本發明專利技術提供一種用于供暖的超低溫熱泵系統及控制方法，包括復疊相接的第一熱泵系統和第二熱泵系統，其中第一熱泵系統為高溫級，其包括第一壓縮機(11)、冷凝器(12)和第一節流裝置(13)；第二熱泵系統為低溫級，包括第二壓縮機(21)、氣體冷卻器(22)、高壓蒸發器(23)和第二節流裝置高壓蒸發器(24)；所述第一熱泵系統與所述第二熱泵系統通過蒸發冷凝器(3)復疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)吸熱，所述第二熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)放熱。通過本發明專利技術能夠克服現有技術中的熱泵供暖系統在低溫環境溫度下尤其是?25℃以下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統性能穩定且不會發生衰減、系統能效始終維持在較高的水平。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于熱能轉換和利用
，具體涉及一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法。
技術介紹
現有技術中的熱泵供水系統多數采用空氣源或水源熱泵熱水器(也稱空氣能或水能熱水器)，通常是把空氣中或水中的低溫熱量吸收進來，然后通過壓縮機壓縮后升溫增壓，再通過換熱器轉化給水加熱，壓縮后的高溫熱能以此來加熱冷水使其升溫從而達到制取熱水的目的。但是如果室外環境空氣溫度較低時，空氣源熱泵蒸發器內的制冷劑質量流量會降到很低的值，造成空氣源熱泵從室外環境空氣溫度中能吸收的熱量很有限，最終導致熱泵的工作效率降低，研究表明，當室外環境溫度低于-15℃時，空氣源熱泵性能衰減明顯，以冷媒為R410A為例，其熱泵系統只能適應-25℃以上的環境溫度，并且在該溫度條件下能制出的熱水只能達到55℃，在-15℃時性能便衰減為原來的一半，空氣源熱泵在低溫溫度條件下能制出的熱量滿足不了恒溫熱水供應的需求。由于現有技術中的熱泵供水系統存在在低溫環境溫度下性能衰減嚴重，制取出的熱水溫度不高等的技術問題，因此本專利技術研究設計出一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法。
技術實現思路
因此，本專利技術要解決的技術問題在于克服現有技術中的熱泵供水系統存在在低溫環境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，從而提供一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法。本專利技術提供一種用于供暖的超低溫熱泵系統，其包括復疊相接的第一熱泵系統和第二熱泵系統，其中所述第一熱泵系統為高溫級，其包括第一壓縮機、冷凝器和第一節流裝置；所述第二熱泵系統為低溫級，其包括第二壓縮機、氣體冷卻器、高壓蒸發器和第二節流裝置；所述第一熱泵系統與所述第二熱泵系統通過蒸發冷凝器復疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統通過所述蒸發冷凝器吸熱，所述第二熱泵系統通過所述蒸發冷凝器放熱。優選地，所述氣體冷卻器設置在所述蒸發冷凝器的制冷劑上游端。優選地，所述冷凝器設置為與低溫水管路進行換熱；所述氣體冷卻器設置為與中溫水管路進行換熱。優選地，所述低溫水管路包括低溫進水端和中溫出水端，其中所述中溫出水端分支為第一路和第二路兩個支路，所述第二路與所述中溫水管路的中溫進水端相連。優選地，所述中溫水管路的高溫出水端與所述第一路通過混水閥連接至高溫水用水需求端。優選地，所述中溫出水端通過設置分水閥將其分支為第一路和第二路兩個支路；且在所述低溫水管路上還設置有水泵。優選地，所述第二熱泵系統中還設置有除霜支路，所述除霜支路的一端連接至所述氣體冷卻器和所述蒸發冷卻器之間，另一端連接至所述高壓蒸發器。優選地，在所述氣體冷卻器和蒸發冷凝器所在的管路上還設置有第一電磁閥；在所述除霜支路上還設置有第二電磁閥。優選地，所述除霜支路為為具有節流作用的管，且化霜時冷媒還通過氣體冷卻器從中溫水管路中吸熱。優選地，所述第一熱泵系統中采用R134A作為制冷劑，所述第二熱泵系統中采用R744作為制冷劑。優選地，當室外環境溫度T環≥-10℃時，控制所述第二熱泵系統在跨臨界狀態下循環；當室外環境溫度T環≤-10℃時，控制所述第二熱泵系統在亞臨界狀態下循環。本專利技術還提供一種用于供暖的超低溫熱泵系統的控制方法，其使用前述的超低溫熱泵供暖系統，通過控制第一節流裝置和第二節流裝置以控制第一熱泵系統和第二熱泵系統各自進行供熱。優選地，當所述供暖系統中還包括除霜管路、以及第一電磁閥和第二電磁閥時：1)當需要系統進行正常制熱時，則打開第一電磁閥，關閉第二電磁閥，使得第一熱泵系統和第二熱泵系統同時正常制熱；2)當需要系統進行除霜時，則打開第二電磁閥，關閉第一電磁閥，使得第一熱泵系統不工作，第二熱泵系統對高壓蒸發器進行化霜。本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法具有如下有益效果：1.通過本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法，能夠克服現有技術中的熱泵供暖系統在低溫環境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統性能穩定且不會發生衰減、系統能效始終維持在較高的水平；2.通過本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法，能夠使得系統可適應-40℃以下的超低溫環境溫度且還能保持原有的性能；3.通過本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法，能夠制取高達95℃以上的超高溫熱水；4.通過本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法，能夠同時制取中溫水和高溫水，充分地利用了R744系統的高溫熱量，利用率可達95％；5.通過本專利技術提供的一種用于供暖的超低溫熱泵系統及其控制方法，還能夠有效地對系統中由于低溫帶來的結霜進行除霜作用，保證了超低溫熱泵供暖系統在超低溫狀態下仍能安全可靠地運行，提高了系統的運行性能。附圖說明圖1是本專利技術的一種用于供暖的超低溫熱泵系統的結構示意圖。圖中附圖標記表示為：11-第一壓縮機，12-冷凝器，13-第一節流裝置，14-第一電子油位平衡器，15-低壓儲液罐，16-第一氣液分離器，21-第二壓縮機，22-氣體冷卻器，23-高壓蒸發器，24-第二節流裝置，25-第一電磁閥，26-第二電子油位平衡器，27-回熱器，28-第二氣液分離器，3-蒸發冷凝器，4-低溫水管路，41-低溫進水端，42-中溫出水端，421-第一路，422-第二路，5-中溫水管路，51-中溫進水端，52-高溫出水端，6-除霜支路，61-第二電磁閥，7-水泵，8-分水閥，9-混水閥。具體實施方式如圖1所示，本專利技術提供一種用于供暖的超低溫熱泵系統，其包括復疊相接的第一熱泵系統和第二熱泵系統，其中所述第一熱泵系統為高溫級，其包括第一壓縮機11、冷凝器12和第一節流裝置13；所述第二熱泵系統為低溫級，其包括第二壓縮機21、氣體冷卻器22、高壓蒸發器23和第二節流裝置24；所述第一熱泵系統與所述第二熱泵系統通過蒸發冷凝器3復疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統通過所述蒸發冷凝器3蒸發吸熱，所述第二熱泵系統通過所述蒸發冷凝器3冷卻放熱(即第一熱泵系統與第二熱泵循環系統共用所述蒸發冷凝器3)。通過本專利技術的超低溫熱泵系統，采用復疊式的第一熱泵系統和第二熱泵系統，并在第二熱泵系統中采用氣體冷卻器和蒸發冷凝器兩級式放熱的連接方式，能夠克服現有技術中的熱泵供暖系統在低溫環境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統性能穩定且不會發生衰減、系統能效始終維持在較高的水平；能夠使得系統可適應-40℃以下的超低溫環境溫度且還能保持原有的性能。優選地，所述氣體冷卻器22設置在所述蒸發冷凝器3的制冷劑上游端。這樣使得氣體冷卻器構成為第一級冷卻器，蒸發冷凝器構成為第二級冷卻器，形成二級串聯式的冷卻放熱方式，能夠有效利用第二熱泵系統的高排氣溫度從而產生高溫熱水，同時降低了蒸發冷凝器的功率和第一熱泵系統的能耗；能夠通過第一級冷卻器(氣體冷卻器)釋放高溫熱量對需要熱量部位(如室內、冷水水管等)進行放熱，以提高室內環境氣溫或是制取熱水的水溫，且能夠通過蒸發冷凝器(第二級冷卻器)與第一熱泵循環系統進行換熱，具體地，由于第一熱泵系統的蒸發溫度足夠低，從而有效降低了第二熱泵系統制冷劑的溫度，進而進過節流膨脹后能夠到達更低的溫度和保證制冷劑干度足夠低。優選地，所述冷凝器12設置為與低溫水管路4進行換熱；所述氣體冷卻器22設置為與中溫水管路5進行換熱。通過上述的設置方式能夠通過冷凝器對低溫水管路進行加熱從而制取中溫的水、通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于供暖的超低溫熱泵系統，其特征在于：包括復疊相接的第一熱泵系統和第二熱泵系統，其中所述第一熱泵系統為高溫級，其包括第一壓縮機(11)、冷凝器(12)和第一節流裝置(13)；所述第二熱泵系統為低溫級，其包括第二壓縮機(21)、氣體冷卻器(22)、高壓蒸發器(23)和第二節流裝置高壓蒸發器(24)；所述第一熱泵系統與所述第二熱泵系統通過蒸發冷凝器(3)復疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)吸熱，所述第二熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)放熱。
【技術特征摘要】
1.一種用于供暖的超低溫熱泵系統，其特征在于：包括復疊相接的第一熱泵系統和第二熱泵系統，其中所述第一熱泵系統為高溫級，其包括第一壓縮機(11)、冷凝器(12)和第一節流裝置(13)；所述第二熱泵系統為低溫級，其包括第二壓縮機(21)、氣體冷卻器(22)、高壓蒸發器(23)和第二節流裝置高壓蒸發器(24)；所述第一熱泵系統與所述第二熱泵系統通過蒸發冷凝器(3)復疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)吸熱，所述第二熱泵系統通過所述蒸發冷凝器(3)放熱。2.根據權利要求1所述的超低溫熱泵系統，其特征在于：所述氣體冷卻器(22)設置在所述蒸發冷凝器(3)的制冷劑上游端。3.根據權利要求1-2之一所述的超低溫熱泵供暖系統，其特征在于：所述冷凝器(12)設置為與低溫水管路(4)進行換熱；所述氣體冷卻器(22)設置為與中溫水管路(5)進行換熱。4.根據權利要求3所述的超低溫熱泵系統，其特征在于：所述低溫水管路(4)包括低溫進水端(41)和中溫出水端(42)，其中所述中溫出水端(42)分支為第一路(421)和第二路(422)兩個支路，所述第二路(422)與所述中溫水管路(5)的中溫進水端(51)相連。5.根據權利要求4所述的超低溫熱泵系統，其特征在于：所述中溫水管路(5)的高溫出水端(52)與所述第一路(421)通過混水閥(9)連接至用水需求端。6.根據權利要求4-5之一所述的超低溫熱泵系統，其特征在于：所述中溫出水端(42)通過設置分水閥(8)將其分支為第一路(421)和第二路(422)兩個支路；且在所述低溫水管路(4)上還設置有水泵(7)。7.根據權利要求1-6之一所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田幼華，
申請(專利權)人：燕園德普科技北京有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11
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