專利名稱：由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明技術涉及地板輻射采暖系統(tǒng)，尤其涉及一種由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為 地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)。
背景技術：
隨著《蒙特利爾議定書》的生效，人們開始淘汰對環(huán)境有害的CFC類和HCFC類制 冷劑。替代工質(zhì)分別為HFC類和天然類工質(zhì)。但HFC類工質(zhì)GWP值太高。釋放IkgHFC類 制冷劑所產(chǎn)生的全球變暖效果是釋放同樣多CO2所產(chǎn)生效果的1000-3000倍。這也是《京 都議定書》限制這類物質(zhì)的原因。CO2是一種無毒、不可燃而又廉價易獲取的天然工質(zhì)。與 其它制冷劑相比，其GWP = 1，來自自然界的CO2對全球環(huán)境沒有負面影響。另外，0)2的臨 界溫度只有31. 1°C，因此CO2的蒸氣壓縮循環(huán)放熱過程不是在兩相區(qū)發(fā)生冷凝，而是在氣體 冷卻器內(nèi)接近或超過臨界點的區(qū)域放熱。在CO2跨臨界制冷循環(huán)中，其放熱過程不恒溫，為 變溫過程，有較大的溫度滑移，而這個過程的溫度滑移正好與所需的變溫熱源相匹配，是一 種特殊的勞倫茲循環(huán)，可以減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬哪芰繐p失，有利于提高放熱系數(shù)。 CO2能提供的溫度高于120°C，具有(1)優(yōu)良的經(jīng)濟性，不存在回收問題。(2)無毒、不可燃， 安全性和化學穩(wěn)定性良好。比如說能適應各種潤滑油及常用機械零部件材料、即便在高溫 下也不會分解產(chǎn)生有害氣體。(3)具有與制冷循環(huán)和設備相適應的熱力學性質(zhì)。蒸發(fā)潛熱 較大，單位容積制冷量相當高。導熱率高、動力粘度低、定壓比熱高，而且表面張力低，故傳 熱性能好。(4)液體密度和蒸氣密度值比較小，在低壓下兩相流動較為均勻，有利于節(jié)流后 各回路間制冷劑的均勻分配，較小的表面張力能夠提高沸騰區(qū)的蒸發(fā)換熱系數(shù)。(5)優(yōu)良的 流動和傳熱特性，可顯著減小壓縮機與系統(tǒng)的尺寸，使整個系統(tǒng)非常緊湊。傳統(tǒng)的取暖方式，房間的頂部大約有30°C，而人體所處的位置尤其是腳部僅有 15°C甚至更低。坐的時間久了就會感覺腳冷腿涼，腿腳受涼會增加寒腿病、關節(jié)炎的患病可 能。因為當外界變冷時，人體機能自動調(diào)節(jié)，為了不使體內(nèi)熱量散失，手腳血液會回流以保 持內(nèi)臟器官所需的溫度。當腳下溫度低時，腳部血管收縮，血液回流受阻，導致全身血液循 環(huán)不順暢，這樣人的全身都會感到寒冷。所以暖人先要暖腳，只有腳溫暖了，全身才會感覺 溫暖。地板輻射采暖是以溫度不高于60°C的熱水，在埋置于地板下的盤管系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動， 加熱整個地板，通過地面均勻地向室內(nèi)輻射散熱的一種供暖方式。這種采暖方式采用整個 地板表面均勻熱輻射作為散熱系統(tǒng)，供暖任務由遠紅外線輻射承擔，熱量從底面輻射向上 加熱房內(nèi)空氣，底面溫度高于人的呼吸線溫度，給人腳暖頭涼的舒適感覺。同時，房間內(nèi)各 部分的溫差極小，房間內(nèi)的溫度分部均勻。此外，由于輻射面表面溫度低于常規(guī)散熱器，水 分散失較少，克服了傳統(tǒng)散熱器供暖方式造成的室內(nèi)燥熱、有異味、皮膚失水、口干舌燥等 不適，室內(nèi)環(huán)境如春，從而形成真正符合人體散熱要求的熱環(huán)境，改善血液循環(huán)，促進新陳 代謝，對心血管疾病有抑制作用；對老年人和兒童尤為適用，對于關節(jié)炎、老寒腿的病人更 有防治功效。
因此，如何將CO2作為地熱輻射采暖系統(tǒng)的加熱源實已成為本領域技術人員亟待 解決的技術課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供 熱的系統(tǒng)，以使地板輻射采暖系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保。為達上述目的及其它目的，本發(fā)明的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖 系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)，包括跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)和地板輻射采暖系統(tǒng)，其中，跨 臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)包括依序通過裹有耐高溫保溫材料且用于傳輸二氧化碳 的管道相串接以形成閉環(huán)的二氧化碳專用壓縮機、氣體冷卻器、回熱器、干燥過濾器、節(jié)流 閥、空氣源蒸發(fā)器和水源蒸發(fā)器；地板輻射采暖系統(tǒng)包括貼設在所述氣體冷卻器邊側(cè)的 進水管路、連接所述進水管路的蓄熱水箱、連接所述蓄熱水箱的循環(huán)泵、及通過止回閥、閥 門與所述循環(huán)泵相連的室內(nèi)地熱輻射排盤管、將所述進水管路和所述室內(nèi)地熱輻射排盤管 的回水管連通且部分貼設在所述水源蒸發(fā)器邊側(cè)的回流管道，其中，所述回流管道上設置 有止回閥。此外，在所述循環(huán)泵和室內(nèi)地熱輻射排盤管之間的管道上還可設電加熱器。此外，由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)還可包括通過 混水閥連接在所述電加熱器上的沐浴器。優(yōu)選的，所述室內(nèi)地熱輻射排盤管采用回水管與進水管相間鋪排，其中，進水管分 兩路，皆采用耐高溫非交聯(lián)聚乙烯管。優(yōu)選的，所述蓄熱水箱中可設置有水位計；所述循環(huán)泵為可調(diào)檔型，以方便調(diào)節(jié)地 板輻射采暖系統(tǒng)管路中的水流量。 綜上所述，本發(fā)明的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng) 采用二氧化碳工質(zhì)對水進行加熱，由此即環(huán)保又經(jīng)濟，可有效節(jié)約能源。


圖1是本發(fā)明的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系 統(tǒng)至少包括跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)、和地板輻射采暖系統(tǒng)。所述跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)包括依序通過裹有耐高溫保溫材料且用 于傳輸二氧化碳的管道相串接以形成閉環(huán)的二氧化碳專用壓縮機1、氣體冷卻器2、回熱器 3、干燥過濾器4、節(jié)流閥5、空氣源蒸發(fā)器6和水源蒸發(fā)器7 ；而地板輻射采暖系統(tǒng)包括貼 設在所述氣體冷卻器2邊側(cè)的進水管路、連接所述進水管路的蓄熱水箱8、連接所述蓄熱水 箱8的循環(huán)泵12、及通過止回閥11、閥門16與所述循環(huán)泵12相連的室內(nèi)地熱輻射排盤管 20、將所述進水管路和所述室內(nèi)地熱輻射排盤管20的回水管連通且部分貼設在所述水源 蒸發(fā)器7邊側(cè)的回流管道，其中，所述回流管道上設置有止回閥10。此外，在所述循環(huán)泵12和室內(nèi)地熱輻射排盤管20之間的管道上設有電加熱器17，通過混水閥13連接在所述電加 熱器17上的閥門19和沐浴器14，當然，沐浴器14上設有閥門19。在本實施例中，所述室內(nèi)地熱輻射排盤管采用回水管與進水管相間鋪排，其中，進 水管分兩路，皆采用耐高溫非交聯(lián)聚乙烯管；所述循環(huán)泵為調(diào)檔型，以方便調(diào)節(jié)地板輻射采 暖系統(tǒng)管路中的水流量；所述蓄熱水箱中設置有水位計。上述系統(tǒng)在不同氣候條件下，能通過CO2跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)和地 板輻射采暖系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)配合，就可以滿足冬季供暖、全年供熱水的功能。具體來說，在不 同氣候條件下，上述系統(tǒng)有三種工作模式(1)春夏秋季供熱水；(2)冬季供暖；(3)冬季供 熱水+供暖。下面結(jié)合圖1分別予以介紹具體運行方式如下(1)春夏秋季供熱水關閉閥門16，開啟閥門9，CO2跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)的氣冷器2從室 外空氣吸收的熱量通過制冷劑CO2傳遞給從閥門9進來的處于進水管路中的自來水，進行 一次加熱。止回閥10阻止自來水進入地板輻射采暖系統(tǒng)的室內(nèi)地熱輻射排盤管20。出水 溫度即可輕松達到40 90°C，通過混水閥13調(diào)節(jié)出水的溫度與流速后，經(jīng)過閥門19送入 淋浴器，或者經(jīng)過閥門18提供生活用水。(2)冬季供暖關閉混水閥13，先從閥門9放入自來水進入進水管道，跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵 循環(huán)系統(tǒng)中的工質(zhì)CO2經(jīng)過二氧化碳專用壓縮機1壓縮后成為高溫高壓的超臨界氣體，在 氣體冷卻器2內(nèi)放熱給進水管道中的水，被加熱的水流入儲熱水箱8中，當儲熱水箱中水位 計達到3/4左右時，關閉閥門9，注入的水便在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動；而工質(zhì)CO2在氣體冷卻器2 內(nèi)放熱后成為亞臨界氣體，然后經(jīng)過回熱器3在節(jié)流閥5中節(jié)流，成為氣液兩相狀態(tài)，再通 過蒸發(fā)器6吸收空氣熱量蒸發(fā)一部分，再進入空氣源蒸發(fā)器7從貼設在空氣源蒸發(fā)器7邊 側(cè)的回水管路吸熱完全蒸發(fā)。被加熱的循環(huán)水先是暫時存在儲熱水箱8內(nèi)，通在循環(huán)泵12 提高水壓后a)當水溫高于等于40°C時，直接流到地板輻射采暖系統(tǒng)的室內(nèi)地熱輻射排盤管 20，把熱量通過輻射以及對流的方式傳遞給室內(nèi)空氣，實現(xiàn)室內(nèi)供暖。b)如果室外溫度太低，空氣源蒸發(fā)器6結(jié)霜，換熱量降低，使被氣體冷卻器2加熱 的水溫度低于40°C，則啟動電加熱器17，迅速提高水溫，當水溫達到50°C，關閉電加熱器 17。升溫后的水徑閥門16流入室內(nèi)地熱輻射排盤管20，把熱量通過輻射以及對流的方式傳 遞給室內(nèi)空氣，實現(xiàn)室內(nèi)供暖。(3)冬季供熱水+供暖開啟閥門9，為系統(tǒng)補充循環(huán)水，由于止回閥10的作用，所補充的自來水會流經(jīng)貼 設在氣體冷卻器2邊側(cè)的進水管路，并被加熱。被加熱的自來水與循環(huán)水先是暫時存在儲 水箱內(nèi)，通在循環(huán)泵12提高水壓后a)當水溫高于等于40°C時，直接分為兩路，一路流到室內(nèi)地熱輻射排盤管20，把 熱量通過輻射以及對流的方式傳遞給室內(nèi)空氣，實現(xiàn)室內(nèi)供暖。另一路與自來水管道15流 入的自來水，在混水閥13的調(diào)節(jié)下，達到合適的溫度和流量后經(jīng)過閥門19送入淋浴器，此 外，也可通過閥門18提供其它生活用水。
b)若室外溫度太低，空氣源蒸發(fā)器6結(jié)霜，換熱量降低，使水溫低于40°C，則啟動 電加熱器17，迅速提高水溫，當水溫達到50°C，關閉電加熱器17。升溫后的水流同樣是分為 兩路，一路流到室內(nèi)地熱輻射排盤管20，把熱量通過輻射以及對流的方式傳遞給室內(nèi)空氣， 實現(xiàn)室內(nèi)供暖。另一路與自來水經(jīng)過混水閥13的調(diào)節(jié)，達到合適的溫度和流量后提供沐浴 用水和其它生活用水。綜上所述，本發(fā)明的二氧化碳作為加熱工質(zhì)的地板輻射采暖系統(tǒng)采用跨臨界二氧 化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)和地板輻射采暖系統(tǒng)相結(jié)合，以二氧化碳作為加熱工質(zhì)，實現(xiàn)綠色 節(jié)能的功效，也可以克服傳統(tǒng)采暖方式舒適度不高的不足。上述實施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉 此項技術的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發(fā) 明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
一種由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)，其特征在于包括跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)，其包括依序通過裹有耐高溫保溫材料且用于傳輸二氧化碳的管道相串接以形成閉環(huán)的二氧化碳專用壓縮機、氣體冷卻器、回熱器、干燥過濾器、節(jié)流閥、空氣源蒸發(fā)器和水源蒸發(fā)器；地板輻射采暖系統(tǒng)，其包括貼設在所述氣體冷卻器邊側(cè)的進水管路、連接所述進水管路的蓄熱水箱、連接所述蓄熱水箱的循環(huán)泵、及通過止回閥、閥門與所述循環(huán)泵相連的室內(nèi)地熱輻射排盤管、將所述進水管路和所述室內(nèi)地熱輻射排盤管的回水管連通且部分貼設在所述水源蒸發(fā)器邊側(cè)的回流管道，其中，所述回流管道上設置有止回閥。
2.如權利要求1所述的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)， 其特征在于在所述循環(huán)泵和室內(nèi)地熱輻射排盤管之間的管道上設有電加熱器。
3.如權利要求2所述的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)， 其特征在于還包括通過混水閥連接在所述電加熱器上的沐浴器。
4.如權利要求1所述的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)， 其特征在于所述蓄熱水箱中設置有水位計。
5.如權利要求1所述的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)， 其特征在于所述室內(nèi)地熱輻射排盤管采用回水管與進水管相間鋪排，其中，進水管分兩 路，皆采用耐高溫非交聯(lián)聚乙烯管。
6.如權利要求1所述的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)， 其特征在于所述循環(huán)泵為調(diào)檔型，以方便調(diào)節(jié)地板輻射采暖系統(tǒng)管路中的水流量。
全文摘要
本發(fā)明的由跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)為地板輻射采暖系統(tǒng)供熱的系統(tǒng)，包括跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)和地板輻射采暖系統(tǒng)，其可先由跨臨界二氧化碳工質(zhì)熱泵循環(huán)系統(tǒng)中的二氧化碳專用壓縮機將二氧化碳壓縮后，在氣體冷卻器內(nèi)與貼設在氣體冷卻器邊側(cè)的進水管道中的水進行熱交換，被加熱的水經(jīng)過地板輻射采暖系統(tǒng)的蓄熱水箱、循環(huán)泵后送入室內(nèi)地熱輻射排盤管，而冷卻的二氧化碳經(jīng)過回熱器、干燥過濾器、節(jié)流閥、空氣源蒸發(fā)器和水源蒸發(fā)器后重新進入二氧化碳專用壓縮機，由此實現(xiàn)循環(huán)。由此可見，本發(fā)明由于采用的加熱工質(zhì)為二氧化碳，不失為一種環(huán)保節(jié)能的供暖方式。
文檔編號F24D11/02GK101893276SQ20101015207
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者劉業(yè)鳳 申請人:上海理工大學