并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统 本发明涉及一种并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统。
所公布的中国发明专利“二级水环复合热泵驱动的采暖空调热水系统”(专利申请号：02104844.4)，由“户”字形水系统与复合热泵回路相耦合构成；通过太阳空气电热三能源互补，实现采暖空调热水三功能综合利用；载热/蓄热合二为一省略换热环节，融霜热/功损失小，加热热容损耗为0.5％，系统平均供热系数提高18％；4种优化运行技术使其全年运行；优化设置蓄热温度及双级热泵压比，使其适应环境温度-30～+43℃；运行20年初投资+运行费比现有技术降低20～45％。然而该系统在实际运行中存在下列问题：
1、所需7只电动阀中5只为双向流动的三通电动阀，对于中、大型系统而言，这种双向流动的三通电动阀很难找到，其成本非常高昂；
2、在严寒采暖时，一级充热时间过长，且蒸发器与冷凝器均未充分利用，使间断采暖的平均制热量随环境气温的降低而急剧衰减。
3、在制冷/热泵-空调+热水循环、气—水热泵热水循环、复合热泵采暖/热水循环、二级热泵采暖/热水循环等的水循环中，大部分需经过3-4个水阀，从而使其流动阻力较大。
本发明的目的是要继承二级水环复合热泵驱动的采暖空调热水系统在技术上的优势，改进其不足之处，提供一种确保严寒采暖效果、结构简单的并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统。
附图说明：
附图1为本发明的系统流程图；
附图2为本发明中三通阀组(16)的示意图。
本发明采用的技术方案，即并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统如附图1所示，其中：1-压缩机；2-高压开关；3-四通换向阀；4-空气蒸发/冷凝器；5-双向电磁阀；6-止回阀；7-高压贮液罐；8-干燥过滤器；9-视液镜；10-电子膨胀阀；11-蒸发/冷凝器；12-消音器；13-气液分离器；14-低压开关；15-辅助蒸发/冷凝器；16-三通阀组；17-过滤器；18-循环泵；19-逆止阀；20-辅助循环泵；21-风机盘管；22-闸阀；23-软管；24-热水器；25-二通阀；26-补水减压阀；27-膨胀罐；28-排气阀；29-排水阀；30-蓄热箱；31-电热器。
按照附图1所示的并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统：其由两个压缩机(1)与止回阀(6)的串联支路相互并联后，再顺次连接高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、相互并联的两个压缩机(1)与止回阀(6)的串联支路等，组成气-水热泵回路；辅助蒸发/冷凝器(15)冷媒侧通过双向电磁阀(5)、三通、管道等与空气蒸发/冷凝器(4)并联，以便替换空气蒸发/冷凝器(4)后，形成水-水热泵回路；
电子膨胀阀(10)的出口三通通过管道分别连接前进指向的止回阀(6)于蒸发/冷凝器(11)液态冷媒侧接口三通和2只并联双向电磁阀(5)的接口三通，而这两个三通再通过管道分别连接前进指向地止回阀(6)于高压贮液罐(7)的进口三通，以形成液态冷媒桥形供液回路；
蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧出口通过管道连接三通、三通，而三通通过管道连接三通、三通、循环泵(18)、逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧进口，形成风机盘管(21)/热水器(24)/蓄热箱(30)供冷/热回路；
辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧出口通过管道连接三通、辅助循环泵(20)、逆止阀(19)、三通、三通，而三通通过管道连接辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口，形成热水器(24)/蓄热箱(30)供/采热回路；
三通通过管道连接二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通，形成风机盘管(21)回路；
三通通过管道连接三通阀组(16)、热水器(24)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通，形成热水器(24)回路；
辅助循环泵(20)的排出口三通通过管道连接二通阀(25)、三通，辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口的三通通过管道连接过滤器(17)、热水器(24)回路中供水管上的三通阀组(16)，形成辅助热水器(24)回路；
辅助循环泵(20)的排出口三通通过管道连接蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口的三通，形成二级热泵采热回路；
蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧出口的三通通过管道连接二通阀(25)、二级热泵采热回路中过滤器(17)的进口三通，形成一级热泵充热供水管路；
上水通过定压管与补水减压阀(26)、三通、三通、闸阀(22)、膨胀罐(27)、循环泵(18)及辅助循环泵(20)的吸入口三通连接，形成双点定压支路；
排气阀(28)分别连接于循环泵(18)及辅助循环泵(20)的排出口三通，形成排气支路；
循环泵(18)吸入口三通通过管道连接排水阀(29)，形成排水支路。
三通阀组(16)可以是1只三通阀，也可以由2只二通阀(25)及1只三通相连接组成。
在风机盘管(21)的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的电热器(31)。
蒸发/冷凝器(11)和辅助蒸发/冷凝器(15)可以是壳管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器等冷媒-载冷剂换热器。
载冷剂可以是水、乙二醇溶液、盐水、三氯乙稀溶液、防冻液等。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、气—水热泵采暖循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成气—水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给风机盘管(21)系统。
2、制冷-空调循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成制冷循环，以把蒸发/冷凝器(11)中提取的低位空气热能泵至空气蒸发/冷凝器(4)中，向环境空气释放。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的蒸发冷量输送给风机盘管(21)系统。
3、气—水热泵热水循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成气—水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、三通阀组(16)、热水器(24)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。
4、制冷/热泵-空调+热水循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、辅助蒸发/冷凝器(15)冷媒侧、双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成制冷/热泵循环，以把蒸发/冷凝器(11)中提取的低位空气热能泵至辅助蒸发/冷凝器(15)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的蒸发冷量输送给风机盘管(21)系统。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、三通、热水器(24)、三通阀组(16)、过滤器(17)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成热水循环，以把辅助蒸发/冷凝器(15)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。
5、气—水一级热泵充热循环：两台并联压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、空气蒸发/冷凝器(4)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成气—水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器(4)中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、二通阀(25)、三通、蓄热箱(30)、三通、二通阀(25)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成充热循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的中位冷凝放热输送给蓄热箱(30)。
6、水—水二级热泵采暖循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、辅助蒸发/冷凝器(15)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成水—水二级热泵循环；以把辅助蒸发/冷凝器(15)中采集的中位蓄热热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给风机盘管(21)系统。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成采热循环，以把蓄热箱(30)内的中位蓄热热能输送给辅助蒸发/冷凝器(15)。
7、水—水二级热泵热水循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)、辅助蒸发/冷凝器(15)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成水—水二级热泵循环；以把辅助蒸发/冷凝器(15)中采集的中位蓄热热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、三通阀组(16)、热水器(24)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成采热循环，以把蓄热箱(30)内的中位蓄热热能输送给辅助蒸发/冷凝器(15)。
8、复合热泵采暖循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)及辅助蒸发/冷凝器(15)与双向电磁阀(5)及空气蒸发/冷凝器(4)形成的并联回路、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成复合热泵循环；以把辅助蒸发/冷凝器(15)与空气蒸发/冷凝器(4)中采集的热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、二通阀(25)、三通、闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)、三通、过滤器(17)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给风机盘管(21)系统。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成采热循环，以把蓄热箱(30)内的蓄热热能输送给辅助蒸发/冷凝器(15)。
9、复合热泵热水循环：单台压缩机(1)启动，以驱动冷媒流经止回阀(6)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、消音器(12)、蒸发/冷凝器(11)冷媒侧、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、双向电磁阀(5)及辅助蒸发/冷凝器(15)与双向电磁阀(5)及空气蒸发/冷凝器(4)形成的并联回路、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、压缩机(1)等，构成复合热泵循环；以把辅助蒸发/冷凝器(15)与空气蒸发/冷凝器(4)中采集的热能泵至蒸发/冷凝器(11)内。循环泵(18)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧、三通、三通、三通阀组(16)、热水器(24)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、三通、三通、循环泵(18)，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器(11)内的高位冷凝放热输送给热水器(24)。辅助循环泵(20)预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀(19)、三通、三通、蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧、三通、辅助循环泵(20)，构成采热循环，以把蓄热箱(30)内的蓄热热能输送给辅助蒸发/冷凝器(15)。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、水环路只需6只电动阀，且5只为二通电动阀，对于中、大型系统而言，技术难度降低，结构简单；
2、在严寒采暖时，一级充热时间大大缩短，且蒸发器与冷凝器均被充分利用，使间断采暖的平均制热量大幅度提高，从而确保严寒采暖效果；
3、夏季、春秋、冬季、严寒分别采用：制冷/热泵-空调+热水循环、气—水热泵热水循环、复合热泵采暖/热水循环、二级热泵采暖/热水循环4种优化运行技术来满足采暖、空调、热水三功能需求，使其实现全年运行，且运行效率始终最高，其运行20年初投资+运行费比空调+集热器或空调+电热器系统降低21.4～43.6％；
4、从蓄热箱(30)与环境空气中同时采热的复合热泵采暖/热水循环，无须四通换向阀(3)反向动作，通过控制空气蒸发/冷凝器翅片上的采热热流密度，从而在整个热泵采暖/热水循环中根本避免结霜现象；
5、在制冷/热泵-空调+热水循环、气—水热泵热水循环、复合热泵采暖/热水循环、二级热泵采暖/热水循环等的水循环中，大部分只经过1-2个水阀，从而使其流动阻力降低。
实施例
本发明提出的并联二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统的实施例如附图1所示，现说明如下：按照附图1所示的二级水环复合热泵驱动采暖空调热水系统：其由两个电功率4.0kW的全封闭涡旋式压缩机(1)与止回阀(6)的串联支路相互并联后，再通过直径20mm铜管顺次连接高压开关(2)、四通换向阀(3)、铜管套铝翅片式/换热面积40m2的空气蒸发/冷凝器(4)中R22的直径20mm进口，其直径10mm出口再通过直径10mm铜管顺次连接双向电磁阀(5)、止回阀(6)、高压贮液罐(7)、干燥过滤器(8)、视液镜(9)、电子膨胀阀(10)、止回阀(6)、换热面积1.5m2的板式蒸发/冷凝器(11)的R22进口，其出口再通过直径20mm铜管顺次连接消音器(12)、四通换向阀(3)、气液分离器(13)、低压开关(14)、相互并联的两个压缩机(1)与止回阀(6)串联支路等，组成气-水热泵回路；换热面积1.5m2的板式辅助蒸发/冷凝器(15)中R22的直径10mm进口与直径20mm出口通过铜管、双向电磁阀(5)及三通等与空气蒸发/冷凝器(4)并联，以便替换空气蒸发/冷凝器(4)后，形成水-水热泵回路；电子膨胀阀(10)的出口三通通过直径10mm铜管分别连接前进指向的止回阀(6)于蒸发/冷凝器(11)液态冷媒侧接口三通和2只并联双向电磁阀(5)的接口三通，而这两个三通再通过直径10mm铜管分别连接前进指向的止回阀(6)于高压贮液罐(7)的进口三通，以形成液态冷媒桥形供液回路；蒸发/冷凝器(11)载冷剂出口通过直径25mm钢管连接三通、三通，而三通通过直径25mm钢管连接三通、三通、流量3m3/h、扬程14mH2O的循环泵(18)、逆止阀(19)、三通、蒸发/冷凝器(11)载冷剂进口，形成风机盘管(21)/热水器(24)/蓄热箱(30)供冷/热回路；辅助蒸发/冷凝器(15)的载冷剂出口通过直径25mm钢管连接三通、流量2m3/h、扬程7mH2O的辅助循环泵(20)、逆止阀(19)、三通、三通，而三通通过直径25mm钢管连接辅助蒸发/冷凝器(15)的载冷剂进口，形成热水器(24)/蓄热箱(30)供/采热回路；三通通过直径25mm钢管连接二通阀(25)与五个直径20mm的并联支路：闸阀(22)、过滤器(17)、软管(23)、全热冷量3.7kW/供热量6.3kW的风机盘管(21)、软管(23)、闸阀(22)，然后再通过直径25mm钢管连接过滤器(17)、三通，形成风机盘管(21)回路；三通通过直径25mm钢管连接三通阀组(16)、1台厚1.2mm不锈钢板制成/直径300mm/长800mm热水器(24)中的直径20mm铝制加热盘管、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、三通，形成热水器(24)回路；辅助循环泵(20)的排出口三通通过直径25mm钢管连接二通阀(25)、三通，辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口的三通通过直径25mm钢管连接过滤器(17)、热水器(24)回路中供水管上的三通阀(16)，形成辅助热水器(24)回路；辅助循环泵(20)的排出口三通通过直径25mm钢管连接蓄热箱(30)、三通、过滤器(17)、二通阀(25)、辅助蒸发/冷凝器(15)载冷剂侧进口的三通，形成二级热泵采热回路；蒸发/冷凝器(11)载冷剂侧出口的三通通过直径25mm钢管连接二通阀(25)、二级热泵采热回路中过滤器(17)的进口三通，形成一级热泵充热供水管路；上水通过直径15mm定压钢管与补水减压阀(26)、三通、三通、闸阀(22)、容量51的膨胀罐(27)、循环泵(18)及辅助循环泵(20)的吸入口三通连接，形成双点定压支路；直径8mm排气阀(28)分别连接于循环泵(18)及辅助循环泵(20)的排出口三通，形成排气支路；循环泵(18)吸入口三通通过直径15mm钢管连接排水阀(29)，形成排水支路。在风机盘管(21)的盘管与出风口之间各设置一个1kW用于辅助加热空气的PTC电热器(31)。本发明实施例中的载冷剂是水。
本发明实施例在日平均环境气温7℃的气象条件下，循环供水温度45℃时，可实现采暖/热水制热功率13.9kW，热泵供热系数2.99，总输入电功率4.65kW，距离机组1m处运行噪音59dB，运行重量200kg；在日平均环境气温35℃的气象条件下，循环供水温度7℃时，可实现空调制冷功率12.0kW，热水供热功率15.5kW，冷/热联供系数6.21，总输入电功率4.43kW。