CN105222396A - 太阳能空气源水源联合制热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能空气源水源联合制热系统，包括热水系统和与其电连接的发电系统，热水系统包括太阳能换热器、集热水水箱、热泵机组以及供水水箱；太阳能换热器通过循环管路与集热水水箱连接；集热水水箱通过水管与供水水箱连接；热泵机组通过循环管路分别连接供水水箱和集热水水箱；集热水水箱内部设置有温度传感器，当检测到集热水水箱中水的温度小于用户需求水温，同时大于或等于外部环境中的空气温度时，集热水水箱中的水一部分进入供水水箱中等待进一步加热，另一部分留在所述集热水水箱中，热泵机组吸收集热水水箱中剩余水的热量，对供水水箱中的水进行循环加热。其运行成本低、无污染、效率高、适用性广，大大提升了能源利用率。

Description

太阳能空气源水源联合制热系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种太阳能空气源水源联合制热系统。

背景技术

随着世界光伏产业的快速发展，目前国家正在大力支持分布式光伏发电政策，同时，随着居民对生活热水需求的不断增加，相应的生活热水的能耗也越来越多，光伏太阳能热水器应运而生。然而，由于利用太阳能制热存在不稳定性，而且效率较低，越来越多的光伏太阳能热水系统采用热泵机组作为辅助能源进行加热。

热泵机组是一种环保节能、结构简单且易于安装的热泵形式，但是其使用易受环境的影响，其供热能力和性能系数会随着室外空气温度的降低而降低，从而导致制冷和制热不均衡。

传统的太阳能热泵机组联合供热的热水系统通常具有以下4种工作模式：1、太阳能单独加热生活热水；2、太阳能辅助热泵机组加热生活热水；3、太阳能和热泵机组同时加热生活热水；4、光伏太阳能电池板作为热泵的电源，由机组单独加热生活热水。其原理主要是根据季节或天气的变化在上述4种工作模式中选择适宜的制热方式，并没有充分发挥热泵机组和太阳能的作用。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种适用性广、效率高、运行成本低且能源利用率高的太阳能空气源水源联合制热系统。

为实现本发明目的而提供的太阳能空气源水源联合制热系统，包括热水系统和发电系统，所述发电系统与所述热水系统电连接；所述热水系统包括太阳能换热器、集热水水箱、热泵机组以及供水水箱；所述太阳能换热器通过循环管路与所述集热水水箱连接；所述集热水水箱通过水管与所述供水水箱连接；所述热泵机组通过循环管路分别连接所述供水水箱和所述集热水水箱；所述集热水水箱内部设置有温度传感器，当所述温度传感器检测到所述集热水水箱中水的温度小于用户需求水温，同时大于或等于外部环境中的空气温度时，所述集热水水箱中的水一部分进入所述供水水箱中等待进一步加热，另一部分留在所述集热水水箱中，所述热泵机组通过吸收所述集热水水箱中的水的热量，对所述供水水箱中的水进行进一步循环加热。

在其中一个实施例中，当所述温度传感器检测到所述集热水水箱中水的温度小于用户需求水温，同时小于所述外部环境中的空气温度时，所述集热水水箱中的水全部进入所述供水水箱中，所述热泵机组通过吸收外部环境中的空气的热量，对所述供水水箱中的水进行进一步循环加热。

在其中一个实施例中，所述热泵机组包括套管式蒸发器、气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及蒸发器；

所述套管式冷凝器通过循环管路连接所述供水水箱；

所述套管式蒸发器通过循环管路连接所述集热水水箱；

所述气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及蒸发器依次连接形成空气源热泵制热循环管路；

所述气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及套管式蒸发器依次连接形成水源热泵制热循环管路。

在其中一个实施例中，所述集热水水箱与供水水箱之间的水管上设置有第一电磁阀，所述套管式蒸发器的两端设置有第二电磁阀，所述蒸发器的两端设置有第三电磁阀。

在其中一个实施例中，所述热水系统还包括：

控制器，所述控制器分别连接所述温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀。

在其中一个实施例中，所述供水水箱中设置有电加热器。

在其中一个实施例中，所述热水系统还包括地暖设备，所述地暖设备与所述供水水箱连接。

在其中一个实施例中，所述热水系统还包括冷水箱，所述冷水箱连接所述集热水水箱。

在其中一个实施例中，所述热水系统还包括循环水泵，所述循环水泵设置在所述太阳能换热器和所述集热水水箱之间的循环管路上。

在其中一个实施例中，所述发电系统包括太阳能电池板、蓄电池、市电电网以及电能转换器；所述太阳能电池板、蓄电池、市电电网分别连接所述电能转换器。

本发明的有益效果：本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统，当太阳能加热不能达到用户要求的水温且加热过的水的水温高于环境温度时，将集热水水箱中经过太阳能加热过的水作为热源，利用热泵机组对供水水箱中的另一部分水继续加热，从而避免了热泵机组直接利用室外的低温空气进行加热，减小了其供热能力和性能系数受环境温度的影响，运行成本低、无污染、效率高、适用性广，大大提升了能源利用率。

附图说明

为了使本发明的太阳能空气源水源联合制热系统的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明的太阳能空气源水源联合制热系统进行进一步详细说明。

图1为本发明的太阳能空气源水源联合制热系统的一个实施例的结构示意图；

图2为图1中所示的热水系统的一个实施例的结构示意图；

图3为图1中所示的发电系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统的一个实施例，包括热水系统100和发电系统200，发电系统200与热水系统100电连接，用于向热水系统100提供工作所需电量。

其中，热水系统包括太阳能换热器110、集热水水箱120、热泵机组130以及供水水箱140，太阳能换热器110、集热水水箱120以及供水水箱140分别连接自来水管。所述太阳能换热器110通过循环管路与所述集热水水箱120连接，所述集热水水箱120通过水管与所述供水水箱140连接，所述热泵机组130通过循环管路分别连接所述供水水箱140和所述集热水水箱120。所述集热水水箱120的内部设置有温度传感器(未示出)，当所述温度传感器检测到所述集热水水箱120中水的温度小于用户需求水温，同时大于或等于外部环境中的空气温度时，所述集热水水箱120中的水一部分进入所述供水水箱140中等待进一步加热，另一部分留在所述集热水水箱120中，所述热泵机组130通过吸收所述集热水水箱120中的水的热量，对所述供水水箱140中的水进行进一步循环加热。

本实施例提供的太阳能空气源水源联合制热系统的工作原理如下：

自来水通过太阳能换热器110经太阳能加热后，进入集热水水箱120中。若集热水水箱120中水的温度大于或等于用户需求水温，由于集热水水箱120通过水管与所述供水水箱140连接，则集热水水箱120中的热水进入供水水箱140后就可以直接供给用户使用，不需要热泵机组130再进行加热。

若集热水水箱120中水的温度小于用户需求水温，那么由集热水水箱120中进入供水水箱140中的水由于水温不够，不可以直接供给用户使用，还需要热泵机组130进行进一步加热。通常，热泵机组130此时就会直接吸收外部空气的热量，对供水水箱140中的水进行进一步加热。但是，本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统，会进一步将集热水水箱120中水的温度和外部环境中的空气温度进行比较，选择其中一个温度更高的作为热泵机组130的工作热源，已获得能源的更高效、更合理的利用。

具体为：当集热水水箱120中水的温度小于用户需求水温，同时集热水水箱120中水的温度大于或等于外部环境中的空气温度时，集热水水箱120中的热水一部分进入供水水箱140待进一步加热，另一部分留在集热水水箱120中作为热源，热泵机组130吸收留在集热水水箱120中那部分水的热量，循环加热供水水箱140中的水，直到达到用户要求的温度。

本实施例提供的太阳能空气源水源联合制热系统，相比较传统的太阳能热泵机组联合供热的热水系统，发明了另一种热泵机组的热源“水”，即在传统的四种工作模式的基础上，增加了水源热泵和太阳能同时加热生活用水的工作模式。当太阳能加热不能达到用户要求的水温且加热过的水的水温高于环境中的空气温度时，将温度相对较高的集热水水箱120中经过太阳能加热过的一部分水作为热泵机组130的热源，从而避免了热泵机组130直接利用室外的低温空气进行加热，运行成本低、无污染、效率高、适用性广，大大提升了能源利用率。

作为一种可实施方式，当集热水水箱120中水的温度小于用户需求水温，同时集热水水箱120中水的温度小于外部环境中的空气温度时，集热水水箱120中的热水全部进入供水水箱140中待进一步加热。此时，以外部空气作为热源，热泵机组130吸收外部环境中的空气的热量，循环加热供水水箱140中的水，直到达到用户要求的温度。

参见图2，作为一种可实施方式，所述热泵机组130包括套管式蒸发器131、气液分离器132、压缩机133、套管式冷凝器134、储液罐135蒸发器136以及风机137。所述套管式冷凝器134通过循环管路连接所述供水水箱140，所述套管式蒸发器131通过循环管路连接所述集热水水箱120。所述气液分离器132、压缩机133、套管式冷凝器134、储液罐135以及蒸发器136依次连接形成空气源热泵制热循环管路；所述气液分离器132、压缩机133、套管式冷凝器134、储液罐135以及套管式蒸发器131依次连接形成水源热泵制热循环管路。

当检测到集热水水箱120中的水温小于用户需求水温且大于或等于外部环境中的空气温度时，使得集热水水箱120中的热水一部分进入供水水箱140待进一步加热，另一部分则留在集热水水箱120中，水源热泵制热循环管路开始工作。若检测到集热水水箱120中的水温小于用户需求水温且同时小于外部环境中的空气温度时，集热水水箱120中的热水全部进入供水水箱140中待进一步加热，空气源热泵制热循环管路开始工作。

参见图2，进一步地，作为一种可实施方式，所述集热水水箱120与供水水箱140之间的水管上设置有第一电磁阀01，所述套管式蒸发器131的两端设置有第二电磁阀02，所述蒸发器136的两端设置有第三电磁阀03。

具体工作过程为：

自来水通过太阳能换热器110经太阳能加热后，进入集热水水箱120中。若检测到集热水水箱120中的水温大于或者等于用户需求水温，打开第一电磁阀01，集热水水箱120中的热水就会直接进入供水水箱140，给用户供热水，不需要开启压缩机133再进行加热。

若检测到集热水水箱120中的水温小于用户需求水温且大于或等于外部环境中的空气温度时，打开第一电磁阀01和套管式蒸发器131两端的第二电磁阀02，关闭蒸发器136两端的第三电磁阀03，等待集热水水箱120中的热水一部分进入供水水箱140后关闭第一电磁阀01，使另一部分加热过的水留在集热水水箱120中。开启压缩机133，从压缩机133出来的高温高压冷媒进入套管式冷凝器134加热供水水箱140中的水，然后低温的冷媒经过储液灌135再进入套管式蒸发器131吸收集热水水箱120中的水的热量，冷媒经过气液分离器132再进入压缩机133，如此循环加热供水水箱140中的水，直到达到用户要求的温度。

若检测到集热水水箱120中的水温小于用户需求水温且同时小于外部环境中的空气温度时，打开第一电磁阀01，使集热水水箱120中的经太阳能加热过的热水全部进入供水水箱140，关闭第二电磁阀02，打开第三电磁阀03，开启压缩机133，从压缩机133出来的高温高压冷媒进入套管式冷凝器134加热供水水箱140中的水，然后低温的冷媒经过储液灌135再进入蒸发器136吸收空气中的热量，冷媒经过气液分离器132再进入压缩机133，如此循环加热供水水箱140中的水，直到达到用户要求的温度。

用户可通过手动控制第一电磁阀01、第一电磁阀02以及第三电磁阀03的开关，及时调整加热方式。

作为一种可实施方式，热水系统100还包括控制器，控制器连接温度传感器、第一电磁阀01、第二电磁阀02以及第三电磁阀03。通过设置控制器，可以实现对热水系统100的自动控制，即通过对温度传感器检测到集热水水箱120中的水温、用户需求水温以及外部环境中的空气温度进行比较，选择适宜的加热方式，实现能源的最大效率的利用。

上述实施例中的控制器可通过普通的比较判断电路或者比较器实现，也可通过软件编程实现，本领域技术人应该可以理解，此处不再详述。

作为一种可实施方式，参见图1和图2，本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统的一个实施例中，供水水箱140中设置有电加热器141。电加热器141用于在上述太阳能加热、热泵机组等加热均不能满足用户的热水需求时，作为辅助加热方式对供水水箱140中的水进行电加热，以满足用户需求。

进一步地，参见图1和图2，本实施例提供的太阳能空气源水源联合制热系统，其热水系统100还包括地暖设备150，地暖设备150与供水水箱140连接。供水水箱140是用来给用户供应热水的，其与地暖设备150连接，在供应热水的同时可用于采暖，适用性广。

进一步地，参见图1和图2，本实施例提供的太阳能空气源水源联合制热系统，其热水系统100还包括冷水箱160，冷水箱160连接集热水水箱120。在系统需要制冷的情况下，可以通过冷水箱160进行制冷，形成水冷空调，适用性广。

作为一种可实施方式，本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统的一个实施例中，热水系统100还包括循环水泵，循环水泵设置在太阳能换热器110和集热水水箱120之间的循环管路上，用以循环水。

参见图3，作为一种可实施方式，本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统的一个实施例中，发电系统200包括太阳能电池板210、蓄电池220、市电电网230以及电能转换器240；太阳能电池板210、蓄电池220、市电电网230分别连接电能转换器240。

上述发电系统200可以给整个热水系统100的所有用电部件供电，还可以将太阳能电池板210输出的多余电量储存到蓄电池220中。当太阳能电池板210发电量不足时，可以从蓄电池220或者市电电网230取电，以保证机组正常运行。其可实现光伏单独供电、市电单独供电、光伏市电共同供电、光伏电入网，光伏蓄电池供电等多种供电模式。

本发明提供的太阳能空气源水源联合制热系统，针对光伏发电量的变化，建立太阳能电池板210、负载(包括电加热器141和热泵机组130等)、蓄电池220以及市电电网230四者之间的四元换流模型，实现电能在直流侧的双向流动、多路混合，保障了系统智能并网发电和自动续流用电。在此基础上，针对光伏发电功率的变化，还可通过动态智能负载跟踪(MPPT，MaximumPowerPointTracking)技术，实时跟踪并控制光伏发电为功率最大化状态，以实现热水系统100对光伏电能的优先利用，即控制发电、用电一体化。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，包括热水系统和发电系统；

所述热水系统包括太阳能换热器、集热水水箱、热泵机组以及供水水箱；所述太阳能换热器通过循环管路与所述集热水水箱连接；所述集热水水箱通过水管与所述供水水箱连接；所述热泵机组通过循环管路分别连接所述供水水箱和所述集热水水箱；所述集热水水箱内部设置有温度传感器，当所述温度传感器检测到所述集热水水箱中水的温度小于用户需求水温，同时大于或等于外部环境中的空气温度时，所述集热水水箱中的水一部分进入所述供水水箱中等待进一步加热，另一部分留在所述集热水水箱中，所述热泵机组通过吸收所述集热水水箱中的水的热量，对所述供水水箱中的水进行进一步循环加热；

所述发电系统与所述热水系统电连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，当所述温度传感器检测到所述集热水水箱中水的温度小于用户需求水温，同时小于所述外部环境中的空气温度时，所述集热水水箱中的水全部进入所述供水水箱中，所述热泵机组通过吸收外部环境中的空气的热量，对所述供水水箱中的水进行进一步循环加热。

3.根据权利要求2所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述热泵机组包括套管式蒸发器、气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及蒸发器；

所述套管式冷凝器通过循环管路连接所述供水水箱；

所述套管式蒸发器通过循环管路连接所述集热水水箱；

所述气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及蒸发器依次连接形成空气源热泵制热循环管路；

所述气液分离器、压缩机、套管式冷凝器、储液罐以及套管式蒸发器依次连接形成水源热泵制热循环管路。

4.根据权利要求3所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述集热水水箱与供水水箱之间的水管上设置有第一电磁阀，所述套管式蒸发器的两端设置有第二电磁阀，所述蒸发器的两端设置有第三电磁阀。

5.根据权利要求4所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述热水系统还包括：

控制器，所述控制器分别连接所述温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀。

6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述供水水箱中设置有电加热器。

7.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述热水系统还包括地暖设备，所述地暖设备与所述供水水箱连接。

8.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述热水系统还包括冷水箱，所述冷水箱连接所述集热水水箱。

9.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述热水系统还包括循环水泵，所述循环水泵设置在所述太阳能换热器和所述集热水水箱之间的循环管路上。

10.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能空气源水源联合制热系统，其特征在于，所述发电系统包括太阳能电池板、蓄电池、市电电网以及电能转换器；所述太阳能电池板、蓄电池、市电电网分别连接所述电能转换器。