家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统的制作方法

本发明涉及空调/热泵供暖热水系统技术领域。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，长江以北地区需要供暖、空调、热水和除湿。供暖方式通常由市政热水管网或由燃气热水锅炉提供65-75℃热水给用户，用户室内安装暖气片散热器。暖气片散热器采用并联方式，连接到热水进水管和热水回水管。并联方式保证各暖气片散热量均等，各暖气片散热器温度基本一致。但是，许多小区由于种种原因，不能使用集中供暖，用户超量使用燃气价格贵，而热泵供暖是很节能的方式。但是，目前采用空气源热泵供暖遇到几个问题，目前技术尚有不足。目前小型热泵，除二氧化碳气体工质的热泵外，一般出水温度限定在55℃以下，屋内散热方式受到限制，一般采用地板供暖方式，因为地板供暖的水温在30-40℃，采用挂壁式暖气片时同等供热量的暖气片面积要比高温水供暖方式的大；要害的问题是，天气越冷供暖量需求越大，而热泵效率越低，不能与供热需求匹配，目前行业的解决方法是采用电辅助加热，即电加热器接在热泵热水出口管路上。虽然辅助电加热可以提供足够的热量供暖，但是暖气片温度必须升高，例如，设计热泵供暖的暖气片散热器供热水温为55℃，回水温度45℃，室内气温20℃，散热器平均传热温差为（55+45）/2 -20 = 30℃,而提高供热量50%，在换热器面积不变前提下传热平均温差要提高15℃，即供热水温为70℃，回水温度60℃，在这种情况下，热泵已经失去了供暖能力；只要供暖量增加30%，供热水温为65℃，回水温度55℃，热泵也失去作用。某大型名牌空调器专门生产商在合肥某小区150平方米房屋安装一套热泵地板供暖空调热水系统，由于冬季耗电量极大，供暖费超过热气供暖费一倍以上，用户不得不废14万多元安装的热泵供暖系统，而重新化1万多元改用热气锅炉供暖，产商总部来人维修，承认此机组开发不成功。

热气锅炉只能供热，不能供冷，有许多地方没有燃气，电是普及的；热泵是节能的产品，能够廉价提供低品位热量，能够制冷空调，有一机多用的优点，能否突破冬季供热负荷变动的瓶颈，把热泵产品推广到千家万户，为改善人们生活质量，节约能源贡献力量，这是本发明的宗旨。

技术实现要素：

为了克服现有热泵供暖方式的不足，发挥热泵的节能作用，本发明提出一种家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统，可以是在供暖负荷增大采用电辅助加热时热泵系统能够正常工作，并可发挥热泵廉价制热水和夏天制冷作用；本发明将通过改变供暖的散热片布置方式，根据家庭实际供暖、制冷、热水和除湿的需求，以及卧室和客厅活动时间和对供暖噪声忍受程度，组合热泵系统功能，实现本发明的目的。

本发明的家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统的技术方案

本发明的家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统包括：热泵制冷系统，热水散热器，水-风换热器，辅助电热水器，热水箱，循环水泵，电磁阀，手动阀门，温度传感器，压力传感器，电器控制系统；热泵制冷系统包括：压缩机、四通阀、水换热器、风换热器、节流器、气液分离器、温度和压力传感器；风换热器带有风扇；压缩机的排气口与四通阀的进气口连接，四通阀的进气口对侧布置有三个接口：左接口、中接口和右接口；四通阀的左接口与水换热器的制冷剂通路的进口连接，水换热器的制冷剂通路的出口与毛细管节流器的一端连接；毛细管节流器的另一端与风换热器的制冷剂通路的下端口连接，风换热器的制冷剂通路的上端口与四通阀的右接口连接；四通阀的中接口与气液分离器的进口连接；气液分离器的出口与压缩机的进口连接；所连成的热泵制冷回路内充有制冷剂；

其特征在于：

所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统,有两个热泵制冷系统，A系统和B系统，两个系统的水换热器的水路串联，水换热器串联水路的入口与供暖水路的回水总管的出口连接，水换热器串联水路的出口与辅助电热水器的进水口连接，辅助电热水器的出水口分两个接口，第一接口与供暖水路的进水总管的进口连接，在进水总管安装有第一电磁阀；在供暖水路的进水总管与回水总管之间根据房间供暖需求并联若干组组合水暖散热器，各组的进、出水支管上安装有水阀；所述的组合水暖散热器由前级水暖散热器和后级水暖散热器串联组成，即前级水暖散热器的出水口与后级水暖散热器的进口用管路连接，前级水暖散热器的进口与供暖水路的进水总管的分接口连接，后级水暖散热器的出口与回水总管的分接口；所述的水暖散热器是由数个单元散热片并联组成，每组水暖散热器在上连水管的末端安装有排气阀；供暖水路的回水总管上安装有热水循环泵；所述的辅助电热水器的出水口的第二接口，与水-风换热器的进水总管连接，水-风换热器的回水总管与热泵制冷系统的A系统的水换热器的进水口连接，回水总管上安装有第二循环水泵；在水-风换热器的进水总管和回水总管之间，根据需求安装一个或并联安装数个水-风换热器，每个水-风换热器支管路安装一个支路电磁阀，水-风换热器的附属风机可根据需求控制不同风速；所述的热水箱储存和提供生活热水，热水箱有上、中、下三个接口，其上接口为热水出口，与出水管连接，出水管上安装有出水阀，其中接口为循环进水口，与热泵制冷系统的B系统的水换热器的出水口连接，其连接管上安装一个生活水专用的第二电磁阀，其下接口并联两个接口，一个接口为循环出水口，与B系统的水换热器的进水口连接，其连接管上安装有的单向阀和循环水泵，单向阀出口后方的后半段连接管路和循环水泵可以与供暖水路的回水总管及其循环水泵共用，另一个接口为自来水进口，安装有自来水进水阀；在A系统和B系统的水换热器的串联水路中间安装有第三电磁阀，以便在A系统制冷而B系统制热水时起分隔生活热水循环和制冷空调水循环的作用；所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统中，增添一条除湿时辅助加热管路，管路的一端连接在B系统的水换热器的出水管的第二、三电磁阀之间的管段上分接口上，管路的另一端连接在供暖水路的进水总管第一电磁阀之后的管段上的分接口上，在除湿时辅助加热管路上安装有第四电磁阀；

在B系统的进水管上，在B系统和A系统的水换热器的出水管上，在辅助电热水器的出水口，在热水箱的出水口和在水-风换热器的回水总管上分别布置有第1、2、3、4、5和6温度传感器；

所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统可组织热水和热风联合或分别独立供暖，供生活热水，制冷空调，除湿制冷和除湿辅助加热循环，除霜期不间断供热的多种运行方式；

所述的热水供暖热水和热风联合或分别独立供暖运行方式是，热泵制冷系统的A和B系统执行热泵循环，其制冷剂循环路线是：压缩机→四通阀→水换热器→节流器→风换热器→四通阀→气液分离器→压缩机；其热水循环路线是： B系统的水换热器→A系统的水换热器→辅助电热水器→分两支路 →第一支路经第一电磁阀→组合水暖散热器→热水循环泵→B系统的水换热器；第二支路经水-风换热器→第二循环水泵→B系统的水换热器；控制方式是：热水和热风联合运行时，第一电磁阀、水-风换热器支管路上的支路电磁阀以及组合水暖散热器各进、出水支管上的水阀都打开；选择部分热水或部分热风供热运行时，关闭不运行换热器支路的阀门，保持需要运行换热器支路的阀门处于开通状态，热水循环泵和第二循环水泵开动；

所述的供生活热水运行方式是，热泵制冷系统的B系统执行热泵循环，其制冷剂循环路线是：压缩机→四通阀→水换热器→节流器→风换热器→四通阀→气液分离器→压缩机；其热水循环路线是： B系统的水换热器→第二电磁阀→热水箱→单向阀→热水循环泵→B系统的水换热器；控制方式是：第二电磁阀开通，第三、四电磁阀关闭，热水循环泵开动；取用热水时，开启自来水进水阀F1和出水阀F4；

所述的制冷空调运行方式是，热泵制冷系统的A系统执行制冷循环，其制冷剂循环路线是：压缩机→四通阀→风换热器→节流器→水换热器→四通阀→气液分离器→压缩机；其冷冻水循环路线是： A系统的水换热器→水-风换热器→第二循环水泵→A系统的水换热器；控制方式是：第一、三电磁阀关闭，水-风换热器支管路上的支路电磁阀开通，第二循环水泵开动；

所述的除湿制冷和除湿辅助加热循环运行方式，是由A系统执行制冷空调循环和联合B系统执行热泵循环共同完成的；除湿制冷时冷冻水循环路线与制冷空调的冷冻水循环路线相同；除湿辅助加热循环时，热水循环路线是：B系统的水换热器→第四电磁阀→组合水暖散热器→热水循环泵→B系统的水换热器；控制方式是：第一、二、三电磁阀关闭，第四电磁阀开通，组合水暖散热器各进、出水支管上的水阀开通，热水循环泵开动；

所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统的除霜期不间断供热的运行方式是，热泵制冷系统的A和B系统执行先后除霜，当A系统执行除霜运行时，A系统的执行制冷循环，B系统执行继续执行热泵循环；当B系统执行除霜运行时，B系统的执行制冷循环，A系统执行继续执行热泵循环；控制方式是，水-风换热器停止运行，其支管路上的支路电磁阀关闭；第一、三电磁阀开通，第二、四电磁阀关闭；热水循环泵开动，第二循环水泵停止；

所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统，可用水-风换热器与水暖散热器串联运行方式，替代组合水暖散热器的前级水暖散热器；替代方案的管路连接方式是：水-风换热器的出水总管分两个支路，第一路为回水管，仍然与热泵制冷系统的A系统的水换热器的进水口连接，第一路的回水管上安装有第六电磁阀和第二循环水泵；第二路出水管与组合水暖散热器的进水总管连接，第二路出水管上安装有第七电磁阀；第一、六电磁阀关闭，第七电磁阀开通，系统执行热风和热水串联供暖运行方式；第一、六电磁阀开通，第七电磁阀关闭，系统执行热风和热水并联供暖运行方式；第一、七电磁阀关闭，第六电磁阀开通，系统的水-风换热器回路，可配合完成制冷空调、除湿运行方式；第一电磁阀开通，第六、七电磁阀关闭，配合完成除霜运行方式；

所述的家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统的水暖散热器可采用沿房屋墙壁与地面交界的墙角踢脚线处布置的散热板替换；

所述的家庭热泵供暖空调热水除湿组合系统的水暖散热器，也可采用布置在地板下的盘管式散热管替换。

本发明的创新点主要有：

1、所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统，采用两个热泵制冷系统的水换热器的水路串联供暖方式，比水换热器并联式的水流速提高一倍，可提高水换热器的传热能力；

2、本发明提出的组合水暖散热器由前级水暖散热器和后级水暖散热器串联组成，在采用辅助电热水器增加供暖功率和保障热泵系统能在安全冷凝压力下正常运行起到至关重要的作用，例如，一般设计热泵供暖的暖气片散热器供热水温为55℃，回水温度45℃，室内气温20℃，散热器平均传热温差为（55+45）/2 -20 = 30℃；采用前、后级水暖散热器设计方案，前级供热水温为65℃，回水温度55℃，后级供热水温为55℃，回水温度45℃；则前级水暖散热器传热温差为40℃，比后级提高供热量33%，在前后级换热器面积相等条件下，允许比正常供暖增加辅助电加热功率16.5%，在气温下降热泵供热能力下降25%情况下，辅助电加热可以增加到40%；

3、另外，本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统的一个热泵制冷系统配置有水-风换热器有四个作用，第一在环境气温很低需要加大供暖功率时可以提高辅助电加热功率，通过水-风换热器增加供热量；第二可以在大客厅等需要快速供暖而无需连续供暖的房间使用；第三在夏季可以提供冷气；第四春天潮湿地区可以制冷除湿，并利用另一个热泵制冷系统供暖，平衡房间温度；

4、本发明设计有用热泵生产生活热水的循环系统，配备有热水箱，可以常年四季提供生活热水，比电热水器节能70%；

5、本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统采用A、B系统先后除霜方式，保证除霜期不间断供热，使屋内温度稳定，而且利用热泵生产的热水热量除霜，节省能量，通过四通阀反向，制冷剂做反热泵循环运行，除霜速度快，除霜彻底，除霜效果好。

本发明系统的最大特点是保证在供暖负荷增大而因为环境气温下降，需要用辅助电加热时热泵供暖系统能够正常运行，其次，可根据家庭不同房间和客厅的冷热需求，配置供暖方式和空调冷风机；再次，可常年提供廉价热水，节能，设备利用率高。先进性、创新性和实用性明显。

附图说明

图1是本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统实施例1的基本结构示意图，热风和热水联合供暖运行模式；

图2是本发明的实施例1处在A系统制冷空调和B系统热泵循环制生活热水运行模式；

图3是本发明的实施例1处在A系统制冷除湿和B系统热泵循环热水辅助补热运行模式；

图4是本发明的实施例1处在A系统制冷除霜和B系统热泵循环热水供暖运行模式；

图5是本发明的实施例1处在B系统制冷除霜和A系统热泵循环热水供暖运行模式。

图6是本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统实施例2的基本结构示意图，水-风换热器与水暖散热器串联运行方式，替代所述的组合水暖散热器的前级水暖散热器。

图7是本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统实施例3的基本结构示意图，采用沿房屋墙壁与地面交界的墙角踢脚线处布置的散热板替换实施例1的挂壁式的水暖散热器。

具体实施方式：

下面结合实施例及其附图，进一步说明本发明。但本本发明并不仅限于此。

实施例1

本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统的基本结构如图1所示，系统包括：两个热泵制冷系统，虚线方框中的A系统和B系统；前级热水散热器8a和后级热水散热器8b，水-风换热器10，辅助电热水器7，热水箱11，循环水泵9a，电磁阀，手动阀门，温度传感器，压力传感器，电器控制系统；热泵制冷系统包括：压缩机1、四通阀2、水换热器3a和3b、风换热器5、节流器4、气液分离器6、温度和压力传感器；风换热器带有风扇；压缩机的排气口与四通阀的进气口连接，四通阀的进气口对侧布置有三个接口：左接口、中接口和右接口；四通阀的左接口与水换热器的制冷剂通路的进口连接，水换热器的制冷剂通路的出口与毛细管节流器的一端连接；毛细管节流器的另一端与风换热器的制冷剂通路的下端口连接，风换热器的制冷剂通路的上端口与四通阀的右接口连接；四通阀的中接口与气液分离器的进口连接；气液分离器的出口与压缩机的进口连接；所连成的热泵制冷回路内充有制冷剂；

两个热泵制冷系统，A系统和B系统的水换热器3a和3b的水路串联，水换热器串联水路的入口与供暖水路的回水总管的出口连接，水换热器串联水路的出口与辅助电热水器7的进水口连接，辅助电热水器的出水口分两个接口，第一接口与供暖水路的进水总管的进口连接，在进水总管安装有第一电磁阀Df1；在供暖水路的进水总管与回水总管之间根据房间供暖需求并联若干组组合水暖散热器，挂壁布置，图1中只画出2组，各组的进、出水支管上安装有水阀F2；所述的组合水暖散热器由前级水暖散热器8a和后级水暖散热器8b串联组成，即前级水暖散热器的出水口与后级水暖散热器的进口用管路连接，前级水暖散热器的进口与供暖水路的进水总管的分接口连接，后级水暖散热器的出口与回水总管的分接口；所述的水暖散热器是由数个单元散热片并联组成，每组水暖散热器在上连水管的末端安装有排气阀Gf,示例图中相似形状的排气阀只一处标记Gf；供暖水路的回水总管上安装有热水循环泵9a；所述的辅助电热水器7的出水口的第二接口，与水-风换热器的进水总管连接，水-风换热器10的回水总管与热泵制冷系统的A系统的水换热器3a的进水口连接，回水总管上安装有第二循环水泵9b；在水-风换热器的进水总管和回水总管之间，根据需求安装一个或并联安装数个水-风换热器10，每个水-风换热器支管路安装一个支路电磁阀Df5，水-风换热器的附属风机可根据需求控制不同风速；所述的热水箱11储存和提供生活热水，热水箱有上、中、下三个接口，其上接口为热水出口，与出水管连接，出水管上安装有出水阀F4,其中接口为循环进水口，与热泵制冷系统的B系统的水换热器3b的出水口连接，其连接管上安装一个生活水专用的第二电磁阀Df2，其下接口并联两个接口，一个接口为循环出水口，与B系统的水换热器3a的进水口连接，其连接管上安装有的单向阀Dx和循环水泵9a，单向阀出口后方的后半段连接管路和循环水泵可以与供暖水路的回水总管及其循环水泵共用，另一个接口为自来水进口，安装有自来水进水阀F1；在A系统和B系统的水换热器的串联水路中间安装有第三电磁阀Df3，以便在A系统制冷而B系统制热水时起分隔生活热水循环和制冷空调水循环的作用；所述的热泵供暖空调热水除湿组合系统中，增添一条除湿时辅助加热管路L，管路L的一端连接在B系统的水换热器3b的出水管的第二、三电磁阀Df2、Df3之间的管段上分接口上，管路的另一端连接在供暖水路的进水总管第一电磁阀DF1之后的管段上的分接口上，在除湿时辅助加热管路上安装有第四电磁阀Df4；

在B系统的进水管上，在B系统和A系统的水换热器的出水管上，在辅助电热水器的出水口，在热水箱的出水口和在水-风换热器的回水总管上分别布置有第1、2、3、4、5和6温度传感器T1、T2、T3、T4、T5和T6；

图1所示为实施例1的热泵供暖空调热水除湿组合系统，执行热水供暖热水和热风联合供暖运行方式的流程示意图，此方式运行时热泵制冷系统的A和B系统执行热泵循环，例如A或B系统的制冷剂循环路线是：压缩机1→四通阀2→水换热器3a或3b→节流器4→风换热器5→四通阀2→气液分离器6→压缩机；其热水循环路线是： B系统的水换热器3b→A系统的水换热器3a→辅助电热水器7→分两支路 →第一支路经第一电磁阀Df1→组合水暖散热器8a+8b→热水循环泵9a→B系统的水换热器3a；第二支路经水-风换热器10→第二循环水泵9b→B系统的水换热器3a；控制方式是：热水和热风联合运行时，第一电磁阀Df1、水-风换热器支管路上的支路电磁阀Df5以及组合水暖散热器各进、出水支管上的水阀F2、F3都打开；选择部分热水或部分热风供热运行时，关闭不运行换热器支路的阀门，保持需要运行换热器支路的阀门处于开通状态，热水循环泵和第二循环水泵开动。

图2所示为实施例1的热泵供暖空调热水除湿组合系统，执行A系统制冷空调和B系统热泵循环制生活热水运行模式，流程示意图；此方式运行时热泵制冷系统的A系统执行制冷循环，其制冷剂循环路线是：压缩机1→四通阀2→风换热器5→节流器4→水换热器3a→四通阀2→气液分离器6→压缩机；其冷冻水循环路线是：A系统的水换热器3a→水-风换热器10→第二循环水泵9b→A系统的水换热器3a；控制方式是：第一、三电磁阀Df1、Df3关闭，水-风换热器支管路上的支路电磁阀Df5开通，第二循环水泵9b开动；B系统执行热泵循环制生活热水运行模式，其制冷剂循环路线是：压缩机1→四通阀2→水换热器3b→节流器4→风换热器5→四通阀2→气液分离器6→压缩机1；其热水循环路线是： B系统的水换热器3b→第二电磁阀2→热水箱11→单向阀Dx→热水循环泵9a→B系统的水换热器3b；控制方式是：第二电磁阀Df2开通，第一、三、四电磁阀Df1、Df3、Df4关闭，热水循环泵9a开动；取用热水时，开启自来水进水阀F1和出水阀F4。

图3是本发明的实施例1处在A系统制冷除湿和B系统热泵循环热水辅助补热运行模式示意图，此模式运行由A系统执行制冷空调循环和联合B系统执行热泵循环共同完成的；除湿制冷时冷冻水循环路线与制冷空调的冷冻水循环路线相同；除湿辅助加热循环时，热水循环路线是：B系统的水换热器3a→第四电磁阀Df4→组合水暖散热器8a+8b→热水循环泵9a→B系统的水换热器3a；控制方式是：第一、二、三电磁阀Df1、 Df2、 Df3关闭，第四电磁阀Df4开通，组合水暖散热器各进、出水支管上的水阀F2、F3开通，热水循环泵9a开动；

图4是本发明的实施例1处在A系统制冷除霜和B系统热泵循环热水供暖运行模式示意图，此模式运行时A系统的制冷剂执行制冷循环，A系统的制冷剂从流过水换热器3a的热水中吸热，在风换热器5中放热，使风换热器盘管翅片上的结霜被融化；而 B系统的制冷剂继续执行热泵循环，制冷剂通过风换热器与环境空气的热交换，吸收空气能，通过压缩机压缩，在水换热器3b放出压缩机输入功和吸收的空气能之和的能量，加热水；B系统的热水循环路线是：B系统的水换热器3b→A系统的水换热器3a→辅助电热水器7→第一电磁阀Df1→组合水暖散热器8a+8b→热水循环泵9a→B系统的水换热器3a；控制方式是，水-风换热器停止运行，其支管路上的支路电磁阀Df5关闭；第一、三电磁阀Df1、Df3开通，第二、四电磁阀关闭；热水循环泵开动，第二循环水泵停止。

图5是本发明的实施例1处在B系统制冷除霜和A系统热泵循环热水供暖运行模式示意图，此模式运行时B系统的制冷剂执行制冷循环，B系统的制冷剂从流过水换热器3b的热水中吸热，在风换热器5中放热，使风换热器盘管翅片上的结霜被融化；而 A系统的制冷剂继续执行热泵循环，加热水；A系统的热水循环路线是：A系统的水换热器3a→辅助电热水器7→第一电磁阀Df1→组合水暖散热器8a+8b→热水循环泵9a→B系统的水换热器3a→ A系统的水换热器3a；控制方式是，水-风换热器停止运行，其支管路上的支路电磁阀Df5关闭；第一、三电磁阀Df1、Df3开通，第二、四电磁阀关闭；热水循环泵开动，第二循环水泵停止。

实施例2，图6是本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统实施例2的基本结构示意图，实施例2与实施例1除了水-风换热器与水暖散热器连接方式有所改动和水暖散热器取消了前级的水暖散热器外，其它系统连接方式相同；实施例2水-风换热器与水暖散热器串联运行方式，替代所述的组合水暖散热器的前级水暖散热器；替代方案的管路连接方式是：水-风换热器10的出水总管分两个支路，第一路为回水管，与热泵制冷系统的A系统的水换热器3a的进水口连接，第一路的回水管上安装有第六电磁阀Df6和第二循环水泵9b；第二路出水管与组合水暖散热器的进水总管连接，第二路出水管上安装有第七电磁阀Df7；图6所示为水-风换热器与水暖散热器串联运行方式，系统的第一、六电磁阀Df1、Df6关闭，第七电磁阀Df7开通；其它运行方式的电磁阀开通与关闭状态没有在图6中表示，为节省篇幅，给予文字说明：当第一、六电磁阀开通，第七电磁阀关闭，系统执行热风和热水并联供暖运行方式；当第一、七电磁阀关闭，第六电磁阀开通，系统的水-风换热器回路，可配合完成制冷空调、除湿运行方式；当第一电磁阀开通，第六、七电磁阀关闭，配合完成除霜运行方式。

图7是本发明的热泵供暖空调热水除湿组合系统实施例3的基本结构示意图，采用沿房屋墙壁与地面交界的墙角踢脚线处布置的散热板8替换实施例1的挂壁式的水暖散热器。