本發(fā)明涉及空調(diào)領(lǐng)域，尤其涉及一種直膨式空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，不僅是國民經(jīng)濟發(fā)展的動力，而且是衡量國家綜合國力和人民生活水平的重要指標(biāo)。隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，我國國民經(jīng)濟和科技得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對各類資源的需求和消耗也與日俱增。由此可見，能源與環(huán)境問題已成為約束我國工業(yè)化進(jìn)程和經(jīng)濟社會發(fā)展的“瓶頸”問題，提高能源利用效率，實施節(jié)能減排政策，是應(yīng)對嚴(yán)峻的能源、環(huán)境形勢的需要，也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

熱泵系統(tǒng)是一種環(huán)保高效節(jié)能的、能夠給采暖、空調(diào)與生活熱水提供能源的系統(tǒng)。根據(jù)獲取的能源不同可大致分為土壤源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵、太陽能熱泵等幾大類?，F(xiàn)有的熱泵系統(tǒng)普遍采用二次換熱的形式，系統(tǒng)能效相對較低，且整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，投資和運行成本較高。而現(xiàn)有的直膨式熱泵系統(tǒng)又受限于單一熱源類型的限制，難以適應(yīng)多種工況下的制冷/制熱需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種直膨式空調(diào)系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)能效，并能夠適應(yīng)多種工況下的制冷/制熱需求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種直膨式空調(diào)系統(tǒng)，包括：具有壓縮機、節(jié)流裝置、室外換熱單元和室內(nèi)換熱單元的制冷劑循環(huán)回路，其中，所述室外換熱單元包括至少兩套采用不同熱源的直膨式熱泵子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)所述直膨式熱泵子系統(tǒng)內(nèi)流通的制冷劑與熱源之間的直接熱交換。

進(jìn)一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置在所述制冷劑循環(huán)回路中，并通過閥門實現(xiàn)至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)的獨立工作和聯(lián)合協(xié)調(diào)工作的切換。

進(jìn)一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)包括在地埋管中循環(huán)制冷劑以實現(xiàn)與土壤直接換熱的地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和在太陽能集散熱器內(nèi)直接對循環(huán)的制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)或冷凝的太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和所述太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置在所述制冷劑循環(huán)回路中，且在所述地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和所述太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)中均設(shè)有控制制冷劑在本子系統(tǒng)內(nèi)流通的閥門，通過所述閥門的開閉能夠?qū)崿F(xiàn)所述室外換熱單元的熱源選擇和供能能力的補充。

進(jìn)一步地，所述室外換熱單元以所述地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)作為主室外換熱單元，以所述太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)作為輔助室外換熱單元。

進(jìn)一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)還包括空氣源直膨式熱泵子系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述室內(nèi)換熱單元包括采用制冷劑作為直接加熱熱媒的直接地板輻射采暖系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述室內(nèi)換熱單元還包括實現(xiàn)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的室內(nèi)換熱器。

進(jìn)一步地，在所述壓縮機的排氣口的連接管路段上還并聯(lián)有熱水單元，通過所述制冷劑循環(huán)回路中的制冷劑對所述熱水單元中的流通水進(jìn)行加熱。

進(jìn)一步地，所述壓縮機的排氣口的連接管路段和所述熱水單元所在的并聯(lián)管路段中均設(shè)有閥門，通過閥門的開閉控制能夠?qū)崿F(xiàn)制冷劑流向的切換。

進(jìn)一步地，所述熱水單元包括熱回收換熱器，能夠從制冷劑中吸取熱量，并對在所述熱回收換熱器內(nèi)的流通水進(jìn)行加熱。

進(jìn)一步地，所述熱水單元還包括電輔助加熱器，能夠輔助所述熱回收換熱器對在所述熱回收換熱器內(nèi)的流通水進(jìn)行加熱。

進(jìn)一步地，在所述室外換熱單元和所述室內(nèi)換熱單元之間還設(shè)有高壓儲液罐，能夠根據(jù)不同工況下所述制冷劑循環(huán)回路中制冷劑需求量對多余的制冷劑進(jìn)行儲存。

進(jìn)一步地，在所述制冷劑循環(huán)回路中還包括四通閥，能夠?qū)崿F(xiàn)制冷循環(huán)和制熱循環(huán)的切換。

進(jìn)一步地，所述節(jié)流裝置設(shè)置在所述室外換熱單元和所述室內(nèi)換熱單元之間，且所述節(jié)流裝置包括：至少兩個串聯(lián)在所述制冷劑循環(huán)回路中的可開閉節(jié)流元件和分別與所述可開閉節(jié)流元件并聯(lián)設(shè)置的單向閥，至少有兩個所述單向閥的流向不同。

進(jìn)一步地，所述太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)中還包括太陽能光伏電池，用于給所述壓縮機提供電力。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明在室外換熱單元采用至少兩套直膨式熱泵子系統(tǒng)，利用直膨式熱泵子系統(tǒng)中流通的制冷劑直接與不同類型的熱源進(jìn)行熱交換，省去了制冷劑與熱源之間的進(jìn)行能量傳遞的中間換熱裝置，從而無需設(shè)計中心換熱裝置中二次熱媒的相關(guān)輸送設(shè)備，使得整體結(jié)構(gòu)更為簡化，也減少了輸送過程中的耗能和制冷劑循環(huán)過程中的能量損失，進(jìn)而提高了系統(tǒng)能效，此外通過采用不同熱源的直膨式熱泵子系統(tǒng)作為室外換熱單元能夠適應(yīng)不同工況的制冷/制熱需求。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明直膨式空調(diào)系統(tǒng)的一實施例的原理示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，為本發(fā)明直膨式空調(diào)系統(tǒng)的一實施例的原理示意圖。在本實施例中，直膨式空調(diào)系統(tǒng)包括具有壓縮機15、節(jié)流裝置、室外換熱單元21和室內(nèi)換熱單元3的制冷劑循環(huán)回路。壓縮機15能夠從排氣口將高溫高壓的制冷劑排出，經(jīng)過節(jié)流裝置、室外換熱單元21和室內(nèi)換熱單元3等功能元件后返回到壓縮機15的吸氣口，從而形成制冷劑循環(huán)回路。壓縮機15、節(jié)流裝置、室外換熱單元21和室內(nèi)換熱單元3的設(shè)置順序并不限于圖1所示的順序，只要能夠?qū)崿F(xiàn)完整的制冷劑循環(huán)回路即可。除了這幾個功能單元之外，本實施例也可以增加氣液分離器14、高壓儲液罐等功能部件。

在本實施例的直膨式空調(diào)系統(tǒng)中，室外換熱單元21可以包括至少兩套采用不同熱源的直膨式熱泵子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)所述直膨式熱泵子系統(tǒng)內(nèi)流通的制冷劑與熱源之間的直接熱交換。通過采用不同熱源的直膨式熱泵子系統(tǒng)實現(xiàn)室外換熱功能，可以針對于不同的工況進(jìn)行子系統(tǒng)的選擇和搭配，進(jìn)而滿足不同工況下的制冷制熱需求。而且，直膨式熱泵子系統(tǒng)中流通的制冷劑能夠直接與不同類型的熱源進(jìn)行熱交換，省去了制冷劑與熱源之間的進(jìn)行能量傳遞的中間換熱裝置，從而無需設(shè)計中心換熱裝置中二次熱媒的相關(guān)輸送設(shè)備，使得整體結(jié)構(gòu)更為簡化，也減少了輸送過程中的耗能和制冷劑循環(huán)過程中的能量損失，進(jìn)而提高了系統(tǒng)能效。

對于室外換熱單元來說，至少兩套直膨式熱泵子系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)計需求選擇在制冷劑循環(huán)回路中的接入方式，例如串聯(lián)接入方式、串并聯(lián)接入方式等，優(yōu)選采用并聯(lián)接入方式，即至少兩套直膨式熱泵子系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置在所述制冷劑循環(huán)回路中。這樣，通過閥門就可以方便的實現(xiàn)至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)的獨立工作和聯(lián)合協(xié)調(diào)工作的切換。

圖1實施例示出了兩種直膨式熱泵子系統(tǒng)的實例，包括地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)。其中，地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)具有埋在土壤中的地埋管，而當(dāng)直膨式空調(diào)系統(tǒng)運行時，制冷劑能夠在地埋管1中循環(huán)，并與土壤直接換熱。夏季制冷時，地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)可以作為冷凝器向土壤散熱，而在冬季供暖時，則作為蒸發(fā)器從土壤中吸收熱量。通過這種直接換熱方式，省略了中間換熱器及相關(guān)換熱循環(huán)所需的管路、泵以及閥門，使整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，換熱效率也得到了提高。另一方面，地埋管不容易發(fā)生凍結(jié)的問題，因此也無需在制冷劑中添加防凍劑。

太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)可具體包括太陽能集散熱器2，太陽能集散熱器2能夠吸收太陽能來實現(xiàn)其內(nèi)部循環(huán)的制冷劑的蒸發(fā)或冷凝作用。通過直接換熱的方式，可以使太陽能的轉(zhuǎn)化效率更高，同時結(jié)構(gòu)也更簡單實用。當(dāng)太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)與地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)進(jìn)行配合時，能夠在實現(xiàn)更高系統(tǒng)能效的同時滿足更多工況下的制冷/制熱需求。另外，太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步包括太陽能光伏電池，用于給所述壓縮機15提供電力，從而實現(xiàn)整個直膨式空調(diào)系統(tǒng)低能耗，甚至零能耗運行。

參考圖1，地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)優(yōu)選并聯(lián)設(shè)置在所述制冷劑循環(huán)回路中，且在所述地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和所述太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)中均設(shè)有控制制冷劑在本子系統(tǒng)內(nèi)流通的閥門20、19，通過所述閥門20、19的開閉能夠?qū)崿F(xiàn)所述室外換熱單元21的熱源選擇和供能能力的補充?？紤]到太陽能受限于天氣狀況，其供熱或散熱的能力不太穩(wěn)定，而地埋管因此優(yōu)選室外換熱單元21以地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)作為主室外換熱單元。在確定太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)的供熱或散熱能力滿足工況需求時，可以以太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)作為輔助室外換熱單元來輔助地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)進(jìn)行供熱或散熱。當(dāng)需要太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)進(jìn)行輔助時，通過開啟閥門19即可，而當(dāng)不需要太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)進(jìn)行輔助時，則可以關(guān)閉閥門19。閥門19、20均可采用電磁閥，以便于控制器進(jìn)行控制，閥門19、20也可以采用其他形式，例如手動或行程式的閥門。

在另外的實施例中，采用不同熱源的直膨式熱泵子系統(tǒng)的主次并不是確定的，可以根據(jù)不同地區(qū)的氣候情況或其他因素靈活的進(jìn)行選擇。例如根據(jù)太陽能的集熱成本低廉、受到地質(zhì)條件的限制較少等優(yōu)點，也可以作為主室外換熱單元使用。如果包括了地埋管直膨式熱泵子系統(tǒng)和太陽能直膨式熱泵子系統(tǒng)的直膨式空調(diào)系統(tǒng)仍然無法滿足工況需求，則可以在至少兩套所述直膨式熱泵子系統(tǒng)中進(jìn)一步包括空氣源直膨式熱泵子系統(tǒng)，以利用空氣源作為熱源來滿足系統(tǒng)的制冷/制熱需求。

直膨式空調(diào)系統(tǒng)在冬季時能夠滿足用戶的采暖需求，而相比于傳統(tǒng)的熱水地板輻射采暖系統(tǒng)，本發(fā)明直膨式空調(diào)系統(tǒng)中的室內(nèi)換熱單元3優(yōu)選包括直接地板輻射采暖系統(tǒng)6，這種直接地板輻射采暖系統(tǒng)6采用制冷劑作為直接加熱熱媒，制冷劑直接冷凝放熱，不需要能量傳遞的中間環(huán)節(jié)，也無需二次熱媒，相應(yīng)地也不需要循環(huán)泵、風(fēng)管等輸送系統(tǒng)。在節(jié)省了換熱設(shè)備的同時，也減少了能量傳遞環(huán)節(jié)和傳熱熱阻，進(jìn)而減少了熱媒輸送過程中的熱媒自身的能量損失和傳輸所消耗的能源。除此之外，室內(nèi)換熱單元3還可以包括實現(xiàn)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的室內(nèi)換熱器5，該室內(nèi)換熱器5可以采用圖1所示的全空氣系統(tǒng)，在另一實施例中也可以采用具有風(fēng)機盤管的空氣-水系統(tǒng)。

參考圖1，在壓縮機15的排氣口的連接管路段上還可并聯(lián)設(shè)置熱水單元4，利用壓縮機15排出的高溫高壓的制冷劑對所述熱水單元4中的流通水進(jìn)行加熱。為方便控制，在壓縮機15的排氣口的連接管路段設(shè)有閥門21，在熱水單元4所在的并聯(lián)管路段中設(shè)有閥門22，通過閥門21、22的開閉控制能夠?qū)崿F(xiàn)制冷劑流向的切換。如果當(dāng)前沒有制熱水的需求時，可以關(guān)閉閥門22，開啟閥門21，使壓縮機15排出的制冷劑直接流向作為冷凝器的室外換熱單元或者室內(nèi)換熱單元，而如果需要制熱水時，可以關(guān)閉閥門21，開啟閥門22，使壓縮機15排出的制冷劑經(jīng)由熱水單元4后再流向作為冷凝器的室外換熱單元或者室內(nèi)換熱單元。閥門21、22均可采用電磁閥，以便于控制器進(jìn)行控制，閥門21、22也可以采用其他形式，例如手動或行程式的閥門。在另一個實施例中，也可以將熱水單元4直接串聯(lián)設(shè)置在壓縮機15的排氣口的連接管路段上。

熱水單元4包括熱回收換熱器16(即熱水箱)，能夠從流經(jīng)自身的高溫高壓的制冷劑中吸取熱量，并對在所述熱回收換熱器16內(nèi)的流通水進(jìn)行加熱，被加熱的流通水可以提供給用戶使用。當(dāng)由于太陽能或地埋管的面積受限而無法使熱回收換熱器16滿足制熱水溫的需求時，還可以在熱水單元4中進(jìn)一步包括電輔助加熱器12，以輔助所述熱回收換熱器16對在所述熱回收換熱器16內(nèi)的流通水進(jìn)行加熱。

上述直膨式空調(diào)系統(tǒng)的實施例通過不同的制冷劑循環(huán)方式可以滿足用戶側(cè)的室內(nèi)換熱單元的制冷需求或者制熱需求，為了在同一套直膨式空調(diào)系統(tǒng)中既能夠滿足制冷需求也能夠滿足制熱需求，則可以在制冷劑循環(huán)回路中進(jìn)一步包括四通閥13，通過四通閥13的切換可以改變制冷劑循環(huán)回路中制冷劑的流向，進(jìn)而實現(xiàn)制冷循環(huán)和制熱循環(huán)的切換。相應(yīng)地，圖1中的節(jié)流裝置設(shè)置在所述室外換熱單元21和所述室內(nèi)換熱單元3之間，且所述節(jié)流裝置包括：至少兩個串聯(lián)在所述制冷劑循環(huán)回路中的可開閉節(jié)流元件7，8和分別與所述可開閉節(jié)流元件7，8并聯(lián)設(shè)置的單向閥9，10，至少有兩個所述單向閥9，10的流向不同。當(dāng)四通閥13切換而改變制冷劑的流向時，通過可開閉節(jié)流元件7，8的開閉配合著不同流向的單向閥9，10能夠滿足不同工況的節(jié)流要求。可開閉節(jié)流元件7，8可采用電子膨漲閥等元件。

在制冷劑循環(huán)時可能出現(xiàn)回路中制冷劑量超過當(dāng)前工況下的制冷劑需求量的情況，進(jìn)而優(yōu)選在室外換熱單元21和室內(nèi)換熱單元3之間進(jìn)一步設(shè)置高壓儲液罐11，能夠根據(jù)不同工況下所述制冷劑循環(huán)回路中制冷劑需求量對多余的制冷劑進(jìn)行儲存，而在當(dāng)前工況下需要更多制冷劑時，可由高壓儲液罐11給循環(huán)回路提供更多量的制冷劑。

針對于圖1所示的直膨式空調(diào)系統(tǒng)實施例，其可以支持以下幾種工況運行模式，分別為：

(1)制冷/制熱水模式：四通閥13斷電，可開閉節(jié)流元件7關(guān)閉，閥門20、22開啟，閥門21關(guān)閉。制冷劑經(jīng)過壓縮機15壓縮后，流經(jīng)熱回收換熱器16(可制得熱水)、四通閥13進(jìn)入地埋管1中冷凝，而后依次通過單向閥9、高壓儲液罐11、可開閉節(jié)流元件8、用戶端出入口18進(jìn)入室內(nèi)換熱單元3，制冷劑在室內(nèi)換熱單元3與房間直接換熱后，經(jīng)由用戶端出入口17、四通閥13，再經(jīng)過氣液分離器14后被壓縮機15的吸氣口吸入，被壓縮機15壓縮后參與下一次循環(huán)。該制冷循環(huán)不斷重復(fù)以維持夏季制冷模式。閥門19是否開啟可取決于太陽能集散熱器2是否有足夠的散熱能力，控制器可根據(jù)地埋管入口溫度和太陽能集散熱器表面溫度對閥門19進(jìn)行控制。

(2)制熱/制熱水模式：四通閥13上電，可開閉節(jié)流元件8關(guān)閉，閥門19、20、22開啟，閥門21關(guān)閉。制冷劑經(jīng)過壓縮機15壓縮后，流經(jīng)熱回收換熱器16(可制得熱水)、四通閥13、用戶出入口17進(jìn)入室內(nèi)換熱單元3，制冷劑在室內(nèi)換熱單元3中的直接地板輻射采暖系統(tǒng)6和室內(nèi)換熱器5中與房間直接換熱，以實現(xiàn)采暖供熱和室內(nèi)氣溫調(diào)節(jié)，然后依次通過單向閥10、高壓儲液罐11、可開閉節(jié)流元件7進(jìn)入地埋管1和太陽能集散熱器2，再經(jīng)過四通閥13和氣液分離器14后被壓縮機15的吸氣口吸入，被壓縮機15壓縮后參與下一次循環(huán)。閥門20是否開啟取決于太陽能集散熱器2是否有足夠的供熱能力。當(dāng)室外溫度很低且無太陽時，由于地埋管全年溫度基本恒定，在制熱同時同樣能滿足熱水需求，而熱水單元4可以關(guān)閉或不設(shè)置電輔助加熱器。

上述兩種工況運行模式可以共同實現(xiàn)夏季制冷，冬季制熱，全年制熱水的需求，而如果希望制冷或制熱時不制熱水，則可以關(guān)閉熱水單元4所在并聯(lián)管路段的閥門22，開啟壓縮機12排氣口的連接管路段的閥門21，以使得壓縮機15排出的制冷劑經(jīng)過連接管路段流向四通閥13，而當(dāng)希望切換回制熱水的工況運行模式時，則只需將閥門21關(guān)閉，閥門22開啟即可。而相應(yīng)的前述制冷/制熱水模式即為僅制冷模式，而前述的制熱/制熱水模式即為僅制熱模式，制冷劑的具體循環(huán)過程均可參考前述兩種工況運行模式，這里不再贅述。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。