端循环泵26和三通阀27，三通阀27连接次级冷凝器21的二次侧进口，形成第六循环回路6；

次级冷凝器21的二次侧出口通过热水循环泵30连接热水水箱31，热水水箱31通过再加热器32连接次级冷凝器21的二次侧进口，形成第七循环回路7；

次级冷凝器21的二次侧出口通过热水循环泵30连接热水水箱31，热水水箱31通过第二阀门37连接次级冷凝器21的二次侧进口，形成第八循环回路8；

新风管路9包括新风过滤器28，新风过滤器28一侧设置全热交换器33，全热交换器33一侧依次设置新风除湿换热器19、加湿器34、风管35、再加热器32及室内风管36，形成新风管路9。

采用本发明的空气源热泵系统，可以实现室内温度和湿度的独立调节，在提供新风的同时还可以提供生活热水，减少设备投入。本发明可以实现供暖、制冷功能、建筑湿度独立调节、新风供给、生活热水等功能，且冬季供暖工作状态下可以实现自动根据环境条件选择单级供暖或双级供暖工作模式。机组可以在各环境条件下都高效运行，一套设备可以完全实现室内温度、湿度独立调节功能，新风供给功能、还可以提供生活热水。具有良好的推广使用价值。

优选的，新风管路9还包括两台风机，一台风机安装在新风过滤器28的进风口，用于向室内鼓风，一台风机安装在室内的新风进口处，用于向室内引风。

优选的，为了实现自动控制，第一阀门29和第二阀门37为电动阀，第三阀门23为电磁阀，三通阀27为电动三通阀。

优选的，第一循环回路1内用于放置超低温型环保制冷剂r410a，适合于寒冷环境条件下保证设备正常工作；所述第三循环回路3、第四循环回路4内用于放置高温型环保制冷剂r134a，可以保证为供暖工况提供高温采暖热源。

优选的，第二循环回路2、第五循环回路5、第六循环回路6、第七循环回路7、第八循环回路8中的导热介质为水或防冻液；新风管路中的介质为空气。

本发明还提供一种空气源热泵系统的控制方法，具有如下几种工作方式：

在双级供暖、新风、湿度调节和供应热水的工作方式下：

参见图2，当同时提供供暖、新风、热水功能，而且新风需要加热时，开启第一循环回路1、第二循环回路2、第四循环回路4、第六循环回路6、第七循环回路7及新风管路8。初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1、第二循环回路2传输给次级蒸发器15，并供给次级压缩机20提升供能温度后经过第四循环回路4传输给第六循环回路6给供能末端25供暖。启动新风管路9，把室外新鲜空气送到室内同时可以根据室内湿度情况，开启新风管路9中新风除湿换热器19或加湿器34，调节室内湿度；启动第七循环回路7的热水循环泵30，加热热水水箱31并利用余热通过再加热器32给新风加热提升新风温度。此时如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路7，开启第八循环回路8，只加热热水水箱31。

参见图3，当只提供供暖、热水功能时，开启第一循环回路1、第二循环回路2、第四循环回路4、第六循环回路6、第八循环回路8，初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1、第二循环回路2传输给次级蒸发器15，并供给次级压缩机20提升供能温度后，通过第四循环回路4传输给第六循环回路6给供能末端25供暖。同时启动第八循环回路8的热水循环泵30加热热水水箱31。当只提供供暖功能时，开启第一循环回路1、第二循环回路2、第四循环回路4、第六循环回路6，初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1、第二循环回路2传输给次级蒸发器15并供给次级压缩机20提升供能温度后，通过第四循环回路4传输给第六循环回路6给供能末端25供暖。

在单级供暖、新风、湿度调节和供应热水的工作方式下：

参见图4，当同时提供供暖、新风、热水功能，而且新风需要加热时，开启第一循环回路1、第三循环回路3、第五循环回路5、第七循环回路7及新风管路9。初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1和第五循环回路5传输给供能末端25供暖。启动新风管路9，把室外新鲜空气送到室内同时可以根据室内湿度情况开启新风管路中的新风除湿换热器19或加湿器34，调节室内湿度。新风除湿换热器19从空气中吸收热量经次级压缩机20提升供能温度后，通过次级冷凝器21传输到第七循环回路7，同时启动第七循环回路7的热水循环泵30，加热热水水箱31并利用余热通过再加热器32给新风加热提升新风温度。此时如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路7，开启第八循环回路8，只加热热水水箱31。

参见图5，当只提供供暖、热水功能时，开启第一循环回路1、第三循环回路3、第五循环回路5和第八循环回路8，初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1、第五循环回路5传输给供能末端25供暖。新风除湿换热器19从空气中吸收热量经次级压缩机20提升供能温度后，通过次级冷凝器21传输到第八循环回路8，同时启动第八循环回路8的热水循环泵30，加热热水水箱31。当只提供供暖功能时，开启第一循环回路1和第五循环回路5，初级蒸发器10从空气中吸收热量经初级压缩机14提升温度后，通过第一循环回路1和第五循环回路5传输给供能末端25供暖。

在制冷、新风、湿度调节及供应热水工作方式下：

参见图6，当同时提供制冷、新风、热水功能，而且新风需要加热时，开启第一循环回路1、第三循环回路3、第五循环回路5、第七循环回路7及新风管路9。室内热量通过第五循环回路5将热量传输给初级冷凝器12，并经初级压缩机14升温后，经初级蒸发器10散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果。启动新风管路9，把室外新鲜空气送到室内同时可以根据室内湿度情况开启新风管路9中新风除湿换热器19或加湿器34，调节室内湿度。新风除湿换热器19从空气中吸收热量，降低空气温度达到露点以下，从而实现去除空气中水分达到除湿的目的，冷媒经次级压缩机20提升供能温度后，通过次级冷凝器21传输到第七循环回路7，同时启动第七循环回路7的热水循环泵30，加热热水水箱31并利用余热通过再加热器32给新风加热提升新风温度。此时如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路7，开启第八循环回路8，只加热热水水箱31。

参见图7，当只提供制冷、热水功能时，开启第一循环回路1、第三循环回路3、第五循环回路5和第八循环回路8，室内热量通过第五循环回路5将热量传输给初级冷凝器12，并经初级压缩机14升温后经初级蒸发器10散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果。新风除湿换热器19从空气中吸收热量经次级压缩机20提升供能温度后，通过次级冷凝器21传输到第八循环回路8，同时启动第八循环回路8的热水循环泵30，加热热水水箱31，提供生活热水。当只提供制冷功能时，开启第一循环回路1和第五循环回路5，室内热量通过第五循环回路5将热量传输给初级冷凝器12，并经初级压缩机14升温后经初级蒸发器10散发到空气中，如此不断循环达到制冷效果。

在新风、湿度调节和供应热水的工作模式下：

参见图8，当同时提供新风、生活热水时，启动第三循环回路3、第七循环回路7及新风管路9。新风管路9把室外新鲜空气送到室内同时，可以根据室内湿度情况开启新风管路9中新风除湿换热器19或加湿器34，调节室内湿度。新风除湿换热器19从空气中吸收热量经次级压缩机20提升供能温度后，通过次级冷凝器21传输到第七循环回路7，同时启动第七循环回路7的热水循环泵30，加热热水水箱31，并利用余热通过再加热器32给新风加热，提升新风温度。此时如果新风不需要加热，则关闭第七循环回路7，开启第八循环回路8，只加热热水水箱31。

参见图9，只需要提供新风时，启动新风管路9，通过全热交换器33预热室外新鲜空气后送入室内。

在以上任何工作方式下，在启动新风功能的情况下，新风管路中的新风除湿换热器19或加湿器34都可以启动或停止，将除湿或加湿后的空气送入室内，以实现室内湿度调节需求。

参见图1和图2，本发明在制热过程中，第一循环回路的循环路线为，制冷剂从初级蒸发器10的第一端口出来后依次进入四通阀11的第一端口a、四通阀11、四通阀11的第二端口b、初级压缩机14的进口端、初级压缩机14的出口端、四通阀11的第三端口c、四通阀11、四通阀11的第四端口d、初级冷凝器12的一次侧通道、初级膨胀阀13及初级蒸发器10的第二端口；

参见图1和图6，在制冷过程循环路线和制热过程相返，即：制冷剂从初级蒸发器10的第二端口出来后依次进入初级膨胀阀13、初级冷凝器12的一次侧通道、四通阀11的第四端口d、四通阀11、四通阀11的第二端口b、初级压缩机14的进口端、初级压缩机14的出口端、四通阀11的第三端口c、四通阀11、四通阀11的第一端口a及初级蒸发器10的第一端口。

本发明在调节室内温度的同时具有新风、提供生活热水的功能。新风管路配置有新风过滤装置、全热交换器、新风除湿交换器、加湿器、再加热器，在为室内提供新风的同时还具有调节室内湿度的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。