CN107166498A - 一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，该系统包括冷凝器、第一阀门、太阳能光伏‑环路热管蒸发器、第二阀门、热力膨胀阀、第三阀门、第四阀门、压缩机、第五阀门、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器和第六阀门；所述供热系统的运行模式包括环路热管模式、直膨式太阳能热泵模式和直膨式太阳能/空气能双热源热泵模式。本发明中的双直膨式太阳能热泵运行模式，突破了空气能热泵低温环境下运行效率低或无法运行的缺陷，克服了现有太阳能热泵系统以及热管/太阳能热泵复合系统在光照不足时无法运行的缺点，且系统性能系数有明显提高。

Description

一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统

技术领域

本发明属于建筑节能技术领域，涉及一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统。

背景技术

太阳能光伏光热集热系统制备的水温一般低于传统太阳能热水系统的出水温度，再加天气因素的影响，太阳能光伏光热集热系统制备的热水通常达不到建筑供热所需的温度要求。空气源热泵运行性能受室外温度影响很大，尤其在寒冷、严寒地区冬季运行会存在结霜问题，从而导致热泵性能下降甚至不能正常工作。在热管、太阳能与热泵相结合的现有技术中:

《化工学报》2014年第65卷第8期中介绍了张龙灿等的“新型光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统”一文，系统的热泵模式,最大瞬时性能系数(Coefficient ofPerformance——COP)为4.30，平均COP为3.76，其蒸发器的结构形式为有玻璃盖板，无法利用空气能，导致该系统的启动和运行受到光照强度的制约，在多云、阴雨天气或夜间均无法启动或运行，运行时间十分有限，无法保证“全天候供热水”。

《Solar Energy》2005年第78期第375-381页介绍了B.J.Huang,J.P.Lee,J.P.Chyng的“Heat pipe enhanced solar-assisted heat pump water heater”，该文所述系统的热泵模式COP为2.5～3.0，能够同时利用太阳能和空气能，但圆柱型的蒸发器结构与平板型相比，其集热效率不高，且只能实现光热转换而无法实现光电转换，即只能提供热水无法输出电能。

发明内容

针对上述太阳能光伏光热集热系统制备热水温度较低以及太阳能热泵运行性能下降等问题，本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统。本发明是利用环路热管布置灵活、高效传热和防冻等特性，结合直膨式太阳能热泵系统供水温度稳定和较宽的环境温度适应性，将环路热管与双直膨式太阳能热泵技术相结合，构建一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，该系统包括冷凝器、第一阀门、太阳能光伏-环路热管蒸发器、第二阀门、热力膨胀阀、第三阀门和压缩机，冷凝器的进液口分别与压缩机的出液口和第二阀门的出液口相连，冷凝器的出液口分别与第一阀门的进液口和热力膨胀阀的进液口相连；第一阀门的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器的进液口相连；太阳能光伏-环路热管蒸发器的出液口分别与第二阀门的进液口和第三阀门的进液口相连；第三阀门的出液口与压缩机的进液口相连；

该系统还包括第四阀门、第五阀门、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器和第六阀门；热力膨胀阀的出液口分别与第四阀门的进液口和第五阀门的进液口相连；第四阀门的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器的进液口相连；第五阀门的出液口与无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器的进液口相连，无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器的出液口与第六阀门的进液口相连，第六阀门的出液口与压缩机的进液口相连；

所述供热系统的运行模式包括环路热管模式、直膨式太阳能热泵模式和直膨式太阳能/空气能双热源热泵模式；

所述环路热管运行模式主要包括冷凝器、第一阀门、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器和第二阀门；

所述直膨式太阳能热泵运行模式主要包括冷凝器、热力膨胀阀、第四阀门、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器、第三阀门和压缩机；

所述直膨式太阳能/空气能双热源热泵运行模式主要包括冷凝器、热力膨胀阀、第五阀门、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器、第六阀门和压缩机。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，与现有技术相比具有这样的有益效果：

1、本发明中的双直膨式太阳能热泵运行模式，突破了空气能热泵低温环境下运行效率低或无法运行的缺陷，克服了现有太阳能热泵系统在光照不足时无法运行的缺点；

2、本发明将环路热管与双直膨式太阳能热泵相结合，有效提高了建筑热水供应系统的运行性能，实现高效地全天候供热水；

3、本发明整体结构简单，可充分提高太阳能光热利用综合转换效率，同时解决系统外部电力供应，为建筑提供一种近零能耗供热系统。

本发明利用环路热管布置灵活、高效传热和防冻等特性，结合直膨式太阳能热泵系统供水温度稳定和较宽的环境温度适应性，将环路热管与双直膨式太阳能热泵技术相结合，构建一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统。本发明采用的双热源热泵模式最大瞬时COP为5.90，平均COP为4.30，蒸发器结构为无玻璃盖板的平直翅片管式，能够同时有效利用太阳能和空气能，24小时均可运行，保证了“全天候供热水”；本发明采用的平板型蒸发器集热效率明显优于圆柱型，系统能够实现光热转换和实现光电转换。

附图说明

图1是本发明环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明的一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，如图1所示，该系统包括冷凝器1、第一阀门2、太阳能光伏-环路热管蒸发器3、第二阀门4、热力膨胀阀5、第三阀门7、第四阀门6、压缩机11、第五阀门8、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器9和第六阀门10；冷凝器1的进液口分别与压缩机11的出液口和第二阀门4的出液口相连，冷凝器1的出液口分别与第一阀门2的进液口和热力膨胀阀5的进液口相连；第一阀门2的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器3的进液口相连；热力膨胀阀5的出液口分别与第四阀门6的进液口和第五阀门8的进液口相连；第四阀门6的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器3的进液口相连；太阳能光伏-环路热管蒸发器3的出液口分别与第二阀门4的进液口和第三阀门7的进液口相连；第三阀门7的出液口与压缩机11的进液口相连；第五阀门8的出液口与无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器9的进液口相连，无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器9的出液口与第六阀门10的进液口相连，第六阀门10的出液口与压缩机11的进液口相连；所述供热系统的运行模式包括环路热管模式、直膨式太阳能热泵模式和直膨式太阳能/空气能双热源热泵模式；所述环路热管运行模式主要包括冷凝器1、第一阀门2、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器3和第二阀门4；所述直膨式太阳能热泵运行模式主要包括冷凝器1、热力膨胀阀5、第四阀门6、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器3、第三阀门7和压缩机11；所述直膨式太阳能/空气能双热源热泵运行模式主要包括冷凝器1、热力膨胀阀5、第五阀门8、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器9、第六阀门10和压缩机11。

当太阳辐照强度较高时，打开第一阀门2和第二阀门4，关闭第四阀门6、第三阀门7、第五阀门8和第六阀门10，以环路热管模式进行供热；当太阳辐照强度不能满足环路热管启动条件时，打开第三阀门7和第四阀门6，关闭第一阀门2、第二阀门4、第五阀门8和第六阀门10，以直膨式太阳能热泵模式进行供热；当太阳辐照强度继续降低，无法以直膨式太阳能热泵模式运行时，打开第五阀门8和第六阀门10，关闭第一阀门2、第二阀门4、第三阀门7和第四阀门6，以直膨式太阳能/空气能双热源热泵模式进行供热。

Claims (1)

1.一种环路热管/双直膨式太阳能热泵供热系统，该系统包括冷凝器、第一阀门、太阳能光伏-环路热管蒸发器、第二阀门、热力膨胀阀、第三阀门和压缩机，冷凝器的进液口分别与压缩机的出液口和第二阀门的出液口相连，冷凝器的出液口分别与第一阀门的进液口和热力膨胀阀的进液口相连；第一阀门的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器的进液口相连；太阳能光伏-环路热管蒸发器的出液口分别与第二阀门的进液口和第三阀门的进液口相连；第三阀门的出液口与压缩机的进液口相连；其特征在于：

该系统还包括第四阀门、第五阀门、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器和第六阀门；热力膨胀阀的出液口分别与第四阀门的进液口和第五阀门的进液口相连；第四阀门的出液口与太阳能光伏-环路热管蒸发器的进液口相连；第五阀门的出液口与无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器的进液口相连，无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器的出液口与第六阀门的进液口相连，第六阀门的出液口与压缩机的进液口相连；

所述供热系统的运行模式包括环路热管模式、直膨式太阳能热泵模式和直膨式太阳能/空气能双热源热泵模式；

所述环路热管运行模式主要包括冷凝器、第一阀门、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器和第二阀门；

所述直膨式太阳能热泵运行模式主要包括冷凝器、热力膨胀阀、第四阀门、太阳能光伏-环路热管集热蒸发器、第三阀门和压缩机；

所述直膨式太阳能/空气能双热源热泵运行模式主要包括冷凝器、热力膨胀阀、第五阀门、无玻璃盖板的平直翅片管式平板集热蒸发器、第六阀门和压缩机。