CN108731305A - 多源相变储能热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种多源相变储能热泵系统,包括:集热回收单元,具有气‑液换热器;所述气‑液换热器外接第一工质输送管路;第一储能单元,通过第一工质输送管路连通气‑液换热器;所述第一储能单元通过第一工质的转移来存储气‑液换热器收集的热量;第二储能单元,内部存储有第二工质;以及热泵单元,具有换热管路;所述换热管路内流通有制冷剂,所述换热管路穿过第二储能单元;所述热泵单元用于将第二储能单元的热量输送至工作区域中,并使得第二工质发生相变。本发明解决了现有的地源热泵系统在冬季长期运行后热泵的热源过低、热源枯竭的再生问题,明显提升了热泵的能效;本发明解决了热泵机组空气源温度过低融霜频繁无法使用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热泵供热技术领域,具体涉及一种多源相变储能热泵系统。
背景技术
随着中国国民收入的增长以及物质和精神文化生活水平的提高,国内对花卉相关的消费额逐年递增,同时,随着花卉生产行业由发达向欠发达国家的逐步转移,国际市场对我国花卉产业的需求也迅猛增长,这两方面因素使得中国花卉市场在最近十多年蓬勃发展。
但是我国大部分花卉大省根据热工分区都位于夏热冬冷及寒冷地区,因此,为保证花卉的良好生长环境及常年四季满足花卉供应的需要在冬季尤其是夜间需要给大棚供暖。
现有的申请号为CN201510175434.X的专利文献公开了《土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法》 的专利文献,其供热系统太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元、室内空气调节单元,使用土壤及横埋管换热器,来存储热能,现有的温室大棚的地源热泵系统在冬季长期运行后热泵的往往出现热源过低、热源枯竭的再生问题,较低的热源导致热泵运行的温度较低,而降低地源热泵的能效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种多源相变储能热泵系统,解决了现有的温室大棚的地源热泵系统在冬季长期运行后热泵的往往出现热源过低、热源枯竭的再生问题,并使得热泵的能效比较低的缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种多源相变储能热泵系统,通过夏储冬用、昼储夜用的方式,防止了温室大棚余热浪费,特别是需加温季节的日间余热浪费,同时也减少了温室大棚的夏季降温成本,显著提升了温室大棚作为具有大集热面积的设施农业工程的太阳能等绿色能源的利用率)。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供的一种多源相变储能热泵系统,包括: 集热回收单元,具有气-液换热器;所述气-液换热器外接第一工质输送管路;该气-液换热器用于收集环境中的热量并传递至第一工质中或将第一工质中热量传递至工作区域的空气中;
第一储能单元,通过第一工质输送管路连通气-液换热器;所述第一储能单元通过第一工质的转移来存储气-液换热器收集的热量;
第二储能单元,内部存储有第二工质;所述第二储能单元通过第二工质的相变来存储热量或释放热量;以及
热泵单元,包括热泵及外置换热盘管;所述换热管路内流通有制冷剂,所述换热管路内置于第二储能单元;所述热泵单元用于提取第二储能单元的热量输送至工作区域中,并使得第二工质发生相变。本发明通过采用第二储能单元作为短期储能体,同时第一储能体作为跨季储能体为热泵提供热源,在寒冷季节,将低位热源转换为高位热源向工作区域供暖。本发明解决了现有的地源热泵系统在冬季长期运行后热泵的热源(温度)过低、热源枯竭的再生问题,明显提升了热泵的能效;本发明解决了热泵机组空气源温度过低、融霜频繁无法使用的问题。现有的温室大棚寒冷季节白天内部温度过高通过换气降温造成的热量流失,本发明利用第二储能单元吸收白天多余的热量,解决了温室大棚寒冷季节白天内部温度过高通过换气降温造成的热量流失的问题。热泵采用一体化变频热泵。
本发明中气-液换热器安装在温室大棚高温集热区,热泵单元可采用变频热泵。整个系统通过特殊设计的第二储能单元作为连接,该第二储能单元作是秋冬春三季短期储能使用的,通常要求春秋季蓄热至30℃,冬季不低于地源温度。本发明提高了绿色能源应用率、降低项目初投资、优化能源利用能效、降低农业运营成本。
优选的,所述集热回收单元还包括平板太阳能集热器,所述平板太阳能集热器通过第一工质输送管路连通第一储能单元。
优选的,所述第一工质为防冻液体,所述第一工质输送管路包括进液管路、第一回液管路和第二回液管路;所述进液管路一端连通第一储能单元,另一端经由气-液换热器连通平板太阳能集热器,所述气-液换热器还通过第一回液管路连通第一储能单元;所述第二回液管路一端连通平板太阳能集热器,另一端连通第一回液管路。
优选的,所述热泵单元包括变频热泵,采用变频热泵以适应取热过程中,热源温度的大幅度变化。
优选的,所述第二储能单元包括若干个相变存储件和用于存储相变存储件的储能相变容器;所述相变存储件内存储有第二工质,所述第二工质为水。本发明中的相变存储件为水球,储能相变容器为水箱。
优选的,所述进液管路侧通有第一侧通管路,所述第一侧通管路伸入储能相变容器下部;所述第一回液管路侧通有第二侧通管路,所述第二侧通管路伸入储能相变容器上部。本发明中设置第一侧通管路和第二侧通管路,使得防冻液体可以流入储能相变容器,通过第一储能单元较高温度的防冻液体或第一回流管路较高温度的防冻液体,流入储能相变容器,促使内部的相变球类水由固体转变为液体,使得第二储能单元吸收白天(温室大棚)内部温度过高,通过换气排放的多余的热量。
优选的,位于所述第一侧通管路后端的进液管路上装有第一驱动泵,所述第一驱动泵用作储能泵,通过泵输送第一工质将非供暖季及供暖季白天的热量经由气-液换热器送入储能体中。
优选的,位于所述第二侧通管路后端的第一回流管路上装有第二驱动泵,所述第二驱动泵用于输送第一工质将跨季储能体中非供暖期储存的热量经由相变储能及热泵系统送入目标供热空间。本发明中该泵用作取能泵,通过泵输送第一工质将跨季储能体中非供暖期储存的热量经由相变储能及热泵系统送入目标供热空间。
优选的,所述多源相变储能热泵系统还包括换热盘管,所述换热盘管安装在换热管路上并内置在储能相变容器内。
优选的,所述热泵单元还包括供热终端换热器,所述供热终端换热器安装在温室大棚内。
(三)有益效果
本发明提供的一种多源相变储能热泵系统,其具有以下优点:
1、本发明通过采用热泵单元及第二储能单元作为短期储能作为热源,以及第一储能体的跨季储能辅助主热源来维持热泵的工作),在寒冷季节,将低位热源转换为高位热源向工作区域供暖。本发明解决了现有的地源热泵系统在冬季长期运行后热泵的热源过低、热源枯竭的再生问题,明显提升了热泵的能效;本发明解决了热泵机组空气源温度过低融霜频繁无法使用的问题。现有的温室大棚寒冷季节白天内部温度过高通过换气降温造成的热量流失,本发明利用第二储能单元吸收白天内部温度过高通过换气输出的多余的热量,解决了该问题。本发明中气-液换热器安装在温室大棚高温集热区,热泵单元可采用变频热泵。整个系统通过特殊设计的第二储能单元作为连接,该第二储能单元作是秋冬春三季短期储能使用的,通常要求春秋季蓄热至30℃,冬季不低于地源温度。本发明提高了绿色能源应用率、降低项目初投资、优化能源利用能效、降低农业运营成本。
2、本发明采用变频热泵可以适应热泵工作中热源温度大幅改变的条件下,热泵频率需要频繁更换更换的情况。
3、本发明中设置第一侧通管路和第二侧通管路,使得防冻液体可以流入储能相变容器,通过第储能单元较高温度的防冻液体或第一回流管路较高温度的防冻液体,流入储能相变容器,促使内部的相变球类水由固体转变为液体,使得第二储能单元吸收白天内部温度过高通过换气输出的多余的热量。
附图说明
图1是本发明的实施例1的多源相变储能热泵系统结构示意图;
图2是本发明的实施例1的多源相变储能热泵系统的水球内部结构示意图。
1、 集热回收单元;2、气-液换热器;3、第一工质输送管路;4、第一储能单元;5、平板太阳能集热器;6、第二储能单元;7、热泵单元;8、换热管路;9、进液管路;10、第一回液管路;11、第二回液管路;12、相变存储件;13、储能相变容器;14、第一侧通管路;15、第二侧通管路;16、第一驱动泵;17、第二驱动泵;18、换热埋管;19、换热盘管;20、供热终端换热器;21、下沿管;22、透气管。
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。
实施例1:
如图1、图2所示,本发明提供的一种多源相变储能热泵系统,包括: 集热回收单元1,具有气-液换热器2;所述气-液换热器外接第一工质输送管路3;该气-液换热器用于收集环境中的热量并传递至第一工质中或将第一工质中热量传递至工作区域的空气中;第一储能单元4,通过第一工质输送管路连通气-液换热器;第一储能单元包括埋入土壤中的换热埋管18。所述第一储能单元通过第一工质的转移来存储气-液换热器收集的热量。所述集热回收单元还包括平板太阳能集热器5,所述平板太阳能集热器通过第一工质输送管路连通第一储能单元。本发明提高绿色能源应用率、降低项目初投资、优化能源利用能效、降低农业运营成本。
第二储能单元6,内部存储有第二工质;所述第二储能单元通过第二工质的相变来存储热量或释放热量;以及热泵单元7,外接有换热管路8;所述换热管路内流通有制冷剂,所述换热管路穿过第二储能单元;所述热泵单元用于将第二储能单元的热量输送至工作区域中,并使得第二工质发生相变。本发明中气-液换热器安装在温室大棚高温集热区,热泵单元可采用变频热泵。整个系统通过特殊设计的第二储能单元作为连接,该箱体是秋冬春三季短期储能使用的,通常要求春秋季蓄热至30℃,冬季不低于地源温度。
所述第一工质为防冻液体,所述第一工质输送管路包括进液管路9、第一回液管路10和第二回液管路11;所述进液管路一端连通第一储能单元,另一端经由气-液换热器连通平板太阳能集热器,所述气-液换热器还通过第一回液管路连通第一储能单元;所述第二回液管路一端连通平板太阳能集热器,另一端连通第一回液管路。
所述第二储能单元包括若干个相变存储件12和用于存储相变存储件的储能相变容器13;所述相变存储件内存储有第二工质,其中,所述第二工质为水;当热泵单元将第二储能单元的热量输送至工作区域时,所述相变存储件中水由液相转换为固相。本发明中的相变存储件为水球,储能相变容器为水箱。所述多源相变储能热泵系统还包括换热盘管19,所述换热盘管安装在换热管路上并内置在储能相变容器内。
所述进液管路侧通有第一侧通管路14,所述第一侧通管路伸入储能相变容器下部;所述第一回液管路侧通有第二侧通管路15,所述第二侧通管路伸入储能相变容器上部。位于所述第一侧通管路后端的进液管路上装有第一驱动泵16,所述第一驱动泵所述第一驱动泵用作储能泵,通过泵输送第一工质将非供暖季及供暖季白天的热量经由气-液换热器送入储能体中。本发明的第一驱动泵还可用于将储能相变容器中的防冻液体抽走。位于所述第二侧通管路后端的第一回流管路上装有第二驱动泵17,所述第二驱动泵用于输送第一工质将跨季储能体中非供暖期储存的热量经由相变储能及热泵系统送入目标供热空间。
所述热泵单元还包括供热终端换热器20,所述供热终端换热器安装温室大棚内的换热管路上。本发明的供热终端换热器位于大棚温室气体内。本发明中水球内填充有氮气,所述水球内还设有至顶部向下延伸至水面以下的下沿管,所述下沿管上部位于水面以上的部位还连通有透气管。设置下沿管防止水球中的液体出现过冷现象(低于0℃仍未结冰),同时避免了冷冻时气泡积聚在底部,延缓了结冰的情况。
本发明的实施例实施时,夏天时,平板太阳能集热器收集太阳能或气-热换热器收集大棚高温区域热量,加热输液管路中的防冻液体,将加热后的的防冻液体一部分输送至换热埋管中存储起来,并冷却温室大棚。
冬天时,在晴天中,当集热区温度超过30℃开始启动第一驱动泵,首先进行集热的是第二储能单元,将加热后的防冻液体输送至第二储能单元进行加热第二储能单元内的水球,将水球中固态的水加热成液体,期间吸收大量的热量。
当第二储能单元出口温度高于30℃后,将两三通阀进行调节,使气-液换热器对第一储能单元进行储能。
当第一储能单元的出口温度高于设定值30℃或棚顶集热区温度超过50℃后,多级可调的通风换气设备开始将热风拍出,低于45℃时停止。第一储能单元出口温度高于30℃时,第一驱动泵停机。
在晚上,当储能相变容器中的温度高于8°C时,不启动循环热泵。低位热源(第二储能单元)转换为高位热源向大棚温室区域供暖,并维持热泵工作温度,此时水箱的水球中液态水冷凝成固体,完成水球内第三工质的相变;期间释放大量的热量。当储能相变容器温度低于8°C时,第二驱动泵开启。当储能相变容器温度低于-5°C时,热泵停机,但第二驱动泵继续运行。储能与取能过程中第一驱动泵和第二驱动泵不会同时开启。
实施例2:
本发明提供的一种多源相变储能热泵系统,包括: 集热回收单元,具有气-液换热器;所述气-液换热器外接第一工质输送管路;该气-液换热器用于收集环境中的热量并传递至第一工质中或将第一工质中热量传递至工作区域的空气中;
第一储能单元,通过第一工质输送管路连通气-液换热器;所述第一储能单元通过第一工质的转移来存储气-液换热器收集的热量;
第二储能单元,内部存储有第二工质;所述第二储能单元通过第二工质的相变来存储热量或释放热量;以及
热泵单元,外接有换热管路;所述换热管路内流通有制冷剂,所述换热管路穿过第二储能单元;所述热泵单元用于将第二储能单元的热量输送至工作区域中,并使得第二工质发生相变。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种多源相变储能热泵系统,其特征在于,包括:
集热回收单元,具有气-液换热器;所述气-液换热器外接第一工质输送管路;该气-液换热器用于收集环境中的热量并传递至第一工质中或将第一工质中热量传递至工作区域的空气中;
第一储能单元,通过第一工质输送管路连通气-液换热器;所述第一储能单元通过第一工质的转移来存储气-液换热器收集的热量;
第二储能单元,内部存储有第二工质;所述第二储能单元通过第二工质的相变来存储热量或释放热量;以及
热泵单元,具有换热管路;所述换热管路内流通有制冷剂,所述换热管路穿过第二储能单元;所述热泵单元用于将第二储能单元的热量输送至工作区域中,并使得第二工质发生相变。
2.如权利要求1所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述集热回收单元还包括平板太阳能集热器,所述平板太阳能集热器通过第一工质输送管路连通第一储能单元。
3.如权利要求2所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述第一工质为防冻液体,所述第一工质输送管路包括进液管路、第一回液管路和第二回液管路;所述进液管路一端连通第一储能单元,另一端经由气-液换热器连通平板太阳能集热器,所述气-液换热器还通过第一回液管路连通第一储能单元;所述第二回液管路一端连通平板太阳能集热器,另一端连通第一回液管路。
4.如权利要求1或2或3所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述热泵单元包括变频热泵,且所述第一储能单元包括埋入土壤中的换热埋管。
5.如权利要求1或2或3所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述第二储能单元包括若干个相变存储件和用于存储相变存储件的储能相变容器;所述相变存储件内存储有第二工质,所述第二工质为水。
6.如权利要求5所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述进液管路侧通有第一侧通管路,所述第一侧通管路伸入储能相变容器下部;所述第一回液管路侧通有第二侧通管路,所述第二侧通管路伸入储能相变容器上部。
7.如权利要求6所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,位于所述第一侧通管路后端的进液管路上装有第一驱动泵,所述第一驱动泵用作储能泵,通过泵输送第一工质将非供暖季及供暖季白天的热量经由气-液换热器送入储能体中。
8.如权利要求6所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,位于所述第二侧通管路后端的第一回流管路上装有第二驱动泵,所述第二驱动泵用于用于输送第一工质将跨季储能体中非供暖期储存的热量经由相变储能及热泵系统送入目标供热空间。
9.如权利要求7所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,还包括换热盘管,所述换热盘管安装在换热管路上并内置在储能相变容器内。
10.如权利要求1或2或3所述的多源相变储能热泵系统,其特征在于,所述热泵单元包括供热终端换热器,所述供热终端换热器安装在温室大棚内。
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