排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统与方法技术方案

排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统与方法，该系统包括室外空调设备、空气源热泵热水机组室外设备、排风设备侧静压箱、室外设备侧静压箱和能量梯级利用系统控制器、至少一个变频排风设备和多个风阀。本发明专利技术还包括能量梯级利用系统的控制方法。本发明专利技术将建筑排风口设在室外空调设备和空气源热泵热水机组室外设备的进风区，根据需要控制风阀开闭、空气源热泵热水机组室外设备双向轴流风机的正反转和变频排风设备的变频运行，本发明专利技术可同时进行冷热量的梯级利用和气流动能的梯级利用，强化排风，降低排风能耗，消除排风不畅甚至自然风倒灌的现象，并回收排风中的冷热量、提高空调室外机和热泵热水机组效率，减少系统运行能耗。

【技术实现步骤摘要】
排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统与方法
本专利技术涉及一种排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统与方法。
技术介绍
关于建筑排风系统：建筑排风系统用于排出室内废气，其出风口常设于外立面或屋顶，暴露在自然风环境中。由于自然风的作用，易造成排风系统排风不畅甚至自然风倒灌进入排风系统现象。一般规定室内新风量按照不少于30m3/(h•人)确定，还要考虑维持室内正压和局部排风的新风量，所以对于运行空调系统的建筑，其排风量是很可观的，并且其夏季的排风温度可低至24℃，冬季的排风温度高达20℃，有很大的冷热回收价值。关于室外空调设备与空气源热泵热水机组室外设备：各种室外空调设备（分体式空调器室外机、VRV空调室外机、多联机空调室外机、家用中央空调室外机、风冷热泵机组）与空气源热泵热水机组室外设备主要由风机和换热盘管组成，进入换热器的空气温度是影响其运行效率的关键因素之一。对于室外空调设备，我们希望在供冷季制冷工况下降低进入换热器的空气温度，在供热季制热工况下提高进入换热器的空气温度来增加换热效率，又能减少或避免出现结霜现象，显著提高其运行效率。对于空气源热泵热水机组室外设备，我们希望提高进入换热器的空气温度，提高热泵的运行效率。关于排风系统与室外空调设备和热泵热水机组室外设备结合：在夏季和冬季，建筑物排风具有很高的冷热回收价值，即使在过渡季节，建筑物排风温度也高于室外空气。供冷季将低于室外空气温度的排风作为室外空调设备的进风来源，供热季将高于室外空气温度的排风作为室外空调设备或者空气源热泵的进风来源，过渡季节将带有余热的室内排风作为空气源热泵热水机组室外设备的进风来源，可显著提高空调与空气源热泵热水机组的运行效率，又可减少或避免设备结霜现象。此外，供冷季空调运行时，室外空调设备吹出的风温度高于室外温度，可作为空气源热泵热水机组室外设备的进风，提高空气源热泵热水机组的效率。通过计算，排风风量可以较好地匹配室外空调设备的进风量。如单个房间排风扇风量与小型分体式空调室外机进风量可以匹配，大型建筑如几万到几十万立方米每小时的排风量可以与相应系统的室外空调设备与空气源热泵热水机组匹配。关于节能规范的规定：我国各地现行的节能标准，强制规定了排风热回收的数量及比例。比如某省份《公共建筑节能设计标准》规定，常见的采用风机盘管加新风系统的建筑，当设计新风量不小于30000m3/h时，应有不小于总新风量40%的排风热回收量。实际工程中由于投资及设备安装所限，往往取下限40%进行设计。关于能量梯级利用系统与方法：目前能量梯级利用的方式大量存在于分布式能源供应系统中，不管是一次能源还是其他能源，均按其品位逐级加以利用。高、中温蒸汽先用来发电（或用于生产工艺），低温余热用来向住宅供热。典型如余热回收蒸汽及发电，蒸汽余压回收发电等方式。然而，目前建筑物缺乏有效的能量梯级利用的方法，建筑排风的能量（热能与动能）回收利用率有限，空调室外机以及热泵热水机组室外机排出的能量（包括空调室外机夏季排出的热风中的热能等）都是直接排掉，没有进行利用，造成能源浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、能量利用率高的排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统与方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，包括至少一个变频排风设备、室外空调设备、空气源热泵热水机组室外设备、排风设备侧静压箱、室外设备侧静压箱、能量梯级利用系统控制器，变频排风设备安装在建筑墙体内，变频排风设备的进风口和排风口分别伸出建筑墙体的内外壁，排风设备侧静压箱安装于建筑墙体的外壁上，变频排风设备的排风口伸入排风设备侧静压箱中，室外空调设备和空气源热泵热水机组室外设备安装于排风设备侧静压箱和室外设备侧静压箱之间，室外空调设备的进风口和空气源热泵热水机组室外设备的进风口均伸入排风设备侧静压箱中，室外空调设备的出风口和空气源热泵热水机组室外设备的出风口均伸入室外设备侧静压箱中，变频排风设备的排风口位于室外空调设备的进风口的负压区与空气源热泵热水机组室外设备的进风口的负压区。空气源热泵热水机组室外设备、室外空调设备、变频排风设备均与能量梯级利用系统控制器相连。能量梯级利用系统还包括排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀、排风静压箱空调侧进风风阀、空调侧自然进排风风阀、热泵热水机组侧自然进排风风阀、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀、室外设备静压箱内部风阀、室外设备静压箱空调侧风阀，排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀、排风静压箱空调侧进风风阀、空调侧自然进排风风阀、热泵热水机组侧自然进排风风阀、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀、室外设备静压箱内部风阀和室外设备静压箱空调侧风阀均与能量梯级利用系统控制器相连。各风阀均用于隔断气流或使气流通过。通过能量梯级利用系统控制器可控制排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀、排风静压箱空调侧进风风阀、空调侧自然进排风风阀、热泵热水机组侧自然进排风风阀、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀、室外设备静压箱内部风阀和室外设备静压箱空调侧风阀的开闭。排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀的阀体装于排风设备侧静压箱内部，排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备和变频排风设备之间，用于控制变频排风设备的排风是否能够进入空气源热泵热水机组室外设备；排风静压箱空调侧进风风阀的阀体亦装于排风设备侧静压箱内部，排风静压箱空调侧进风风阀的阀体位于室外空调设备和变频排风设备之间，用于控制变频排风设备的排风是否能够进入室外空调设备；空调侧自然进排风风阀的阀体安装于排风设备侧静压箱的开口处，空调侧自然进排风风阀的阀体位于室外空调设备的外侧；热泵热水机组侧自然进排风风阀的阀体安装于排风设备侧静压箱的另一开口处，热泵热水机组侧自然进排风风阀的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备的外侧；室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀的阀体安装于室外设备侧静压箱的开口处，室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备的外侧；室外设备静压箱空调侧风阀的阀体安装于室外设备侧静压箱的另一开口处，室外设备静压箱空调侧风阀的阀体位于室外空调设备的外侧；室外设备静压箱内部风阀的阀体安装于室外设备侧静压箱的内部，室外设备静压箱内部风阀的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备和室外空调设备之间。排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀的阀体、排风静压箱空调侧进风风阀的阀体、空调侧自然进排风风阀的阀体、热泵热水机组侧自然进排风风阀的阀体、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀的阀体、室外设备静压箱空调侧风阀的阀体、室外设备静压箱内部风阀的阀体分别与不同的电动机相连。各阀体分别与相应的电动机共同构成电动风阀。排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀、排风静压箱空调侧进风风阀、空调侧自然进排风风阀、热泵热水机组侧自然进排风风阀、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀、室外设备静压箱空调侧风阀、室外设备静压箱内部风阀分别通过不同的电动机与能量梯级利用系统控制器相连。通过不同的电动机控制相应风阀的开闭，可隔断气流或使气流通过。排风设备侧静压箱内设有排风静压箱热泵热水机组侧温度传感器、排风静压箱热泵热水机组侧压力传感器、排风静压箱空调侧温度传感器和排风静压箱空调侧压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，其特征在于，包括室外空调设备（3）、空气源热泵热水机组室外设备（4）、排风设备侧静压箱（9）、室外设备侧静压箱（14）和能量梯级利用系统控制器（28）和至少一个变频排风设备（1）；变频排风设备（1）安装在建筑墙体（29）内，变频排风设备（1）的进风口和排风口分别伸出建筑墙体（29）的内外壁，排风设备侧静压箱（9）安装于建筑墙体（29）的外壁上，变频排风设备（1）的排风口伸入排风设备侧静压箱（9）中，室外空调设备（3）和空气源热泵热水机组室外设备（4）安装于排风设备侧静压箱（9）和室外设备侧静压箱（14）之间，室外空调设备（3）的进风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口均伸入排风设备侧静压箱（9）中，室外空调设备（3）的出风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的出风口均伸入室外设备侧静压箱（14）中，变频排风设备（1）的排风口位于室外空调设备（3）的进风口的负压区与空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口的负压区；空气源热泵热水机组室外设备（4）、室外空调设备（3）、变频排风设备（1）均与能量梯级利用系统控制器（28）相连。

【技术特征摘要】
1.排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，其特征在于，包括室外空调设备（3）、空气源热泵热水机组室外设备（4）、排风设备侧静压箱（9）、室外设备侧静压箱（14）和能量梯级利用系统控制器（28）和至少一个变频排风设备（1）；变频排风设备（1）安装在建筑墙体（29）内，变频排风设备（1）的进风口和排风口分别伸出建筑墙体（29）的内外壁，排风设备侧静压箱（9）安装于建筑墙体（29）的外壁上，变频排风设备（1）的排风口伸入排风设备侧静压箱（9）中，室外空调设备（3）和空气源热泵热水机组室外设备（4）安装于排风设备侧静压箱（9）和室外设备侧静压箱（14）之间，室外空调设备（3）的进风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口均伸入排风设备侧静压箱（9）中，室外空调设备（3）的出风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的出风口均伸入室外设备侧静压箱（14）中，变频排风设备（1）的排风口位于室外空调设备（3）的进风口的负压区与空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口的负压区；空气源热泵热水机组室外设备（4）、室外空调设备（3）、变频排风设备（1）均与能量梯级利用系统控制器（28）相连。2.根据权利要求1所述的排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，其特征在于，能量梯级利用系统还包括排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）、排风静压箱空调侧进风风阀（11）、空调侧自然进排风风阀（12）、热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）、室外设备静压箱内部风阀（16）、室外设备静压箱空调侧风阀（17），排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）、排风静压箱空调侧进风风阀（11）、空调侧自然进排风风阀（12）、热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）、室外设备静压箱内部风阀（16）和室外设备静压箱空调侧风阀（17）均与能量梯级利用系统控制器（28）相连；排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）的阀体装于排风设备侧静压箱（9）内部，排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备（4）和变频排风设备（1）之间，用于控制变频排风设备（1）的排风是否能够进入空气源热泵热水机组室外设备（4）；排风静压箱空调侧进风风阀（11）的阀体亦装于排风设备侧静压箱（9）内部，排风静压箱空调侧进风风阀（11）的阀体位于室外空调设备（3）和变频排风设备（1）之间，用于控制变频排风设备（1）的排风是否能够进入室外空调设备（3）；空调侧自然进排风风阀（12）的阀体安装于排风设备侧静压箱（9）的开口处，空调侧自然进排风风阀（12）的阀体位于室外空调设备（3）的外侧；热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）的阀体安装于排风设备侧静压箱（9）的另一侧开口处，热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备（4）的外侧；室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）的阀体安装于室外设备侧静压箱（14）的开口处，室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备（4）的外侧；室外设备静压箱空调侧风阀（17）的阀体安装于室外设备侧静压箱（14）的另一开口处，室外设备静压箱空调侧风阀（17）的阀体位于室外空调设备（3）的外侧；室外设备静压箱内部风阀（16）的阀体安装于室外设备侧静压箱（14）的内部，室外设备静压箱内部风阀（16）的阀体位于空气源热泵热水机组室外设备（4）和室外空调设备（3）之间；排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）的阀体、排风静压箱空调侧进风风阀（11）的阀体、空调侧自然进排风风阀（12）的阀体、热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）的阀体、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）的阀体、室外设备静压箱空调侧风阀（17）的阀体、室外设备静压箱内部风阀（16）的阀体分别与不同的电动机相连；排风静压箱热泵热水机组侧进风风阀（10）、排风静压箱空调侧进风风阀（11）、空调侧自然进排风风阀（12）、热泵热水机组侧自然进排风风阀（13）、室外设备静压箱热泵热水机组侧风阀（15）、室外设备静压箱空调侧风阀（17）、室外设备静压箱内部风阀（16）分别通过不同的电动机与能量梯级利用系统控制器28相连；通过不同的电动机控制相应风阀的开闭，隔断气流或使气流通过。3.根据权利要求1或2所述的排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，其特征在于，排风设备侧静压箱（9）内设有排风静压箱热泵热水机组侧温度传感器（18）、排风静压箱热泵热水机组侧压力传感器（19）、排风静压箱空调侧温度传感器（20）和排风静压箱空调侧压力传感器（21）；室外设备侧静压箱（14）内设有室外设备静压箱热泵热水机组侧温度传感器（22）、室外设备静压箱热泵热水机组侧压力传感器（23）、室外设备静压箱空调侧温度传感器（24）和室外设备静压箱空调侧压力传感器（25）；室外即排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统的外部设有室外温度传感器（26）和室外压力传感器（27）；所有传感器均与能量梯级利用系统控制器（28）相连。4.根据权利要求1或2所述的排风、空调和热泵热水设备能量梯级利用系统，其特征在于，空气源热泵热水机组室外设备（4）包括换热器（6）和双向轴流风机（8）；通过能量梯级利用系统控制器（28）控制空气源热泵热水机组室外设备4的双向轴流风机8正反转；室外空调设备（3）包括换热器（5）和风机（7）；外空调设备（3）的风机（7）亦与能量梯级利用系统控制器（28）相连；由于室外空调设备（3）的进风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口均伸入排风设备侧静压箱（9）中，变频排风设备（1）的排风口位于室外空调设备（3）的进风口的负压区与空气源热泵热水机组室外设备（4）的进风口的负压区；所以，从变频排风设备（1）的排风口排出的气流经排风设备侧静压箱（9）后，形成排风加压气流，强化排风效果，提高换热效率；通过能量梯级利用系统控制器（28），根据需要控制变频排风设备（1）低频运行，降低变频排风设备能耗；室内排风的余热（余冷）与室外空调设备（3）的换热器（5）或空气源热泵热水机组室外设备（4）的换热器（6）进行热交换；冬季的排风余热减少或避免出现室外空调设备（3）与热泵热水机组室外设备（4）结霜现象；由于室外空调设备（3）的出风口和空气源热泵热水机组室外设备（4）的出风口均伸入室外设备侧静压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李念平，王宽，王春磊，牛峰，王蒙，王磊，贾宇豪，何颖东，孙湛，
申请(专利权)人：湖南大学，中铁建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43