[发明专利]一种空气循环热泵空调系统及使用方法

说明书

本发明属于空调系统领域，公开了一种空气循环热泵空调系统及使用方法。包括室内回风循环部分及室外新风循环部分，通过与室外环境的热交换及内部循环空气的热交换实现冬季空调和夏季空调，冬季工况冷端与大气相通，可以利用空气循环热泵不结霜的优势；夏季工况下，冷端直接与室内空气相通，可有效减少换热温差引起的热损失。对室外空气进行处理以满足空调新风的要求，可有效回收建筑室内排风的冷热量，提高节能的效果，同时使用空气作为制冷剂，对环境友好。

技术领域

本发明属于空调系统领域，尤其是一种基于空气循环的空调系统。

背景技术

现阶段，随着生活水平的提高，人们对室内环境的要求越来越高，空调的使用越来越普遍。现有的空调系统(包括家用空调、商用空调)多采用传统的蒸汽压缩式制冷(热泵)循环，随着全球越来越关注全球气候变暖以及环境保护的问题，面临着制冷剂选择的难题。目前新型制冷剂替代研究进展并不乐观，在热力学范围内筛选能用于空调用途且满足零ODP、低GWP的制冷剂屈指可数，仅包含一些易燃的碳氢化合物、有毒的氨、二氧化碳以及价格昂贵的HFO类等。此外，对于传统的蒸汽压缩式热泵，存在制热量与建筑热负荷变化不一致的问题，当室外环境温度下降，建筑热负荷增加，但传统蒸汽压缩热泵系统的制热量反而大幅下降，效率非常低。最后，针对应用普遍的空气源热泵，其无法避免的结霜、融霜问题，降低了其效率和运行的可靠性。

空气循环热泵独特的供热特点和节能潜力，为当前蒸汽压缩循环热泵面临的问题提供了一个很好的解决途径。空气循环最初用于机舱空调的温湿度调节，在低温制冷领域有较多优势，并应用于运输空调、食物冷冻冷藏、飞机环境控制系统、干燥、矿井降温等多个领域。尽管针对不同用途的结构有差异，空气循环一般包含1个或几个压缩机、涡轮机(膨胀机)、换热器以及相连的风管道。以典型回热式空气循环热泵系统为例，整个循环过程中向高温侧提供的热量等于从低温侧获取的热量加上系统输入的净功率。与传统的蒸汽压缩热泵系统相比，典型回热式空气循环热泵具有如下显著优点：

(1)使用天然空气，不存在制冷剂泄露风险，无臭氧层破坏和全球变暖效应；

(2)低温侧不设置换热器，不存在蒸汽压缩空气源热泵中很难避免的结霜、融霜问题，无传热损失和风机功率消耗；

(3)制热量随环境温度的变化规律与热负荷一致，且制热COP的变化幅度不大，这种特性为解决传统蒸汽压缩热泵系统制热量与热负荷不匹配的问题提供了一条新的途径；

(4)制热COP在大温差工况下具有优势，比如在低环境温度下的制热COP要优于跨临界CO2热泵机组。

(5)结构简单，因此运行可靠、安装及维护费用低。

近几年研究者提出将空气循环用于电动汽车空调及热水制备用途，理论计算结果表现出诱人的节能潜力及实用价值。然而，目前尚缺乏空气循环在建筑空调领域应用、同时满足夏季空调和冬季供暖需求的报道。此外，从已有的研究看来，系统中的关键部件——涡轮压气部件，在变工况下涡轮部件中空气流量难以与压气部件中空气流量始终匹配，受制于能量回收方式，两者转速不能进行有效调整，能量处于低效率传递，甚至部分工况无法正常运行。

发明内容

为了克服现有空调系统使用的制冷剂少有满足零ODP、低GWP的功能，传统蒸气压缩式热泵存在制热量与建筑热负荷变化不一致，针对应用普遍的空气源热泵无法避免结霜、融霜的不足，本发明提供一种空气循环热泵空调系统及使用方法，系统采用双空气压缩机(空气压缩机与涡轮压气部件串联后与另一台空气压缩机并联)结构，设置四通换向阀用于冬夏季工况的切换，可实现冬季供暖和夏季空调。其中，冬季工况冷端与大气相通，可以利用空气循环热泵不结霜的优势；夏季工况下，冷端直接与室内空气相通，可有效减少换热温差引起的热损失。