小型浅层地下水源热泵型空调器

小型浅层地下水源热泵型空调器

技术领域

 小型浅层地下水源热泵型空调器，属于新能源家用电器领域。

背景技术

我国《民用建筑热工设计规范》GB50176将全国分为五个热气候地区，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。其中，夏热冬冷地区是指长江中下游及其周围地区，范围大致为陇海线以南，南岭以北，四川盆地以东，包括上海、重庆二直辖市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、贵州二省东半部，江苏、河南二省南半部，福建省北半部，陕西、甘肃二省南端，广东、广西二省区北端，涉及16个省、市、自治区。该地区面积约180万平方公里，人口5.5亿左右，国内生产总值约占全国的48%，是一个人口密集、经济发达的地区。这一地区夏季炎热、冬季较阴冷，但其农村及中小城镇平层建筑以往一般没有空调和采暖设施，随着人民生活水平的逐步提高，这类建筑逐渐产生了空调和采暖的需求，目前的解决方案主要是：设置小型简易煤锅炉供冬季取暖，购买壁挂式或柜式房间空调器作为夏季空调之用，这两类设施的购置安装费用总计约在1.5万以上，因此有些经济不太宽裕的家庭可能只选择其一，或者干脆什么都不装。随着这部分人收入的增加和生活水平的提高，其对居住舒适性提出了一定的要求。

 传统的热泵型房间空调器可同时解决夏季制冷和冬季采暖的需求，但在上述应用场合主要存在如下一些问题：

 1）农村和中小城镇平层住宅的住房面积往往比较大，一般至少有三个房间，建筑面积处于150--300平米之间，这些建筑物往往未经专业化的设计，所以其建筑保温往往也做得不太好，这样的建筑配置空调实施，所需要配备空调器的功率要求比较大，否则不能满足建筑物的使用要求，这造成设备造价偏高，难以被这部分用户接受；

 2）这一地区夏季气温很高且持续时间长，导致空调制冷工况的COP比较低；而冬季气温低，导致空调在热泵工况运行的COP更低，更为严重的问题是热泵在冬季的产热量严重不足，无法满足这些建筑的采暖需求。因此，传统的热泵型房间空调器在夏热冬冷地区的使用时，效率不高、供热能力不足，其使用经济性和运行效果并不能令人满意。

地下水源热泵系统从近百米深度的地下取水，作为空调主机的冷热源，是各类暖通设备中能效比最高的技术方案，一般用于大型中央空调领域，它不适合做成小型系统，因为存在地下水使用的法律制约，地下水取水和回灌成本等问题。从10米以内深度取浅层地下水目前不受国家法规限制，因此本项目试图研制一种以10米以内深度的浅层地下水为冷热源的小型水源热泵型房间空调器产品，用于夏热冬冷地区的农村及中小城镇平层建筑夏季制冷和冬季采暖需求。该技术构思的主要优点是：夏季能降低制冷系统的冷凝温度，冬季能抬高热泵系统的蒸发温度，因此可大幅度提高系统的能效比，并在一定压缩机排量下可增大制冷量和供热量，可更好地满足上述建筑的冷暖两用空气调节要求，并有利于控制产品成本，同时还能提高产品使用的舒适性。本项目产品在这类用户中可替代自制小型锅炉和传统房间空调器，能降低用户在空调和采暖方面的总投资约30%，可以预期，项目产品将具有良好的市场空间。

发明内容

1、研究开发“小型浅层地下水源热泵型房间空调器”产品，以下简称“水源热泵”，该产品使用10米左右深度的浅层地下水为冷热源，夏季向地下水中排放冷凝热，冬季从地下水中吸收热量，从而构造热泵型房间空调器产品，产品主要针对我国“夏热冬冷”地区（主要分布在长江中下游）的农村和中小型城镇的平层居民住宅建筑，作为夏季制冷和冬季采暖之用，替代传统的自制简易小锅炉和传统的房间空调器。

2、计划研发的“水源热泵”系列产品包括“一体机”和“多联机”两个规格：一体机使用约1.5HP的压缩机，适用面积约20～40平米，主要用于客厅；多联机使用约3HP的压缩机，可带2～4个末端风机盘管，相当于“户式中央空调”的产品功能。一体机的所有部件集成在一个机身内，用户使用简单；多联机适于三个以上的房间，购买成本优势明显。

3、在有效控制成本的前提下，综合运用各类有助于提高制冷量、制热量、综合能效比（即EER）的技术手段，开发上述两个规格的“水源热泵”产品，并最终形成这两个产品规格可供规模化生产的完整产业化技术。

4、对于所开发的产品，最终形成如下技术资料：产品构成零部件清单（包括零部件名称、材质、代号、技术要求、技术参数、生产厂家等）、产品整套详细图纸（包括整机和部件组装图、自制零部件图纸、外协件图纸、外购件尺寸图等）、全部配套零部件及毛坯的协作、配套、供货厂家（或品牌）名录，最终形成产业化技术。

5、研发工作包括方案论证、验证样机和产品设计、不少于三轮的产品样机制作和实验研究、实验装置的设计与搭建、样机和产品的全面性能实验及考核研究、产品控制系统的设计、产品定型设计等；还包括产品批量生产线的建设，产品研发试验装置的建设，产品生产检验装置等的建设，形成产业化条件。

 项目技术指标

 ① 拟研发的“水源热泵”产品使用10米左右深度的浅层地下水为冷热源，产品适用于农村和中小城镇平层居民住宅的冷暖供应，产品适用的地域为《民用建筑热工设计规范》GB50176所规定的“夏热冬冷地区”，具体是指长江中下游及其周围地区，范围大致为陇海线以南，南岭以北，四川盆地以东，包括上海、重庆二直辖市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、贵州二省东半部，江苏、河南二省南半部，福建省北半部，陕西、甘肃二省南端，广东、广西二省区北端。重点针对湖南、湖北、江苏、浙江、广西、安徽。

 ② 拟研发的产品包括“一体机”和“多联机”两个规格，一体机产品使用约1.5HP的压缩机（介于1～2HP之间），适用于卧室之外的较大的房间（如客厅，面积在20--40平米）；多联机产品使用约3HP的压缩机（介于2～5HP之间），可解决总面积约100～200平米，包括2～4个房间的整个小型建筑的空调和采暖需求，以水为冷热载体。产品可实现夏季制冷和冬季供暖，无需另外的辅助热源。夏季空调工况下，COP比普通风冷空调提高30%以上；冬季采暖工况下，COP和供热能力比普通风冷空调提高40%以上。

③ 拟研发的产品，多联机的蒸发器和冷凝器均采用水冷套管式（或蛇管式、或钎焊板式）换热器，室内循环水侧水泵置于机组内部，机组可带2～4个风机盘管末端，风机盘管采用传统温控器控制。一体机的空调蒸发器（即热泵冷凝器）采用风冷氟利昂翅片管换热器，压缩机、蒸发器、冷凝器、风机、及其他元器件均置于一个罩壳内，整个机组置于室内，落地安装，外形类似于柜式空调的室内机，操作方法亦类同。产品配套的压缩机采用转子式（或涡旋式），制冷剂节流元件采用热力膨胀阀（或电子膨胀阀、或毛细管），室内风机采用低噪声贯流风机，冷热源侧水泵置于机组之外。

主要创新点

1）受制于我国夏热冬冷地区的气候条件，传统的风冷型房间空调器在这一地区使用时，夏季由于室外温度很高，导致其制冷能效比不高；冬季由于室外温度低且湿度大，导致供热能力不足且能效比低。本项目以这一地区丰富的浅层地下水（10米深度之内）为冷热源，研发适用于广大村镇住宅的冷暖两用型房间空调器产品，这一地区浅层地下水的温度一般在14～20℃区间，在一定的压缩机排量下，拟研发产品在空调工况的冷凝温度约可降低10～15℃，热泵工况的蒸发温度约可提高5～10℃，因此其制冷和供热COP可提高30～40%，供热能力则可提升40%，无需电辅助加热。

2）我国夏热冬冷地区的广大村镇居民建筑冬季采暖一直是个难题，目前的主要解决手段是烧火炉或自制土暖气，夏季则需另购空调器，两种设备总计购买支出一般在1.5～2万元之间。本项目产品则可同时高效地妥善解决村镇住宅的夏季空调和冬季采暖需求，总体支出则在6000～9000元之间。本产品即提高了夏热冬冷地区村镇居民的生活质量，又达到了节能能源消耗，降低成本支出的目的。

3）本产品采用一体机和水循环多联机两种结构方案，适用于不同房间面积和数量，现场只存在水路连接，不存在氟路连接，因此安装使用及维护比传统空调器简单。