[发明专利]CO2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统

说明书

(一)技术领域

本专利可广泛适用于任何大、小的CO2热泵设备的地暖取暖领域，特别涉及CO2热泵机组在任何环境温度下的最高效运行。供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水的全套系统，水温还可连续调节，满足多种需求。

(二)背景技术

国家民用建筑地暖取暖标准规定了供暖介质的供/回水温度范围，供水温度宜采用35～50℃，供、回水温差不宜大于10℃。实际应用中供/回水温度调定为35℃/30℃是比较经济合理的。

由于CO2热泵供暖机组是跨临界循环，只有当回水温度越低(一般不要高于35℃)，回水从气体冷却器吸收的热能才越多，效率才越高；但在放热的CO2跨临界循环的超临界压力区，压力和温度是两个独立的变量，它们共同决定着CO2流体的焓值，在蒸发温度和气体冷却器CO2出口温度一定的情况下，换言之，也就是环境温度和地板散热器的回水温度一定的情况下，改变高压压力将分别对制热量和压缩功产生影响，因而存在着一个系统运行的最优的高压压力，在此压力下制热系统就有着最高制热效率。

高制热效率下的出水温度都是很高的(一般为70℃～80℃，依据蒸发、冷凝压力等因素有几度变化)。

使用中回水温度30℃可以满足CO2热泵供暖机组要求，但高的出水温度显然不符合使用的要求。本专利通过对地板换热器的部份回水进行加热后与未加热的回水部份一同流经带高效混水器功能的水箱勾兑降温，解决了高出水温度的问题，不断能提供稳定的35℃供水(当然控制温度连续升、降也是可行，满足多种需求)，还能为CO2热泵供暖机组在任何工况下的最高效运行(机组需带自适应寻找最优的高压压力学习功能)提供保障。

地板换热器的部份回水同时还实现了封闭循环加热，在满足使用的供/回水温度的同时，还突破性地解决了CO2热泵供暖机组供暖介质在封闭式循环加热时能效比不降低的难题，为CO2热泵供暖机组的广泛应用扫清了障碍，且全套水系统理论上无任何热损失。

(三)发明内容

本专利的目的在于，提供一种地暖取暖用的CO2热泵供暖系统，克服现有的供暖系统采用CO2 工质时存在的技术缺陷，使CO2热泵供暖机组侧可毫无顾忌地实现以制热能效比最大化、最优化的模式运行，当然CO2热泵供暖机组需带自适应学习功能，能在任何环境温度下自动寻找到最优运行工况。

供/回水侧CPU(PLC)控制器12都能自动依据气体冷却器2的出水水温、地板散热器9的回水水温作依据，通过带高效混水器水箱6及高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀11将水泵7出口侧的供水温度锁定在地暖所需的35℃的水温。

本专利还突破性地解决了CO2热泵供暖机组在封闭式循环加热供暖介质时的效率会逐步递减的缺憾，使供暖介质在CO2热泵供暖机组中获取的热量得到100％的利用，且在理论上还无任何热损失。

(四)附图说明

图1为本专利：CO2地暖热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统之示意附图。

(五)具体实施方式

下面结合图1对本专利作进一步的详细说明。

以下结合图1对本专利所进行详细描述，应当理解为本部份的描述仅是示范性和解释性的，不应对本专利的保护范围有任何限制作用。

如图1所示，本专利CO2地暖热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统包括：CO2压缩机1、气体冷却器2、回热器3、电子膨胀阀4、热源蒸发器5、带高效混水器水箱6、水泵7、供水温度传感器8、地板散热器9、高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀 11、CPU(PLC)控制器12、回水温度传感器13、气冷器出水温度传感器14，它们分别通过CO2管道及供暖介质水系统管道按图1所示依次连接。

如图1所示，把30℃的地板散热器9的回水分出一部份到CO2热泵供暖机组的气体冷却器2中加热，其出水温度可依据最佳制热能效比确定，一般出水温度在70℃～80℃范围，依据蒸发、冷凝压力等因素会有几度的变化。

通过供水温度传感器8，对水泵7出口侧的供水温度进行定时监测，确保供水温度控制在35℃±1℃(或依据需求作调整)，如偏离了设定温度35℃，可上传数据给CPU(PLC)控制器12，由CPU(PLC)控制器12的控制程序对高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀11的步进电机发出脉冲指令，并分别调节其进入带高效混水器水箱6的高、低温水的流量，达到控制供水温度35℃的稳定要求。