CN103206807B

CN103206807B - 集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组

Info

Publication number: CN103206807B
Application number: CN201310161884.4A
Authority: CN
Inventors: 江辉民; 郑泽顺; 王娜娜; 林美娜; 郑建光; 倪龙; 姚杨
Original assignee: GUANGDONG JIRONG AIR-CONDITIONER Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG JIRONG AIR-CONDITIONER Co Ltd
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2033-05-03
Also published as: CN103206807A

Abstract

本发明涉及一种集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组。主要由太阳能集热器、蓄能换热器、室外空气换热器、压缩机、蓄热水罐、用户侧换热器、气液分离器、集热水泵、用户循环水泵、电磁阀、电动三、四通换向阀、启闭阀、节流阀和单向阀等构成。可根据不同的室外气候条件，通过电动换向阀的换向连接，可实现太阳能直接供热、太阳能制备生活热水、太阳能蓄热、蓄能热泵供热、空气源热泵供热、蓄能兼空气源热泵联合供热、空气源热泵制备生活热水、空气源热泵供冷、空气源热泵蓄冷、热泵蓄冷兼制备生活热水、蓄冷供冷等多种运行模式。可实现空气能和太阳能的互补利用以及热泵机组冷量和热量的双向利用，采用一套设备实现供暖、制冷、蓄能和生活热水供应。

Description

集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组

技术领域

本发明属于空调节能技术领域，具体来说，是涉及一种能实现适应全年气候环境变化的能源综合利用的集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组。

背景技术

目前，空气源热泵应用广泛，但也受低温运行效率低，结霜等因素的影响，因此，空气源热泵与其他技术的集成系统层出不穷。但是，多数集成系统基本是几个技术的机械叠加，不能实现全年的适应各种天气条件变化的节能系统。

发明内容

本发明的任务在于提出一种集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组，以综合利用各节能措施，实现集成系统在高效的适应全年天气变化条件下运行，集成了太阳能、蓄能、空气源热泵及热泵热水器等多个节能技术为一体的多用途热泵系统，以解决太阳能不稳定性、间歇性，空气源热泵低温环境下运行效率低等问题，实现了电力的削峰填谷，综合并充分利用了可再生能源，实现能源的最大化利用为目的。

本发明，包括太阳能集热器、蓄能换热器、室外空气换热器、压缩机、蓄热水罐、用户侧换热器、气液分离器、集热水泵和用户循环水泵，蓄能换热器由制冷剂通道、相变材料通道以及水通道构成的一种三套管式换热器，蓄热水罐由制冷剂螺旋换热盘管、储水罐以及进出水口构成，用户侧换热器由制冷剂通道和水通道构成的套管或者板式换热器，用户循环水出口D通过用户循环水泵分别与太阳能集热器、蓄能换热器、蓄热水罐和用户侧换热器水通道的一个接口连接，太阳能集热器、蓄能换热器、蓄热水罐和用户侧换热器水通道的另一个接口分别与用户循环水入口C连接，在蓄能换热器、蓄热水罐和用户侧换热器水通道的输入口和输出口分别设有启闭阀，集热水泵设置在太阳能集热器水通道的输入口，在蓄热水罐上，设有自来水补充入口A和生活热水出口B，压缩机的制冷剂出口通过电动四通换向阀、电动三通换向阀、单向阀和节流阀与蓄能换热器、室外空气换热器、蓄热水罐和用户侧换热器中的一个或二个换热器连接成放热换热器，再与其余换热器中的一个或二个换热器连接成吸热换热器，由所述吸热换热器输出的制冷剂由管道通过气液分离器与压缩机的制冷剂入口形成循环连接，系统可根据不同的室外气候条件，采用自动控制系统，通过电动四通换向阀、电动三通换向阀、单向阀和节流阀的不同选择换向连接，实现太阳能直接供热、太阳能制备生活热水、太阳能蓄热、蓄能热泵供热、空气源热泵供热、蓄能兼空气源热泵联合供热、空气源热泵制备生活热水、空气源热泵供冷、空气源热泵蓄冷、热泵蓄冷兼制备生活热水或蓄冷供冷运行模式。

本发明，具有如下特点：

（1）实现了太阳能和空气能的互补利用，解决了太阳能不稳定性、间歇性以及空气源热泵低温环境下运行效率低等问题；

（2）能够实现热泵机组冷量和热量的双向利用，对能源进行最大化利用；

（3）蓄能技术实现了电力的削峰填谷，降低了夏季运行费用，降低了城市电网的高峰负荷；

（4）能够依据全年室外气候环境，通过自动控制系统，实现多种运行模式的转换，采用一套设备同时实现供暖、制冷、蓄能和生活热水供应，实现了空调设备的多元化发展，既节约了初投资，又降低了运行费用和机房面积。

附图说明

图1为实施例的系统结构原理图。

图中，1、太阳能集热器；2、蓄能换热器；3、室外空气换热器；4、压缩机；5、蓄热水罐；6、用户侧换热器；7、气液分离器；8、集热水泵；9、用户循环水泵；V1、V2为电磁阀；V3、V4、V5、V7、V18、V19为电动三通换向阀；V6为电动四通换向阀；V8、V9、V13、V14、V16为启闭阀；V10、V12、V17为节流阀；V11、V15为单向阀，A、自来水进水；B、生活热水出水；C、用户循环水入口；D、用户循环水出口。

具体实施方式

参照图1，包括太阳能集热器1、蓄能换热器2、室外空气换热器3、压缩机4、蓄热水罐5、用户侧换热器6、气液分离器7、集热水泵8和用户循环水泵9，蓄能换热器2由制冷剂通道、相变材料通道以及水通道构成的一种三套管式换热器，蓄热水罐5由制冷剂螺旋换热盘管、储水罐以及进出水口构成，用户侧换热器6由制冷剂通道和水通道构成的套管或者板式换热器，用户循环水出口D通过用户循环水泵9分别与太阳能集热器1、蓄能换热器2、蓄热水罐5和用户侧换热器6水通道的一个接口连接，太阳能集热器1、蓄能换热器2、蓄热水罐5和用户侧换热器6水通道的另一个接口分别与用户循环水入口C连接，在蓄能换热器2、蓄热水罐5和用户侧换热器6水通道的输入口和输出口分别设有启闭阀，集热水泵8设置在太阳能集热器1水通道的输入口，在蓄热水罐5上，设有自来水补充入口A和生活热水出口B，压缩机4的制冷剂出口与电动四通换向阀V6的第一通连接，电动四通换向阀V6的第二通与电动三通换向阀V7连接，电动三通换向阀V7的另外两通分别与蓄热水罐5和用户侧换热器6制冷剂通道的一个接口连接，蓄热水罐5和用户侧换热器6制冷剂通道的另一个接口与电动三通换向阀V19连接，电动三通换向阀V19的另外一通与电动三通换向阀V18连接，电动三通换向阀V18的另外两通分别与蓄能换热器2和室外空气换热器3制冷剂通道的一个接口连接，蓄能换热器2制冷剂通道的另一个接口与电动三通换向阀V3连接，电动三通换向阀V3的第二通与电动三通换向阀V4连接，电动三通换向阀V4的第二通与室外空气换热器3制冷剂通道的另一个接口连接，电动三通换向阀V4的第三通与电动四通换向阀V6的第三通连接，电动三通换向阀V3的第三通与电动三通换向阀V5连接，电动三通换向阀V5的第二通与气液分离器7连接，电动三通换向阀V5的第三通与电动四通换向阀V6的第四通连接，气液分离器7的输出端与压缩机4的制冷剂入口连接，其中，在电动三通换向阀V19与用户侧换热器6制冷剂通道的接口之间，并联连接逆向单向阀V15和节流阀V17；在电动三通换向阀V18与室外空气换热器3制冷剂通道的接口之间，并联连接逆向单向阀V11和节流阀V12；在电动三通换向阀V18与蓄能换热器2制冷剂通道的接口之间，串联连接节流阀V10。

本实施例，可根据不同的室外气候条件，采用自动控制系统，通过电动四通换向阀、电动三通换向阀、单向阀和节流阀的不同选择换向连接，实现以下运行模式：

（1）太阳能直接供热运行模式：开启用户循环水泵9和集热水泵8，关闭热泵系统，同时，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8、V14、V9和V16。系统水循环为：用户→用户循环水泵9→集热水泵8→太阳能集热器1→用户。太阳能热能通过水循环系统为用户供热。

（2）太阳能制备生活热水运行模式：开启集热水泵8，开启启闭阀V8和V14，关闭热泵系统，同时，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V9和V16，关闭用户循环水泵9。系统水循环为：太阳能集热器1→蓄热水罐5→集热水泵8→太阳能集热器1，太阳能热能通过循环水使蓄热水罐5中的水温升高，制取热水，热水可从出口B取出，从自来水A补充。

（3）太阳能蓄热运行模式：开启集热水泵8，开启电磁阀V1和V2，关闭热泵系统，同时，关闭启闭阀V8、V14、V9和V16，关闭用户循环水泵9。系统水循环为：太阳能集热器1→蓄能换热器2→集热水泵8→太阳能集热器1。太阳能热能通过循环水在蓄能换热器2中热交换。太阳能热能被储存在蓄能换热器2中。

（4）蓄能热泵供热运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V9和V16，开启用户循环水泵9，关闭集热水泵8，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8和V14。系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V7→用户侧换热器6→单向阀V15→电动三通换向阀V19→电动三通换向阀V18→节流阀V10→蓄能换热器2→电动三通换向阀V3→电动三通换向阀V4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4；系统水循环为：用户→用户循环水泵9→启闭阀V16→用户侧换热器6→启闭阀V9→用户。制冷剂在用户侧换热器6中放热制热，通过用户侧换热器6为用户供热。另外，制冷剂在蓄能换热器2换热吸热，将冷能蓄存在蓄能换热器2中，备用。

（5）空气源热泵供热运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V9和V16，开启用户循环水泵9，关闭集热水泵8，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8和V14。系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V7→用户侧换热器6→单向阀V15→电动三通换向阀V19→电动三通换向阀V18→节流阀V12→室外空气换热器3→电动三通换向阀V4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4。系统水循环为：用户→用户循环水泵9→启闭阀V16→用户侧换热器6→启闭阀V9→用户，制冷剂在用户侧换热器6中放热制热，通过用户侧换热器6为用户供热。

（6）蓄能兼空气源热泵联合供热运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V9和V16，开启用户循环水泵9，三通阀V4和V18全开，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8和V14，关闭集热水泵8，系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V7→用户侧换热器6→单向阀V15→电动三通换向阀V19→电动三通换向阀V18→节流阀V10（同时经过节流阀V12）→蓄能换热器2（同时经过室外空气换热器3）→电动三通换向阀V3→电动三通换向阀V4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4；系统水循环为：用户→用户循环水泵9→启闭阀V16→用户侧换热器6→启闭阀V9→用户，制冷剂在用户侧换热器6中放热制热，通过用户侧换热器6为用户供热；制冷剂在蓄能换热器2换热吸热，将冷能蓄存在蓄能换热器2中，备用；另外，如果开启集热水泵8，太阳能集热器1产生的热量与热泵系统产生的热量联合输送给用户。

（7）空气源热泵制备生活热水运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V8和V14，开启集热水泵8，关闭用户循环水泵9，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V9和V16。系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V7→蓄热水罐5→电动三通换向阀V19→电动三通换向阀V18→节流阀V12→室外空气换热器3→电动三通换向阀V4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4；制冷剂在蓄热水罐5中放热，使蓄热水罐5中的水温升高，制取热水，同时，开启集热水泵8，可使太阳能集热器1联合供给热水，热水可从出口B取出，从自来水A补充。

（8）空气源热泵供冷运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V9和V16，开启用户循环水泵9，关闭集热水泵8，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8和V14。系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V4→室外空气换热器3→单向阀V11→电动三通换向阀V18→电动三通换向阀V19→节流阀V17→用户侧换热器6→电动三通换向阀V7→电动三通换向阀V6→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4。系统水循环为：用户→用户循环水泵9→启闭阀V16→用户侧换热器6→启闭阀V9→用户，制冷剂在用户侧换热器6中吸热制冷，为用户供冷。

（9）空气源热泵蓄冷运行模式：开启热泵系统，关闭用户循环水泵9，关闭集热水泵8，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V8、V14、V9和V16，系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V4→室外空气换热器3→单向阀V11→电动三通换向阀V18→节流阀V10→蓄能换热器2→电动三通换向阀V3→电动三通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4。制冷剂在蓄能换热器2换热吸热，将冷能蓄存在蓄能换热器2中，备用。

（10）热泵蓄冷兼制备生活热水运行模式：开启热泵系统，开启启闭阀V8和V14，开启集热水泵8，关闭用户循环水泵9，关闭电磁阀V1和V2，关闭启闭阀V9和V16。系统制冷剂循环为：压缩机4→电动四通换向阀V6→电动三通换向阀V7→蓄热水罐5→电动三通换向阀V19→电动三通换向阀V18→节流阀V10→蓄能换热器2→电动三通换向阀V3→电动四通换向阀V5→气液分离器7→压缩机4；制冷剂在蓄能换热器2换热吸热，将冷能蓄存在蓄能换热器2中，备用；制冷剂在蓄热水罐5中放热，使蓄热水罐5中的水温升高，制取热水；同时，开启集热水泵8，可使太阳能集热器1联合供给热水，热水可从出口B取出，从自来水A补充。

Claims

1.一种集成太阳能、空气能和套管蓄能的多源热泵冷热水机组，其特征在于：包括太阳能集热器（1）、蓄能换热器（2）、室外空气换热器（3）、压缩机（4）、蓄热水罐（5）、用户侧换热器（6）、气液分离器（7）、集热水泵（8）和用户循环水泵（9），蓄能换热器（2）由制冷剂通道、相变材料通道以及水通道构成的一种三套管式换热器，蓄热水罐（5）由制冷剂螺旋换热盘管、储水罐以及进出水口构成，用户侧换热器（6）由制冷剂通道和水通道构成的套管或者板式换热器，用户循环水出口（D）通过用户循环水泵（9）分别与太阳能集热器（1）、蓄能换热器（2）、蓄热水罐（5）和用户侧换热器（6）水通道的一个接口连接，太阳能集热器（1）、蓄能换热器（2）、蓄热水罐（5）和用户侧换热器（6）水通道的另一个接口分别与用户循环水入口（C）连接，在蓄能换热器（2）、蓄热水罐（5）和用户侧换热器（6）水通道的输入口和输出口分别设有启闭阀，集热水泵（8）设置在太阳能集热器（1）水通道的输入口，在蓄热水罐（5）上，设有自来水补充入口（A）和生活热水出口（B），压缩机（4）的制冷剂出口与电动四通换向阀V6的第一通连接，电动四通换向阀V6的第二通与电动三通换向阀V7连接，电动三通换向阀V7的另外两通分别与蓄热水罐（5）和用户侧换热器（6）制冷剂通道的一个接口连接，蓄热水罐（5）和用户侧换热器（6）制冷剂通道的另一个接口与电动三通换向阀V19连接，电动三通换向阀V19的另外一通与电动三通换向阀V18连接，电动三通换向阀V18的另外两通分别与蓄能换热器（2）和室外空气换热器（3）制冷剂通道的一个接口连接，蓄能换热器（2）制冷剂通道的另一个接口与电动三通换向阀V3第一通连接，电动三通换向阀V3的第二通与电动三通换向阀V4第一通连接，电动三通换向阀V4的第二通与室外空气换热器（3）制冷剂通道的另一个接口连接，电动三通换向阀V4的第三通与电动四通换向阀V6的第三通连接，电动三通换向阀V3的第三通与电动三通换向阀V5第一通连接，电动三通换向阀V5的第二通与气液分离器（7）连接，电动三通换向阀V5的第三通与电动四通换向阀V6的第四通连接，气液分离器（7）的输出端与压缩机（4）的制冷剂入口连接，其中，在电动三通换向阀V19与用户侧换热器（6）制冷剂通道的接口之间，并联连接逆向单向阀V15和节流阀V17；在电动三通换向阀V18与室外空气换热器（3）制冷剂通道的接口之间，并联连接逆向单向阀V11和节流阀V12；在电动三通换向阀V18与蓄能换热器（2）制冷剂通道的接口之间，串联连接节流阀V10，系统可根据不同的室外气候条件，通过电动四通换向阀、电动三通换向阀、单向阀和节流阀的不同选择换向连接，实现太阳能直接供热、太阳能制备生活热水、太阳能蓄热、蓄能热泵供热、空气源热泵供热、蓄能兼空气源热泵联合供热、空气源热泵制备生活热水、空气源热泵供冷、空气源热泵蓄冷、热泵蓄冷兼制备生活热水或蓄冷供冷运行模式。