本發(fā)明涉及空氣源熱泵系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱泵在生活中應(yīng)用非常普遍，常見的冷暖空調(diào)是典型的熱泵系統(tǒng)。熱泵從低溫區(qū)吸取熱量，通過做功的形式轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)放出熱量，熱泵系統(tǒng)不是簡單的能量轉(zhuǎn)換，而是能量轉(zhuǎn)移，因而是節(jié)能的。

熱泵地暖系統(tǒng)是在熱泵空調(diào)基礎(chǔ)上，將高溫放熱區(qū)域由室內(nèi)環(huán)境改為熱水貯存的水箱和換熱器，它包含了熱泵系統(tǒng)和水系統(tǒng)，其中熱泵系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)類似，但換熱器形式不同，水系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)依靠水泵來維持水箱中水的流動。熱泵系統(tǒng)有一個特點，在環(huán)境溫度低于5.5℃時，蒸發(fā)器在工作一段時間后，翅片表面會結(jié)霜，影響換熱，制熱量會降低，當(dāng)霜層過厚，影響空氣流通，導(dǎo)致?lián)Q熱器無法和外界交換熱量，喪失熱泵制熱功能，不及時除霜會導(dǎo)致除霜不干凈，也會影響熱泵制熱效果。一般采用帶有電磁四通閥的管路轉(zhuǎn)換制冷劑流向，實現(xiàn)對室外機換熱器的除霜。

如上所述現(xiàn)有的熱泵系統(tǒng)除霜時，除霜所需的熱量需要從高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移，顯然如果從水箱中吸取熱量來對換熱器除霜，會使水箱溫度驟然降低，影響水溫，較低溫度水送入室內(nèi)地暖會使地暖的舒適性大幅降低。隨著除霜過程進行，水箱水溫降低，系統(tǒng)從水中提取除霜能量也在降低，影響除霜能力，現(xiàn)有空氣源熱泵系統(tǒng)除霜過程均存在以上問題。

除霜能量來自：壓縮機耗功轉(zhuǎn)化的熱量、室內(nèi)環(huán)境(或水箱內(nèi)水)吸取熱量、以及系統(tǒng)本身具有的一定熱容量等等。除霜所需能量不僅用在霜層融化，同時在化霜的過程中散失在低溫環(huán)境中。在相同系統(tǒng)條件下化霜能量主要取決于從室內(nèi)環(huán)境吸取熱量，吸取能量越大，除霜過程越短，對室內(nèi)溫度波動影響越小。

專利號為zl200710048397.1的發(fā)明專利，采用在主水箱和冷凝器后面設(shè)置輔助水箱和輔助蒸發(fā)器實現(xiàn)存儲系統(tǒng)余熱，在主水箱出口設(shè)置單向閥以及系統(tǒng)分支回路設(shè)置電磁閥，當(dāng)系統(tǒng)除霜過時，通過電磁閥開關(guān)以及單向閥，使制冷劑不再流經(jīng)主水箱而僅僅利用輔助水箱余熱，減少對用戶使用主水箱溫度影響。在多路系統(tǒng)同樣采用輔助水箱和輔助蒸發(fā)器以及相應(yīng)制冷回路設(shè)置單向閥和電磁閥來實現(xiàn)除霜過程中減少主水箱水溫影響。

然而，輔助水箱、輔助蒸發(fā)器和電磁閥等系統(tǒng)方案成本增加較大，其中電磁閥和單向閥應(yīng)用增加系統(tǒng)復(fù)雜性，影響系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有分布式結(jié)構(gòu)的具有多個回路熱泵的分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，包括水循環(huán)裝置和至少兩個熱泵裝置；所述水循環(huán)裝置包括內(nèi)部添加有防凍液的水箱、進水管、水泵和出水管；所述進水管的一端與水箱連通，所述出水管的一端與水箱連通，所述進水管和出水管的另一端與室內(nèi)鋪設(shè)的地暖線連通并封閉，所述進水管上設(shè)有水泵；所述熱泵裝置由壓縮機、電磁四通閥、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器沿制冷劑流通方向順序連接組成；所述冷凝器設(shè)于水箱內(nèi)。

優(yōu)選地，所述壓縮機可以是變頻壓縮機或變速壓縮機，所述壓縮機的形式可以是活塞式、轉(zhuǎn)子式或渦旋式。

優(yōu)選地，所述節(jié)流裝置采用的是毛細管或節(jié)流管或電子膨脹閥。

優(yōu)選地，所述熱泵裝置還包括與蒸發(fā)器對應(yīng)的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇連接風(fēng)扇電機。

目前常規(guī)空氣源熱泵供暖系統(tǒng)采用單一熱泵裝置和水箱進行匹配(以下我們稱之集中式)，如根據(jù)符合需要14400w熱泵系統(tǒng)，常規(guī)做法就是采用14400w熱泵匹配水箱實現(xiàn)供暖。而本發(fā)明采用分布式熱泵系統(tǒng)(以下稱分布式),即空氣源熱泵供暖系統(tǒng)采用至少兩套熱泵裝置，且熱泵裝置的冷凝器置于同一個水箱中，如上述例子，可以采用7200w+7200w的2組熱泵與一個含有2組冷凝器的水箱匹配。

分布式與集中式相比，分布式存在以下優(yōu)勢：

1、可以大量采用家用空調(diào)標準器件，成本比單一家用中央空調(diào)零部件便宜，實現(xiàn)制熱(冷)標準化、模塊化組合；

2、分布式工作變化范圍更廣。相同情況下一個14400w熱泵沒有2個7200w熱泵組合適應(yīng)工況能力強。

3、相同情況下分布式能效高于集中式熱泵，空調(diào)(熱泵)能力越大能效越低，以gb21455-2013轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級規(guī)定。

表1熱泵型轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能源效率等級指標

4、分布式熱泵組合使持續(xù)供熱實現(xiàn)可能：

4.1、多回路熱泵系統(tǒng)工作同時除霜的可能性小；

4.2、也可以通過兩套熱泵系統(tǒng)進行通訊控制解決同時除霜的問題，顯然當(dāng)其中一個熱泵回路除霜時，另一個熱泵回路仍然加熱水箱水溫，使水箱水溫變化小，同時也使熱泵低溫除霜速度加快，提高制熱效果。

分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)已經(jīng)無法使用集中式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的水箱，本發(fā)明還提供一種可用于分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的水箱，所述水箱的側(cè)圍頂部設(shè)有進水口，所述進水管連接進水口，所述水箱的側(cè)圍底部設(shè)有出水口，所述出水管連接出水口；所述冷凝器呈螺旋狀，所述冷凝器的進水口和出水口穿過水箱的頂部；兩組冷凝器中的其中一組冷凝器的內(nèi)徑大于另一組冷凝器的外徑，且較小的冷凝器設(shè)于較大的冷凝器的軸心處。

優(yōu)選地，所述水箱呈柱狀。

優(yōu)選地，所述冷凝器的進水口和出水口以水箱的軸心為中心均勻分布。

優(yōu)選地，所述較小的冷凝器與較大的冷凝器之間的距離為2cm-6cm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、用分布式結(jié)構(gòu)取代現(xiàn)有的集中式結(jié)構(gòu)，使用多個低功率熱泵組成達到單個高功率熱泵的效果，實現(xiàn)制熱(冷)標準化、模塊化組合，降低了生產(chǎn)成本和使用、維護成本；

2、當(dāng)部件出現(xiàn)故障，如熱泵出現(xiàn)故障時，原先需要更換一整個大功率熱泵，當(dāng)使用分布式結(jié)構(gòu)后，只需要更換某個出現(xiàn)故障的小功率熱泵，維修成本和維修難度均大大降低；

3、分布式結(jié)構(gòu)工作變化范圍更廣，適應(yīng)工況能力強；

4、分布式結(jié)構(gòu)能源效率高，節(jié)能環(huán)保；

5、當(dāng)其中一個熱泵回路除霜時，另一個熱泵回路仍然加熱水箱水溫，使水箱水溫變化小，同時也使熱泵低溫除霜速度加快，提高制熱效果；

6、減少了輔助水箱、輔助蒸發(fā)器、電磁閥和單向閥的使用，系統(tǒng)更簡化，穩(wěn)定性更高，當(dāng)然成本更低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的水循環(huán)裝置和熱泵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中水箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中水循環(huán)控制器和熱泵控制器的原理示意圖；

附圖標記：1-水箱、1a-進水口、1b-出水口、2-進水管、3-出水管、4-水泵、5a-壓縮機、6a-電磁四通閥、7a-冷凝器、8a-節(jié)流裝置、9a-蒸發(fā)器、10a-風(fēng)扇、11a-風(fēng)扇電機、5b-壓縮機、6b-電磁四通閥、7b-冷凝器、8b-節(jié)流裝置、9b-蒸發(fā)器、10b-風(fēng)扇、11b-風(fēng)扇電機、12-控制模塊、12a-控制模塊、12b-控制模塊、13-通訊模塊、13a-通訊模塊、13b-通訊模塊、14-傳感器模塊、14a-傳感器模塊、14b-傳感器模塊、15a-驅(qū)動模塊、15b-驅(qū)動模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

實施例

如圖1-2所示，一種可控除霜分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，包括水循環(huán)裝置、與水循環(huán)裝置對應(yīng)的水循環(huán)控制器、至少兩個熱泵裝置和與熱泵裝置對應(yīng)的熱泵控制器；所述水循環(huán)裝置包括內(nèi)部添加有防凍液的水箱1、進水管2、水泵4和出水管3；所述進水管2的一端與水箱1連通，所述出水管3的一端與水箱1連通，所述進水管2和出水管3的另一端與室內(nèi)鋪設(shè)的地暖線連通并封閉，所述進水管2上設(shè)有水泵4；所述兩個熱泵裝置分別為熱泵裝置a和熱泵裝置b，其中熱泵裝置a由壓縮機5a、電磁四通閥6a、冷凝器7a、節(jié)流裝置8a、蒸發(fā)器9a沿制冷劑流通方向順序連接組成；熱泵裝置b由壓縮機5b、電磁四通閥6b、冷凝器7b、節(jié)流裝置8b、蒸發(fā)器9b沿制冷劑流通方向順序連接組成；所述冷凝器7a和冷凝器7b均設(shè)于水箱1內(nèi)。

進水管2和水泵4用于向地暖線輸送熱水，出水管3用于將地暖線內(nèi)的冷水輸入水箱1。

本發(fā)明將現(xiàn)有集中式結(jié)構(gòu)的熱泵供暖系統(tǒng)改造成分布式結(jié)構(gòu)，其中熱泵裝置a與熱泵裝置b具有同樣的結(jié)構(gòu)，熱泵裝置的具體連接結(jié)構(gòu)以熱泵裝置a為例，電磁四通閥6a的其中兩端連接壓縮機5a的兩端，另一端連接冷凝器7a的一端，剩下的一端連接蒸發(fā)器9a的一端，冷凝器7a的另一端和蒸發(fā)器9a的另一端之間連接節(jié)流裝置8a。

目前常規(guī)空氣源熱泵供暖系統(tǒng)采用單一熱泵裝置和水箱進行匹配(以下我們稱之集中式)，如根據(jù)符合需要14400w熱泵系統(tǒng)，常規(guī)做法就是采用14400w熱泵匹配水箱實現(xiàn)供暖。而本發(fā)明采用分布式熱泵系統(tǒng)(以下稱分布式),即空氣源熱泵供暖系統(tǒng)采用至少兩套熱泵裝置，且熱泵裝置的冷凝器置于同一個水箱中，如上述例子，可以采用7200w+7200w的2組熱泵與一個含有2組冷凝器的水箱匹配。

采用本發(fā)明的分布式熱泵系統(tǒng)相比常規(guī)的集中式熱泵系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

1、用分布式結(jié)構(gòu)取代現(xiàn)有的集中式結(jié)構(gòu)，使用多個低功率熱泵組成達到單個高功率熱泵的效果，實現(xiàn)制熱(冷)標準化、模塊化組合，降低了生產(chǎn)成本和使用、維護成本；

2、當(dāng)部件出現(xiàn)故障，如熱泵出現(xiàn)故障時，原先需要更換一整個大功率熱泵，當(dāng)使用分布式結(jié)構(gòu)后，只需要更換某個出現(xiàn)故障的小功率熱泵，維修成本和維修難度均大大降低；

3、分布式結(jié)構(gòu)工作變化范圍更廣，適應(yīng)工況能力強；

4、分布式結(jié)構(gòu)能源效率高，節(jié)能環(huán)保；

5、當(dāng)其中一個熱泵回路除霜時，另一個熱泵回路仍然加熱水箱水溫，使水箱水溫變化小，同時也使熱泵低溫除霜速度加快，提高制熱效果，當(dāng)然，增加更多的回路可進一步使水箱水溫變化減小，對室內(nèi)溫度波動影響更加小，增加供暖系統(tǒng)的舒適感；

6、減少了輔助水箱、輔助蒸發(fā)器、電磁閥和單向閥的使用，系統(tǒng)更簡化，穩(wěn)定性更高，當(dāng)然成本更低。

分布式結(jié)構(gòu)的熱泵供暖系統(tǒng)因其各方面的優(yōu)點，更具有市場推廣價值。

在其中一個實施例中，以熱泵裝置a為例，所述壓縮機5a可以是變頻壓縮機或變速壓縮機，所述壓縮機5a的形式可以是活塞式、轉(zhuǎn)子式或渦旋式。

在另一個實施例中，以熱泵裝置a為例，所述節(jié)流裝置8a采用的是毛細管或節(jié)流管或電子膨脹閥。

在另一個實施例中，以熱泵裝置a為例，所述熱泵裝置還包括與蒸發(fā)器9a對應(yīng)的風(fēng)扇10a，所述風(fēng)扇10a連接風(fēng)扇電機11a。

風(fēng)扇10a可幫助蒸發(fā)器9a更高效的工作。

在另一個實施例中，所述熱泵裝置設(shè)置有四個。

在另一個實施例中，為適應(yīng)分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，所述水箱1的側(cè)圍頂部設(shè)有進水口1a，所述進水管2連接進水口1a，所述水箱1的側(cè)圍底部設(shè)有出水口1b，所述出水管4連接出水口1b；所述冷凝器呈螺旋狀，所述冷凝器的進水口和出水口穿過水箱的頂部；兩組冷凝器中的其中一組冷凝器7a的內(nèi)徑大于另一組冷凝器7b的外徑，且較小的冷凝器7b設(shè)于較大的冷凝器7a的軸心處。

在另一個實施例中，所述水箱1呈柱狀。

在另一個實施例中，所述冷凝器的進水口和出水口以水箱1的軸心為中心均勻分布；較小的冷凝器7b與較大的冷凝器7a之間的距離為2cm-6cm。

本發(fā)明的水箱具有如下優(yōu)點：

1、柱狀的水箱在同樣容積的情況下，其占地面積較?。?/p>

2、在水箱內(nèi)設(shè)置兩組一內(nèi)一外呈螺旋狀的冷凝器，特別適合分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，解決了分布式空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的水箱問題；

3、冷凝器呈螺旋狀，且一內(nèi)一外設(shè)置，即保證了各冷凝器的冷凝效果，也節(jié)省水箱的空間；

4、各冷凝器的進水口和出水口以水箱主體的軸心為中心均勻分布設(shè)置在水箱的頂部，便于統(tǒng)一維護管理；

5、冷凝器間距合理，避免冷凝器之間的相互影響，造成除霜效果不理想，導(dǎo)致水箱溫度波動大。

雖然，多回路熱泵系統(tǒng)工作同時除霜的可能性小，但是，并不代表不會出現(xiàn)多回路熱泵系統(tǒng)工作同時除霜，為此，本發(fā)明實施例還提供了控制除霜的系統(tǒng)，如圖3所示，該控制除霜的系統(tǒng)包括與水循環(huán)裝置對應(yīng)的水循環(huán)控制器以及與熱泵裝置對應(yīng)的熱泵控制器，其中所述水循環(huán)控制器包括控制模塊12以及與該控制模塊12連接的通訊模塊13和傳感器模塊14；熱泵裝置a對應(yīng)的熱泵控制器a包括控制模塊12a以及與該控制模塊12a連接的通訊模塊13a、傳感器模塊14a和驅(qū)動模塊15a，所述驅(qū)動模塊15a連接壓縮機5a；熱泵裝置b對應(yīng)的熱泵控制器b包括控制模塊12b以及與該控制模塊12b連接的通訊模塊13b、傳感器模塊14b和驅(qū)動模塊15b，所述驅(qū)動模塊15b連接壓縮機5b。

如上述控制除霜的系統(tǒng)，其控制方法的步驟如下：

a、兩個熱泵控制器中的其中一個熱泵控制器(假定為熱泵控制器a)的傳感器模塊14a感應(yīng)到該熱泵達到除霜條件時，根據(jù)通訊協(xié)議由通訊模塊13a發(fā)送滿足除霜條件的信號至水循環(huán)控制器；

b、水循環(huán)控制器由通訊模塊由通訊模塊13接收到熱泵控制器a發(fā)來的滿足除霜條件的信號后，反饋允許除霜信號給熱泵控制器a，并發(fā)送禁止除霜信號給熱泵控制器b；

c、熱泵控制器a接收到允許除霜信號后，熱泵控制器a控制與其連接的熱泵裝置a進行除霜，水循環(huán)控制器通過通訊協(xié)議可以檢測到熱泵裝置a完成除霜過程且恢復(fù)制熱到正常頻率和溫度后，這標志熱泵控制器a完成除霜；

d、當(dāng)水循環(huán)控制器判斷熱泵控制器a發(fā)來的完成除霜后，發(fā)送允許除霜信號給熱泵控制器b，熱泵控制器b接收到允許除霜信號后，控制與該熱泵控制器b連接的熱泵裝置b進行除霜。

通過上述控制過程可避免在同一時間段內(nèi)兩個熱泵裝置同時或連續(xù)銜接除霜。

在步驟b中，水循環(huán)控制器接收到熱泵控制器a發(fā)來的滿足除霜條件的信號后，檢測發(fā)送給熱泵控制器b的是否為允許除霜信號，如是，則反饋禁除霜信號給熱泵控制器a；如否，則反饋允許除霜信號給熱泵控制器a。

熱泵控制器發(fā)送給水循環(huán)控制器的通訊信號可采用如下協(xié)議：每個字節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是8位，可低位先發(fā)，除熱泵與水控制器相關(guān)狀態(tài)反饋的字節(jié)信息，在其中一個字節(jié)還包含除霜控制信息，其中一位代表是否滿足除霜條件，當(dāng)對應(yīng)熱泵滿足除霜條件時，該位置1；當(dāng)對應(yīng)熱泵處于正常制熱狀態(tài)時，該位置0。水循環(huán)控制器發(fā)送給熱泵控制器的通訊信號可采用類似的協(xié)議：每個字節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是8位，可低位先發(fā)，除熱泵與水控制器相關(guān)狀態(tài)反饋的字節(jié)信息，在其中一個字節(jié)還包含除霜控制信息，其中一位代表是否允許除霜，當(dāng)允許除霜時，該位置1；當(dāng)不允許除霜時，該位置0。

適當(dāng)放大柱狀水箱體積，無論是直徑或長度，顯然可以改造成一個水箱拖三組冷凝器或一個水箱拖四組冷凝器甚至更多。在實際應(yīng)用時，較大建筑以多個分布式熱泵系統(tǒng)作為標準模組來替代集中式大型熱泵，這樣方案可以起到：

1、減少水泵功率。大型集中式熱泵水路流程長，需要水泵壓頭高，中央空調(diào)水泵的耗電量非常大，而分體式熱泵可以就近安裝布置，分區(qū)域控制即可，水泵耗功率低。

2、分區(qū)域溫度可以分別精確控制，滿足不同區(qū)域不同用戶的溫度需求，用戶舒適度高；集中式一旦設(shè)定溫度，每個區(qū)域溫度調(diào)整空間不大，水路長，流經(jīng)區(qū)域多，熱量損失也大，對不同用戶舒適度差。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。