[发明专利]地源辅助的废热梯级利用水源热泵热水系统

说明书

本发明公开了一种地源辅助的废热梯级利用水源热泵热水系统，包括清水进水管、换热器、热泵A、热泵B、热泵C、洗浴废水进水管、地埋管A、热水输出管和废水排放管；所述清水进水管、洗浴废水进水管分别与换热器连接，换热器、热泵A、热泵B依次串联，废水排放管与热泵A中的蒸发器A连接，热水输出管分别与热泵B中的冷凝器B、热泵C中的冷凝器C连接；热泵C中的蒸发器C与地埋管A连接，并形成一个闭路液体循环管路。本发明在一年四季无需其他热水设备均能取得清水与废水流量之比≥1:1的突出效果，用洗浴废水不仅可以制取洗浴热水还能制取厨房、卫生间洗菜、洗手、洗脸所需的所有生活热水；通过切换工作模式，便可以无需其它电或空气源等辅热设备就能制备第一桶热水以便整个系统可以运行。

技术领域

本发明属于高效建筑节能的技术领域，具体涉及一种地源辅助的废热梯级利用水源热泵热水系统。

背景技术

本申请人之前申请提交了申请号为201910362566.1和2018102542474的专利，以14%电能驱动86%洗浴废热回收并循环利用，不仅将洗浴废水中余热全额回收，而且将清水进口温度与3℃之间的废热超额回收，洗浴废热利用率高达90%。同时能自动应对不同季节、不同工况，同步协调废水与清水流量，在保证洗浴热水温度情况下，自动实现热水产能和COP、废水利用最大化的统一。但是在实际使用过程中发现，一年四季中春夏秋三季均可以正常运行，但是到了冬季，使用效果相对较差。经研究发现是因为冬季的自来水温度相比于其余三季而言较低，而洗浴热水要求的温度相比于其余三季而言也略高，导致清水加热至热水所需温升相比于其余三季而言更高，这就导致最终出水的温度无法满足洗浴要求。另外，冬季除洗浴外，还存在着洗菜、洗手等其他生活热水的刚性需求，生活热水用量超过洗浴废水排放量。

单纯利用上述专利的系统通过洗浴废水制取生活热水，在严寒的冬季自来水温度特别低时，洗浴废水中的热量即使最大限度回收也无法满足生活热水温升的需求，还必须使用辅助加热设备进行加热，虽然辅助制热在总制热中占比很小，但仍然对整体运行带来较多不便，而且会显著降低系统的性能系数。比如电辅热会严重增加设备的整体运行能耗，而且需要另外增加一套电辅热设备进行运行和维护，增加了额外的成本；普通地源热泵系统，施工时需要的地埋管数量多，且地埋管必须保持足够的距离，所以整体占地面积大，现场条件不易满足，而在实际运行时，由于地源温度较低，系统性能系数不高，而且也极易出现地源热失衡的情况，无法保证长期运行。空气源热泵在寒冷的冬季、连续阴雨雪天等恶劣工况下也无法正常使用。

另外上述专利的系统在首次使用的时候，也必须要通过辅助加热系统得到热水进行洗浴之后，才能得到洗浴废水，进而运行系统。

所以如何才可以在一年四季任何工况下无需辅热系统就可使用，以及在冬季如何才可以制取得到比洗浴废水更多的热水是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种地源辅助的废热梯级利用水源热泵热水系统，相比普通地源热泵系统，洗浴废水源温度显著高于地源温度，废水与清水在换热器中直接换热，使系统制热量、性能系数均能提高50%左右；共两级热泵系统，使得废水中废热回收彻底，全年大部分时间仅利用废水中的热能就可以将清水加热到洗浴所需的温度，只有在自来水温度特别低时才利用地埋管从地源中吸热，仅在冬季作辅助热源使用，用量少，大部分时间不工作，不会导致地源的热失衡；在一年四季无需其他热水设备均能取得清水与废水流量之比≥1:1的突出效果，用洗浴废水不仅可以制取洗浴热水还能制取厨房、卫生间洗菜、洗手、洗脸所需的所有生活热水；通过切换工作模式，便可以无需其它电或空气源等辅热设备就能制备第一桶热水以便整个系统可以运行。

本发明提供的技术方案如下：