全空气循环冷热交换空气源热泵系统的制作方法

本实用新型涉及空气源热泵系统技术领域，具体涉及一种全空气循环冷热交换空气源热泵系统，集制冷、制热、制取热水、蓄能等多种功能于一体。

背景技术：

空气能作为清洁环保低位热源，具有取之不尽，用之不竭，处处都有，可以无偿地获取的优点，使得空气源热泵系统在家庭及企事业单位冬季采暖和夏季制冷等方面得以大量应用。但是，现有技术的空气源热泵系统仍存在以下问题亟待解决：

1、现有空气源热泵地暖机系统设计复杂，安装难度较大、系统运行易故障报警、设备使用寿命短等，原系统有两种主要设备形式，即整体式(主机及热交换器一体，安装于室外)和分体式(主机及热交换器分体，主机在室外，交换器水模块在室内)，水模块交换器安装位置受限，维护麻烦，系统主要组成为空气源热泵主机、热交换水模块(整体式或分体式)、冷媒水热交换器(板换)部件、膨胀罐、过滤器、压力表、水流开关、压力开关、循环水泵、泄压阀、排气阀部件等零部件组成，系统较为复杂，不易操作及维护。

2、现有空气源热泵地暖机系统因设计、工艺等原因，主要问题在系统冬季制热化霜时(空气源热泵冬季化霜为制冷状态)，特别是冬季低温高湿“雨雪雾”天，化霜过程中系统由制热状态(逆卡诺循环)转换为制冷状态(卡诺循环)，现有系统一次换热系统设计原因，没有其他化霜通道，导致系统化霜时地暖循环水路由循环热水变为循环冷水，大幅降低空气源热泵地暖机采暖效果；严重影响采暖舒适度及增加能耗(降低了制热能效比)；另外整体式机组冬季运行时绝对不能断电，否则系统易冻坏，造成设备报废。

现有空气源热泵地暖机为解决机组冬季化霜系统缺陷，增加了应急措施，针对主机化霜问题改善了设计，通常采用系统加装电辅热或增加缓冲水箱等措施解决，但从实际应用看，即使加装了电辅热及小容积缓冲水箱，在冬季“雨雪雾”天制热效果仍不理想，且能耗太大；在连续低温高湿“雨雪雾”天气采暖影响更为明显；整体式机组为了防冻，通常办法是循环水改为循环防冻液，但冬季系统补充防冻液麻烦，给用户使用检修等带来极大不便。

3、现有的空气源热泵地暖(冷暖)机组，在夏季应用于恒温毛细管冷辐射制冷时，由于设计上只有一次液(冷媒R410a)-液(载冷热剂，如水)换热系统，不能实现行业提倡的高温制冷，系统控制“露点”问题不能很好解决，不能进行制冷运行时的“露点”控制；导致系统在应用于毛细管冷辐射时，冷辐射围护结构(如墙面、顶面)表面结露，致使现有的空气源热泵地暖(冷暖)机组很难应用于先进的恒温毛细管“无室内机”冷辐射制冷系统。

4、现有的风冷空气源热泵系统，普遍存在夏季制冷时室外主机因空气交换对流产生的废热没有加以回收利用，而是绝大部分直接排入大气，造成一定热源的浪费，造成一定的环境污染问题。现有的风冷空气源热泵系统，普遍存在冬季制热时室外主机因空气交换对流产生的废冷没有加以回收利用，而是绝大部分直接排入大气，造成一定冷源的浪费，造成一定的环境污染污染问题。

5、现有的风冷空气源热泵地暖机(属于风冷模块类水系统)系统因设计、工艺等原因，没有设计及配置热回收装置；热泵主机在工作时，有时因为主机周围通风不良、大面积主机集中安装或室外大气0-2级风时，会造成主机周围区域夏季过热，冬季过冷，直接或间接影响机组的工作效率，有时甚至会因主机周围环境过冷或过热而造成的主机死机。

6、目前，虽有文献记载，在空气源热泵室内机或/和室外机加装换热器，但室内换热器及室外换热器的循环介质皆为液体，基本为水或防冻液，系统在实际应用中，存在管线液体上冻、泄漏隐患、管线腐蚀、需要补液等问题，使用维护不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种应用方便、节能降耗、减排环保、无泄漏隐患的全空气循环冷热交换空气源热泵系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：全空气循环冷热交换空气源热泵系统，所述全空气循环冷热交换空气源热泵系统包括空气源热泵单元，所述空气源热泵单元包括通过冷媒管路连接的热泵室内机和热泵室外机；所述全空气循环冷热交换空气源热泵系统还包括：

室内气气换热单元，所述室内气气换热单元与所述热泵室内机的出风口连接，所述室内气气换热单元的输出端用于连接基本应用单元；

室外气气换热单元，所述室外气气换热单元包括与所述热泵室外机的进风口连接的室外机进风侧气气换热单元和与所述热泵室外机的出风口连接的室外机出风侧气气换热单元，所述室外机出风侧气气换热单元的输出端用于连接废能应用单元。

以下是对本实用新型的全空气循环冷热交换空气源热泵系统的多项进一步改进：

其中，所述室内气气换热单元包括：

室内气气换热器，所述室内气气换热器包括壳体和设置于所述壳体内腔的气气换热组件，所述壳体具有壳体进风口和壳体出风口，所述壳体进风口与所述热泵室内机的出风口连接，所述气气换热组件具有进气口和出气口，所述进气口与进气管连接，所述出气口与出气管连接，所述出气管或者所述进气管上设置有循环风机；

室内气气换热控制器，所述室内气气换热控制器设置有温湿度检测模块，所述循环风机与所述室内气气换热控制器电连接。

其中，所述气气换热组件包括内螺旋导流肋片铜管铝翼镀膜换热组件。

其中，所述壳体出风口通过循环风道与所述热泵室内机的进风口连接。

其中，所述进气管、所述出气管与所述基本应用单元连接，所述基本应用单元包括并联设置的空气循环风管地暖单元、空气循环风管制冷单元、气水换热生活热水单元。

其中，所述空气源热泵单元还包括热泵控制器和设置于所述热泵室内机的内机管温传感器，所述内机管温传感器、所述热泵室内机、所述热泵室外机分别与所述热泵控制器电连接。

其中，所述室外机进风侧气气换热单元、所述室外机出风侧气气换热单元皆包括：

室外气气换热器，所述室外气气换热器包括壳体和设置于所述壳体内腔的气气换热组件，所述气气换热组件具有进气口和出气口，所述进气口与进气管连接，所述出气口与出气管连接，所述出气管或者所述进气管上设置有循环风机；所述壳体具有壳体进风口和壳体出风口，所述室外机进风侧气气换热单元的所述壳体出风口与所述热泵室外机的进风口连接，所述室外机出风侧气气换热单元的所述壳体进风口与所述热泵室外机的出风口连接；

室外气气换热控制器，所述循环风机与所述室外气气换热控制器电连接。

其中，所述室外机出风侧气气换热单元的所述进气管、所述出气管与所述废能应用单元的输入端连接，所述废能应用单元包括废热应用单元和/或废冷应用单元；所述废热应用单元包括气水换热生活热水单元、废热烘干单元、地源蓄热单元；所述废冷应用单元包括辅助冷藏冷冻单元、地源蓄冷单元。

其中，所述室外机进风侧气气换热单元的所述进气管、所述出气管与所述废能应用单元的输出端连接，或者与太阳能单元连接，或者与燃气炉废热单元连接。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果如下：

由于本实用新型的全空气循环冷热交换空气源热泵系统包括空气源热泵单元、与空气源热泵单元的热泵室内机的出风口连接的室内气气换热单元、与空气源热泵单元的热泵室外机的进风口连接的室外机进风侧气气换热单元、与热泵室外机的出风口连接的室外机出风侧气气换热单元，室内气气换热单元的输出端连接基本应用单元，室外机出风侧气气换热单元的输出端连接废能应用单元；通过室外机进风侧气气换热单元，夏季由其他冷源(地源蓄冷、相变蓄冷、谷电冰蓄冷、其他形式废冷气体等)给室外机进风侧气气换热单元提供冷量，可以增加主机运行效率及提高稳定性，冬季由其他热源(地源蓄热、相变蓄热、燃气炉类废热、太阳能热量、其他形式废热气体等)给室外机进风侧气气换热单元提供热量可以增加主机运行效率、延迟化霜及提高稳定性，前置的室外机进风侧气气换热单元为主机起到增效作用；通过室外机出风侧气气换热单元，能够对空气源热泵主机产生的废冷废热加以回收利用，提高机组能效比，既节能降耗、减排环保、实用高效，又避免了主机周围环境因过冷或过热而造成主机能效衰减或死机，保障机组运行高效、稳定可靠。

通过室内气气换热单元，夏季制冷工况时，空气源热泵单元运行，实现冷媒与空气的一次换热，换热后的空气由热泵室内机进入室内气气换热器的壳体内腔，与气气换热组件内的空气进行热交换，实现二次换热后的空气用于室内冷辐射制冷，冷辐射是通过预埋在建筑物顶部内的风管冷桥，循环冷空气来实现冷辐射功能；同时，温湿度检测模块检测室内温度与湿度指标，其中一个指标达到设定值时，室内气气换热控制器即控制循环风机停止运行，从而避免因湿度过高或温度过低造成冷辐射围护结构表面结露，对制冷运行时的“露点”进行了有效控制，实现了行业内倡导的“高温制冷”目标，节能舒适、安全无隐患。

冬季制热工况时，空气源热泵单元运行，实现冷媒与空气的一次换热，换热后的空气由热泵室内机进入室内气气换热器的壳体内腔，与气气换热组件内的空气进行热交换，实现二次换热后的空气用于室内热辐射制热，热辐射是通过预埋在建筑物地面内的风管热桥，循环热空气来实现热辐射地暖功能；实现了行业内倡导的“低温制热”目标，节能舒适、安全无隐患。

由于室内气气换热单元、室外机进风侧气气换热单元、室外机出风侧气气换热单元的循环换热介质皆为空气，清洁、环保、安全，系统运行过程中，不会存在管线液体上冻、泄漏隐患、管线腐蚀、需要补液等问题，使用及维护安全方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例的全空气循环冷热交换空气源热泵系统简图；

图2是图1的应用流程示意图；

图中：I-空气源热泵单元；II-室内气气换热单元；III-基本应用单元；IV-室外机进风侧气气换热单元；V-室外机出风侧气气换热单元；VI-废能应用单元；

11-热泵室内机；12-热泵室外机；13-热泵控制器；14-循环风道；15-冷凝水排放管线；21-室内气气换热器；22-气气换热组件；23-进气管；24-出气管；25-循环风机；26-室内气气换热控制器；27-补气支路；31-空气循环风管地暖单元；32-空气循环风管制冷单元；33-气水换热生活热水单元；41-进风侧室外气气换热器；42-气气换热组件；43-进气管；44-出气管；45-循环风机；46-进风侧室外气气换热控制器；47-补气支路；51-出风侧室外气气换热器；52-气气换热组件；53-进气管；54-出气管；55-循环风机；56-出风侧室外气气换热控制器；57-补气支路；61-辅助冷藏冷冻单元；62-废热烘干单元；63-地源蓄能单元。

图1中，箭头表示空气流向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的非限制性说明。

如图1和图2共同所示，本实用新型的全空气循环冷热交换空气源热泵系统包括：空气源热泵单元I、室内气气换热单元II、室外机进风侧气气换热单元IV和室外机出风侧气气换热单元V。室外机出风侧气气换热单元V可设置于主机循环风机前端或后端。

其中，空气源热泵单元I包括热泵控制器13和通过冷媒管路连接的热泵室内机11与热泵室外机12；热泵室内机11设置有内机管温传感器，内机管温传感器、热泵室内机11、热泵室外机12分别与热泵控制器13电连接。空气源热泵单元I属于本领域技术人员的公知技术，在此不再详细赘述。室内气气换热单元II与热泵室内机11的出风口通过软连接连接，室内气气换热单元II的输出端连接基本应用单元III，基本应用单元III主要包括并联设置的空气循环风管地暖单元31、空气循环风管制冷单元32、气水换热生活热水单元33。室外机进风侧气气换热单元IV与热泵室外机12的进风口连接，室外机出风侧气气换热单元V与热泵室外机12的出风口连接VI，室外机出风侧气气换热单元V的输出端连接废能应用单元VI。

其中，室内气气换热单元II包括室内气气换热器21和室内气气换热控制器26。室内气气换热控制器26置有用于检测温度和湿度的温湿度检测模块。室内气气换热器21包括壳体和设置于壳体内腔的气气换热组件22，壳体具有壳体进风口和壳体出风口，壳体进风口与热泵室内机11的出风口连接，气气换热组件22具有进气口和出气口，进气口与进气管23连接，出气口与出气管24连接，出气管24上设置有循环风机25，循环风机25与室内气气换热控制器26电连接，循环风机25也可以设置于进气管23上；出气管24上还设置有公知的泄压阀、过滤器、压力表、温度表等部件。进气管23还连接有用于补充空气的补气支路27，补气支路27上设置有单向阀。

其中，为了增强换热效果，气气换热组件22优选采用高效内螺旋导流肋片铜管铝翼镀膜换热组件，即，在铜管内部设置有内螺旋导流肋片在铜管外套设有铝翅片，在换热组件的外表面涂覆有吸热膜。内螺旋导流肋片铜管、铝翅片、吸热膜皆属于本领域技术人员的熟知技术，在此不再详细图示及赘述。

如图1所示，其中，室内气气换热器21的壳体出风口通过循环风道14与热泵室内机11的进风口连接，如此连接，可以形成室内空气闭式循环。当然，也可以设计成本领域技术人员熟知的开式循环方式，在此不再赘述。

如图1所示，其中，室内气气换热器21的壳体、热泵室内机11皆与冷凝水排放管线15连接，便于汇集、排放制冷工况下产生的冷凝水。

如图1所示，室外机进风侧气气换热单元IV与室外机出风侧气气换热单元V结构基本相同。

其中，室外机进风侧气气换热单元IV包括进风侧室外气气换热器41和进风侧室外气气换热控制器46。进风侧室外气气换热器41包括壳体和设置于壳体内腔的气气换热组件42，气气换热组件42具有进气口和出气口，进气口与进气管43连接，出气口与出气管44连接，出气管44上设置有循环风机45，循环风机45与室外气气换热控制器46电连接；壳体具有壳体进风口和壳体出风口，进风侧室外气气换热器41的壳体出风口与热泵室外机12的进风口连接。

其中，室外机出风侧气气换热单元V包括出风侧室外气气换热器51和出风侧室外气气换热控制器56。出风侧室外气气换热器51包括壳体和设置于壳体内腔的气气换热组件52，气气换热组件52具有进气口和出气口，进气口与进气管53连接，出气口与出气管54连接，出气管54上设置有循环风机55，循环风机55与室外气气换热控制器56电连接；壳体具有壳体进风口和壳体出风口，出风侧室外气气换热器51的壳体进风口与热泵室外机12的出风口连接。

如图1和图2共同所示，其中，室外机出风侧气气换热单元V的进气管53、出气管54与废能应用单元VI的输入端连接，废能应用单元VI包括废热应用单元、废冷应用单元。废热应用单元包括上述气水换热生活热水单元33、废热烘干单元62、地源蓄热单元等；废热烘干单元62，例如，可以是用于煤泥、酒渣类、薯渣类、豆渣等各种物料的烘干单元。废冷应用单元包括辅助冷藏冷冻单元61、地源蓄冷单元等，辅助冷藏冷冻单元61可用于自带冷藏源的食品冷藏或冷冻库的辅助制冷。其中，地源蓄能单元63包括埋设于地表以下30-50米土壤中的直径在25-32毫米的立式双U型蓄能管网(图中未示出)，在制冷工况时，地源蓄能单元63可用作地源蓄热单元，实现地源蓄热功能，以备冬季应用辅助制热；在制热工况时，地源蓄能单元63可用作地源蓄冷单元，实现地源蓄冷能，以备夏季应用辅助制冷。显然，废热应用单元、废冷应用单元不局限于上述列举的几种方式，还可应用于其他需要用热、用冷的场合。

其中，室外机进风侧气气换热单元IV的进气管43、出气管44与废能应用单元VI的输出端连接，可以将室外机出风侧气气换热单元V回收存储于废能应用单元VI的冷量或热量应用于室外机进风侧气气换热单元IV，为热泵室外机12起到增效作用。或者，如图2所示，室外机进风侧气气换热单元IV的进气管43、出气管44还可以与太阳能单元连接，或者与燃气炉废热单元等连接。

本实用新型的全空气循环冷热交换空气源热泵系统工作过程如下：

本系统在夏季应用时，用于增效的前置式室外机进风侧气气换热单元由其他冷源(地源蓄冷、相变蓄冷、谷电冰蓄冷、其他形式废冷气体等)提供冷量，增加主机运行效率及提高稳定性；后置式室外机出风侧气气换热单元吸收主机废热，可以用于制取生活热水；吸收的主机废热可在地源地埋管等蓄热以备应用；吸收的主机废热在相变蓄能单元蓄热以备应用；本系统在夏季应用于恒温冷辐射制冷用途时，通过温湿度控制器断续循环，实现了行业内倡导的恒温“高温制冷”目标，节能舒适、安全无隐患，风管风循环系统由专用湿温度传感器信号控制风机循环及方向，系统除湿由内机解决，风循环系统能精确控制“露点”，围护结构表面不结露，克服了现有一次换热系统地暖机应用于恒温冷辐射制冷“露点”不易控制结构表面结露的通病。

本系统在冬季应用时，室外机出风侧气气换热单元吸收主机废冷，输出端与冷(藏)库进行冷热交换，实现辅助制冷功能；吸收的主机废冷，通过与埋设于地表下30-50米双U管向地下土壤散冷，实现地源蓄冷功能(蓄冷能量主要用于夏季辅助制冷应用或需要冷量的其他应用)；吸收的主机废冷，可以通过相变蓄能单元蓄冷备用；热泵室内机在冬季应用制热，热泵室外机在化霜时，热泵室内机具有“防冷风”功能，热泵室内机不工作(不出风)，保证了取暖效果。

本系统在春、秋、冬季应用时，春、秋、冬季制热水(优先)，热泵室外机化霜时，热泵室内机具有“防冷风”功能，热泵室内机不工作(不出风)；化霜(制冷状态)时，热泵室内机不与室内气气换热单元及带内置换热盘管的气水换热生活热水单元的热水箱进行热交换，同时在正常冬季应用于恒温热辐射制热用途时，通过温湿度控制器断续循环，实现了行业内倡导的恒温“低温制热”目标，节能舒适、安全无隐患，风管空气循环系统由专用湿温度传感器信号控制风机循环及方向，彻底解决了普通系统冬季在主机频繁化霜对热水、采暖系统造成降温影响的问题。