CN105627623A - 一种新型太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组，属于暖通供热技术领域。本发明包括太阳能空气能复合热泵主机、太阳能集热蓄热装置、室内末端、及相应的连接管道；所述室内末端包括风机盘管、地暖盘管、毛细管网中的一种或两种组合形成；所述太阳能-空气能复合热泵主机包括三通换向阀、第一循环泵、风机、四通换向阀、压缩机、水侧换热器、第二循环泵、风侧换热器、膨胀阀、第三循环泵、及相应的连接管道，且都设置在复合热泵主机内部；所述太阳能-空气能复合热泵主机的进出口设置有六个，分别通过管道连接太阳能集热器、蓄热水箱以及室内末端进出口。本发明具有结构紧凑、体积小、成本低、低温制热效率高、节能环保的特点，能够扩大空气源热泵的使用范围，有着较高的环境、经济和社会效益。

Description

一种新型太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组

技术领域：

本发明涉及一种新型太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组，属于暖通供热技术领域。

背景技术

空气能热泵技术以其节能降耗及环保方面的良好表现普遍受到人们的关注，其结构简单，安装使用方便，运行费用为电采暖的1/4、天然气采暖的1/3。但是空气能热泵的使用受到环境温度的限制，其供热能力和供热性能系数会随着室外气温的降低而降低，制冷量和制热量很难与建筑冷热负荷相适应。冬季还有室外结霜问题，常规空气能热泵并不适用于我国东北、西北、华北等寒冷地区。

太阳能和空气能都属于可再生能源。如果将太阳能和空气能两种低品位能源作为热源，进行有机结合利用，不仅可以很好地解决空气能热泵低温下的性能下降问题，提高空气源热泵的可靠性和适用性，而且，还可以解决太阳能的间歇性，避免阴雨天气无太阳能热可利用的问题。太阳能-空气能复合热泵系统实现了这两种热源的复合利用，它可以满足冬季供热、夏季制冷的需求，设备利用率高。

清华大学、中科院广州能源所、上海交通大学、东南大学、南京理工大学等科研机构都对太阳能与空气能相结合的热泵综合利用技术进行了较为深入的研究。国内外相关研究机构主要侧重于以下两个方面：1、间接式太阳能与空气能组合型热泵技术，采用太阳能与空气能交替运行模式；2、直膨式太阳能热泵技术，将太阳能集热器作为空气能热泵的蒸发器，形成整体化结构形式，采用联合太阳能与空气能同步运行模式。

间接式太阳能与空气能组合型热泵设置有两个串联或并联的蒸发器(换热器)，系统根据制冷制热不同工况，采用两台蒸发器(换热器)交替运行方式。但是，间接式组合型热泵不仅增加了机组占用空间和投资成本，而且机组的运行依赖太阳能辐射状况和室外空气环境，不能够充分利用太阳能和空气能的综合优势。直膨式太阳能热泵采用太阳能集热器/热泵蒸发器整体结构形式，可以实现太阳能与空气能同步联合利用。直膨式太阳能热泵结构紧凑，设备简单，便于实现，但是在实际应用中，该系统容易受周围空气、太阳辐射以及蒸发温度与环境温度关系的影响，控制能力差，不能够有效稳定的运行，难以实现大规模市场推广。

发明内容

针对现有的间接式和直膨式太阳能-空气能热泵系统技术复杂、成本高、运行不稳定的不足，提出并公开一种新型的太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组。

本发明的技术方案如下：

一种新型的太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组包括太阳能空气能复合热泵主机、太阳能集热蓄热装置、室内末端、及相应的连接管道；

所述太阳能集热蓄热装置包括太阳能集热器、蓄热水箱、蛇形管式换热器、及连接各部件的管道；所述蛇形管式换热器设置在蓄热水箱内部，且位于蓄热水箱中下部；所述太阳能集热器为平板型集热器或者真空管式集热器。

所述室内末端包括风机盘管、地暖盘管、毛细管网中的一种或两种组合形成，也包括适用于中低温冷热水(5℃～60℃)的室内散热器；

所述太阳能-空气能复合热泵主机包括三通换向阀、第一循环泵、风机、四通换向阀、压缩机、水侧换热器、第二循环泵、风侧换热器、膨胀阀、第三循环泵、及相应的连接管道；

所述三通换向阀、第一循环泵、风机、四通换向阀、压缩机、水侧换热器、第二循环泵、风侧换热器、膨胀阀、第三循环泵全部设置在复合热泵主机内部；

所述太阳能-空气能复合热泵主机的进出口设置有六个，分别通过管道连接太阳能集热器、蓄热水箱以及室内末端进出口；

所述第一循环泵、第二循环泵的工作介质是水、导热油或乙二醇水溶液中的一种；

所述三通换向阀进出口分别连接第一循环泵、太阳能集热器和蛇形管式换热器；

所述水侧换热器为板式换热器或管式换热器；所述管式换热器为水-水或水-蒸汽管式换热器，也可以是双套管式换热器；

所述风侧换热器为同轴套管翅片式换热器；所述同轴套管翅片式换热器由两同轴内外套管组成，外管壁连接(焊接)有风冷用翅片；所述同轴内外套管，其内管管腔为太阳能工质循环流道，内外管包围形成的管腔为制冷剂蒸汽压缩循环流道；

所述三通换向阀带有三种状态的导通功能，其阀芯可根据控制要求处于三种不同的位置，且分别处于三种不同的导通状态(a-b、a-c、b-c)。

进一步，

所述三通换向阀与第一、第二循环泵，根据控制信号可形成三种不同的换热循环。当三通换向阀端口a-b导通，第一循环泵开启，第二循环泵关闭，则形成水箱蓄热-蒸发器间接换热循环。当三通换向阀端口a-c导通，第一循环泵开启，第二循环泵关闭，则形成太阳能集热-蒸发器直接换热循环。当三通换向阀端口b-c导通，第一循环泵关闭，第二循环泵开启，则形成太阳能集热-水箱蓄热循环。

本发明不同气象条件、不同室外环境温度的各种工况下，能够满足用户夏季制冷、冬季供热要求。本发明实现以下四种工作模式：

1、单独制冷：直接采用风冷冷水机制冷工作模式。

2、制冷+生活热水：当太阳辐射充足时，风冷冷水机提供制冷功能，太阳能集热供应生活热水。当无太阳辐射时，风冷冷水机提供制冷功能，冷凝热回收供应生活热水。当气象条件处于有无太阳辐射之间时，风冷冷水机提供制冷功能，太阳能集热和冷凝热回收联合供应生活热水。

3、单独制热：当室外环境温度＞5℃时，以空气能热泵为供热提供主要热源，辅助以太阳能热补充供热热源。当室外环境温度＜5℃时，以太阳能和空气能复合热泵同步提供供热热源。

4、生活热水：太阳能集热提供生活热水。

本发明取得的有益效果是：采用集成式复合热泵主机型式，具有结构紧凑，体积小，成本低，便于安装维护的特点。此发明可以满足不同工况下的制冷、供热要求，太阳能热能提高热泵在冬季的工作效率，避免或减少除霜过程，降低能耗，扩大空气源热泵的使用范围，有着较高的环境、经济和社会效益。

附图说明

图1为太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组系统结构图。

图中：太阳能-空气能复合热泵冷热主机1、三通换向阀2、第一循环泵3、风机4、四通换向阀5、压缩机6、水侧换热器7、太阳能集热器8、蓄热水箱9、蛇形管式换热器10、第二循环泵11、风侧换热器12、膨胀阀13、第三循环泵14、第一室内机末端15、第N室内机末端16。

具体实施方式

下面结合图1详细阐述具体实施方法：

压缩机6、水侧换热器7、膨胀阀13、四通换向阀5、风侧换热器12通过制冷剂管道连接，组成蒸汽压缩制冷与制热循环。四通换向阀5四个端口中的两端口连接压缩机进出气口，另两端口连接水侧换热器和风侧换热器的制冷剂通道。膨胀阀13通过管道连接在风侧换热器12与水侧换热器7之间，压缩机与四通换向阀通过管道连接在风侧换热器12与水侧换热器7之间的另一侧。

四通换向阀5切换到制冷循环时，风侧换热器12为冷凝器，水侧换热器7为蒸发器；四通换向阀5切换到制热循环时，水侧换热器7为冷凝器，风侧换热器12为蒸发器。

第一室内末端15与第N室内末端16进出口通过管道并联，第三循环泵14通过管道连接在水侧换热器7和室内末端之间，组成室内机冷热水换热循环。

三通换向阀2的三个端口(图1所示a、b、c)分别通过管道连接到第一循环泵3的出口、蛇形管式换热器10和太阳能集热器8端口。第一循环泵3通过管道连接在风侧换热器12和三通换向阀2之间。第二循环泵11进口通过管道连接到风侧换热器12的太阳能能工质流道口，出口与蛇形管式换热器10通过管道连接。太阳能集热器8的出口端连接到第二循环泵11的进口端。

风机4固定于太阳能-空气能复合热泵冷热主机1的顶部位置，出风方向为竖直向上，风侧换热器12的环境侧允许空气流能自由流动。三通换向阀2、第一循环泵3、风机4、四通换向阀5、压缩机6、水侧换热器7、第二循环泵11、风侧换热器12、膨胀阀13、第三循环泵14全部设置在太阳能-空气能复合热泵冷热主机1的内部。太阳能-空气能复合热泵主机1的进出口设置有六个，分别通过管道连接太阳能集热器8、蓄热水箱9以及室内末端15、16进出口。

Claims (2)

1.一种新型的太阳能-空气能复合热泵冷热联供机组包括太阳能空气能复合热泵主机(1)、太阳能集热蓄热装置、室内末端(15、16)、及相应的连接管道；

所述太阳能集热蓄热装置包括太阳能集热器(8)、蓄热水箱(9)、蛇形管式换热器(10)、及连接各部件的管道；所述蛇形管式换热器(10)设置在蓄热水箱(9)内部，且位于蓄热水箱(9)中下部；所述太阳能集热器(8)为平板型集热器或者真空管式集热器；

所述室内末端(15、16)包括风机盘管、地暖盘管、毛细管网中的一种或两种组合形成，也包括适用于中低温冷热水(5℃～60℃)的室内散热器；

所述太阳能-空气能复合热泵主机(1)包括三通换向阀(2)、第一循环泵(3)、风机(4)、四通换向阀(5)、压缩机(6)、水侧换热器(7)、第二循环泵(11)、风侧换热器(12)、膨胀阀(13)、第三循环泵(14)、及相应的连接管道；

所述三通换向阀(2)、第一循环泵(3)、风机(4)、四通换向阀(5)、压缩机(6)、水侧换热器(7)、第二循环泵(11)、风侧换热器(12)、膨胀阀(13)、第三循环泵(14)全部设置在复合热泵主机内部；

所述太阳能-空气能复合热泵主机(1)的进出口设置有六个，分别通过管道连接太阳能集热器(8)、蓄热水箱(9)以及室内末端(15、16)进出口；

所述第一循环泵(3)、第二循环泵(11)的工作介质是水、导热油或乙二醇水溶液中的一种；

所述三通换向阀(8)进出口分别连接第一循环泵(3)、太阳能集热器(9)和蛇形管式换热器(10)；

所述水侧换热器(7)为板式换热器或管式换热器；所述管式换热器为水-水或水-蒸汽管式换热器，也可以是双套管式换热器；

所述风侧换热器(12)为同轴套管翅片式换热器；所述同轴套管翅片式换热器由两同轴内外套管组成，外管壁连接(焊接)有风冷用翅片；所述同轴内外套管，其内管管腔为太阳能工质循环流道，内外管包围形成的管腔为制冷剂蒸汽压缩循环流道。

2.根据权利要求1，所述三通换向阀(8)带有三种状态的导通功能，其阀芯可根据控制要求处于三种不同的位置，且分别处于三种不同的导通状态(a-b、a--c、b-c)；所述三通换向阀(8)与第一循环泵(3)、第二循环泵(11)，根据控制信号可形成三种不同的换热循环；当三通换向阀(8)端口(a-b)导通，第一循环泵(3)开启，第二循环泵(11)关闭，则形成蓄热水箱-蒸发器间接换热循环；当三通换向阀(8)端口(a-c)导通，第一循环泵(3)开启，第二循环泵(11)关闭，则形成太阳能集热-蒸发器直接换热循环；当三通换向阀(8)端口(b-c)导通，第一循环泵(3)关闭，第二循环泵(11)开启，则形成太阳能集热-蓄热水箱循环。