CN106051885A

CN106051885A - 一种基于水循环多能源可调控供能系统

Info

Publication number: CN106051885A
Application number: CN201610444535.7A
Authority: CN
Inventors: 舒水明; 向璨; 常华伟; 文科
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: CN106051885B

Abstract

本发明公开了一种基于水循环多能源可调控供能系统，包括太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器、室内换热器和燃气锅炉。本发明的太阳能集热器系统与热泵系统耦合，水源热泵与空气源热泵并联使用，燃气锅炉辅助供暖，提高了系统效率，解决了太阳能不稳定问题，实现多工况运行，而且供暖、制冷采用一套系统，结构简单，降低了制造成本。

Description

一种基于水循环多能源可调控供能系统

技术领域

本发明属于多能源利用设备领域，更具体地，涉及一种基于水循环多能源可调控供能系统。

背景技术

目前空调能源系统单一且效率较低，冬天供暖夏天供冷需要两套系统，成本较高并且不利于维修，另外采用中央空调系统效率较低不利于环保节能。

太阳能是一种环保、安全、无污染的可再生能源，但是太阳能具有不稳定性，限制了其发展。太阳能热水器在光照不强的条件下，效率偏低。如果遇到长时间的阴雨或夜晚，太阳能热水器将无法制取热水，不能满足用户的需求。此时需要采用电加热辅助，但这与其节能理念相违背。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于水循环多能源可调控供能系统，联合太阳能、中央空调热泵及燃气锅炉多能源系统，实现夏天制冷、冬天供暖及生活热水供给，提高能源利用率，降低投资成本。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，包括太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器、室内换热器和燃气锅炉，其中，

所述太阳能水集热器的出水口连接三通电磁阀Va的Ⅰ口，所述三通电磁阀Va的Ⅱ口连接所述蓄热水箱的Ⅰ口并且三通电磁阀Va的Ⅲ口连接三通电磁阀Vb的Ⅰ口；

所述三通电磁阀Vb的Ⅱ口分别连接所述蓄热水箱的Ⅱ口和所述水源热泵室外侧换热器的Ⅰ口，并且所述三通电磁阀Vb的Ⅱ口和所述蓄热水箱的Ⅱ口之间设置电磁阀Vc；

所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口分别连接所述用户侧换热器的Ⅰ口、燃气锅炉的Ⅰ口和室内换热器的Ⅰ口，并且所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口与所述用户侧换热器的Ⅰ口之间设置电磁阀Vi，所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口与所述燃气锅炉的Ⅰ口之间设置电磁阀Vj；

所述水源热泵室外侧换热器的Ⅱ口与三通电磁阀Vd的Ⅰ口连接，所述三通电磁阀Vd的Ⅱ口与所述空气源热泵室外侧换热器的Ⅰ口连接，所述三通电磁阀Vd的Ⅲ口分别连接电磁阀Vf和电磁阀Ve；

所述用户侧换热器的Ⅱ口分别连接电磁阀Vg和电磁阀Vh，并且所述电磁阀Vg通过第一辅助管道与所述电磁阀Vf连接，所述电磁阀Vh通过第二辅助管道与所述电磁阀Ve连接，所述第一辅助管道和所述第二辅助管道通过压缩机管道连通，并且所述压缩机管道上设置压缩机；

所述水源热泵室外侧换热器的Ⅳ口连接三通电磁阀Vp的Ⅰ口，所述三通电磁阀Vp的Ⅱ口与所述空气源热泵室外侧换热器的Ⅱ口连接，所述三通电磁阀Vp的Ⅲ口通过单向节流阀与所述用户侧换热器的Ⅲ口连接；

所述太阳能水集热器的进水口通过第一循环水泵连接三通电磁阀Vr的Ⅰ口，所述三通电磁阀Vr的Ⅱ口与所述蓄热水箱的Ⅲ口连接，所述三通电磁阀Vr的Ⅲ口分别连接电磁阀Vq的Ⅰ口和电磁阀Vs的Ⅰ口，所述电磁阀Vq的Ⅱ口分别连接蓄热水箱的Ⅳ口和所述水源热泵室外侧换热器的Ⅲ口，并且所述电磁阀Vq的Ⅱ口和所述蓄热水箱的Ⅳ口之间设置第二循环水泵，所述电磁阀Vs的Ⅱ口分别连接电磁阀Vm、电磁阀Vk和第三循环水泵，所述电磁阀Vm与用户侧换热器的Ⅲ口连接，所述电磁阀Vk与所述燃气锅炉的Ⅱ口连接，所述第三循环水泵与所述室内换热器的Ⅱ口连接；

所述蓄热水箱的V口通过电磁阀Vl与所述燃气锅炉的Ⅲ口连接；

所述空气集热器设置在对应于所述空气源热泵室外侧换热器的位置，以用于使热风吹向所述空气源热泵室外侧换热器。

优选地，所述蓄热水箱的Ⅵ口连接生活用水管道。

优选地，所述单向节流阀的数量为两个，两者分别为单向节流阀Vo和单向节流阀Vn。

优选地，所述三通电磁阀Va、Vb、Vd、Vp和Vr均为双向三通电磁阀。

优选地，所述太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器和燃气锅炉均集中布置在室外，所述用户室内换热器布置在室内。

优选地，所述室内换热器采用地板辐射采暖系统、壁挂式空调系统或辐射型地板嵌入散热器。

优选地，采用工业余热炉代替所述燃气锅炉。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)、太阳能集热器系统与热泵系统耦合，水源热泵与空气源热泵并联使用，燃气锅炉辅助供暖，提高了系统效率，解决了太阳能不稳定问题，实现多工况运行。

2)、供暖、制冷采用一套系统，结构简单，降低了制造成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，一种基于水循环多能源可调控供能系统，包括太阳能水集热器1、蓄热水箱2、水源热泵室外侧换热器3、空气源热泵室外侧换热器4、空气集热器5、用户侧换热器6、室内换热器14和燃气锅炉7，其中，

所述太阳能水集热器1的出水口连接三通电磁阀Va的Ⅰ口(三通电磁阀Va具有Ⅰ口、Ⅱ口和Ⅲ口)，所述三通电磁阀Va的Ⅱ口连接所述蓄热水箱2的Ⅰ口(蓄热水箱具有Ⅰ口、Ⅱ口、Ⅲ口、Ⅳ口、Ⅴ口和Ⅵ口,而且其还具有补水口13)并且三通电磁阀Va的Ⅲ口连接三通电磁阀Vb的Ⅰ口；

所述三通电磁阀Vb的Ⅱ口(三通电磁阀Vb具有Ⅰ口、Ⅱ口和Ⅲ口)分别连接所述蓄热水箱2的Ⅱ口和所述水源热泵室外侧换热器3的Ⅰ口(水源热泵室外侧换热器3具有Ⅰ口、Ⅱ口、Ⅲ口和Ⅳ口)，并且所述三通电磁阀Vb的Ⅱ口和所述蓄热水箱2的Ⅱ口之间设置电磁阀Vc；

所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口分别连接所述用户侧换热器6的Ⅰ口(用户侧换热器6具有Ⅰ口、Ⅱ口、Ⅲ口和Ⅳ口)、燃气锅炉7的Ⅰ口(燃气锅炉7具有Ⅰ口、Ⅱ口和Ⅲ口)和室内换热器14的Ⅰ口(室内换热器具有Ⅰ口和Ⅱ口)，并且所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口与所述用户侧换热器6的Ⅰ口之间设置电磁阀Vi，所述三通电磁阀Vb的Ⅲ口与所述燃气锅炉7的Ⅰ口之间设置电磁阀Vj；

所述水源热泵室外侧换热器3的Ⅱ口与三通电磁阀Vd的Ⅰ口连接(三通电磁阀Vd具有Ⅰ口、Ⅱ口和Ⅲ口)，所述三通电磁阀Vd的Ⅱ口与所述空气源热泵室外侧换热器4的Ⅰ口(空气源热泵室外侧换热器4具有Ⅰ口和Ⅱ口)连接，所述三通电磁阀Vd的Ⅲ口分别连接电磁阀Vf和电磁阀Ve；

所述用户侧换热器6的Ⅱ口分别连接电磁阀Vg和电磁阀Vh，并且所述电磁阀Vg通过第一辅助管道与所述电磁阀Vf连接，所述电磁阀Vh通过第二辅助管道与所述电磁阀Ve连接，所述第一辅助管道和所述第二辅助管道通过压缩机9管道连通，并且所述压缩机9管道上设置压缩机9；

所述水源热泵室外侧换热器3的Ⅳ口连接三通电磁阀Vp的Ⅰ口(三通电磁阀Vp具有Ⅰ口、Ⅱ口和Ⅲ口)，所述三通电磁阀Vp的Ⅱ口与所述空气源热泵室外侧换热器4的Ⅱ口连接，所述三通电磁阀Vp的Ⅲ口通过单向节流阀与所述用户侧换热器6的Ⅲ口连接；

所述太阳能水集热器1的进水口通过第一循环水泵11连接三通电磁阀Vr的Ⅰ口，所述三通电磁阀Vr的Ⅱ口与所述蓄热水箱2的Ⅲ口连接，所述三通电磁阀Vr的Ⅲ口分别连接电磁阀Vq的Ⅰ口和电磁阀Vs的Ⅰ口，所述电磁阀Vq的Ⅱ口分别连接蓄热水箱2的Ⅳ口和所述水源热泵室外侧换热器3的Ⅲ口，并且所述电磁阀Vq的Ⅱ口和所述蓄热水箱2的Ⅳ口之间设置第二循环水泵10，所述电磁阀Vs的Ⅱ口分别连接电磁阀Vm、电磁阀Vk和第三循环水泵8，所述电磁阀Vm与用户侧换热器6的Ⅲ口连接，所述电磁阀Vk与所述燃气锅炉7的Ⅱ口连接，所述第三循环水泵8与所述室内换热器14的Ⅱ口连接；

所述蓄热水箱2的V口通过电磁阀Vl与所述燃气锅炉7的Ⅲ口连接；

所述空气集热器5设置在对应于所述空气源热泵室外侧换热器4的位置，以用于使热风吹向所述空气源热泵室外侧换热器4。

进一步，所述蓄热水箱2的Ⅵ口连接生活用水管道12。

进一步，所述单向节流阀的数量为两个，两者分别为单向节流阀Vo和单向节流阀Vn。

进一步，所述三通电磁阀Va、Vb、Vd、Vp和Vr均为双向三通电磁阀。

进一步，所述太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器和燃气锅炉均集中布置在室外，所述用户室内换热器布置在室内。

进一步，所述室内换热器采用地板辐射采暖系统、壁挂式空调系统或辐射型地板嵌入散热器。

进一步，采用工业余热炉代替所述燃气锅炉。

本供能系统的工作模式如下：

1、太阳能水集热器供暖模式：打开三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr、电磁阀Vs，打开第三循环水泵8、第一循环水泵11。关闭三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vj、电磁阀Vl、电磁阀Vk、电磁阀Vm、电磁阀Vq。太阳能空气集热器5、压缩机9及燃气锅炉7均不运行。太阳能水集热器直接为用户提供热水，热水依次通过水集热器1、三通阀Va、三通阀Vb、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vs、三通阀Vr、第一循环水泵11，最后回到水集热器1。

2、太阳能水集热器为生活用水供热模式：打开三通阀Va、三通阀Vr，第一循环水泵11。关闭三通阀Vb、三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vj、电磁阀Vl、电磁阀Vk、电磁阀Vm、电磁阀Vq、电磁阀Vs。太阳能空气集热器5、压缩机9及燃气锅炉7均不运行。热水依次通过水集热器1、三通阀Va、蓄热水箱2、三通阀Vr、第一循环水泵11，最后回到水集热器1。

3、太阳能水集热器辅助水源热泵供暖模式：打开三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vd、三通阀Vp、三通阀Vr，电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm。关闭电磁阀Vc、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vj、电磁阀Vs。第三循环水泵8、第一循环水泵11及压缩机9运行。水集热器1出口热水依次通过三通阀Va、三通阀Vb、水源热泵室外侧换热器3、电磁阀Vq、三通阀Vr、第一循环水泵11，回到水集热器1。制冷剂依次通过水源热泵室外侧换热器3、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vm。

4、蓄热水箱辅助水源热泵供暖模式：打开三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm，关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vs。第三循环水泵8、第二循环水泵10及压缩机9运行。蓄热水箱2出口热水依次通过电磁阀Vc、水源热泵室外侧换热器3、第二循环水泵10，回到蓄热水箱2。制冷剂依次通过水源热泵室外侧换热器3、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vm。

5、蓄热水箱供暖模式：打开三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr，电磁阀Vs，关闭三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、单向阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vm、电磁阀Vq。第三循环水泵8运行。水箱热水依次通过蓄热水箱2、三通阀Va、三通阀Vb、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vs、三通阀Vr，最后回到水箱。

6、太阳能空气集热器辅助空气源热泵供暖模式：打开三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm，关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr，电磁阀Vc、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vs、电磁阀Vq。第三循环水泵8及压缩机9运行。空气集热器5对空气源热泵提供热源。制冷剂依次通过空气源热泵室外侧换热器4、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8和电磁阀Vm。

7、空气源热泵供暖模式：打开三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm，关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr，电磁阀Vc、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vs、电磁阀Vq。第三循环水泵8及压缩机9运行。关闭空气集热器。制冷剂依次通过空气源热泵室外侧换热器4、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8和电磁阀Vm。

8、集热器辅助热泵供暖模式：打开三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr、三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm、电磁阀Vq，关闭电磁阀Vc、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vs。打开第三循环水泵8、第一循环水泵11及压缩机9。水集热器1出口热水依次通过三通阀Va、三通阀Vb，水源热泵室外侧换热器3，电磁阀Vq，三通阀Vr，第一循环水泵11。水集热器和空气集热器分别为水源热泵和空气源热泵提供热源。制冷剂依次通过水源、空气源热泵室外侧换热器3和4、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8和电磁阀Vm。

9、水箱辅助水源热泵联合空气源热泵供热模式：打开三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vi、电磁阀Vm，关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr，电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vj、电磁阀Vk、电磁阀Vl、电磁阀Vs、电磁阀Vq。打开第三循环水泵8、第二循环水泵10及压缩机9。蓄热水箱为水源热泵提供热源。蓄热水箱2出口热水依次通过电磁阀Vc、水源热泵室外侧换热器3、第二循环水泵10，回到蓄热水箱2。制冷剂依次通过水源、空气源热泵室外侧换热器3和4、三通阀Vd、电磁阀Ve、压缩机9、电磁阀Vh、用户侧换热器6、单向节流阀Vo、三通阀Vp。用户侧热水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8和电磁阀Vm。

10、燃气锅炉供暖模式：关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vd、三通阀Vp、三通阀Vr，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vm、电磁阀Vs、电磁阀Vq、电磁阀Vl，打开电磁阀Vj、电磁阀Vk。打开第三循环水泵8，燃气锅炉热水依次通过燃气锅炉7、电磁阀Vj、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vk。

11、燃气锅炉为生活用水供热模式：关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vd、三通阀Vp、三通阀Vr，电磁阀Vc、电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vm、电磁阀Vs、电磁阀Vq、电磁阀Vj、电磁阀Vk，打开电磁阀Vl。燃气锅炉热水进入蓄热水箱2，为生活用水供热。

12、热泵系统制冷模式：关闭三通阀Va、三通阀Vb、三通阀Vr，电磁阀Ve、电磁阀Vh、电磁阀Vj、电磁阀Vl、电磁阀Vk、电磁阀Vq、电磁阀Vs，打开三通阀Vd、三通阀Vp，电磁阀Vc、电磁阀Vg、电磁阀Vf、电磁阀Vi、电磁阀Vm。第三循环水泵8、第二循环水泵10及压缩机9运行。制冷剂依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vg、压缩机9、电磁阀Vf、三通阀Vd、水源热泵室外侧换热器3、三通阀Vp、单向节流阀Vn、用户侧换热器6。用户侧冷水依次通过用户侧换热器6、电磁阀Vi、用户室内换热器14、第三循环水泵8、电磁阀Vm。此时，在水源热泵室外侧换热器3处，可利用冷凝放热制取生活热水。热水依次经过水源热泵室外侧换热器3、第二循环水泵10、蓄热水箱2、电磁阀Vc。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，包括太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器、室内换热器和燃气锅炉，其中，

2.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，所述蓄热水箱的Ⅵ口连接生活用水管道。

3.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，所述单向节流阀的数量为两个，两者分别为单向节流阀Vo和单向节流阀Vn。

4.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，所述三通电磁阀Va、Vb、Vd、Vp和Vr均为双向三通电磁阀。

5.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，所述太阳能水集热器、蓄热水箱、水源热泵室外侧换热器、空气源热泵室外侧换热器、空气集热器、用户侧换热器和燃气锅炉均集中布置在室外，所述用户室内换热器布置在室内。

6.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，所述室内换热器采用地板辐射采暖系统、壁挂式空调系统或辐射型地板嵌入散热器。

7.根据权利要求1所述的一种基于水循环多能源可调控供能系统，其特征在于，采用工业余热炉代替所述燃气锅炉。