CN109595828A - 一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，包括太阳能集热器、集热水箱、保温水箱、空气源热泵、末端用能负载、用水末端以及补水系统，太阳能集热器与集热水箱内的水进行循环，集热水箱内的水与保温水箱内的水进行循环，空气源热泵与保温水箱内的水进行循环，空气源热泵与保温水箱内的水进行循环，供暖时，保温水箱为末端用能负载供暖提供循环热水，制冷时，空气源热泵为末端用能负载提供冷水，供热水时，保温水箱为用水末端提供热水，补水系统为整个管网系统补水。本发明充分利用太阳能和空气源热泵各自的优势解决建筑的供暖、供热水和制冷需求。

Description

一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统

技术领域

本发明涉及新能源应用技术领域，特别是涉及太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统。

背景技术

随着全球气候变暖、全球环境污染以及全球能源危机的日益严重，建筑能耗占总能耗的三分之一以上，而在建筑能耗中供暖、热水以及制冷能耗占据了很大比例。因此，如何利用新能源解决建筑能耗中的供暖、热水以及制冷需求对缓解空气污染及能源危机具有重要的意义。

可再生能源的合理利用是降低建筑能耗的有效手段。目前太阳能由于其含量丰富，对环境无毒无害而被广泛应用在解决建筑供暖和热水需求领域。但是，太阳光照强度受天气和气候状况影响较为剧烈，其不稳定性和间断性严重影响了其应用。空气源热泵环境适应能力强，能够解决建筑的多种用能需求，但是其产生能量需要消耗一定的电力。

现有的单一技术很难解决建筑的供暖、热水以及制冷多种用能需求，因此有必要提出一种联合的供能系统，充分利用各个供能技术的优势解决建筑用能多样性及稳定性的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，以充分利用太阳能和空气源热泵各自的优势解决建筑的供暖、供热水和制冷需求。

本发明提供了一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，包括太阳能集热器、集热水箱、保温水箱、空气源热泵、末端用能负载、用水末端以及补水系统；所述太阳能集热器和集热水箱通过管道串联形成第一循环回路，所述第一循环回路上串联有第一循环泵；所述集热水箱和保温水箱通过管道串联形成第二循环回路，所述第二循环回路上串联有第二循环泵；所述保温水箱和空气源热泵通过管道串联形成第三循环回路，所述第三循环回路上串联有第三循环泵；所述空气源热泵的出水端与保温水箱的进水端之间的管道上串联有第一截止阀，所述保温水箱的出水端与末端用能负载的进水端之间通过管道串联有第四循环泵，所述空气源热泵的出水端与第四循环泵的进水端之间通过管道串联有第二截止阀，所述第二截止阀与第一截止阀和保温水箱并联，所述末端用能负载的出水端分别通过管道与空气源热泵和集热水箱的进水端连接，且末端用能负载和集热水箱之间的管道上串联有第三截止阀；所述保温水箱与所述用水末端相连，以为该用水末端提供热水；所述补水系统用于向该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网补水。

冬季供暖时，当太阳辐射强度良好时，此时，第三截止阀打开，太阳能辐射的热能通过太阳能集热器将其中的循环水加热，然后通过第一循环泵将加热后的热水循环至集热水箱中，集热水箱中的热水通过第二循环泵循环至保温水箱中(采用集热水箱和保温水箱循环加热的方式解决了单一水箱温度波动幅度大的缺点)，保温水箱内的热水通过第四循环泵循环至末端用能负载散热，经过末端用能负载后的循环水循环回到集热水箱，进而完成整个太阳能集热供暖循环；当阴雨天气或晚上，太阳辐射强度不足时，此时第一截止阀打开，第二截止阀和第三截止阀关闭，空气源热泵调定为制热模式，空气源热泵启动，由空气源热泵产生的热水通过第三循环泵循环至保温水箱，保温水箱内的热水通过第四循环泵循环至末端用能负载散热，经过末端用能负载后的循环水循环回到空气源热泵进行再加热，进而完成空气源热泵供暖循环。夏季制冷时，空气源热泵调定为制冷模式，此时，第一截止阀和第三截止阀关闭，第二截止阀打开，空气源热泵产生的冷水通过第四循环泵循环至末端用能负载吸热，经过末端用能负载后的循环水循环回到空气源热泵进行再制冷，进而完成空气源热泵制冷循环。冬季供暖时，用水末端的热水可以通过太阳能集热器或空气源热泵进行加热，夏季制冷时，用水末端的热水主要通过太阳能集热器进行加热。因此，该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统能够通过太阳能和空气源热泵联合进行供暖、供热水和制冷，充分利用太阳能和空气源热泵的优势解决建筑用能多样性及稳定性的需求，节能又环保。

进一步地，所述保温水箱和用水末端通过管道串联形成第四循环回路，所述第四循环回路上串联有第五循环泵。当有用热水需求时，第五循环泵工作，将保温水箱中的水循环到用水末端，从而实现热水供给，用水末端内的冷水循环回保温水箱再加热，用水末端内的冷水充分利用，不会浪费。

进一步地，所述用水末端的出水端设置有第一温度传感器，当第一温度传感器检测到水温达到设定的温度时，提示用户可以利用热水。采用这样的设计，便于提醒用户水温合适可以接热水。

进一步地，所述补水系统连接在末端用能负载的出水端与集热水箱的进水端之间的管道上。通过补水系统对管网进行补水时，一方面水可以从集热水箱的进水端流入集热水箱，另一方面，水还可以从末端用能负载的出水端流入末端用能负载。

进一步地，所述补水系统包括依次串联的水软化器、补水箱和第六循环泵，外部的水源依次通过水软化器、补水箱和第六循环泵进入该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网，在补水的过程中，若补水箱内的水位低于设定值，第六循环泵停止工作。当管网检测到压力下降时，第六循环泵启动，外部的水源通过水软化器软化后进入补水箱，为了确保第六循环泵的正常运行，补水箱内的水需要保持在一定的水位，当补水箱中的水位低于该水位时，第六循环泵停止工作，水软化器向补水箱中补充一定量的水后，第六循环泵再继续工作，如此反复，直至管网压力或集热水箱内的水位达到设定后，停止补水。

进一步地，所述太阳能集热器的进水端第二温度感应器，所述太阳能集热器的出水端设置有第三温度感应器，当第三温度感应器检测的温度和第二温度感应器的温度的温差高于设定值时，第一循环泵阶段性启停，直到该温差低于设定值后，恢复正常循环。因为当太阳能集热器高于集热水箱温度太高时，会出现真空集热管炸管，第一循环泵阶段性启停是为了保护太阳能集热器的集热管。

进一步地，所述太阳能集热器的出口端安装有自动排气阀。通过设置自动排气阀，是为了确保太阳能集热器中的压力。

进一步地，所述保温水箱的出水端与末端用能负载的进水端之间通过管道串联有第七循环泵，所述第七循环泵与所述第四循环泵并联，第四循环泵所在的管路上串联有第四截止阀，第七循环泵所在的管路串联有第五截止阀。第四循环泵和第七循环泵中的一个可以作为备用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的器件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各器件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的结构示意图。

附图中，1表示太阳能集热器；2表示集热水箱；3表示保温水箱；4表示空气源热泵；5表示末端用能负载；6表示用水末端；7表示第一循环泵；8表示第二循环泵；9表示第三循环泵；10表示第一截止阀；11表示第四循环泵；12表示第二截止阀；13表示第三截止阀；14表示第五循环泵；15表示第一温度传感器；16表示水软化器；17表示补水箱；18表示第六循环泵；19表示第二温度感应器；20表示第三温度感应器；21表示自动排气阀；22表示第七循环泵；23表示第四截止阀；24表示第五截止阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，包括太阳能集热器1、集热水箱2、保温水箱3、空气源热泵4、末端用能负载5、用水末端6以及补水系统。

太阳能集热器1和集热水箱2通过管道串联形成第一循环回路，第一循环回路上串联有第一循环泵7，太阳能集热器1与集热水箱2内的水通过第一循环泵7进行循环，使集热水箱2中水温升高。太阳能集热器1的进水端第二温度感应器19，太阳能集热器1的出水端设置有第三温度感应器20，当第三温度感应器20检测的温度和第二温度感应器19的温度的温差高于设定值时(当系统短时间停电或循第一循环泵7故障后会出现这种情况)，第一循环泵7阶段性启停，直到该温差低于设定值后，恢复正常循环，这是因为当太阳能集热器1高于集热水箱2温度太高时，会出现真空集热管炸管，第一循环泵7阶段性启停是为了保护太阳能集热器1的集热管。太阳能集热器1的出口端安装有自动排气阀21，通过设置自动排气阀21，是为了确保太阳能集热器1中的压力。

集热水箱2和保温水箱3通过管道串联形成第二循环回路，第二循环回路上串联有第二循环泵8，集热水箱2中的热水通过第二循环泵8循环至保温水箱3中，为了降低运行过程中的第二循环泵8的耗电量，第二循环泵8的状态是通过集热水箱2和保温水箱3之间的温差进行控制的，集热水箱2中水温度高于保温水箱3中水温一定数值时，第二循环泵8才开始循环。

保温水箱3和空气源热泵4通过管道串联形成第三循环回路，第三循环回路上串联有第三循环泵9，空气源热泵4和保温水箱3内的水通过第三循环泵9进行循环，空气源热泵4的出水端与保温水箱3的进水端之间的管道上串联有第一截止阀10，保温水箱3的出水端与末端用能负载5的进水端之间通过管道串联有第四循环泵11，空气源热泵4的出水端与第四循环泵11的进水端之间通过管道串联有第二截止阀12，第二截止阀12与第一截止阀10和保温水箱3并联，末端用能负载5的出水端分别通过管道与空气源热泵4和集热水箱2的进水端连接，且末端用能负载5和集热水箱2之间的管道上串联有第三截止阀13，第三截止阀13优选为电动截止阀。

本实施例的保温水箱3的出水端与末端用能负载5的进水端之间通过管道串联有第七循环泵22，第七循环泵22与第四循环泵11并联，第四循环泵11所在的管路上串联有第四截止阀23，第七循环泵22所在的管路串联有第五截止阀24，第四循环泵11和第七循环泵22中的一个可以作为备用，第四循环泵11和第七循环泵22为变频循环泵，两个变频循环泵共用变频器，为了使供能与用能之间的能量匹配，变频循环泵的流量通过变频器进行控制。

保温水箱3与用水末端6相连，以为该用水末端6提供热水。具体地，保温水箱3和用水末端6通过管道串联形成第四循环回路，第四循环回路上串联有第五循环泵14，当有用热水需求时，第五循环泵14工作，将保温水箱3中的水循环到用水末端6，从而实现热水供给，用水末端6内的冷水循环回保温水箱3再加热，用水末端6内的冷水充分利用，不会浪费。并且，用水末端6的出水端设置有第一温度传感器15，当第一温度传感器15检测到水温达到设定的温度时，提示用户可以利用热水，这样便于提醒用户水温合适可以接热水。

补水系统用于向该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网补水。补水系统连接在末端用能负载5的出水端与集热水箱2的进水端之间的管道上，这样，通过补水系统对管网进行补水时，一方面水可以从集热水箱2的进水端流入集热水箱2，另一方面，水还可以从末端用能负载5的出水端流入末端用能负载5。具体地，补水系统包括依次串联的水软化器16、补水箱17和第六循环泵18，外部的水源依次通过水软化器16、补水箱17和第六循环泵18进入该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网，在补水的过程中，若补水箱17内的水位低于设定值，第六循环泵18停止工作。这样，当管网检测到压力下降时，第六循环泵18启动，外部的水源通过水软化器16软化后进入补水箱17，为了确保第六循环泵18的正常运行，补水箱17内的水需要保持在一定的水位，当补水箱17中的水位低于该水位时，第六循环泵18停止工作，水软化器16向补水箱17中补充一定量的水后，第六循环泵18再继续工作，如此反复，直至管网压力或集热水箱2内的水位达到设定后，停止补水。

冬季供暖时，当太阳辐射强度良好时，此时，第三截止阀13打开，太阳能辐射的热能通过太阳能集热器1将其中的循环水加热，然后通过第一循环泵7将加热后的热水循环至集热水箱2中，集热水箱2中的热水通过第二循环泵8循环至保温水箱3中(采用集热水箱2和保温水箱3循环加热的方式解决了单一水箱温度波动幅度大的缺点)，保温水箱3内的热水通过第四循环泵11循环至末端用能负载5散热，经过末端用能负载5后的循环水循环回到集热水箱2，进而完成整个太阳能集热供暖循环；当阴雨天气或晚上，太阳辐射强度不足时，此时第一截止阀10打开，第二截止阀12和第三截止阀13关闭，空气源热泵4调定为制热模式，空气源热泵4启动，由空气源热泵4产生的热水通过第三循环泵9循环至保温水箱3，保温水箱3内的热水通过第四循环泵11循环至末端用能负载5散热，经过末端用能负载5后的循环水循环回到空气源热泵4进行再加热，进而完成空气源热泵4供暖循环。夏季制冷时，空气源热泵4调定为制冷模式，此时，第一截止阀10和第三截止阀13关闭，第二截止阀12打开，空气源热泵4产生的冷水通过第四循环泵11循环至末端用能负载5吸热，经过末端用能负载5后的循环水循环回到空气源热泵4进行再制冷，进而完成空气源热泵4制冷循环。冬季供暖时，用水末端6的热水可以通过太阳能集热器1或空气源热泵4进行加热，夏季制冷时，用水末端6的热水主要通过太阳能集热器1进行加热。因此，该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统能够通过太阳能和空气源热泵4联合进行供暖、供热水和制冷，充分利用太阳能和空气源热泵4的优势解决建筑用能多样性及稳定性的需求，节能又环保。

此外，根据实际的需要，我们还可以在该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统中设置一些截止阀、单向阀、过滤器和温度传感器等元件，这里不作赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：包括太阳能集热器、集热水箱、保温水箱、空气源热泵、末端用能负载、用水末端以及补水系统；所述太阳能集热器和集热水箱通过管道串联形成第一循环回路，所述第一循环回路上串联有第一循环泵；所述集热水箱和保温水箱通过管道串联形成第二循环回路，所述第二循环回路上串联有第二循环泵；所述保温水箱和空气源热泵通过管道串联形成第三循环回路，所述第三循环回路上串联有第三循环泵；所述空气源热泵的出水端与保温水箱的进水端之间的管道上串联有第一截止阀，所述保温水箱的出水端与末端用能负载的进水端之间通过管道串联有第四循环泵，所述空气源热泵的出水端与第四循环泵的进水端之间通过管道串联有第二截止阀，所述第二截止阀与第一截止阀和保温水箱并联，所述末端用能负载的出水端分别通过管道与空气源热泵和集热水箱的进水端连接，且末端用能负载和集热水箱之间的管道上串联有第三截止阀；所述保温水箱与所述用水末端相连，以为该用水末端提供热水；所述补水系统用于向该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网补水。

2.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述保温水箱和用水末端通过管道串联形成第四循环回路，所述第四循环回路上串联有第五循环泵。

3.根据权利要求2所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述用水末端的出水端设置有第一温度传感器，当第一温度传感器检测到水温达到设定的温度时，提示用户可以利用热水。

4.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述补水系统连接在末端用能负载的出水端与集热水箱的进水端之间的管道上。

5.根据权利要求4所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述补水系统包括依次串联的水软化器、补水箱和第六循环泵，外部的水源依次通过水软化器、补水箱和第六循环泵进入该太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统的管网，在补水的过程中，若补水箱内的水位低于设定值，第六循环泵停止工作。

6.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述太阳能集热器的进水端第二温度感应器，所述太阳能集热器的出水端设置有第三温度感应器，当第三温度感应器检测的温度和第二温度感应器的温度的温差高于设定值时，第一循环泵阶段性启停，直到该温差低于设定值后，恢复正常循环。

7.根据权利要求1或6所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述太阳能集热器的出口端安装有自动排气阀。

8.根据权利要求1所述的太阳能空气源热泵联合供暖供热水制冷系统，其特征在于：所述保温水箱的出水端与末端用能负载的进水端之间通过管道串联有第七循环泵，所述第七循环泵与所述第四循环泵并联，第四循环泵所在的管路上串联有第四截止阀，第七循环泵所在的管路串联有第五截止阀。