一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种空气源热泵技术，具体涉及一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统。

背景技术

热泵技术是基于热力制冷循环原理，通过制冷剂和消耗少量电能实现由低温热源向高温热源提供热量；基于热泵技术的空气源热泵安装使用方便，对环境污染较小，节能效果明显高于普通电加热等其它制热方式。

但是，空气源热泵在低温环境下运行存在很多不足，这些不足包括：（1）空气湿度较高时，空气源热泵容易结霜；（2）当前主要的除霜方式是采用压缩机工作换向操作，蒸发器变为冷凝器，制冷剂在蒸发器中冷凝放热完成化霜，除霜时间长、除霜效果差、除霜能耗大；（3）除霜时压缩机工作换向操作，制冷剂系统易产生不稳定现象，同时影响压缩机使用寿命；（4）随着室外温度的降低，建筑物的热负荷逐渐增大，而热泵的供热量逐渐减少，为了满足建筑物的热负荷，就得增加热泵容量，这样热泵容量过大，热泵建设投资增加，使用后热泵长期在部分负荷下运行，运行效率降低，从综合的经济效益和节能效果分析，单一的空气源热泵热源存在局限性。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中已经明确“在冬季寒冷、潮湿的地区，当室外设计温度低于当地平衡点温度，或对于室内温度稳定性有较高要求的空气调节系统，应设置辅助热源”。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统，其目的在于通过热水锅炉提供的辅助热源，既解决空气源热泵除霜的问题，又解决单一空气源热泵热源存在的局限性的问题。

本发明的有益效果是，热水锅炉提供的辅助热源，可以预防空气源热泵结霜、可以缩短空气源热泵50%以上的除霜时间，可以减少空气源热泵50%以上的除霜能耗；本发明的除霜方式，避免了压缩机工作频繁的换向操作，彻底消除了压缩机反向工作时制冷剂系统的不稳定现象，也大大的提高了压缩机的使用寿命；本发明的双热源系统，可以有效解决空气源热泵单一热源的局限性，通过双热源的配合，可以充分发挥空气源热泵在室外温度较高时的高能效优势，又可以弥补空气源热泵在室外温度较低时能效降低、供热量减少的短板，使本发明的双热源供热系统得到最佳的经济效益和节能效果。

为了实现上述目的，本发明提供的一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统包括空气源热泵单元、耦合加热单元、热水锅炉单元和耦合运行控制单元；空气源热泵单元和耦合加热单元通过耦合换热器实现热能传递；耦合加热单元和热水锅炉单元通过中继换热器实现热能传递；耦合运行控制单元实现空气源热泵单元、耦合加热单元和热水锅炉单元的自动耦合运行。

进一步的，所述的空气源热泵单元由压缩机、冷凝器、膨胀阀、耦合风机和耦合蒸发器通过管道连接组成；所述的耦合加热单元由耦合散热器、循环液泵和中继换热器通过管道连接组成；所述的热水锅炉单元由中继换热器、循环水泵和热水锅炉通过管道连接组成；所述的耦合运行控制单元由耦合测量模块、耦合控制电脑和耦合控制模块组成；所述的耦合换热器由耦合风机、耦合蒸发器和耦合散热器组成一体。

进一步的，所述的热水锅炉可以是蓄热热水锅炉、或燃气热水锅炉、或生物质热水锅炉、或余热热水锅炉中的一种。

附图说明

图1是本发明的产品结构示意图。

图2是本发明的除霜模式图。

图3是本发明的热泵供热模式图。

图4是本发明的耦合供热模式图。

图中，Ⅰ—空气源热泵单元；Ⅱ—耦合加热单元；Ⅲ—热水锅炉单元；Ⅳ—耦合运行控制单元；Ⅴ—耦合换热器；1—压缩机；2—冷凝器；3—膨胀阀；4—耦合风机；5—耦合蒸发器；6—耦合散热器；7—循环液泵；8—中继换热器；9—循环水泵；10—热水锅炉；11—耦合测量模块；12—耦合控制电脑；13—耦合控制模块；a—锅炉供水；b—锅炉回水；c—防冻液；d—空气；e—制冷剂；f—机组供水；g—机组回水。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅是发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施方式一，请参阅图1，一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统包括空气源热泵单元Ⅰ、耦合加热单元Ⅱ、热水锅炉单元Ⅲ和耦合运行控制单元Ⅳ；空气源热泵单元Ⅰ和耦合加热单元Ⅱ通过耦合换热器Ⅴ实现热能传递；耦合加热单元Ⅱ和热水锅炉单元Ⅲ通过中继换热器8实现热能传递；耦合运行控制单元Ⅳ实现空气源热泵单元Ⅰ、耦合加热单元Ⅱ和热水锅炉单元Ⅲ的自动耦合运行。

本发明的实施方式二，是对实施方式一的进一步说明，所述的空气源热泵单元Ⅰ由压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、耦合风机4和耦合蒸发器5通过管道连接组成；所述的耦合加热单元Ⅱ由耦合散热器6、循环液泵7和中继换热器8通过管道连接组成；所述的热水锅炉单元Ⅲ由中继换热器8、循环水泵9和热水锅炉10通过管道连接组成；所述的耦合运行控制单元Ⅳ由耦合测量模块11、耦合控制电脑12和耦合控制模块13组成；所述的耦合换热器Ⅴ由耦合风机4、耦合蒸发器5和耦合散热器6组成一体。

本发明的实施方式三，是对实施方式一的进一步说明，所述的热水锅炉10可以是蓄热热水锅炉、或燃气热水锅炉、或生物质热水锅炉、或余热热水锅炉中的一种。

本发明的实施方式四，请参阅图2、图3、图4，是对实施方式一的进一步说明，所述的一种热水锅炉辅助加热的空气源热泵系统包括如下三种运行模式：

A、除霜模式：请参阅图2，耦合测量模块11将系统实时工况上传给耦合控制电脑12，当耦合控制电脑12判断系统发生结霜时，把除霜模式指令下传给耦合控制模块13，耦合控制模块13将空气源热泵单元Ⅰ停止运行，将耦合加热单元Ⅱ、热水锅炉单元Ⅲ启动运行；该模式下热水锅炉单元Ⅲ的循环流程：由热水锅炉10加热的锅炉供水a，进入中继换热器8将热量传递给防冻液c，锅炉回水b在循环水泵9的作用下，回到热水锅炉10继续加热，进入下一次循环；该模式下耦合加热单元Ⅱ的循环流程：由锅炉供水a加热的防冻液c，进入耦合散热器6将热量传递给耦合蒸发器5和空气d，防冻液c在循环液泵7的作用下，回到中继换热器8继续加热，进入下一次循环；该模式下由耦合散热器6传递给耦合蒸发器5和空气d的热量，将耦合蒸发器5表面的结霜快速融化；

B、热泵供热模式，本模式适合环境温度高于热泵供热平衡点温度（热泵所提供的热量与建筑物热负荷相等时所对应的温度称为热泵平衡点温度，下同）的供热工况：请参阅图3，耦合测量模块11将系统实时工况上传给耦合控制电脑12，当耦合控制电脑12判断系统未发生结霜、且环境温度高于热泵供热平衡点温度、且符合供热设定条件时，把热泵供热模式指令下传给耦合控制模块13，耦合控制模块13将空气源热泵单元Ⅰ启动运行，将耦合加热单元Ⅱ、热水锅炉单元Ⅲ停止运行；该模式下空气源热泵单元Ⅰ的循环流程：制冷剂e在耦合蒸发器5内吸收空气d的热能，进入压缩机1，压缩形成的高温高压制冷剂e进入冷凝器2，在冷凝器2中制冷剂e将热量传递给机组回水g，然后制冷剂e进入膨胀阀3降压降温，低温低压的制冷剂e继续回到耦合蒸发器5内吸收空气d的热能，制冷剂e进入下一次循环；该模式下，空气d在耦合风机4的抽吸下，依次进入耦合散热器6、耦合蒸发器5，最后从耦合风机4排出；该模式下由制冷剂e加热的机组供水f进入热网实现供热；

C、耦合供热模式，本模式适合环境温度低于热泵供热平衡点温度的供热工况：请参阅图4，耦合测量模块11将系统实时工况上传给耦合控制电脑12，当耦合控制电脑12判断系统未发生结霜、且环境温度低于热泵供热平衡点温度、且符合供热设定条件时，把耦合供热模式指令下传给耦合控制模块13，耦合控制模块13将空气源热泵单元Ⅰ、耦合加热单元Ⅱ、热水锅炉单元Ⅲ同时启动运行；该模式下空气源热泵单元Ⅰ的循环流程同上述B模式；该模式下耦合加热单元Ⅱ、热水锅炉单元Ⅲ的循环流程同上述A模式；该模式下由耦合散热器6传递给耦合蒸发器5和空气d的热量，被制冷剂e有效吸收进入空气源热泵单元Ⅰ，由制冷剂e加热的机组供水f进入热网实现耦合供热；该模式下通过提高进入耦合蒸发器5的空气d的温度，实现热泵实际性能系数COP的提高，最终实现热水锅炉10向机组供水f提供热能的目的。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。