CN105509363A - 高效清洁多能源综合利用冷热联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于供热系统技术领域，尤其是涉及一种高效清洁多能源综合利用冷热联供系统。本系统包括空气源热泵子系统和多能源综合利用供热蓄热子系统，空气源热泵子系统包括压缩机、室内翅片管换热器、室外翅片管换热器和第一四通换向阀，压缩机通过第一四通换向阀分别与室内翅片管换热器和室外翅片管换热器相连，室内翅片管换热器和室外翅片管换热器之间连接有第二四通换向阀，第二四通换向阀与室内翅片管换热器之间设有膨胀阀，多能源综合利用供热蓄热子系统包括热水供应及燃气辅助加热回路和太阳能蓄热回路。与现有的技术相比优点在于：1、设计合理，供热效果好，能够降低能源消耗，节约能源。

Description

高效清洁多能源综合利用冷热联供系统
技术领域
本发明属于供热系统技术领域，尤其是涉及一种高效清洁多能源综合利用冷热联供系统。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，人们对建筑室内热环境及室外大气环境的洁净度要求愈来愈高。因此，我国大部分夏热冬冷地区的建筑都具有冬季供热、夏季空调及全年提供生活热水的多重需求，在制冷空调技术领域，常规空气源热泵以其高效、节能等优势在我国长江中下游地区广泛应用，但是空气源热泵系统在冬季供热、夏季供冷过程中不能向建筑提供生活热水；同时，由于这类机组冬季采暖时以环境空气作为低品位热源，因此当室外温度较低而相对湿度较大时，蒸发器表面会发生结霜现象，霜在换热器表面的沉积使得空气源热泵系统制热量及性能系数下降，严重时还会导致系统停机。
因此，空气源热泵机组在冬季运行时必须进行除霜操作，目前最为常用的除霜方式为四通换向阀换向除霜和热气旁通除霜，四通换向阀换向除霜方法在系统除霜时不但不能向建筑物内部提供热量，反而会吸收部分热量，导致房间内温度波动很大，大大降低了室内热舒适性和热泵机组的经济性。而另一种除霜方法—热气旁通除霜在除霜过程中虽然不会从室内吸热，但是它也不会向室内供热，而这种除霜方式除霜时间相对较长，从而也会引起室内温度的波动。同时，这两种除霜过程消耗的能量部分或全部来自压缩机，由于我国的电网电力大多是由燃煤电厂供应，增加用电量不但增加了不可再生能源的消耗，而且也增加了环境污染。
例如，中国专利文献公开了一种单户供热系统[申请号：201510175634.5]，包括第一换热管、第二换热管、第一水箱、第二水箱、真空管太阳能集热器、太阳能工作站、水套炉、真空超导暖气片、自动补水箱和烘干柜，第一换热管的管身置于第一水箱内与真空管太阳能集热器组成第一循环换热管路，第二换热管的管身置于第二水箱内与第一水箱和水套炉组成第二循环换热管路，第一水箱和水套炉与真空超导暖气片组成循环供热管路，第一水箱和干燥柜组成循环烘干管路，所述的第一水箱和第二水箱内装有镁棒和电加热器。
上述方案虽然，供热稳定。然而，该方案仍然存在着结构复杂，能源较为浪费。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，供热效果好，能够降低能源消耗，节约能源的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，本系统包括空气源热泵子系统和多能源综合利用供热蓄热子系统，所述的空气源热泵子系统包括压缩机、室内翅片管换热器、室外翅片管换热器和第一四通换向阀，所述的压缩机通过第一四通换向阀分别与室内翅片管换热器和室外翅片管换热器相连，所述的室内翅片管换热器和室外翅片管换热器之间连接有第二四通换向阀，所述的第二四通换向阀与室内翅片管换热器之间设有膨胀阀，所述的多能源综合利用供热蓄热子系统包括热水供应及燃气辅助加热回路和太阳能蓄热回路，所述的热水供应及燃气辅助加热回路与空气源热泵子系统相连，所述的太阳能蓄热回路连接在热水供应及燃气辅助加热回路上。
在上述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统中，所述的热水供应及燃气辅助加热回路包括蓄热水箱、第一温控三通调节阀、燃气加热器、第二温控三通调节阀、板式换热器和循环水泵，所述的蓄热水箱上连接有自来水管且在自来水管上串接有第一截止阀，所述的第一温控三通调节阀的测温器与蓄热水箱出水端相连，所述的第二温控三通调节阀的测温器连接在室外翅片管换热器与第一四通换向阀之间，所述的第一温控三通调节阀与燃气加热器出口管路之间设置有旁通管路，所述的燃气加热器出口管路与旁通管路之间设置有第一单向阀，所述的燃气加热器出口管路分成两路，一路管路与所述的第二温控三通调节阀相连，一路与生活热水管路相连，生活热水管路上设置有第二截止阀，所述的第二温控三通调节阀设有旁通管路直接与蓄热水箱相连，旁通管路上设置有第三单向阀，所述的第二四通换向阀与板式换热器相连，所述的板式换热器通过循环水泵与蓄热水箱相连且在蓄热水箱与循环水泵之间设有第二单向阀，所述的太阳能蓄热回路包括太阳能集热器，所述的蓄热水箱与循环水泵之间设有旁路且所述的太阳能集热器串接在旁路上。
在上述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统中，所述的第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一温控三通调节阀、第二温控三通调节阀、第一截止阀、第二截止阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀均为电控阀且均与控制电路相连。
在上述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统中，所述的太阳能集热器包括若干互相并联的太阳能水加热模块，每个太阳能水加热模块进水端连接在第一集水器上，每个太阳能水加热模块出水端连接在第二集水器上，所述的太阳能集热器通过第一集水器和第二集水器串接在旁路上。
在上述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统中，所述的板式换热器上穿设有呈波浪状的过水通道和换热通道，所述的过水通道一端与循环水泵相连，另一端与循环水泵相连，所述的换热通道两端分别与第二四通换向阀上的两个接口相连。
与现有的技术相比，本高效清洁多能源综合利用冷热联供系统的优点在于：1、设计合理，供热效果好，能够降低能源消耗，节约能源。2、在冬季，以电能为输入能源的热泵系统可以为建筑提供所需的热量，太阳能和天然气作为多能源综合利用供热蓄热子系统的输入能源可以为建筑提供生活热水和为空气源热泵除霜提供所需的热能；在夏季，该装置中以电能为输入能源的热泵系统可以为建筑提供所需的冷量，太阳能作为多能源综合利用供热蓄热子系统的输入能源可以为建筑提供生活热水。因此，该装置在全年运行过程中都能够有效地利用太阳能，天然气作为补充能源，减少不可再生能源的消耗，达到节约能源，减少污染物排放的效果。3、在冬季除霜过程中，与传统除霜方式相比，不但不用从房间内吸收热量，反而还能向房间持续供热，从而有效解决传统除霜方式供热房间内温度波动问题，大大增加了室内的热舒适性。4、在冬季运行时，当太阳光不足或连续阴雨天，导致热水温度达不到设定温度时，系统可以通过利用燃气加热器作为辅助热源加热生活热水或提供除霜热源，从而保证系统稳定、高效、安全的运行。
附图说明
图1是本发明提供的结构示意图。
图中，空气源热泵子系统1a、多能源综合利用供热蓄热子系统1b、热水供应及燃气辅助加热回路1c、太阳能蓄热回路1d、压缩机1、室内翅片管换热器2、膨胀阀3、室外翅片管换热器4、第一四通换向阀5、板式换热器6、太阳能集热器7、循环水泵8、蓄热水箱9、燃气加热器10、第一温控三通调节阀11、第二温控三通调节阀12、第一截止阀13、第二截止阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、第二四通换向阀17和第三单向阀18、旁通管路101、太阳能水加热模块71、第一集水器72、第二集水器73、过水通道61、换热通道62、自来水管91、生活热水管路92。
具体实施方式
如图1所示，本高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，本系统包括空气源热泵子系统1a和多能源综合利用供热蓄热子系统1b，空气源热泵子系统1a包括压缩机1、室内翅片管换热器2、室外翅片管换热器4和第一四通换向阀5，压缩机1通过第一四通换向阀5分别与室内翅片管换热器2和室外翅片管换热器4相连，室内翅片管换热器2和室外翅片管换热器4之间连接有第二四通换向阀17，第二四通换向阀17与室内翅片管换热器2之间设有膨胀阀3，多能源综合利用供热蓄热子系统1b包括热水供应及燃气辅助加热回路1c和太阳能蓄热回路1d，热水供应及燃气辅助加热回路1c与空气源热泵子系统1a相连，太阳能蓄热回路1d连接在热水供应及燃气辅助加热回路1c上。
更进一步的说，热水供应及燃气辅助加热回路1c包括蓄热水箱9、第一温控三通调节阀11、燃气加热器10、第二温控三通调节阀12、板式换热器6和循环水泵8，蓄热水箱9上连接有自来水管91且在自来水管91上串接有第一截止阀13，第一温控三通调节阀11的测温器与蓄热水箱9出水端相连，第二温控三通调节阀12的测温器连接在室外翅片管换热器4与第一四通换向阀5之间，第一温控三通调节阀11与燃气加热器10出口管路之间设置有旁通管路101，燃气加热器10出口管路与旁通管路101之间设置有第一单向阀15，燃气加热器10出口管路分成两路，一路管路与第二温控三通调节阀12相连，一路与生活热水管路92相连，生活热水管路92上设置有第二截止阀14，第二温控三通调节阀12设有旁通管路直接与蓄热水箱9相连，旁通管路上设置有第三单向阀18，第二四通换向阀17与板式换热器6相连，板式换热器6通过循环水泵8与蓄热水箱9相连且在蓄热水箱9与循环水泵8之间设有第二单向阀16，太阳能蓄热回路1d包括太阳能集热器7，蓄热水箱9与循环水泵8之间设有旁路且太阳能集热器7串接在旁路上。
第一四通换向阀5、第二四通换向阀17、第一温控三通调节阀11、第二温控三通调节阀12、第一截止阀13、第二截止阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、第三单向阀18均为电控阀且均与控制电路相连；太阳能集热器7包括若干互相并联的太阳能水加热模块71，每个太阳能水加热模块71进水端连接在第一集水器72上，每个太阳能水加热模块71出水端连接在第二集水器73上，太阳能集热器7通过第一集水器72和第二集水器73串接在旁路上；板式换热器6上穿设有呈波浪状的过水通道61和换热通道62，过水通道61一端与循环水泵8相连，另一端与循环水泵8相连，换热通道62两端分别与第二四通换向阀17上的两个接口相连。
具体工作过程如下：
本发明在冬季运行，当系统处于供热模式时，第二四通换向阀17换向，空气源热泵子系统1a和多能源综合利用供热蓄热子系统1b分别独立运行，空气源热泵子系统1a向室内供热，多能源综合利用供热蓄热子系统1b在不需要供应生活热水时，关闭第一温控三通调节阀11，通过太阳能集热器7将太阳能转化成热能以热水的形式储存在蓄热水箱9中；当需要提供生活热水时，打开第一温控三通调节阀11，关闭第二温控三通调节阀12，当水温达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭燃气加热器10所在回路，打开旁通管路101，直接向生活热水管路提供热水；当水温未达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭旁通管路101，打开燃气加热器10所在回路，将热水加热到设定温度后再向生活热水管路提供热水。
当系统运行一段时间后，室外翅片管换热器4表面被霜层完全覆盖并必须进行除霜时，系统将自动切换到除霜模式，热泵系统的第二四通换向阀17换向，空气源热泵子系统1a和多能源综合利用供热蓄热子系统1b联合运行，在空气源热泵子系统1a中，从膨胀阀3出来的低温低压的气液两相制冷剂进入到板式换热器6中吸收热量，变成过热的高温低压的制冷剂蒸汽，过热的高温低压制冷剂蒸汽进入到室外翅片管换热器4中释放热量除霜后变成饱和制冷剂蒸汽进入到压缩机，变成高温高压的气态制冷剂，然后进入到室内翅片管换热器2中冷凝放热，实现除霜的同时还能向室内供热；在多能源综合利用供热蓄热子系统1b中，打开第一温控三通调节阀11和第二温控三通调节阀12，当水温达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭燃气加热器10所在回路，打开旁通管路101，将热水直接送入板式换热器6中进行热交换；当水温未达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭旁通管路101，打开燃气加热器10所在回路，将热水加热到设定温度后再将热水送入板式换热器中进行热交换。第二温控三通调节阀12的开度由空气源热泵子系统1a室外翅片管换热器4出口的制冷剂过热度进行控制，通过调节旁通热水流量来控制进入板式换热器6的热水流量。
本发明在夏季制冷工况运行时，第二四通换向阀17换向，空气源热泵子系统1a和多能源综合利用供热蓄热子系统1b分别独立运行，空气源热泵子系统1a向室内供冷，多能源综合利用供热蓄热子系统1b在不需要供应生活热水时，关闭第一温控三通调节阀11，通过太阳能集热器7将太阳能转化成热能以热水的形式储存在蓄热水箱9中；当需要提供生活热水时，打开第一温控三通调节阀11，关闭第二温控三通调节阀12，当水温达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭燃气辅助加热回路，打开旁通回路，直接向生活热水管路提供生活热水；当水温未达到设定温度时，第一温控三通调节阀11关闭旁通回路，打开燃气辅助加热回路，将热水加热到设定温度后再向生活热水管路提供生活热水。
本发明将太阳能蓄热技术、燃气燃烧技术、热泵技术、换热原理、自动控制等技术有机的结合起来，实现了冬季供热、夏季空调及全年提供生活热水的多重需求，同时，系统在冬季除霜过程中还能持续向室内供热，从而保证室内舒适的热环境，是一种能源利用率高、环境污染小、运行成本低、运行稳定的新型绿色高效冷热联供系统。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了空气源热泵子系统1a、多能源综合利用供热蓄热子系统1b、热水供应及燃气辅助加热回路1c、太阳能蓄热回路1d、压缩机1、室内翅片管换热器2、膨胀阀3、室外翅片管换热器4、第一四通换向阀5、板式换热器6、太阳能集热器7、循环水泵8、蓄热水箱9、燃气加热器10、第一温控三通调节阀11、第二温控三通调节阀12、第一截止阀13、第二截止阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、第二四通换向阀17和第三单向阀18、旁通管路101、太阳能水加热模块71、第一集水器72、第二集水器73、过水通道61、换热通道62、自来水管91、生活热水管路92等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质,把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，本系统包括空气源热泵子系统(1a)和多能源综合利用供热蓄热子系统(1b)，所述的空气源热泵子系统(1a)包括压缩机(1)、室内翅片管换热器(2)、室外翅片管换热器(4)和第一四通换向阀(5)，所述的压缩机(1)通过第一四通换向阀(5)分别与室内翅片管换热器(2)和室外翅片管换热器(4)相连，所述的室内翅片管换热器(2)和室外翅片管换热器(4)之间连接有第二四通换向阀(17)，所述的第二四通换向阀(17)与室内翅片管换热器(2)之间设有膨胀阀(3)，所述的多能源综合利用供热蓄热子系统(1b)包括热水供应及燃气辅助加热回路(1c)和太阳能蓄热回路(1d)，所述的热水供应及燃气辅助加热回路(1c)与空气源热泵子系统(1a)相连，所述的太阳能蓄热回路(1d)连接在热水供应及燃气辅助加热回路(1c)上。
2.根据权利要求1所述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，所述的热水供应及燃气辅助加热回路(1c)包括蓄热水箱(9)、第一温控三通调节阀(11)、燃气加热器(10)、第二温控三通调节阀(12)、板式换热器(6)和循环水泵(8)，所述的蓄热水箱(9)上连接有自来水管(91)且在自来水管(91)上串接有第一截止阀(13)，所述的第一温控三通调节阀(11)的测温器与蓄热水箱(9)出水端相连，所述的第二温控三通调节阀(12)的测温器连接在室外翅片管换热器(4)与第一四通换向阀(5)之间，所述的第一温控三通调节阀(11)与燃气加热器(10)出口管路之间设置有旁通管路(101)，所述的燃气加热器(10)出口管路与旁通管路(101)之间设置有第一单向阀(15)，所述的燃气加热器(10)出口管路分成两路，一路管路与所述的第二温控三通调节阀(12)相连，一路与生活热水管路相连，生活热水管路上设置有第二截止阀(14)，所述的第二温控三通调节阀(12)设有旁通管路直接与蓄热水箱(9)相连，旁通管路上设置有第三单向阀(18)，所述的第二四通换向阀(17)与板式换热器(6)相连，所述的板式换热器(6)通过循环水泵(8)与蓄热水箱(9)相连且在蓄热水箱(9)与循环水泵(8)之间设有第二单向阀(16)，所述的太阳能蓄热回路(1d)包括太阳能集热器(7)，所述的蓄热水箱(9)与循环水泵(8)之间设有旁路且所述的太阳能集热器(7)串接在旁路上。
3.根据权利要求2所述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，所述的第一四通换向阀(5)、第二四通换向阀(17)、第一温控三通调节阀(11)、第二温控三通调节阀(12)、第一截止阀(13)、第二截止阀(14)、第一单向阀(15)、第二单向阀(16)、第三单向阀(18)均为电控阀且均与控制电路相连。
4.根据权利要求2所述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，所述的太阳能集热器(7)包括若干互相并联的太阳能水加热模块(71)，每个太阳能水加热模块(71)进水端连接在第一集水器(72)上，每个太阳能水加热模块(71)出水端连接在第二集水器(73)上，所述的太阳能集热器(7)通过第一集水器(72)和第二集水器(73)串接在旁路上。
5.根据权利要求2或3所述的高效清洁多能源综合利用冷热联供系统，其特征在于，所述的板式换热器(6)上穿设有呈波浪状的过水通道(61)和换热通道(62)，所述的过水通道(61)一端与循环水泵(8)相连，另一端与循环水泵(8)相连，所述的换热通道(62)两端分别与第二四通换向阀(17)上的两个接口相连。
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