CN107036153A - 太阳能热泵联合供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了太阳能热泵联合供热系统，属于供热系统技术领域，其包括太阳能空气集热器、空气源热泵以及抽风系统，所述太阳能空气集热器的出风口与所述抽风系统的进风口相连通，所述抽风系统的出风口与所述空气源热泵的进风口相连通。本发明所提供的太阳能联合供热系统通过太阳能空气集热器提高了空气源热泵的进风温度，加快了制热速度，从而提高了空气源热泵的制热效率，且在低温环境当中大幅降低了能耗，特别适用于环境温度较低的地域或季节。

Description

太阳能热泵联合供热系统

技术领域

本发明涉及供热系统技术领域，特别涉及太阳能热泵联合供热系统。

背景技术

太阳能是可再生的清洁环保能源，能量巨大且普遍存在，随着太阳能利技术的快速发展，光伏、光热的利用越来越广泛。其中太阳能集热和热泵联合干燥应用于各行业的干燥领域，诸如工业应用之型煤干燥，农业应用之水果干燥、烟叶干燥及其它农产品干燥。

空气源热泵技术具有节能降耗及环保优势明显，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。但是空气源热泵的能量来源是空气中的热能，在面对极寒气候，尤其是在北方，空气中的热能少，所能转换的热能也就有限，普通的空气源热泵的工作能效在0℃以下之后的环境中会大打折扣，影响机组的整体运作，无法保证采暖或热水供应。且目前应用太阳能热泵联合供热系统，都是将太阳能空气集热器作为辅助热源进行物料的预干燥，然后热泵进行除湿干燥。这类的太阳能联合热泵系统，未能解决空气源热泵本身制热速度慢，热效率低的缺陷。

鉴于此，有必要设计一种太阳能热泵联合供热系统，使热泵进风空气温度提高，特别适用于环境温度较低的地区使用。从根本上解决在外界空气温度低的时候，空气源热泵制热速度慢、热效率低的缺陷，并且缩短热泵工作时间，降低空气源热泵的能耗。

发明内容

本发明所解决的技术问题为：解决当环境温度较低时空气源热泵制热速度慢、热效率低的缺陷，并缩短空气源热泵工作时间，降低空气源热泵的能耗。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：包括太阳能空气集热器、空气源热泵以及抽风系统，所述太阳能空气集热器的出风口与所述抽风系统的进风口相连通，所述抽风系统的出风口与所述空气源热泵的进风口相连通。

进一步的，还包括进气管，所述进气管的一端与连通所述太阳能空气集热器与抽风系统的管道相连通，所述进气管上设置有第一阀门，所述太阳能空气集热器出风口处设置有第二阀门。

进一步的，还包括回流管，所述回流管的一端与连通所述抽风系统与空气源热泵的管道相连通，所述回流管的另一端与所述太阳能空气集热器的出风口相连通，所述回流管上设置有第三阀门。

进一步的，所述回流管与所述抽风系统之间还连通有储气囊，所述空气源热泵的进风口处设置有第四阀门。

进一步的，所述回流管与太阳能空气集热器连通位置之前设置有第五阀门。

进一步的，所述储气囊为采用弹性材料制作的膨胀囊体，还包括刚性囊壳，所述膨胀囊体设置于所述刚性囊壳内部。

进一步的，所述储气囊的内表面上覆盖有隔热层。

进一步的，所述储气囊内设置有温度测量器。

本发明的有益效果是：本发明所提供的太阳能联合供热系统通过太阳能空气集热器提高了空气源热泵的进风温度，加快了制热速度，从而提高了空气源热泵的制热效率，且在低温环境当中大幅降低了能耗，特别适用于环境温度较低的地域或季节。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明膨胀囊体5收缩时的结构示意图。

【具体符号说明】

1-太阳能空气集热器，2-抽风系统，3-空气源热泵，4-进气管，5-膨胀囊体，6-回流管，7-刚性囊壳，8-第一阀门，9-第二阀门，10-第三阀门，11-第四阀门，12-第五阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所提供的太阳能热泵联合供热系统作详细说明。

如图1、图2所示，本发明太阳能热泵联合供热系统，其包括太阳能空气集热器1、空气源热泵3以及抽风系统2，所述太阳能空气集热器1的出风口与所述抽风系统2的进风口相连通，所述抽风系统2的出风口与所述空气源热泵3的进风口相连通。

在使用本发明太阳能热泵联合供热系统进行供热时，太阳能空气集热器1利用太阳能对进入其内腔当中的空气进行提温，抽风系统2内腔中的空气从太阳能空气集热器1的出风口进入至空气源热泵3当中，空气源热泵3利用经过提温的空气作为热源进行供热，从而加快了制热速度，并提高了空气源热泵3的制热效率。

为验证本发明所提供的太阳能热泵联合供热系统相较于独立运作的空气源热泵的能耗、效率方面上的优势，设置了对照试验，设太阳能热泵联合供热系统和独立运作的空气源热泵作为对照组。两者均选用额定功率2.45千瓦的3P空气源热泵，以加热热水作为对比，设外界太阳光照条件良好、环境空气温度为20℃，两者各自将500L初始水温为15℃的水罐中的水加热至55℃，两组的耗时、能耗及水温变化情况如表1所示。

表1水温变化情况及能耗情况

加热时间/分钟	0	20	40	60	78	80	100	120	125	能耗
											独立运作的空气源热泵	15	19.5	25.8	33.1	39.5	40.1	46.7	53.3	55	5.2度
太阳能联合供热系统	15	28.4	35.6	46.1	55	55	55	55	55	3.9度

此外，为验证本发明在低温冷态环境中的性能优势，在低温环境当中，设立另外一组太阳能联合供热系统和独立运作的空气源热泵，两者均同样选用额定功率2.45千瓦的3P空气源热泵，以加热热水作为对比，设外界太阳光照条件良好、环境空气温度为0℃，两者各自将500L初始水温为5℃的水罐中的水加热至55℃，两组的耗时、能耗及水温变化情况如表2所示。

表2水温变化情况及能耗情况

加热时间/分钟	0	20	40	60	80	91	100	120	140	160	165	能耗
													独立运作的空气源热泵	5	10.4	16.8	22.3	28.7	32.8	35.1	40.5	46.9	53.1	55	7.2度
太阳能联合供热系统	5	17.4	25.3	35.9	45.6	55.1	55	55	55	55	55	4.6度

通过表1、表2的实验数据可知，本发明所提供的太阳能联合供热系统，通过太阳能空气集热器1提高了空气源热泵3的进风温度，加快了制热速度，并提高了空气源热泵3的制热效率，且在低温环境当中大幅降低了能耗，特别适用于环境温度较低的地域或季节。

在上述实施方式当中，在环境温度较高的地域或季节，空气源热泵3无需太阳能空气集热器1即可保持较高的加热效率，所以作为优选方式，本实施方式当中，还包括进气管4，所述进气管4的一端与连通所述太阳能空气集热器1与抽风系统2的管道相连通，所述进气管4上设置有第一阀门8，所述太阳能空气集热器1出风口处设置有第二阀门9。在环境温度较低时，操作人员关闭第一阀门8并打开第二阀门9，利用太阳能空气集热器1对空气进行加热，从而保障空气源热泵3的制热效率；当环境温度较高时，操作人员关闭第二阀门9，并打开第一阀门8，空气由进气管4直接从而外界进入至抽风系统2当中，从而避免太阳能空气集热器1因长时间运作、空气当中的尘埃等因素的影响而发生老化或故障的情况。

在上述实施方式当中，当太阳能空气集热器1启动时，若发生抽风系统2对空气引导速度过快的情况，太阳能空气集热器1内腔中的空气难以达到较高的温度即被抽入至空气源热泵3当中，温度较低的空气严重影响了空气源热泵3制热效率，提高了空气源热泵3的能耗。所以作为优选实施方式，本实施方式当中，还包括回流管6，所述回流管6的一端与连通所述抽风系统2与空气源热泵3的管道相连通，所述回流管6的另一端与所述太阳能空气集热器1的出风口相连通，所述回流管6上设置有第三阀门10。当抽风系统过快地引导系统内的空气时，操作人员即可打开第三阀门10，使部分空气通过回流管6回到太阳能空气集热器1的出风口处循环加热，从而逐渐提高整个系统内空气的温度，保障了空气源热泵3的制热效率。

在上述实施方式当中，当抽风系统2过快地引导系统内的空气时，操作人员需打开第三阀门10，使部分空气回流加热，部分空气作为热源进入至空气源热泵3当中。但在极端的低温冷态环境下，系统内空气的温度提升极为缓慢，空气源热泵3会在较长时间内以未达到合适温度的空气作为热源，其热效率与制热效果受冷空气影响严重。所以作为优选方式，本实施方式当中，所述回流管6与所述抽风系统2之间还连通有储气囊，所述空气源热泵3的进风口处设置有第四阀门11。当在低温冷态环境下，遇到抽风系统2过快地引导系统内空气的情况时，操作人员即可关闭第四阀门11并打开第三阀门10，使太阳能空气集热器1、抽风系统2与储气囊形成一个循环加热的回路，当储气囊内的空气温度达到合适温度后，即可开启第四阀门11，引导囊内空气进入至空气源热泵3内制热。其中，储气囊为中空的囊体，可储存大量作为热源的空气，在未设有储气囊的系统当中，操作人员需要不断地开启、关闭第四阀门11，使进入至空气源热泵3的空气保持在合适温度以上，严重影响了空气源热泵3的正常运作。而储气囊可收集大量空气并可一次性地进入至空气源热泵3中，保障了空气源热泵3的正常运作。储气囊可选用采用刚性材料制作而成的刚性囊体或采用橡胶等弹性材料制作而成、可发生膨胀的膨胀囊体5。

在上述实施方式的基础上，为进一步地减少整个系统的能耗，所述回流管6与太阳能空气集热器1连通位置之前设置有第五阀门12。其中，所述回流管6与太阳能空气集热器1连通位置之前指的是空气由其流动方向达到回流管6与太阳能空气集热器1连通位置之前，当第四阀门11关闭、第三阀门10打开时，操作人员在等待储气囊充满空气后即可关闭第五阀门12，并停止抽风系统2的作业，利用冷热空气的对流，使太阳能空气集热器1、抽风系统2与储气囊形成一个保持空气循环的封闭回路，从而降低整个系统的能耗。

在上述实施方式当中，当系统启动时，如果采用形状固定不变的刚性囊体作为储气囊，其囊内会储存大量温度较低的空气，在无须使用储气囊时，囊内存在的空气必须全部排入空气源热泵3当中或经由太阳能空气集热器1全部加热，降低了空气源热泵3的制热效率，增加了系统的制热时间。所以作为优选实施方式，本实施方式当中，所述储气囊为采用弹性材料制作的膨胀囊体5，还包括刚性囊壳7，所述膨胀囊体5设置于所述刚性囊壳7内部。当系统启动时，如图2所示，膨胀囊体5收缩呈管状，其囊内储存的空气量较少，显著减轻了储气囊囊内空气对空气源热泵3的制热效率以及制热时间的影响。随着系统的运作,储气囊逐渐膨胀，并逐渐被刚性囊壳7紧紧地包裹住，刚性囊壳7限制储气囊地进一步膨胀，防止储气囊炸裂。当第四阀门11关闭、第三阀门10与第五阀门12打开时，刚性囊壳7限制储气囊无限度地膨胀，从而压缩其囊内空气的体积，提高其囊内空气温度。此外，为进一步地提高储气囊的保温能力，本实施方式当中，所述储气囊的内表面上覆盖有隔热层。隔热层具有良好的保温效果，可选用橡胶等保温材料制作。

在上述实施方式的基础上，为方便操作人员操作，所述储气囊内设置有温度测量器。操作人员可以通过温度测量器观察储气囊囊内温度，当储气囊囊内温度达到合适温度以上后，即可开启第四阀门11。

Claims (8)

1.太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：包括太阳能空气集热器(1)、空气源热泵(3)以及抽风系统(2)，所述太阳能空气集热器(1)的出风口与所述抽风系统(2)的进风口相连通，所述抽风系统(2)的出风口与所述空气源热泵(3)的进风口相连通。

2.按照权利要求1所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：还包括进气管(4)，所述进气管(4)的一端与连通所述太阳能空气集热器(1)与抽风系统(2)的管道相连通，所述进气管(4)上设置有第一阀门(8)，所述太阳能空气集热器(1)出风口处设置有第二阀门(9)。

3.根据权利要求1至2中任一项权利要求所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：还包括回流管(6)，所述回流管的一端与连通所述抽风系统(2)与空气源热泵(3)的管道相连通，所述回流管(6)的另一端与所述太阳能空气集热器(1)的出风口相连通，所述回流管(6)上设置有第三阀门(10)。

4.按照权利要求3所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：所述回流管(6)与所述抽风系统(2)之间还连通有储气囊，所述空气源热泵(3)的进风口处设置有第四阀门(11)。

5.按照权利要求4所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：所述回流管(6)与太阳能空气集热器(1)连通位置之前设置有第五阀门(12)。

6.按照权利要求4所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：所述储气囊为采用弹性材料制作的膨胀囊体(5)，还包括刚性囊壳(7)，所述膨胀囊体(5)设置于所述刚性囊壳(7)内部。

7.按照权利要求4所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于:所述储气囊的内表面上覆盖有隔热层。

8.按照权利要求4所述的太阳能热泵联合供热系统，其特征在于：所述储气囊内设置有温度测量器。