CN105115167A - 利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收供水的复合系统 - Google Patents

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武涛
张军
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Abstract

本发明涉及利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收供水的复合系统，属于节能减排领域，该装置包括：太阳能集热系统、集热水箱、带电加热恒温水箱、供水系统、热泵机组、水泵、恒温阀、换热器、伴热带、电磁阀、液位计、温度探头、废水箱；其中，太阳能集热系统通过集热水箱、恒温水箱与供水系统相连；热泵机组与恒温水箱、废水箱连接；水泵位于各设备与系统的管路上；恒温阀位于热泵机组供水端；伴热带分别位于太阳能集热系统供水端、自来水供水端、供水系统回水管上；电磁阀分别连接于供水管和回水管上；液位计位于恒温水箱里，温度探头置于各温度测点处。本系统可解决太阳能系统供水不稳定的缺陷，同时，可在夜间低谷电实现部分蓄热的功能。

Description

利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收供水的复合系统
技术领域
本发明属于节能减排领域中暖通空调技术领域，特别涉及一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收技术供应热水的复合系统，且可以实现低谷电蓄热的功能。主要用于有热水需求、太阳辐射照度较好的场所。
背景技术
近年来，随着经济的不断发展和人们对低碳环保的重视，太阳能集热技术提供生活、生产用热水凭借着独特的优势得到了广泛的应用。然而，单独的依靠太阳能提供热水并不可靠，若出现连续无日照的情况，则整个系统就会瘫痪。
如今水源热泵的研究已经趋于成熟，但其仍面临着取热热源受限的问题，且我国的用电又存在着不均衡的特点，即高峰电不够用，低谷电用不了，空调行业用电更是紧张。对于有热水需求的场所，其排热也相对稳定，通常，这些废水的排放温度在三十多度，而大量的热源白白的流入市政管网，造成热污染的同时，更是浪费了大量的热量。若是能够将此部分热量合理有效的利用起来，必将在节省运行费用的同时也为节能减排事业作出一定的贡献。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收供水的复合系统。该系统有效的将太阳能集热系统与水源热泵热回收技术相结合，且可以实现低谷电蓄热的功能。在充分的利用太阳能提供热水的同时，还可以高效的通过水源热泵机组回收废水中热量。此外，在夜间低谷电实现部分蓄热的功能。
本发明提出的一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收热水的复合系统，其特征在于，该装置主要包括：太阳能集热系统、集热水箱、带电加热恒温水箱、供水系统、热泵机组、水泵、恒温阀、换热器、伴热带、电磁阀、液位计、温度探头、废水箱，以及连接控制各设备的控制器；其连接关系为：太阳能集热系统与集热水箱相连；集热水箱与带电加热恒温水箱相连；带电加热恒温水箱与供水系统相连；热泵机组与带电加热恒温水箱相连；换热器一侧与热泵机组相连，另一侧与废水箱连接；水泵位于各设备与系统的管路上；恒温阀位于热泵机组供水端；伴热带分别位于太阳能集热系统供水端、自来水供水端、供水系统回水管上；电磁阀分别连接于自来水供水管和供水系统回水管上；液位计位于带电加热恒温水箱里，温度探头置于各温度测点处。
本发明的特点及有益效果：本发明利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收技术供应热水的复合系统，且可以实现低谷电蓄热的功能。有效的将太阳能集热系统与水源热泵热回收技术相结合；最大限度的利用太阳能集热提供热水，还可以通过水源热泵机组高效的回收废水中热量来解决太阳能系统不稳定的缺陷，同时，可在夜间低谷电实现部分蓄热或辅助加热的功能。
附图说明
图1为本发明的系统总体组成图；
图2为本发明工作流程图。
具体实施方式
本发明提出的利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收技术供应热水的复合系统结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收热水的复合系统，其特征在于，该装置主要包括：太阳能集热系统、集热水箱、带电加热恒温水箱、供水系统、热泵机组、水泵、恒温阀、换热器、伴热带、电磁阀、液位计、温度探头、废水箱，以及连接控制各设备的控制器；其连接关系为：太阳能集热系统与集热水箱相连；集热水箱与带电加热恒温水箱相连；带电加热恒温水箱与供水系统相连；热泵机组与带电加热恒温水箱相连；换热器一侧与热泵机组相连，另一侧与废水箱连接；水泵位于各设备与系统的管路上；恒温阀位于热泵机组供水端；伴热带分别位于太阳能集热系统供水端、自来水供水端、供水系统回水管上；电磁阀分别连接于自来水供水管和供水系统回水管上；液位计位于带电加热恒温水箱里，温度探头置于各温度测点处。
本发明提出的一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收技术供应热水的复合系统实施例组成如图1所示，该复合系统主要包括：多组真空管式或平板式太阳能集热器组成太阳能集热系统1；带保温的不锈钢集热水箱2(根据实际情况设置水箱数量)；带保温的电加热恒温水箱3；由多组用水单位组成的供水系统4；供热性能系数COP≥4.5的水源热泵机组5；六个立式管道循环水泵6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6；启动温度≥15℃恒温阀7；换热效率≥90％的换热器8；三个变功率伴热带9-1、9-2、9-3；三个电磁阀10-1、10-2、10-3；磁浮子液位计11；七个带信号输出的温度探头12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7；带保温过滤的废水箱13及控制器；其连接关系为：太阳能集热系统1通过水泵6-1与集热水箱2连接；集热水箱2通过水泵6-3与带电加热恒温水箱3连接；带电加热恒温水箱3通过水泵6-2与供水系统4连接；热泵机组5冷凝器侧通过水泵6-4与带电加热恒温水箱3相连，热泵机组5蒸发器侧通过换热器8、水泵6-5与集热水箱2相连；换热器8通过水泵6-6与废水箱13相连接；所述的水泵6-1、伴热带9-1、温度探头12-6位于太阳能集热系统总进水管上；所述的温度探头12-1、12-4、12-5分别位于太阳能集热系统出水管、自来水进水管、热水供应系统回水管上，温度探头12-2、12-3分别位于集热水箱、带电加热恒温水箱上；所述的伴热带9-2、电磁阀10-1、10-3位于自来水进水管上；所述的伴热带9-3、电磁阀10-2位于热水供应系统回水管上；所述的磁浮子液位计11、恒温阀7分别位于带电加热恒温水箱及自来水进水管上。所述的控制器分别与各水泵开关电磁阀、温度探头相连，控制这些器件的开合，即可以实现集热循环过程、换热循环过程、增压供水循环过程、余热回收循环过程、水箱电加热循环过程及管道防冻。
如图2所示，本复合系统通过控制器编程实现各个循环过程，具体工作模式说明如下：
(1)集热循环过程：当太阳能集热器出水温度T1，大于集热水箱温度T2在5℃时，开启集热循环水泵6-1，当温差小于2℃时，关闭集热循环水泵6-1。
(2)换热循环过程：当恒温水箱温度T3低于50℃时，并且集热水箱温度T2-T3>5℃时，开启换热循环水泵6-3；当恒温水箱温度T3高于55℃时，或者集热水箱温度T2-T3<3℃时，关闭换热循环水泵6-3。
(3)增压供水循环过程，当恒温水箱温度T3达到用水温度时，每天设定热水供应时段，在热水供应时间内，开启热水供水泵6-2。
(4)余热回收循环过程：当恒温水箱温度达不到使用要求，且集热水箱温度也无法满足使用要求时，启动水源热泵机组，开启热回收系统。当恒温水箱温度T3低于40℃，并且集热水箱温度T1小于40℃时，启动水源热泵机组，开启循环水泵6-5，当废水箱温度T7高于15℃时，开启循环水泵6-6。当废水箱温度T7低于10℃时，关闭循环水泵6-6，当集热水箱温度10摄氏度时，关闭循环水泵6-5，此时通过自来水直接与热泵机组换热。当恒温水箱温度达到使用要求时，关闭余热回收系统，关闭热泵机组，关闭循环水泵6-5、6-6。
(5)水箱电加热循环过程：当集热水箱和废水箱的热量满足不了使用时，开启恒温水箱电加热功能。当集热水箱T1小于10℃、废水箱T7小于10℃，并且恒温水箱T3小于40℃时，开启恒温水箱电加热，当恒温水箱温度达到使用要求时，关闭水箱电加热。
(6)水箱电加热循环过程：当管道温度低于5℃时，开启管道伴热带，防止管道冻堵，当管道温度高于8℃时，关闭伴热带。
(7)对于有峰谷电价条件的，且太阳光照强度不够的情况，可以在谷电时段通过集热循环完成蓄热过程。
本实施例中的各部件的具体实现方式分别说明如下：
太阳能集热系统1：采用高效真空管式或平板式太阳能集热器。
集热水箱2、废水箱13：不锈钢保温水箱。
恒温水箱3：不锈钢保温水箱，带电加热系统。
热泵机组5：供热性能系数COP≥4.5的水源热泵机组。
水泵6、恒温阀7、电磁阀10：市场成熟产品，立式管道循环泵，三通恒温阀门。
换热器8：采用板式，304不锈钢材质的常规换热器产品；
伴热带9：低温型自控温加热电缆。
液位计11：磁控液位计，带信号输出与控制功能。
温度探头12：接触式温度传感器。
控制器：采用常规可编程控制器。

Claims (4)

1.一种利用太阳能集热系统耦合水源热泵热回收热水的复合系统，其特征在于，该装置主要包括：太阳能集热系统、集热水箱、恒温水箱、供水系统、热泵机组、水泵、恒温阀、换热器、伴热带、电磁阀、液位计、温度探头、废水箱，以及连接控制各设备的控制器；其连接关系为：太阳能集热系统与集热水箱相连；集热水箱与带电加热恒温水箱相连；带电加热恒温水箱与供水系统相连；热泵机组与带电加热恒温水箱相连；换热器一侧与热泵机组相连，另一侧与废水箱连接；水泵位于各设备与系统的管路上；恒温阀位于热泵机组供水端；伴热带分别位于太阳能集热系统供水端、自来水供水端、供水系统回水管上；电磁阀分别连接于自来水供水管和供水系统回水管上；液位计位于带电加热恒温水箱里，温度探头置于各温度测点处。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述水泵为六个循环水泵；伴热带为三个变功率伴热带；电磁阀设有三个；温度探头为七个带信号输出的温度探头；其连接关系为：太阳能集热系统通过第一水泵(6-1)与集热水箱连接；集热水箱通过第三水泵(6-3)与恒温水箱连接；恒温水箱通过第二水泵(6-2)与供水系统连接；所述热泵机组的冷凝器侧通过第四水泵(6-4)与恒温水箱相连，热泵机组的蒸发器侧通过换热器、第五水泵(6-5)与集热水箱相连；所述换热器通过第六水泵(6-6)与废水箱相连接；第一水泵(6-1)、第一伴热带(9-1)、第六温度探头(12-6)位于太阳能集热系统总进水管上；第一、第四、第五温度探头(12-1、12-4、12-5)分别位于太阳能集热系统出水管、自来水进水管、热水供应系统回水管上，第二、第三温度探头(12-2、12-3)分别位于集热水箱、恒温水箱上；第二伴热带9-2、第一、第三电磁阀(10-1、10-3)位于自来水进水管上；第三伴热带(9-3)、第二电磁阀(10-2)位于热水供应系统回水管上；所述的液位计、恒温阀分别位于恒温水箱及自来水进水管上。所述的控制器分别与各水泵开关电磁阀、温度探头相连，控制水泵开关电磁阀、温度探头的开合，实现集热循环过程、换热循环过程、增压供水循环过程、余热回收循环过程、水箱电加热循环过程及管道防冻。
3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述太阳能集热系统由多组真空管式或平板式太阳能集热器组成，所述恒温水箱为带电加热恒温水箱，所述集热水箱为带保温的不锈钢水箱，所述废水箱为带保温过滤的废水箱，所述液位计为磁浮子液位计。
4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述水源热泵机组为供热性能系数COP≥4.5的水源热泵机组；所述恒温阀为启动温度≥15℃恒温阀；所述换热器为换热效率≥90％的换热器。
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