CN105042942A - 适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统 - Google Patents

适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统 Download PDF

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冯国会
张然
黄凯良
曹炽洪
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Abstract

本发明公开了适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，它包含光伏幕墙(2)，地源热组件(3)，空气源-地源双源热泵机组(1)和相变蓄热水箱(4)以及相应的空调末端，所述光伏幕墙(2)的气流输出端通过管道(5)经过第一电控风阀(6)与空气源-地源双源热泵机组(1)的进风口相连，所述光伏幕墙(2)的气流输出端通过管道(5)经过第二电控风阀(7)和风机(8)与空气源-地源双源热泵机组(1)的出风口(9)相连。本发明实现了太阳能热电的双效利用，并且冷却了PVT装置提高了硅电池的发电效率；实现了太阳能的移峰填谷，有效的解决了太阳能供暖保证率低的问题一机双源，成本增加少，投资回报期短。

Description

适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统
技术领域
本发明属于可再生能源利用技术领域，具体涉及到建筑供热供冷的集成技术。
背景技术
能源、环境和可持续发展是21世纪人类社会生存和发展的主题，而发展太阳能热利用技术受到全球范围的重视。热泵技术可以有效地将自然界中的低品位热源提高品质，满足建筑及工艺过程对冷热量的需求，近些年在我国乃至世界范围内得到了突飞猛进的发展。但热泵系统的运行受到低位热源、气候条件及用户系统状况等多方面影响，为使其正常稳定运行经常需要复合其他能源。
光伏光电(Photovoltaic/Thermal，简写为PVT)集热器的概念于20世纪70年代被提出，但近些年来PVT集热器的研究才越来越受到关注，主要是因为太阳能电池的效率和太阳能集热器效率的提高使得PVT集热器的综合效率得到提高，而且采用新的设计也使PVT集热器性能的到了改善。一般PVT集热器的温度可以达到30℃更高。
目前已经有了若干关于双源热泵机组以及系统的报道，比如：
专利双源热泵机组(申请号：2013102864371)提供一种双源热泵机组，包括压缩机、四通阀、电磁阀组、冷凝器、节流装置、蒸发器和气液分离器，在空气源情况下用翅片式冷凝器，在水源情况下用壳管式冷凝器，不同工况采用不同冷凝器，使机组性能达到最佳效果。
专利一种风水双源热泵冷热水机组及其控制方法(申请号：2014102400051)提出了根据冷热水需求实现空气源热泵模式、风冷冷水模式水源热泵模式三种模式的自动切换，把三台不同功能机组集成为一台多功能，全年实现随时根据用户冷热需求可以利用空气源和水源进行制冷、制热。
然而，已有的热泵和系统都没有与实际条件结合起来考虑，缺乏针对具体情况的整体集成方案设计，比如：空气源热泵可从周围空气中获取低品位热量来制取生活热水，空气源热泵成本低，但是它也受到室外空气温度的限制，在寒冷地区难以推广和使用，而结合利用建筑一体化的PVT系统则有望克服这一问题；在有些地方，土壤源热泵在夏季制冷工况下向土壤排放的热量大于冬季采暖工况下从土壤中吸收的热量，因此随着热泵系统逐年运行，地下土壤会出现热堆积现象，土壤温度会逐渐升高，造成土壤源热泵运行效率下降。
发明内容
本发明目的是提供适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统及控制方法，目的在于消耗很少一部分电能高效利用太阳能和地热能资源进行建筑冬季采暖。系统充分利用光伏余热，优先开启空气源模式，热泵能效高；地源模式间歇运行，运行能效高；夏季选择性开启地源和空气源模式，维护土壤热平衡；并通过相变水箱将白天多余的热量转移至晚上使用，一机双源，成本增加少，投资回报期短。
为了解决背景技术中所存在的问题，它包含光伏幕墙2，地源热组件3，空气源-地源双源热泵机组1和相变蓄热水箱4以及相应的空调末端，所述光伏幕墙2的气流输出端通过管道5经过第一电控风阀6与空气源-地源双源热泵机组1的进风口相连，所述光伏幕墙2的气流输出端通过管道5经过第二电控风阀7和风机8与空气源-地源双源热泵机组1的出风口9相连，所述地源热组件3的回水端和进水端分别与地埋侧回水管32和地埋侧进水管33连接，其中，地埋侧回水管32的另一端经过第一补水装置和地埋循环装置与空气源-地源双源热泵机组1对接，所述地埋侧进水管33的另一端与空气源-地源双源热泵机组1对接，所述空气源-地源双源热泵机组1的另一端分别通过回水管11和进水管12与相变蓄热水箱4相连，所述的空调末端通过用户侧供水管23和用户侧回水管17与相变蓄热水箱4相连。
所述的光伏幕墙2包含固定在外墙墙壁上的憎光岩棉层21，该憎光岩棉层21的外面涂覆有一层防水涂料层22，所述防水涂料层22的外面设置有一层硅光电池板23，该硅光电池板23通过支架杆24固定在外墙墙壁上，所述硅光电池板23的电流输出端通过导线连接电网或蓄电池，所述的外墙墙壁与硅光电池板23之间设置有空腔a，该空腔a的一端通过管道5经过第一电控风阀6与空气源-地源双源热泵机组1的进风口相连，其另一端通过管道5经过第二电控风阀7和风机8与空气源-地源双源热泵机组1的出风口相连。
所述的地源热组件3包含数根埋入到地下的地热管31，每根地热管31均与地埋侧回水管32和地埋侧进水管33对接。
所述的第一补水装置包含一根与地埋侧回水管32相连通的第一补水管34，该第一补水管34的另一端连接有第二补水管381和第三补水管382，所述第二补水管381的另一端与第一补水箱383对接，所述的第三补水管382的另一端经过第一补水泵384与第一补水箱383相连。
所述的地埋循环装置包含两根第一循环水管35，两根第一循环水管35之间通过两根第二循环水管36连通，每根第二循环水管36的中部安装有地埋循环泵37。
所述空气源-地源双源热泵机组1的另一端安装有回水管11和进水管12，该回水管11和进水管12的另一端分别经过阀门800和阀门700与相变蓄热水箱4对接；其中，回水管11的中部安装有与其相通的两根第三循环水管13和位于两根第三循环水管13中部的第一循环泵14，所述的两根第三循环水管13位于空气源-地源双源热泵机组1与阀门800之间，所述的两根第三循环水管13之间通过两根第四循环水管15连通，两根第四循环水管15中靠近回水管11一侧的一根上安装有第二循环泵16，所述两根第三循环水管13中位于与相变蓄热水箱4相对一侧的一根第三循环水管13连接用户侧回水管17，该用户侧回水管17的另一端依次经过阀门900，两根第五循环水管18和第三循环泵19以及阀门200与用户的回水端相连，所述的第三循环泵19位于两根第五循环水管18之间，所述的两根第五循环水管18之间通过两根第六循环水管20连通，两根第六循环水管20中靠近用户侧回水管17一侧的一根上安装有第四循环泵21，所述两根第五循环水管18中靠近相变蓄热水箱4一侧的一根第五循环水管18连接第一内循环管22，其另外一根第五循环水管18通过第四补水管25与第二补水装置相连，所述第一内循环管22的另一端经过阀门500与相变蓄热水箱4相连；所述进水管12上位于阀门700与空气源-地源双源热泵机组1之间的的中部连接有用户侧供水管23，该用户侧供水管23的另一端依次经过阀门1000和第二内循环管24以及阀门100与用户侧供水端相连，所述第二内循环管24的另一端经过阀门600与相变蓄热水箱4相连；
所述的第二补水装置包含与第四补水管25对接的第五补水管261和第六补水管262，所述第五补水管261的另一端与第二补水箱263对接，所述的第六补水管262的另一端经过第二补水泵264与第二补水箱263相连，该第二补水箱263上部的一侧安装有软水进水管265，所述软水进水管265的另一端与软水器27。
本发明利用双源热泵综合利用可再生能与，PVT装置实现了太阳能热电的双效利用，并且冷却了PVT装置提高了硅电池的发电效率；利用相变蓄热装置，将太阳能贮存相变水箱中，实现了太阳能的移峰填谷，有效的解决了太阳能供暖保证率低的问题。系统优先开启空气源模式，热泵能效高；地源模式间歇运行，运行能效高；夏季选择性开启地源和空气源模式，围护土壤热平衡；一机双源，成本增加少，投资回报期短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中光伏幕墙部分的结构示意图；
图3是本发明的详细结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参看图1-3，本具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，它包含光伏幕墙2，地源热组件3，空气源-地源双源热泵机组1和相变蓄热水箱4以及相应的空调末端，所述光伏幕墙2的气流输出端通过管道5经过第一电控风阀6与空气源-地源双源热泵机组1的进风口相连，所述光伏幕墙2的气流输出端通过管道5经过第二电控风阀7和风机8与空气源-地源双源热泵机组1的出风口9相连，所述地源热组件3的回水端和进水端分别与地埋侧回水管32和地埋侧进水管33连接，其中，地埋侧回水管32的另一端经过第一补水装置和地埋循环装置与空气源-地源双源热泵机组1对接，所述地埋侧进水管33的另一端与空气源-地源双源热泵机组1对接，所述空气源-地源双源热泵机组1的另一端分别通过回水管11和进水管12与相变蓄热水箱4相连，所述的空调末端通过用户侧供水管23和用户侧回水管17与相变蓄热水箱4相连。
所述的光伏幕墙2包含固定在外墙墙壁上的憎光岩棉层21，该憎光岩棉层21的外面涂覆有一层防水涂料层22，所述防水涂料层22的外面设置有一层硅光电池板23，该硅光电池板23通过支架杆24固定在外墙墙壁上，所述硅光电池板23的电流输出端通过导线连接电网或蓄电池，所述的外墙墙壁与硅光电池板23之间设置有空腔a，该空腔a的一端通过管道5经过第一电控风阀6与空气源-地源双源热泵机组1的进风口相连，其另一端通过管道5经过第二电控风阀7和风机8与空气源-地源双源热泵机组1的出风口相连。
所述的地源热组件3包含数根埋入到地下的地热管31，每根地热管31均与地埋侧回水管32和地埋侧进水管33对接。
所述的第一补水装置包含一根与地埋侧回水管32相连通的第一补水管34，该第一补水管34的另一端连接有第二补水管381和第三补水管382，所述第二补水管381的另一端与第一补水箱383对接，所述的第三补水管382的另一端经过第一补水泵384与第一补水箱383相连。
所述的地埋循环装置包含两根第一循环水管35，两根第一循环水管35之间通过两根第二循环水管36连通，每根第二循环水管36的中部安装有地埋循环泵37。
所述空气源-地源双源热泵机组1的另一端安装有回水管11和进水管12，该回水管11和进水管12的另一端分别经过阀门800和阀门700与相变蓄热水箱4对接；其中，回水管11的中部安装有与其相通的两根第三循环水管13和位于两根第三循环水管13中部的第一循环泵14，所述的两根第三循环水管13位于空气源-地源双源热泵机组1与阀门800之间，所述的两根第三循环水管13之间通过两根第四循环水管15连通，两根第四循环水管15中靠近回水管11一侧的一根上安装有第二循环泵16，所述两根第三循环水管13中位于与相变蓄热水箱4相对一侧的一根第三循环水管13连接用户侧回水管17，该用户侧回水管17的另一端依次经过阀门900，两根第五循环水管18和第三循环泵19以及阀门200与用户的回水端相连，所述的第三循环泵19位于两根第五循环水管18之间，所述的两根第五循环水管18之间通过两根第六循环水管20连通，两根第六循环水管20中靠近用户侧回水管17一侧的一根上安装有第四循环泵21，所述两根第五循环水管18中靠近相变蓄热水箱4一侧的一根第五循环水管18连接第一内循环管22，其另外一根第五循环水管18通过第四补水管25与第二补水装置相连，所述第一内循环管22的另一端经过阀门500与相变蓄热水箱4相连；所述进水管12上位于阀门700与空气源-地源双源热泵机组1之间的的中部连接有用户侧供水管23，该用户侧供水管23的另一端依次经过阀门1000和第二内循环管24以及阀门100与用户侧供水端相连，所述第二内循环管24的另一端经过阀门600与相变蓄热水箱4相连；
所述的第二补水装置包含与第四补水管25对接的第五补水管261和第六补水管262，所述第五补水管261的另一端与第二补水箱263对接，所述的第六补水管262的另一端经过第二补水泵264与第二补水箱263相连，该第二补水箱263上部的一侧安装有软水进水管265，所述软水进水管265的另一端与软水器27。
本发明利用双源热泵综合利用可再生能与，PVT装置实现了太阳能热电的双效利用，并且冷却了PVT装置提高了硅电池的发电效率；利用相变蓄热装置，将太阳能贮存相变水箱中，实现了太阳能的移峰填谷，有效的解决了太阳能供暖保证率低的问题。系统优先开启空气源模式，热泵能效高；地源模式间歇运行，运行能效高；夏季选择性开启地源和空气源模式，围护土壤热平衡；一机双源，成本增加少，投资回报期短。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于它包含光伏幕墙(2)，地源热组件(3)，空气源-地源双源热泵机组(1)和相变蓄热水箱(4)以及相应的空调末端，所述光伏幕墙(2)的气流输出端通过管道(5)经过第一电控风阀(6)与空气源-地源双源热泵机组(1)的进风口相连，所述光伏幕墙(2)的气流输出端通过管道(5)经过第二电控风阀(7)和风机(8)与空气源-地源双源热泵机组(1)的出风口(9)相连，所述地源热组件(3)的回水端和进水端分别与地埋侧回水管(32)和地埋侧进水管(33)连接，其中，地埋侧回水管(32)的另一端经过第一补水装置和地埋循环装置与空气源-地源双源热泵机组(1)对接，所述地埋侧进水管(33)的另一端与空气源-地源双源热泵机组(1)对接，所述空气源-地源双源热泵机组(1)的另一端分别通过回水管(11)和进水管(12)与相变蓄热水箱(4)相连，所述的空调末端通过用户侧供水管(23)和用户侧回水管(17)与相变蓄热水箱(4)相连。
2.根据权利要求1所述的适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于所述的光伏幕墙(2)包含固定在外墙墙壁上的憎光岩棉层(21)，该憎光岩棉层(21)的外面涂覆有一层防水涂料层(22)，所述防水涂料层(22)的外面设置有一层硅光电池板(23)，该硅光电池板(23)通过支架杆(24)固定在外墙墙壁上，所述硅光电池板(23)的电流输出端通过导线连接电网或蓄电池，所述的外墙墙壁与硅光电池板(23)之间设置有空腔a，该空腔a的一端通过管道(5)经过第一电控风阀(6)与空气源-地源双源热泵机组(1)的进风口相连，其另一端通过管道(5)经过第二电控风阀(7)和风机(8)与空气源-地源双源热泵机组(1)的出风口相连。
3.根据权利要求1所述的适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于所述的地源热组件(3)包含数根埋入到地下的地热管(31)，每根地热管(31)均与地埋侧回水管(32)和地埋侧进水管(33)对接。
4.根据权利要求1所述的适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于所述的第一补水装置包含一根与地埋侧回水管(32)相连通的第一补水管(34)，该第一补水管(34)的另一端连接有第二补水管(381)和第三补水管(382)，所述第二补水管(381)的另一端与第一补水箱(383)对接，所述的第三补水管(382)的另一端经过第一补水泵(384)与第一补水箱(383)相连。
5.根据权利要求1所述的适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于所述的地埋循环装置包含两根第一循环水管(35)，两根第一循环水管(35)之间通过两根第二循环水管(36)连通，每根第二循环水管(36)的中部安装有地埋循环泵(37)。
6.根据权利要求1所述的适合寒冷地区的光伏幕墙与双源热泵集成系统，其特征在于所述空气源-地源双源热泵机组(1)的另一端安装有回水管(11)和进水管(12)，该回水管(11)和进水管(12)的另一端分别经过阀门(800)和阀门(700)与相变蓄热水箱(4)对接；其中，回水管(11)的中部安装有与其相通的两根第三循环水管(13)和位于两根第三循环水管(13)中部的第一循环泵(14)，所述的两根第三循环水管(13)位于空气源-地源双源热泵机组(1)与阀门(800)之间，所述的两根第三循环水管(13)之间通过两根第四循环水管(15)连通，两根第四循环水管(15)中靠近回水管(11)一侧的一根上安装有第二循环泵(16)，所述两根第三循环水管(13)中位于与相变蓄热水箱(4)相对一侧的一根第三循环水管(13)连接用户侧回水管(17)，该用户侧回水管(17)的另一端依次经过阀门(900)，两根第五循环水管(18)和第三循环泵(19)以及阀门(200)与用户的回水端相连，所述的第三循环泵(19)位于两根第五循环水管(18)之间，所述的两根第五循环水管(18)之间通过两根第六循环水管(20)连通，两根第六循环水管(20)中靠近用户侧回水管(17)一侧的一根上安装有第四循环泵(21)，所述两根第五循环水管(18)中靠近相变蓄热水箱(4)一侧的一根第五循环水管(18)连接第一内循环管(22)，其另外一根第五循环水管(18)通过第四补水管(25)与第二补水装置相连，所述第一内循环管(22)的另一端经过阀门(500)与相变蓄热水箱(4)相连；所述进水管(12)上位于阀门(700)与空气源-地源双源热泵机组(1)之间的的中部连接有用户侧供水管(23)，该用户侧供水管(23)的另一端依次经过阀门(1000)和第二内循环管(24)以及阀门(100)与用户侧供水端相连，所述第二内循环管(24)的另一端经过阀门(600)与相变蓄热水箱(4)相连；
所述的第二补水装置包含与第四补水管(25)对接的第五补水管(261)和第六补水管(262)，所述第五补水管(261)的另一端与第二补水箱(263)对接，所述的第六补水管(262)的另一端经过第二补水泵(264)与第二补水箱(263)相连，该第二补水箱(263)上部的一侧安装有软水进水管(265)，所述软水进水管(265)的另一端与软水器(27)。
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