CN107726425B - 一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源利用领域,公开了一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,包括:太阳能光电光热收集器、热水箱、第一循环泵、热泵、换热器和相变蓄能单元,太阳能光电光热收集器通过第一循环泵形成太阳能辅热循环,热泵与换热器的一侧连接,太阳能光电光热收集器给热泵系统提供电能驱动,相变蓄能单元与换热器的另一侧连接;第二出水口通过换热器的另一侧、相变蓄能单元与散热器连接,并返回回水进口。白天采用太阳能光伏光热技术可以显著减少热泵用电量并将大量太阳能集热用于供暖,显著降低运行成本;晚上采用相变蓄能单元进行蓄热,可以大幅度提高低谷电的利用率,从而大幅度减少资源浪费。

Description

一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统
技术领域
本发明涉及新能源利用领域,特别是涉及一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统。
背景技术
随着工业生产的不断发展,人们对于常规能源的消耗不断加剧。诸如煤炭、石油、天然气等能源的消耗呈不断上升趋势。日益增长的需求导致各种能源过度开采,对生态环境造成恶劣影响。在节能减排已经成为时代潮流的今天,节约能源,减少碳排放是最时尚的生活方式。目前各国都在致力于开发新能源,太阳能是永不枯竭的绿色能源,是21世纪最具开发潜力、最清洁环保的能源之一。
因电厂是全天候持续发电的,如果发出来的电不用掉,用于发电的能源也就浪费掉了。一个发电厂发电能力通常是固定的不轻易改变的,但是用电高峰通常在白天,造成白天电不够用,晚上则是低谷,有多余用不掉发的电都浪费了。
因此,现有技术中的太阳能发电或电厂发电,具有一下缺陷:1、大部分电厂为火力发电,其能耗高,对环境污染严重;2、独立的太阳能供暖系统在多云,雨雪天气供暖效果不佳;3、电厂全天候持续发电,发出来的电用不掉,用于发电的能源大量浪费等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,解决现有技术中,大部分电厂为火力发电,其能耗高,对环境污染严重;独立的太阳能供暖系统在多云,雨雪天气供暖效果不佳;电厂全天候持续发电,发出来的电用不掉,用于发电的能源大量浪费等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,包括:
太阳能辅助子系统,包括:太阳能光电光热收集器、热水箱和第一循环泵,所述热水箱包括进水口、第一出水口、第二出水口和回水进口,所述太阳能光电光热收集器的出水端与所述进水口连接,所述第一出水口通过所述第一循环泵返回所述太阳能光电光热收集器的进水端;
热泵子系统,包括:热泵和换热器,所述热泵与所述换热器的一侧连接,所述太阳能光电光热收集器给所述热泵系统提供电能驱动;
相变蓄能单元,所述相变蓄能单元与所述换热器的另一侧连接;
所述第二出水口通过换热器的另一侧、相变蓄能单元与散热器连接,并返回所述回水进口。
其中,所述热水箱中还设有污水净化装置。
其中,所述换热器为板式换热器。
其中,所述热泵为空气源热泵。
其中,所述散热器为钢制散热器。
其中,所述热水箱于所述换热器之间还设有第二循环泵,所述第二出水口和所述回水进口均设有第一截止阀,所述第二出水口和所述回水进口之间还连接有管道。
其中,所述第二循环泵于所述换热器之间还设有四通换向阀。
其中,所述太阳能光电光热收集器包括太阳能光伏板和太阳能集热器。
其中,所述相变蓄能单元包括相变材料储存箱及相变材料,所述相变材料储存箱内设有换热管,与所述相变材料换热。
其中,所述换热管周围还设有肋片。
(三)有益效果
本发明提供的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,白天采用太阳能光伏光热技术可以显著减少热泵用电量并将大量太阳能集热用于供暖,显著降低运行成本;晚上采用相变蓄能单元进行蓄热,可以大幅度提高低谷电的利用率,从而大幅度减少资源浪费。本发明集成了多种清洁能源,可以为不同的需求层次提供了清洁、高效、经济的冬季采暖技术路线。
附图说明
图1为本发明一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统的结构图;
图2为本发明的相变蓄能单元结构图。
图中,1、太阳能光电光热收集器;2、第一循环泵;3、热水箱;4、第二循环泵;5、换热器;6、热泵;7、相变蓄能单元;71、相变材料;72、换热管;8、散热器;9、四通换向阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示,本发明公开一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,包括:
太阳能辅助子系统,包括:太阳能光电光热收集器1、热水箱3和第一循环泵2,所述热水箱3包括进水口、第一出水口、第二出水口和回水进口,所述太阳能光电光热收集器1的出水端与所述进水口连接,所述第一出水口通过所述第一循环泵2返回所述太阳能光电光热收集器1的进水端;
热泵6子系统,包括:热泵6和换热器5,所述热泵6与所述换热器5的一侧连接,所述太阳能光电光热收集器1给所述热泵6系统提供电能驱动;
相变蓄能单元7,所述相变蓄能单元7与所述换热器5的另一侧连接;
所述第二出水口通过换热器5的另一侧、相变蓄能单元7与散热器8连接,并返回所述回水进口。
具体的,由太阳能辅助子系统产生的电能可以用于驱动空热泵运行,而产生的热水则存储于热水箱,一方面可作为生活热水使用,另一方面可以提高热泵的回水温度从而提高热泵运行效率,甚至在用电高峰直接用热水供给室内采暖。热水箱的进水口、第一出水口、第一循环泵与太阳能光电光热收集器形成太阳能辅热循环,通过太阳能光电光热收集器收集到的热量保持热水箱中的热水的温度。热泵提取低位热量进行利用,并输出至换热器的一侧,与由第二出水口的热水进行换热,第二出水口的热水经过换热器、相变蓄能单元和散热器,再返回回水进口,实现热水循环利用,并且在热水箱中可被太阳能加热。当太阳能光电光热收集器供热不足时,热泵开关自动打开,提供供热所需热量,且在谷电阶段,热泵满负荷运行,在满足室内供暖的前提下,将多余的热量存储于相变蓄能单元中。其中相变蓄能单元在特定温度下改变形态并能吸收或释放热量,它具有蓄热密度大、蓄热放热近似等温、过程易控制、可多次重复使用等优点,从而提供足够的蓄热/冷容量,大幅度提高自然冷/热源的可用潜力。本系统中相变蓄能单元可以将热泵和太阳能光电光热收集器产生的多余热量蓄存起来。在峰电阶段,由相变储能单元释放热量向室内供暖,不足部分用热泵补充供热,散热器供热系统的末端装置,放置在室内,向室内提供所需热量。新型散热器按材质划分,可分为四类:钢制散热器、铝制散热器、铜质散热器、铜铝复合散热器。第二出水口通过换热器的另一侧、相变蓄能单元与散热器连接,并返回所述回水进口。本系统中还分别利用截止阀、调节阀和单向阀控制管路通断、流量调节和流向调节。优选地,太阳能光电光热收集器1与热水箱3之间设有截止阀;太阳能光电光热收集器1和第一循环泵2之间设有调节阀;热水箱3的进水口、第一出水口、第二出水口和回水进口仅设有单向阀;换热器5设有短接通道,并设有单向阀;相变蓄能单元7设有短接通道,并设有单向阀和调节阀。
本发明提供的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,白天采用太阳能光伏光热技术可以显著减少热泵用电量并将大量太阳能集热用于供暖,显著降低运行成本;晚上采用相变蓄能单元进行蓄热,可以大幅度提高低谷电的利用率,从而大幅度减少资源浪费。本发明集成了多种清洁能源,可以为不同的需求层次提供了清洁、高效、经济的冬季采暖技术路线。
其中,所述热水箱3中还设有污水净化装置,以防止循环水水质发生变化,影响整个系统循环以及对各个器件造成堵塞和耗损。
其中,所述换热器5为板式换热器,其供水换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长,符合节能减排的需求。
其中,所述热泵6为空气源热泵6。
其中,所述散热器8为钢制散热器8,钢制散热器8厚度薄,占用居室空间较少,重量轻,水容量小,使用更加环保。
其中,所述热水箱3于所述换热器5之间还设有第二循环泵4,所述第二出水口和所述回水进口均设有第一截止阀,所述第二出水口和所述回水进口之间还连接有管道。当阴雨天气,光照不足时,太阳能光电光热收集器1供热不足时,热水箱3右侧的两个第一截止阀自动关闭,这时循环泵4提供整个系统的循环动力,则太阳能光电光热收集器1左侧的太阳能辅热循环不工作,此时,仅由热泵提取低位热量,相变蓄能单元储热放热,实现供暖。热水箱3与第二循环泵4之间还设有调节阀。
其中,所述第二循环泵4于所述换热器5之间还设有四通换向阀9,特殊情况下,起到循环介质变向的作用。
其中,所述太阳能光电光热收集器1包括太阳能光伏板和太阳能集热器。
其中,如图2所示,所述相变蓄能单元7包括相变材料储存箱及相变材料71,所述相变材料储存箱内设有换热管72,与所述相变材料71换热。其结构紧凑,具有低投资成本、高换热效率、低运行功率,能在热泵停止运行的情况下,满足室内的采暖需求。在本系统中相变材料71可以将、热泵6或太阳能光电光热收集器1产生的多余热量蓄存起来,且在峰电阶段,释放热量向室内供暖,不足部分用空气源热泵6补充供热;换热管2内为供热循环水。
优选地,所述换热管72周围还设有肋片,增加换热面积以加强换热效果。
本发明提供的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,白天采用太阳能光伏光热技术可以显著减少热泵用电量并将大量太阳能集热用于供暖,显著降低运行成本;晚上采用相变蓄能单元进行蓄热,可以大幅度提高低谷电的利用率,从而大幅度减少资源浪费。本发明集成了多种清洁能源,可以为不同的需求层次提供了清洁、高效、经济的冬季采暖技术路线。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,包括:
太阳能辅助子系统,包括:太阳能光电光热收集器(1)、热水箱(3)和第一循环泵(2),所述热水箱(3)包括进水口、第一出水口、第二出水口和回水进口,所述太阳能光电光热收集器(1)的出水端与所述进水口连接,所述第一出水口通过所述第一循环泵(2)返回所述太阳能光电光热收集器(1)的进水端;
热泵(6)子系统,包括:热泵(6)和换热器(5),所述热泵(6)与所述换热器(5)的一侧连接,所述太阳能光电光热收集器(1)给所述热泵(6)系统提供电能驱动;
相变蓄能单元(7),所述相变蓄能单元(7)与所述换热器(5)的另一侧连接;
所述第二出水口通过换热器(5)的另一侧、相变蓄能单元(7)与散热器(8)连接,并返回所述回水进口;
所述热水箱(3)与所述换热器(5)之间还设有第二循环泵(4),所述第二出水口和所述回水进口均设有单向阀,所述第二出水口和所述回水进口之间还连接有管道;
四通换向阀(9),所述四通换向阀包括四个端口,其中两个所述端口分别连接于所述换热器(5)与所述第二循环泵(4)之间,另两个所述端口分别连接于所述热水箱(3)与所述散热器(8)之间。
2.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述热水箱(3)中还设有污水净化装置。
3.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述换热器(5)为板式换热器。
4.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述热泵(6)为空气源热泵(6)。
5.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述散热器(8)为钢制散热器(8)。
6.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述太阳能光电光热收集器(1)包括太阳能光伏板和太阳能集热器。
7.如权利要求1所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述相变蓄能单元(7)包括相变材料储存箱及相变材料(71),所述相变材料储存箱内设有换热管(72),与所述相变材料(71)换热。
8.如权利要求7所述的一种太阳能辅助热泵及相变蓄能一体化供暖系统,其特征在于,所述换热管(72)周围还设有肋片。
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