带直接预热的浴室废气潜热回收的热泵热水系统与方法

本发明涉及一种热回收系统与方法，尤其是涉及一种带直接预热的浴室废气潜热回收的热泵热水系统与方法。

背景技术：

1、工业车间需要设置相应规格的公共浴室以满足卫生需求，而公共浴室在运行过程中会产生大量的洗浴污水与水蒸气，其中，洗浴热水蒸腾后产生的水蒸气温度较高，包含可以回收的显热与大量可以通过冷凝释放出的潜热。然而，多数配备余热回收系统的公共浴室仅采用污水源热泵回收洗浴污水中的余热，浴室内大量水蒸气被直接排至室外，造成了极大的热损失。

2、申请号为201811475536.3的中国专利提出了一种浴室多级热利用热泵系统。利用热泵系统实现浴室内温度较高的洗浴污水的余热回收，自来水首先经过洗浴污水的预热，然后依次与热泵循环中节流前的两相流制冷剂和压缩机排气口的高温高压制冷剂换热，实现逐级加热，最终加热至洗浴温度。该专利仅回收浴室内洗浴污水的余热，大量水蒸气被直接排至室外，造成极大的热损失，此外，利用洗浴污水对自来水进行预热，系统长期运行容易造成换热器的腐蚀与堵塞，削弱系统的传热效果，降低余热回收效率。

3、热泵和水盘管是两种常见的热回收设备，其中，水盘管将高温空气与冷水进行热交换，可以用于加热洗浴用水；热泵利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温热源高效吸收低品位热能，并将其传输给高温热源，可用于回收公共浴室内高温高湿的湿空气余热并用于建筑供暖，从而降低建筑能耗，实现节能效果。部分公共浴室利用水盘管回收水蒸气冷凝释放出的潜热用于加热循环水，实现浴室内的余热回收。此方法下水蒸气与循环水直接进行热交换，相比于热泵热回收系统，加热程度十分有限，难以达到目标温度。另外由于湿空气与冷水传热温差较小，传热效率较低。存在较多热损失，无法实现余热的高效回收。

4、申请号为201920379284.8的中国专利提出了一种适用于厕所、浴室的水汽余热回收装置。利用水盘管可以回收浴室中水蒸气的显热与潜热用以加热循环水，以降低建筑供暖能耗与碳排放，并同时回收冷凝水以实现节水效果。该专利中水蒸气与循环水直接进行热交换，水蒸气温度较低，系统的传热温差较小，会削弱系统的换热效果。此外，该专利中循环水仅一次加热，相比于热泵热回收系统，无法将水加热至更高温度，加热后的水温较低，不宜用于建筑供暖，仍需搭配其他形式的供热设备使用，系统的余热回收效率不高。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种带直接预热的浴室废气潜热回收的热泵热水系统与方法，可实现系统的深度热回收，降低系统热损失，提高循环能效。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一方面提供一种带直接预热的浴室废气潜热回收的热泵热水系统，包括压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、节流阀，以及浴室废气预热器；

4、所述压缩机与第一换热器的制冷剂侧通道、第三换热器的制冷剂侧通道、第二换热器的制冷剂侧通道、节流阀、第四换热器的制冷剂侧通道依次循环连通，构成制冷剂回路；

5、所述第二换热器的载冷剂侧通道、浴室废气预热器的载冷剂侧通道、第一换热器的载冷剂侧通道依次连通，构成载冷剂流路；

6、所述浴室废气预热器的空气侧通道、第四换热器的空气侧通道、第三换热器的空气侧通道依次连通，构成浴室废气潜热回收流路。

7、进一步地，所述载冷剂流路中，所用载冷剂为水。

8、进一步地，所述第二换热器的载冷剂侧通道进口处设有进水口，所述第一换热器的载冷剂侧通道出口处设有出水口。

9、进一步地，所述第一换热器、第二换热器优选板式换热器，第三换热器、第四换热器优选翅片管式换热器。

10、进一步地，所述压缩机设于浴室废气潜热回收流路上，并位于第三换热器的空气侧通道下游。

11、进一步地，所述浴室废气潜热回收流路还包括用于驱动浴室废气流动的风机。

12、进一步地，所述浴室废气潜热回收流路还包括设有进风风口和出风风口的壳体，以及设于壳体内并依次连通的多个腔室，所述浴室废气预热器、第四换热器、第三换热器依次设于相应腔室内。

13、进一步地，所述第二换热器、节流阀与第四换热器设于同一腔室内，所述第一换热器、压缩机与第三换热器设于同一腔室内。

14、本发明的第二方面提供一种基于上述热泵热水系统的浴室废气潜热回收方法，包括：

15、将浴室废气通过浴室废气预热器的空气侧通道，向载冷剂放热；再经过第四换热器的空气侧通道，向制冷剂放热，并使温度降低至露点以下；之后经过第三换热器的空气侧通道从制冷剂吸热，升温至设定排风温度。

16、更具体的浴室废气潜热回收过程包括：浴室(例如公共浴室)内高温高湿的湿空气首先经过浴室废气预热器(可选用翅片管式换热器)的空气通道，向温度较低的载冷剂放热；然后经过第四换热器(可选用翅片管式换热器，充当热回收盘管)的空气通道，向低温低压的两相流制冷剂放热，温度逐渐降低，当温度降低至露点以下，排风中开始凝水，排风的温度和相对湿度均下降；再经过第三换热器(可选用翅片管式换热器，充当再热盘管)的空气通道从高温高压的制冷剂气体吸热，温度升高至接近处理前的排风温度；继续经过压缩机，吸收压缩机散发的热量，最后由风机送入室内。

17、进一步地，该方法还包括：将载冷剂依次流经第二换热器的载冷剂侧通道、浴室废气预热器的载冷剂侧通道、第一换热器的载冷剂侧通道，在第二换热器、第一换热器的载冷剂侧通道中吸收另一侧制冷剂冷凝所释放的热量，在浴室废气预热器中吸收另一侧浴室废气冷凝所释放的热量，从而达到目标温度。

18、更具体的载冷剂加热过程包括：载冷剂依次流经第二换热器(可选用板式换热器，作用为预热)的载冷剂通道、浴室废气预热器(可选用翅片管式换热器)的载冷剂通道和第一换热器(可选用板式换热器)的载冷剂通道，在第二换热器与第一换热器中吸收高温高压的制冷剂冷凝所释放的热量，在浴室废气预热器中吸收浴室内高温高湿的湿空气冷凝所释放的热量，从而达到目标温度。

19、本发明首先利用水盘管与热泵回收浴室内大量高温高湿的湿空气中的余热(包括显热与冷凝潜热)，降低了直接排放造成的热损失。其次本发明回收浴室内湿空气冷凝所释放的潜热用于加热洗浴用水，可以有效降低建筑供暖能耗，降低建筑碳排放。此外，本发明通过水盘管与多个冷凝器实现自来水的逐级加热，充分利用系统中排风、制冷剂与自来水之间的温差，实现系统的深度热回收，降低系统热损失，提高循环能效。同时，本发明通过冷凝器之一将回收的湿空气显热归还给室内排风，重新将排风加热至接近处理前温度，避免经过降温除湿后空气温度降得过低而影响浴室内的舒适性。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1)本发明通过增加水盘管，在空气侧流路实现对浴室内高温高湿湿空气的预冷，通过被动式热回收首先回收一部分湿空气中的余热，降低热损失；在水侧流路实现对冷水加热，使冷水依次流经预热板式换热器、水盘管与板式换热器，湿空气的温度通常高于再热排风后的制冷剂温度，因此水盘管设置在两个板式换热器中间可以更好的匹配冷热流体温度，减小换热损失。

22、2)本发明将被动热回收与主动热回收相结合，先利用水盘管让高温高湿空气对冷水直接进行一次加热，此过程由温差驱动，不需要额外功耗，实现湿空气热量的被动热回收。再利用热泵循环对经过一次热回收的湿空气进行主动热回收，补足热水所需热量，达到目标水温，实现高温高湿空气的深度热回收。先进行被动热回收可以让湿空气与冷水直接进行热交换，避免间接传热损失。后利用热泵循环进行主动热回收，可以解除被动热回收的温差限制，提高余热回收量，达到更高的热水温度。

23、3)本发明通过水盘管与多个板式换热器实现冷水的逐级加热，使冷水依次吸收节流前中温高压的制冷剂液体、处理前浴室内高温高湿空气与压缩机排气口高温高压的制冷剂气体中的热量，充分利用系统中空气、制冷剂与水之间的温差，相比于只利用水盘管将浴室内水蒸气与冷水直接进行热交换的热回收系统，本发明的制热水能力更强，逐级加热后热水温度能够满足正常洗浴要求，同时可以实现湿空气的深度热回收，降低系统热损失，提高循环能效。

24、4)本发明通过回收浴室内湿空气冷凝所释放的潜热，用于加热洗浴用水，相比于传统的电加热与燃气加热方式，可以有效减小建筑供暖能耗，降低建筑碳排放。

25、5)本发明的热回收系统结构设置中，通过冷凝器之一将回收的湿空气显热归还给室内排风，可以将重新将排风加热至接近处理前温度，相当于仅回收湿空气的潜热，避免经过降温除湿后空气温度降得过低，造成浴室内热舒适性的下降。