CN107906576B - 一种中温太阳能-空气能耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中温太阳能‑空气能耦合系统，包括中温太阳能集热装置、空气源热泵机组、中温水箱、低温水箱、吸收式制冷机组、燃气炉，通过三进一出换向阀和一进三出换向阀，可以切换太阳能供暖、太阳能制冷、太阳能供热水、燃气供暖、燃气制冷、燃气供热水、空气源热泵制冷、空气源热泵供暖、空气源热泵供热水等运行模式，系统结构简单，运行成本低，稳定可靠，节能效益显著。

Description

一种中温太阳能-空气能耦合系统

技术领域

本发明涉及一种多能源系统，特别是一种中温太阳能-空气能耦合系统，属于新能源利用技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略的重要组成部分。太阳能热水器已经成功的商业化，如何更有效的利用太阳能，成为了各国科学家致力研究的内容。

热泵与太阳能综合性利用技术，已成为国际上各国竞相研究的热点课题。如日本及欧美各地的一些发达国家都相继出现了热泵与太阳能综合的示范性工程，从小型住宅的生活热水系统到大型的带季节性蓄热器的区域供暖中心，都取得了一定的研究成果和实践经验。

近几年众多热泵生产厂家及空调厂家推出三联供机型，即同时可实现制冷、制热及加热生活热水功能。其在冬季的运行时，用户需要大量的热水的同时也需要供暖，这需要热泵满负荷运行，加上冬季环境温度较低，热泵的能效比COP值降低，耗电量急剧加大。夏季在热泵加热洗浴热水的同时室内需要降温，冷凝温度上升，冷凝压力提高，远高于空气冷却温度压力，增大了压缩比，耗电量加大。太阳能-空气源热泵联供可弥补上述缺陷。

在我国太阳能-空气能热泵装置刚刚起步，还未实现大规模商品化，且存在一些不足限制了其发展：1、太阳能与地源热泵两种新能源系统没有有效的结合，不能充分发挥各自的优势，相对于普通空气源热泵系统节能效果不明显；2、太阳能只能供暖，没有制冷功能，太阳能的利用不充分，且太阳能和空气源热泵的互补功能有限；3、没有其他辅助热源，导致在极端天气(如极寒天气、连续阴雨天等)，系统运行效果差；4、控制逻辑不合理，系统较为复杂，运行稳定性不高。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服上述现有相关太阳能空气源热泵的缺陷，提供了一种可以多模式运行、节能高效、运行成本低的太阳能-空气源热泵耦合系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的一种中温太阳能-空气能耦合系统，包括中温太阳能集热装置、空气源热泵机组、中温水箱、低温水箱、吸收式制冷机组、燃气炉；中温水箱的1#出口通过管道连接1#泵的入口，1#泵的出口通过管道连接中温太阳能集热装置的入口，中温太阳能集热装置的出口通过管道连接中温水箱的1#入口；中温水箱的2#出口通过管道连接吸收式制冷机组的1#入口，吸收式制冷机组的1#出口通过管道连接2#泵的入口，2#泵的出口通过管道连接中温水箱的2#入口；中温水箱的3#出口通过管道连接燃气炉的入口，燃气炉的出口通过管道连接3#泵的入口，3#泵的出口通过管道连接中温水箱的3#入口；中温水箱的4#出口通过管道连接低温水箱的1#入口，低温水箱的1#出口通过管道连接4#泵的入口，4#泵的出口通过管道连接中温水箱的4#入口；低温水箱的2#出口通过管道连接空气源热泵机组的1#入口，空气源热泵机组的1#出口通过管道连接5#泵的入口，5#泵的出口通过管道连接低温水箱的2#入口；低温水箱的3#出口、空气源热泵机组的2#出口、吸收式制冷机组的2#出口分别通过管道连接到三进一出换向阀的3个进口；低温水箱的3#入口、空气源热泵机组的2#入口、吸收式制冷机组的2#入口分别通过管道连接到一进三出换向阀的3个出口；三进一出换向阀的出口通过管道连接到空调末端的入口，空调末端的出口通过管道连接到6#泵的入口，6#泵的出口通过管道连接到一进三出换向阀的进口；补水阀的出口通过管道连接低温水箱的4#入口；低温水箱的4#出口通过管道连接到7#泵的入口，7#泵的出口通过管道连接到热水使用末端。

作为本发明的一种改进，所述的中温太阳能集热装置采用复合抛物面太阳能集热装置。

作为本发明的一种改进，所述的吸收式制冷机组采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

作为本发明的一种改进，所述的空气源热泵机组采用空气源三联供机组，具有制冷、供暖、供热水功能。

作为本发明的一种改进，本系统还包括智能控制装置，通过线路连接系统中所有的泵和阀门。

有益效果：

1)将太阳能与空气源热泵两种新能源系统及燃气能源系统进行了有效的结合，可以互相补充，来达到高效节能，降本增效、运行稳定的目的。

2)本系统可以根据天气情况选择最经济、最节能的运行方式：在制冷季，晴天时利用太阳能带动吸收式制冷机组制冷，同时太阳能提供热水，阴天时，根据水箱水温和空气温度，计算空气源热泵机组与燃气炉带动吸收式制冷机制冷及供热水的能效比，选择高效率的方式运行；在非制冷供暖季，晴天时采用太阳能供热水，阴天时采用空气源热泵机组供热水；在供暖季，晴天时利用太阳能供暖，同时太阳能提供热水，阴天时，根据水箱水温和空气温度，计算空气源热泵机组与燃气炉供暖及供热水的能源成本，选择经济的方式运行。

3)该系统通过简单的结构形式实现了多种运行模式的整合及切换，通过2个换向阀门，可以切换太阳能供暖、太阳能制冷、太阳能供热水、燃气供暖、燃气制冷、燃气供热水、空气源热泵制冷、空气源热泵供暖、空气源热泵供热水等运行模式。

4)将太阳能热量按温度分级储存和利用，按照不同利用方式的不同温度要求进行分级利用，可以提高太阳能热利用系统的热效率和有效能利用率。

5)在系统合理的位置设置了燃气炉，可以解决太阳能和空气源热泵在极端天气下的运行问题，保障了系统运行的可靠性。

6)中温太阳能+吸收式制冷在高温晴天时具有较高的制冷效率，可以弥补高温天气时空气源热泵制冷效率低的问题；太阳能+燃气炉供暖可以弥补极寒天气时空气源热泵供热效率低及无法运行的问题。

7)本系统设计结构简单，运行成本低，稳定可靠，节能效益显著，具有较好的可推广性。

附图说明

图1是中温太阳能-空气能耦合系统的示意图。

其中有：中温太阳能集热装置1、空气源热泵机组2、中温水箱3、低温水箱4、吸收式制冷机组5、燃气炉6、1#泵7、2#泵8、3#泵9、4#泵10、5#泵11、6#泵12、7#泵13、三进一出换向阀14、一进三出换向阀15、空调末端16、热水使用末端17、补水阀18。

具体实施方式

实施例1

参见图1，采用一种中温太阳能-空气能耦合系统，其中，所述的中温太阳能-空气能耦合系统包括中温太阳能集热装置1、空气源热泵机组2、中温水箱3、低温水箱4、吸收式制冷机组5、燃气炉6；中温水箱3的1#出口通过管道连接1#泵7的入口，1#泵7的出口通过管道连接中温太阳能集热装置1的入口，中温太阳能集热装置1的出口通过管道连接中温水箱3的1#入口；中温水箱3的2#出口通过管道连接吸收式制冷机组5的1#入口，吸收式制冷机组5的1#出口通过管道连接2#泵6的入口，2#泵6的出口通过管道连接中温水箱3的2#入口；中温水箱3的3#出口通过管道连接燃气炉6的入口，燃气炉6的出口通过管道连接3#泵9的入口，3#泵9的出口通过管道连接中温水箱3的3#入口；中温水箱3的4#出口通过管道连接低温水箱4的1#入口，低温水箱4的1#出口通过管道连接4#泵10的入口，4#泵10的出口通过管道连接中温水箱3的4#入口；低温水箱4的2#出口通过管道连接空气源热泵机组2的1#入口，空气源热泵机组2的1#出口通过管道连接5#泵11的入口，5#泵11的出口通过管道连接低温水箱4的2#入口；低温水箱4的3#出口、空气源热泵机组2的2#出口、吸收式制冷机组5的2#出口分别通过管道连接到三进一出换向阀14的3个进口；低温水箱4的3#入口、空气源热泵机组2的2#入口、吸收式制冷机组5的2#入口分别通过管道连接到一进三出换向阀15的3个出口；三进一出换向阀14的出口通过管道连接到空调末端16的入口，空调末端16的出口通过管道连接到6#泵12的入口，6#泵12的出口通过管道连接到一进三出换向阀15的进口；补水阀18的出口通过管道连接低温水箱4的4#入口；低温水箱4的4#出口通过管道连接到7#泵13的入口，7#泵13的出口通过管道连接到热水使用末端17。

实施例2

参见图1，作为本发明的一种改进，所述的中温太阳能集热装置1采用复合抛物面太阳能集热装置。

实施例3

参见图1，作为本发明的一种改进，所述的吸收式制冷机组5采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

实施例4

参见图1，作为本发明的一种改进，所述的空气源热泵机组2采用空气源三联供机组，具有制冷、供暖、供热水功能。

实施例5

参见图1，作为本发明的一种改进，本系统还包括智能控制装置，通过线路连接系统中所有的泵和阀门。

工作原理和过程：

参见图1，

中温太阳能集热装置1采用复合抛物面聚光集热器(CPC)，可以在不用跟踪和转动的情况下实现低倍的聚光，使得集热器适合产生较高温度的介质(70～90℃)。

吸收式制冷机组5采用单效溴化锂吸收式制冷机组，可以利用较低温度(60～100℃)的热源进行制冷。

中温太阳能集热装置1采集太阳能，并将热量传输到中温水箱3，中温水箱3的额定水温为65～85℃，可用于单效溴化锂吸收式制冷。当没有阳光时，可通过燃气炉6的运行，加热中温水箱3。

中温水箱3通过热水循环将热量传输到低温水箱4，低温水箱4的额定水温为40～55℃，可作为生活热水使用。

通过三进一出换向阀14和一进三出换向阀15的切换，可以实现低温水箱4、空气源热泵机组2、吸收式制冷机组5分别与空调末端16连接。

本系统可以根据天气情况选择最经济、最节能的运行方式：

在制冷季，晴天时利用太阳能带动吸收式制冷机组5制冷，同时太阳能提供热水，阴天时，根据水箱水温和空气温度，计算空气源热泵机组2与燃气炉6带动吸收式制冷机组5制冷及供热水的能效比，选择高效率的方式运行；在非制冷供暖季，晴天时采用太阳能供热水，阴天时采用空气源热泵机组2供热水；在供暖季，晴天时利用太阳能供暖，同时太阳能提供热水，阴天时，根据水箱水温和空气温度，计算空气源热泵机组2与燃气炉6供暖及供热水的能源成本，选择经济的方式运行本系统太阳能既可以对地源热泵供热制冷供热水功能进行补充热量和冷量，不仅减少能量的消耗，还保证了供热制冷系统的可靠性及稳定性。

本发明还可以将实施例2、3、4、5所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种中温太阳能-空气能耦合系统，其特征在于所述的中温太阳能-空气能耦合系统包括中温太阳能集热装置(1)、空气源热泵机组(2)、中温水箱(3)、低温水箱(4)、吸收式制冷机组(5)、燃气炉(6)；其中，中温水箱(3)的1#出口通过管道连接1#泵(7)的入口，1#泵(7)的出口通过管道连接中温太阳能集热装置(1)的入口，中温太阳能集热装置(1)的出口通过管道连接中温水箱的1#入口；中温水箱(3)的2#出口通过管道连接吸收式制冷机组(5)的1#入口，吸收式制冷机组(5)的1#出口通过管道连接2#泵(8)的入口，2#泵(8)的出口通过管道连接中温水箱(3)的2#入口；中温水箱(3)的3#出口通过管道连接燃气炉(6)的入口，燃气炉(6)的出口通过管道连接3#泵(9)的入口，3#泵(9)的出口通过管道连接中温水箱(3)的3#入口；中温水箱(3)的4#出口通过管道连接低温水箱(4)的1#入口，低温水箱(4)的1#出口通过管道连接4#泵(10)的入口，4#泵(10)的出口通过管道连接中温水箱(3)的4#入口；低温水箱(4)的2#出口通过管道连接空气源热泵机组(2)的1#入口，空气源热泵机组(2)的1#出口通过管道连接5#泵(11)的入口，5#泵(11)的出口通过管道连接低温水箱(4)的2#入口；低温水箱(4)的3#出口、空气源热泵机组(2)的2#出口、吸收式制冷机组(5)的2#出口分别通过管道连接到三进一出换向阀(14)的3个进口；低温水箱(4)的3#入口、空气源热泵机组(2)的2#入口、吸收式制冷机组(5)的2#入口分别通过管道连接到一进三出换向阀(15)的3个出口；三进一出换向阀(14)的出口通过管道连接到空调末端(16)的入口，空调末端(16)的出口通过管道连接到6#泵(12)的入口，6#泵(12)的出口通过管道连接到一进三出换向阀(15)的进口；补水阀(18)的出口通过管道连接低温水箱(4)的4#入口；低温水箱(4)的4#出口通过管道连接到7#泵(13)的入口，7#泵(13)的出口通过管道连接到热水使用末端(17)；所述的中温太阳能集热装置(1)采用复合抛物面太阳能集热装置。

2.根据权利要求1所述的一种中温太阳能-空气能耦合系统，其特征在于所述的吸收式制冷机组(5)采用单效溴化锂吸收式制冷机组。

3.根据权利要求1所述的一种中温太阳能-空气能耦合系统，其特征在于所述的空气源热泵机组(2)采用空气源三联供机组，具有制冷、供暖、供热水功能。

4.根据权利要求1所述的一种中温太阳能-空气能耦合系统，其特征在于该耦合系统还包括智能控制装置，通过线路连接系统中所有的泵和阀门。