申請(qǐng)日2016.04.29

　　公開(kāi)(公告)日2016.07.20

　　IPC分類號(hào)F24D15/04; F24D19/10; F28G9/00; F28G15/00

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)及控制方法，其特征是復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)包括空氣源熱泵熱水模塊、污水源熱泵機(jī)組、循環(huán)加熱水箱、熱水箱、預(yù)熱換熱器、污水收集及處理裝置，復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)可根據(jù)用水需求和運(yùn)行狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)加載或減載，進(jìn)行循環(huán)加熱、供水通道、補(bǔ)水操作，以及污水回路的清洗操作，實(shí)現(xiàn)復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行方式。本發(fā)明充分利用可再生能源，高效采集洗浴廢水和空氣能的余熱，節(jié)能環(huán)保。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)，其特征是：所述復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)包括空氣源熱泵熱水模塊(3)和污水源熱泵熱水機(jī)組(13);

　　所述空氣源熱泵熱水模塊(3)連接在進(jìn)水總管(30)與出水總管(31)之間，含有一臺(tái)或多臺(tái)空氣源熱泵機(jī)組(1)，在所述進(jìn)水總管(30)與循環(huán)加熱水箱(7)的水箱出水口(73)之間設(shè)有第一循環(huán)泵(2)，所述出水總管(31)與第一電動(dòng)三通閥(5)的入口相連通，所述第一電動(dòng)三通閥(5)的A出口與循環(huán)加熱水箱(7)的水箱進(jìn)水口(72)相連通，所述第一電動(dòng)三通閥(5)的B出口與熱水箱(9)的熱水箱進(jìn)水口(91)相連通;

　　所述污水源熱泵熱水機(jī)組(13)的冷凝通道(131)的出口與第二電動(dòng)三通閥(15)的入口相連通，所述第二電動(dòng)三通閥(15)的C出口與熱水箱(9)的熱水箱進(jìn)水口(91)相連通，所述第二電動(dòng)三通閥(15)的D出口與循環(huán)加熱水箱(7)的水箱進(jìn)水口(72)相連通，污水源熱泵熱水機(jī)組(13)的冷凝通道(131)的進(jìn)口經(jīng)過(guò)第二循環(huán)泵(12)與循環(huán)加熱水箱(7)的水箱出水口(73)相連通;

　　所述污水源熱泵熱水機(jī)組(13)的蒸發(fā)通道(132)的進(jìn)口端與預(yù)熱換熱器(28)的污水換熱通道(281)的出口相連通，所述蒸發(fā)通道(132)出口端與污水池(18)相連通;

　　熱水箱(9)的供水口(92)經(jīng)熱水供水泵(33)連接熱水供水管(32)，由洗浴廢水收集器(16)收集的洗浴廢水經(jīng)過(guò)濾袋(17)注入在污水池(18)中，所述污水池(18)的出水管路經(jīng)污水泵(21)、濾沙器(22)和第二截止閥(24)接入預(yù)熱換熱器(28)的污水換熱通道(281)的入口端;

　　在循環(huán)加熱水箱(7)的補(bǔ)水口(71)與外接水源之間設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)的供水通道，分別為：由外接水源經(jīng)第三截止閥(25)接入的第一供水通道，以及由外接水源經(jīng)第四截止閥(29)以及預(yù)熱換熱器(28)的預(yù)熱通道(282)接入的第二供水通道;

　　在預(yù)熱換熱器(28)的污水換熱通道(281)的進(jìn)口端與出口端之間設(shè)置旁通閥(27);

　　在所述第二截止閥(24)的兩端設(shè)置由第一截止閥(23)和清洗加藥箱(26)串聯(lián)構(gòu)成的旁通支路。

　　2.一種權(quán)利要求1所述的集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式，其特征是按如下方式進(jìn)行補(bǔ)水控制：

　　設(shè)置循環(huán)加熱水箱(7)的液位最大值為H1max，最小值為H1min，當(dāng)循環(huán)加熱水箱(7)中液位降低至H1min時(shí)開(kāi)始補(bǔ)水，當(dāng)循環(huán)加熱水箱(7)中液位上升至H1max時(shí)停止補(bǔ)水;補(bǔ)水時(shí)，按如下方式選擇補(bǔ)水控制的供水通道：

　　令：T1為污水池(18)中的污水溫度，T2為外接水源的供水溫度;

　　并有ΔT=T1-T2，且T為溫差設(shè)定值;

　　若ΔT>T，選擇補(bǔ)水控制的供水通道為第二供水通道;

　　若ΔT≤T，選擇補(bǔ)水控制的供水通道為第一供水通道。

　　3.一種權(quán)利要求1所述的集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式，其特征是設(shè)置所述系統(tǒng)按如下方式進(jìn)行循環(huán)加熱及能量控制：

　　所述循環(huán)加熱是采用液位控制、優(yōu)先運(yùn)行污水源熱泵機(jī)組(13)的控制模式：

　　令：在熱水箱(9)中，T0為熱水儲(chǔ)水設(shè)定溫度、H2max為設(shè)定液位最大值、H2min為設(shè)定液位最小值;H2為檢測(cè)液位、V為液位變化速度;

　　當(dāng)熱水箱(9)的檢測(cè)液位H2降低至設(shè)定液位最小值H2min時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)加熱的工作模式，所述循環(huán)加熱的工作模式是按如下方式應(yīng)用模糊規(guī)則控制熱泵熱水系統(tǒng)的輸出總能量：

　　將熱水箱(9)中的液位按照高、較高、中、較低和低劃分為不同的液位等級(jí);

　　將熱水箱(9)中的液位變化速度V按照正大、正中、零、負(fù)中和負(fù)大劃分為不同的液位變化速度等級(jí);

　　將復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的輸出總能量按照大、中和零劃分為不同的輸出能量等級(jí);

　　根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)獲得的熱水箱(9)的中的檢測(cè)液位H2和熱水箱(9)中液位變化速度V控制復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行加載或減載;

　　設(shè)定復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的加載順序?yàn)椋簝?yōu)先加載污水源熱泵機(jī)組(13)、隨后逐個(gè)加載空氣源熱泵機(jī)組(1);

　　設(shè)定復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的減載順序?yàn)椋菏紫戎饌�(gè)卸載空氣源熱泵機(jī)組(1)，隨后卸載污水源熱泵機(jī)組(13)。

　　4.一種權(quán)利要求1所述的集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式，其特征是按如下方式進(jìn)行污水回路的清洗操作：當(dāng)污水泵(21)的累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間或人工設(shè)置清洗操作時(shí)，關(guān)閉第二截止閥(24)和旁通閥(27)，開(kāi)啟第一截止閥(23)，污水池中的污水經(jīng)清洗加藥箱(26)依次進(jìn)入預(yù)熱換熱器(28)的污水換熱通道(281)、污水源熱泵機(jī)組(13)的蒸發(fā)通道(132)返回污水池(18)，經(jīng)污水池(18)的排污閥(19)排出。

　　說(shuō)明書(shū)

　　集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)及控制方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及低品位能源再生利用、或資源循環(huán)利用領(lǐng)域，具體涉及一種空氣源與污水源復(fù)合的熱泵熱水系統(tǒng)及其控制方法，屬一種節(jié)能環(huán)保裝置。

　　背景技術(shù)

　　隨著生活水平的提高及工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，家用、商用以及工業(yè)用熱水需求量越來(lái)越大。在強(qiáng)化節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)代，高效利用太陽(yáng)能、地?zé)崮�、空氣能等綠色能源是解決生活熱水高能耗問(wèn)題的有效途徑之一。熱泵技術(shù)僅消耗較少的電能，將低品位的能量升級(jí)、增值并供生產(chǎn)或生活使用;同時(shí)熱泵系統(tǒng)免去了燃燒過(guò)程，避免了排煙等造成的污染，既節(jié)能又環(huán)保。

　　空氣源熱泵熱水裝置消耗少量的電能從空氣中吸取2～4倍的熱量用于制取高溫?zé)崴�，具有�?jīng)濟(jì)、節(jié)能、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但是空氣源熱泵受季節(jié)和天氣的影響較大，例如在冬季室外溫度很低時(shí)，從空氣中提取熱量所耗費(fèi)的電能會(huì)比較多，能源效率下降。與空氣相比，水的熱容量大、水溫穩(wěn)定，水源熱泵較空氣源熱泵具有傳熱性能好、性能系數(shù)高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。集中浴場(chǎng)排放的洗浴廢水具有流量大、溫度高的特點(diǎn)，相比空氣源洗浴廢水作為熱源會(huì)大大提升熱泵的性能。將空氣源與污水源復(fù)合的熱泵熱水系統(tǒng)應(yīng)用于集中浴場(chǎng)，既克服了空氣源熱泵單獨(dú)運(yùn)行受環(huán)境影響較大的缺點(diǎn)，又可吸收洗浴廢水的能量，發(fā)揮熱泵系統(tǒng)高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，不受氣候條件的影響，實(shí)現(xiàn)全年無(wú)間斷的熱水供應(yīng)。

　　中國(guó)實(shí)用新型專利CN202734038U公開(kāi)了一種可循環(huán)利用能源的中央熱水系統(tǒng)，包括雙級(jí)壓縮的空氣源熱泵裝置、污水源熱泵裝置、補(bǔ)水箱、第一補(bǔ)水泵、第二補(bǔ)水泵以及貯熱水箱。但該系統(tǒng)采用雙級(jí)壓縮的空氣源熱泵系統(tǒng)，沒(méi)有很好的匹配系統(tǒng)，能效較低。

　　中國(guó)實(shí)用新型專利CN202126009U公開(kāi)了一種多熱源串聯(lián)太陽(yáng)能洗浴熱水系統(tǒng)，包括空氣源熱泵、太陽(yáng)能集熱器、污水源熱泵等裝置，該系統(tǒng)將多熱源并聯(lián)太陽(yáng)能洗浴熱水系統(tǒng)改為串聯(lián)系統(tǒng)，用一組循環(huán)泵單元帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，投資減少。但其在加熱熱水溫度以及系統(tǒng)運(yùn)行控制方法方面的存在不足，與實(shí)用新型專利CN202734038U存在類似的問(wèn)題。

　　中國(guó)實(shí)用新型專利CN203605461U公開(kāi)了一種太陽(yáng)能熱泵循環(huán)節(jié)能熱水設(shè)備，包括空氣源熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、電磁閥、排氣管、水罐、洗浴供水泵、污水源熱泵機(jī)組、洗浴廢水池、溫度傳感器、太陽(yáng)能熱水器。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)電纜連接到智能控制柜上，在智能控制柜的智能控制下聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。該系統(tǒng)采用從污水中取熱后的中介水作為污水源熱泵的熱源，其換熱效率與直接將污水作為熱源相比較低，該系統(tǒng)未能解決污水取熱裝置長(zhǎng)時(shí)間置于污水池中由于表面結(jié)垢嚴(yán)重而導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降的問(wèn)題。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)及控制方法，以實(shí)現(xiàn)熱泵熱水系統(tǒng)中熱水的溫度控制、熱水的循環(huán)加熱和連續(xù)供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制和穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)解決污水換熱過(guò)程中換熱器積垢、換熱效率下降的問(wèn)題。

　　本發(fā)明為解決所述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

　　本發(fā)明集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：所述復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)包括空氣源熱泵熱水模塊和污水源熱泵熱水機(jī)組;

　　所述空氣源熱泵熱水模塊連接在進(jìn)水總管與出水總管之間，含有一臺(tái)或多臺(tái)空氣源熱泵機(jī)組，在所述進(jìn)水總管與循環(huán)加熱水箱的水箱出水口之間設(shè)有第一循環(huán)泵，所述出水總管與第一電動(dòng)三通閥的入口相連通，所述第一電動(dòng)三通閥的A出口與循環(huán)加熱水箱的水箱進(jìn)水口相連通，所述第一電動(dòng)三通閥的B出口與熱水箱的熱水箱進(jìn)水口相連通;

　　所述污水源熱泵熱水機(jī)組的冷凝通道的出口與第二電動(dòng)三通閥的入口相連通，所述第二電動(dòng)三通閥的C出口與熱水箱的熱水箱進(jìn)水口相連通，所述第二電動(dòng)三通閥的D出口與循環(huán)加熱水箱的水箱進(jìn)水口相連通，污水源熱泵熱水機(jī)組的冷凝通道的進(jìn)口經(jīng)過(guò)第二循環(huán)泵與循環(huán)加熱水箱的水箱出水口相連通;

　　所述污水源熱泵熱水機(jī)組的蒸發(fā)通道的進(jìn)口端與預(yù)熱換熱器的污水換熱通道的出口相連通，所述蒸發(fā)通道出口端與污水池相連通;

　　熱水箱的供水口經(jīng)熱水供水泵連接熱水供水管，由洗浴廢水收集器收集的洗浴廢水經(jīng)過(guò)濾袋注入在污水池中，所述污水池的出水管路經(jīng)污水泵、濾沙器和第二截止閥接入預(yù)熱換熱器的污水換熱通道的入口端;

　　在循環(huán)加熱水箱的補(bǔ)水口與外接水源之間設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)的供水通道，分別為：由外接水源經(jīng)第三截止閥接入的第一供水通道，以及由外接水源經(jīng)第四截止閥以及預(yù)熱換熱器的預(yù)熱通道接入的第二供水通道;

　　在預(yù)熱換熱器的污水換熱通道的進(jìn)口端與出口端之間設(shè)置旁通閥;

　　在所述第二截止閥的兩端設(shè)置由第一截止閥和清洗加藥箱串聯(lián)構(gòu)成的旁通支路。

　　本發(fā)明集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式的特點(diǎn)是按如下方式進(jìn)行補(bǔ)水控制：

　　設(shè)置循環(huán)加熱水箱的液位最大值為H1max，最小值為H1min，當(dāng)循環(huán)加熱水箱中液位降低至H1min時(shí)開(kāi)始補(bǔ)水，當(dāng)循環(huán)加熱水箱中液位上升至H1max時(shí)停止補(bǔ)水;補(bǔ)水時(shí)，按如下方式選擇補(bǔ)水控制的供水通道：

　　令：T1為污水池(18)中的污水溫度，T2為外接水源的供水溫度;

　　并有ΔT=T1-T2，且T為溫差設(shè)定值;

　　若ΔT>T，選擇補(bǔ)水控制的供水通道為第二供水通道;

　　若ΔT≤T，選擇補(bǔ)水控制的供水通道為第一供水通道。

　　本發(fā)明集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式的特點(diǎn)是：設(shè)置所述系統(tǒng)按如下方式進(jìn)行循環(huán)加熱及能量控制：

　　所述循環(huán)加熱是采用液位控制、優(yōu)先運(yùn)行污水源熱泵機(jī)組的控制模式：

　　令：在熱水箱中，T0為熱水儲(chǔ)水設(shè)定溫度、H2max為設(shè)定液位最大值、H2min為設(shè)定液位最小值;H2為檢測(cè)液位、V為液位變化速度;

　　當(dāng)熱水箱的檢測(cè)液位H2降低至設(shè)定液位最小值H2min時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)加熱的工作模式，所述循環(huán)加熱的工作模式是按如下方式應(yīng)用模糊規(guī)則控制熱泵熱水系統(tǒng)的輸出總能量：

　　將熱水箱中的液位按照高、較高、中、較低和低劃分為不同的液位等級(jí);

　　將熱水箱中的液位變化速度V按照正大、正中、零、負(fù)中和負(fù)大劃分為不同的液位變化速度等級(jí);

　　將復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的輸出總能量按照大、中和零劃分為不同的輸出能量等級(jí);

　　根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)獲得的熱水箱的中的檢測(cè)液位H2和熱水箱中液位變化速度V控制復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)進(jìn)行加載或減載;

　　設(shè)定復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的加載順序?yàn)椋簝?yōu)先加載污水源熱泵機(jī)組、隨后逐個(gè)加載空氣源熱泵機(jī)組;

　　設(shè)定復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的減載順序?yàn)椋菏紫戎饌�(gè)卸載空氣源熱泵機(jī)組，隨后卸載污水源熱泵機(jī)組。

　　本發(fā)明集中浴場(chǎng)用空氣源與污水源復(fù)合熱泵熱水系統(tǒng)的控制方式的特點(diǎn)是：按如下方式進(jìn)行污水回路的清洗操作：當(dāng)污水泵的累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間或人工設(shè)置清洗操作時(shí)，關(guān)閉第二截止閥和旁通閥，開(kāi)啟第一截止閥，污水池中的污水經(jīng)清洗加藥箱依次進(jìn)入預(yù)熱換熱器的污水換熱通道、污水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)通道返回污水池，經(jīng)污水池的排污閥排出。

　　與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:

　　1、本發(fā)明集成應(yīng)用了空氣源熱泵技術(shù)和污水源熱泵技術(shù)，利用洗浴廢水的熱能及污水源熱泵的高效率，提升熱泵熱水系統(tǒng)的工作效率和節(jié)能水平，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，節(jié)能減排;

　　2、本發(fā)明直接從洗浴廢水中取熱，主要包括城市供水經(jīng)預(yù)熱換熱器與洗浴廢水換熱、污水源熱泵換熱高效攝取洗浴廢水的熱能，在冬季僅采用預(yù)熱換熱器與洗浴廢水換熱這一措施，即可提高補(bǔ)水水溫4～6℃，產(chǎn)生約10%的節(jié)能效果;

　　3、本發(fā)明設(shè)置了循環(huán)加熱水箱并在循環(huán)加熱水箱進(jìn)水口設(shè)置電動(dòng)三通閥和溫度傳感器，將加熱后達(dá)到設(shè)定溫度的熱水及時(shí)分離，避免過(guò)度加熱并節(jié)能;

　　4、本發(fā)明根據(jù)熱水負(fù)載波動(dòng)大的特點(diǎn)，應(yīng)用模糊規(guī)則控制熱泵熱水系統(tǒng)的總能量，實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵和污水源熱泵聯(lián)合運(yùn)行和自動(dòng)加、減載，優(yōu)先運(yùn)行能效水平更高的污水源熱泵，達(dá)到系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠運(yùn)行和節(jié)能運(yùn)行的目的;

　　5、本發(fā)明為解決因換熱器表面結(jié)垢而導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低的問(wèn)題，設(shè)置了污水回路清洗操作，清洗操作按設(shè)定時(shí)間執(zhí)行，對(duì)預(yù)熱換熱器、污水源熱泵蒸發(fā)通道進(jìn)行清洗，提高換熱器的換熱效率。