申请日2016.04.29
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号F24D15/04; F24D19/10; F28G9/00; F28G15/00
摘要
本发明公开了一种集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统及控制方法，其特征是复合热泵热水系统包括空气源热泵热水模块、污水源热泵机组、循环加热水箱、热水箱、预热换热器、污水收集及处理装置，复合热泵热水系统可根据用水需求和运行状况自动调节加载或减载，进行循环加热、供水通道、补水操作，以及污水回路的清洗操作，实现复合热泵热水系统最优运行方式。本发明充分利用可再生能源，高效采集洗浴废水和空气能的余热，节能环保。
权利要求书
1.一种集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统，其特征是：所述复合热泵热水系统包括空气源热泵热水模块(3)和污水源热泵热水机组(13);
所述空气源热泵热水模块(3)连接在进水总管(30)与出水总管(31)之间，含有一台或多台空气源热泵机组(1)，在所述进水总管(30)与循环加热水箱(7)的水箱出水口(73)之间设有第一循环泵(2)，所述出水总管(31)与第一电动三通阀(5)的入口相连通，所述第一电动三通阀(5)的A出口与循环加热水箱(7)的水箱进水口(72)相连通，所述第一电动三通阀(5)的B出口与热水箱(9)的热水箱进水口(91)相连通;
所述污水源热泵热水机组(13)的冷凝通道(131)的出口与第二电动三通阀(15)的入口相连通，所述第二电动三通阀(15)的C出口与热水箱(9)的热水箱进水口(91)相连通，所述第二电动三通阀(15)的D出口与循环加热水箱(7)的水箱进水口(72)相连通，污水源热泵热水机组(13)的冷凝通道(131)的进口经过第二循环泵(12)与循环加热水箱(7)的水箱出水口(73)相连通;
所述污水源热泵热水机组(13)的蒸发通道(132)的进口端与预热换热器(28)的污水换热通道(281)的出口相连通，所述蒸发通道(132)出口端与污水池(18)相连通;
热水箱(9)的供水口(92)经热水供水泵(33)连接热水供水管(32)，由洗浴废水收集器(16)收集的洗浴废水经过滤袋(17)注入在污水池(18)中，所述污水池(18)的出水管路经污水泵(21)、滤沙器(22)和第二截止阀(24)接入预热换热器(28)的污水换热通道(281)的入口端;
在循环加热水箱(7)的补水口(71)与外接水源之间设置两个并联的供水通道，分别为：由外接水源经第三截止阀(25)接入的第一供水通道，以及由外接水源经第四截止阀(29)以及预热换热器(28)的预热通道(282)接入的第二供水通道;
在预热换热器(28)的污水换热通道(281)的进口端与出口端之间设置旁通阀(27);
在所述第二截止阀(24)的两端设置由第一截止阀(23)和清洗加药箱(26)串联构成的旁通支路。
2.一种权利要求1所述的集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式，其特征是按如下方式进行补水控制：
设置循环加热水箱(7)的液位最大值为H1max，最小值为H1min，当循环加热水箱(7)中液位降低至H1min时开始补水，当循环加热水箱(7)中液位上升至H1max时停止补水;补水时，按如下方式选择补水控制的供水通道：
令：T1为污水池(18)中的污水温度，T2为外接水源的供水温度;
并有ΔT=T1-T2，且T为温差设定值;
若ΔT>T，选择补水控制的供水通道为第二供水通道;
若ΔT≤T，选择补水控制的供水通道为第一供水通道。
3.一种权利要求1所述的集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式，其特征是设置所述系统按如下方式进行循环加热及能量控制：
所述循环加热是采用液位控制、优先运行污水源热泵机组(13)的控制模式：
令：在热水箱(9)中，T0为热水储水设定温度、H2max为设定液位最大值、H2min为设定液位最小值;H2为检测液位、V为液位变化速度;
当热水箱(9)的检测液位H2降低至设定液位最小值H2min时，启动循环加热的工作模式，所述循环加热的工作模式是按如下方式应用模糊规则控制热泵热水系统的输出总能量：
将热水箱(9)中的液位按照高、较高、中、较低和低划分为不同的液位等级;
将热水箱(9)中的液位变化速度V按照正大、正中、零、负中和负大划分为不同的液位变化速度等级;
将复合热泵热水系统的输出总能量按照大、中和零划分为不同的输出能量等级;
根据实时检测获得的热水箱(9)的中的检测液位H2和热水箱(9)中液位变化速度V控制复合热泵热水系统进行加载或减载;
设定复合热泵热水系统的加载顺序为：优先加载污水源热泵机组(13)、随后逐个加载空气源热泵机组(1);
设定复合热泵热水系统的减载顺序为：首先逐个卸载空气源热泵机组(1)，随后卸载污水源热泵机组(13)。
4.一种权利要求1所述的集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式，其特征是按如下方式进行污水回路的清洗操作：当污水泵(21)的累计工作时间达到设定时间或人工设置清洗操作时，关闭第二截止阀(24)和旁通阀(27)，开启第一截止阀(23)，污水池中的污水经清洗加药箱(26)依次进入预热换热器(28)的污水换热通道(281)、污水源热泵机组(13)的蒸发通道(132)返回污水池(18)，经污水池(18)的排污阀(19)排出。
说明书
集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统及控制方法
技术领域
本发明涉及低品位能源再生利用、或资源循环利用领域，具体涉及一种空气源与污水源复合的热泵热水系统及其控制方法，属一种节能环保装置。
背景技术
随着生活水平的提高及工业现代化的发展，家用、商用以及工业用热水需求量越来越大。在强化节能环保和可持续发展的当代，高效利用太阳能、地热能、空气能等绿色能源是解决生活热水高能耗问题的有效途径之一。热泵技术仅消耗较少的电能，将低品位的能量升级、增值并供生产或生活使用;同时热泵系统免去了燃烧过程，避免了排烟等造成的污染，既节能又环保。
空气源热泵热水装置消耗少量的电能从空气中吸取2～4倍的热量用于制取高温热水，具有经济、节能、安全、环保的优点，但是空气源热泵受季节和天气的影响较大，例如在冬季室外温度很低时，从空气中提取热量所耗费的电能会比较多，能源效率下降。与空气相比，水的热容量大、水温稳定，水源热泵较空气源热泵具有传热性能好、性能系数高、运行稳定的优点。集中浴场排放的洗浴废水具有流量大、温度高的特点，相比空气源洗浴废水作为热源会大大提升热泵的性能。将空气源与污水源复合的热泵热水系统应用于集中浴场，既克服了空气源热泵单独运行受环境影响较大的缺点，又可吸收洗浴废水的能量，发挥热泵系统高效节能的优势，不受气候条件的影响，实现全年无间断的热水供应。
中国实用新型专利CN202734038U公开了一种可循环利用能源的中央热水系统，包括双级压缩的空气源热泵装置、污水源热泵装置、补水箱、第一补水泵、第二补水泵以及贮热水箱。但该系统采用双级压缩的空气源热泵系统，没有很好的匹配系统，能效较低。
中国实用新型专利CN202126009U公开了一种多热源串联太阳能洗浴热水系统，包括空气源热泵、太阳能集热器、污水源热泵等装置，该系统将多热源并联太阳能洗浴热水系统改为串联系统，用一组循环泵单元带动整个系统，使得系统结构简化，投资减少。但其在加热热水温度以及系统运行控制方法方面的存在不足，与实用新型专利CN202734038U存在类似的问题。
中国实用新型专利CN203605461U公开了一种太阳能热泵循环节能热水设备，包括空气源热泵机组、循环泵、电磁阀、排气管、水罐、洗浴供水泵、污水源热泵机组、洗浴废水池、温度传感器、太阳能热水器。整个系统通过电缆连接到智能控制柜上，在智能控制柜的智能控制下联动运行。该系统采用从污水中取热后的中介水作为污水源热泵的热源，其换热效率与直接将污水作为热源相比较低，该系统未能解决污水取热装置长时间置于污水池中由于表面结垢严重而导致换热效率下降的问题。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统及控制方法，以实现热泵热水系统中热水的温度控制、热水的循环加热和连续供应，实现系统的自动控制和稳定运行，同时解决污水换热过程中换热器积垢、换热效率下降的问题。
本发明为解决所述技术问题采用如下技术方案：
本发明集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的结构特点是：所述复合热泵热水系统包括空气源热泵热水模块和污水源热泵热水机组;
所述空气源热泵热水模块连接在进水总管与出水总管之间，含有一台或多台空气源热泵机组，在所述进水总管与循环加热水箱的水箱出水口之间设有第一循环泵，所述出水总管与第一电动三通阀的入口相连通，所述第一电动三通阀的A出口与循环加热水箱的水箱进水口相连通，所述第一电动三通阀的B出口与热水箱的热水箱进水口相连通;
所述污水源热泵热水机组的冷凝通道的出口与第二电动三通阀的入口相连通，所述第二电动三通阀的C出口与热水箱的热水箱进水口相连通，所述第二电动三通阀的D出口与循环加热水箱的水箱进水口相连通，污水源热泵热水机组的冷凝通道的进口经过第二循环泵与循环加热水箱的水箱出水口相连通;
所述污水源热泵热水机组的蒸发通道的进口端与预热换热器的污水换热通道的出口相连通，所述蒸发通道出口端与污水池相连通;
热水箱的供水口经热水供水泵连接热水供水管，由洗浴废水收集器收集的洗浴废水经过滤袋注入在污水池中，所述污水池的出水管路经污水泵、滤沙器和第二截止阀接入预热换热器的污水换热通道的入口端;
在循环加热水箱的补水口与外接水源之间设置两个并联的供水通道，分别为：由外接水源经第三截止阀接入的第一供水通道，以及由外接水源经第四截止阀以及预热换热器的预热通道接入的第二供水通道;
在预热换热器的污水换热通道的进口端与出口端之间设置旁通阀;
在所述第二截止阀的两端设置由第一截止阀和清洗加药箱串联构成的旁通支路。
本发明集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式的特点是按如下方式进行补水控制：
设置循环加热水箱的液位最大值为H1max，最小值为H1min，当循环加热水箱中液位降低至H1min时开始补水，当循环加热水箱中液位上升至H1max时停止补水;补水时，按如下方式选择补水控制的供水通道：
令：T1为污水池(18)中的污水温度，T2为外接水源的供水温度;
并有ΔT=T1-T2，且T为温差设定值;
若ΔT>T，选择补水控制的供水通道为第二供水通道;
若ΔT≤T，选择补水控制的供水通道为第一供水通道。
本发明集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式的特点是：设置所述系统按如下方式进行循环加热及能量控制：
所述循环加热是采用液位控制、优先运行污水源热泵机组的控制模式：
令：在热水箱中，T0为热水储水设定温度、H2max为设定液位最大值、H2min为设定液位最小值;H2为检测液位、V为液位变化速度;
当热水箱的检测液位H2降低至设定液位最小值H2min时，启动循环加热的工作模式，所述循环加热的工作模式是按如下方式应用模糊规则控制热泵热水系统的输出总能量：
将热水箱中的液位按照高、较高、中、较低和低划分为不同的液位等级;
将热水箱中的液位变化速度V按照正大、正中、零、负中和负大划分为不同的液位变化速度等级;
将复合热泵热水系统的输出总能量按照大、中和零划分为不同的输出能量等级;
根据实时检测获得的热水箱的中的检测液位H2和热水箱中液位变化速度V控制复合热泵热水系统进行加载或减载;
设定复合热泵热水系统的加载顺序为：优先加载污水源热泵机组、随后逐个加载空气源热泵机组;
设定复合热泵热水系统的减载顺序为：首先逐个卸载空气源热泵机组，随后卸载污水源热泵机组。
本发明集中浴场用空气源与污水源复合热泵热水系统的控制方式的特点是：按如下方式进行污水回路的清洗操作：当污水泵的累计工作时间达到设定时间或人工设置清洗操作时，关闭第二截止阀和旁通阀，开启第一截止阀，污水池中的污水经清洗加药箱依次进入预热换热器的污水换热通道、污水源热泵机组的蒸发通道返回污水池，经污水池的排污阀排出。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
1、本发明集成应用了空气源热泵技术和污水源热泵技术，利用洗浴废水的热能及污水源热泵的高效率，提升热泵热水系统的工作效率和节能水平，实现资源循环利用，节能减排;
2、本发明直接从洗浴废水中取热，主要包括城市供水经预热换热器与洗浴废水换热、污水源热泵换热高效摄取洗浴废水的热能，在冬季仅采用预热换热器与洗浴废水换热这一措施，即可提高补水水温4～6℃，产生约10%的节能效果;
3、本发明设置了循环加热水箱并在循环加热水箱进水口设置电动三通阀和温度传感器，将加热后达到设定温度的热水及时分离，避免过度加热并节能;
4、本发明根据热水负载波动大的特点，应用模糊规则控制热泵热水系统的总能量，实现空气源热泵和污水源热泵联合运行和自动加、减载，优先运行能效水平更高的污水源热泵，达到系统平稳、可靠运行和节能运行的目的;
5、本发明为解决因换热器表面结垢而导致换热效率降低的问题，设置了污水回路清洗操作，清洗操作按设定时间执行，对预热换热器、污水源热泵蒸发通道进行清洗，提高换热器的换热效率。
