CN109668338A - 适用低温环境下的太阳能热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用低温环境下的太阳能热水系统，包括太阳能集热器、换热器、介质输出管、介质回流管、介质循环泵、储热水罐、热水输出管、热水回流管，动力泵、冷水补入管，冷水补入管安装有补水控制阀；恒温水罐，内部安装第一温度检测器；转接输出管，一端连接储热水罐的上端出水口，另一端与恒温水罐的上端进水口连接；终端水输出管，一端连接恒温水罐的下端出水口，且安装有出水控制阀；热水管网，与终端水输出管的输出端连接；超低温型空气热源泵，热水循环管的进口端通过加热进水管与恒温水罐连通，热水循环管的出口端通过加热出水管与恒温水罐连通；当第一温度检测器的检测温度低于设定值时，超低温型空气热源泵启动。

Description

适用低温环境下的太阳能热水系统

技术领域

本发明涉及太阳能热水利用领域，特别涉及适用低温环境下的太阳能热水系统。

背景技术

阳能热水系统是利用太阳能集热器采集太阳热量，在阳光的照射下使太阳的光能充分转化为热能，通过控制系统自动控制循环泵或电磁阀等功能部件将系统采集到的热量传输到大型储水保温水箱中，在匹配当量的电力、燃气、燃油等能源，把储水保温水箱中的水加热并成为比较稳定的定量能源设备。该系统既可提供生产和生活用热水，又可作为其他太阳能利用形式的冷热源，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。

阳能热水系统一般分为无动力型、自然循环、强制循环三种循环模式。

无动力循环即热式太阳能热水系统运行原理：真空管内的水遇到阳光辐射后，开始升温，管内的水升温后密度变小，自然循环到水箱内，逐步把水箱内的水加热，升温后的水储存在具有聚氨酯发泡保温的的水箱内。室内冷水经过水箱内固定好的波纹管流道流过，把带有压力的自来水温升到几乎与水箱内水温相同的温度（温差小于2度）流出。从而获得稳定、有压力的、洁净的热水。

自然循环太阳能热水系统是依靠集热器和储水箱中的温差，形成系统的热虹吸压头，使水在系统中循环；与此同时，将集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。

强制循环：强制循环太阳能热水系统是在集热器和储水箱之间管路上设置水泵，作为系统中水的循环动力；与此同时，集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。

常规的空气源热泵在室外温度高于-5℃时运行较好，低于-5℃，随着温度的降低热泵效率因蒸发器结霜及除霜等问题下降明显。在寒冷地区、甚至中东部地区，冬天室外温度低于-5℃时常出现，常规空气源热泵不能有效的辅助太阳能热水系统，制备生活热水。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用低温环境下的太阳能热水系统。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用低温环境下的太阳能热水系统，

包括太阳能集热器，具有一进口端和一出口端；

换热器，每侧均具有一进口端和出口端；

介质输出管，一端连接太阳能集热器的出口端，另一端与换热器一侧的进口端连接；

介质回流管，一端连接太阳能集热器的进口端，另一端与换热器一侧的出口端连接；

介质循环泵，安装在介质回流管上；

储热水罐，具有上端进水口、下端回流口、上端出水口和冷水进口，冷水进口位于储热水罐底部；

热水输出管，一端与换热器另一侧的出口端连接，另一端与储热水罐的上端进水口连接；

热水回流管，一端与换热器另一侧的进口端连接，另一端与式储热水罐的下端回流口连接，且安装一动力泵；

冷水补入管，一端与冷水进口连接，且安装有补水控制阀；

恒温水罐，具有上端进水口、上端回流口和下端出水口，内部安装第一温度检测器；

转接输出管，一端连接储热水罐的上端出水口，另一端与恒温水罐的上端进水口连接；

终端水输出管，一端连接恒温水罐的下端出水口，且安装有出水控制阀；

热水管网，与终端水输出管的输出端连接；

超低温型空气热源泵，热水循环管的进口端通过加热进水管与恒温水罐连通，热水循环管的出口端通过加热出水管与恒温水罐连通；当第一温度检测器的检测温度低于设定值时，超低温型空气热源泵启动。

工作过程：介质经过太阳能集热器升温形成高温介质，并通过介质循环泵进行循环；冷水从冷水补入管进入储热水罐，之后通过热水回流管与经过换热器的高温介质进行热交换，冷水被加热，介质降温后通过循环泵被再次送入太阳能集热器，如此循环；被加热后的冷水从热水输出管进入储热水罐，此时储热水罐内冷水位于下方，热水位于上方；之后储热水罐内的热水通过冷水进入的水压被输入恒温水罐内，之后再将恒温水罐的热水进行输出利用，热水管网直接对接居民用水；当检测到恒温水罐热水温度较低时，启动超低温型空气热源泵对热水进行补充加热，使得热水维持在设定温度范围下；由于采用超低温型空气热源泵，其可适应低于-5℃的环境。

进一步的，介质回流管上安装一膨胀罐，且膨胀罐位于介质循环泵的输出端。

膨胀罐的设置用于介质损耗后的补入，保证热交换的正常进行。

进一步的，所述热水管网处设置第二温度检测器，所述终端水输出管连接一热水循环管，热水循环管远离终端水输出管的一端连接恒温水罐的上端回流口，热水循环管安装有回水控制阀；热水循环管上安装一热水系统循环泵。

热水管网处的水对接居民用水，当该处温度较低时，打开回水控制阀，启动热水系统循环泵，将留存在终端水输出管和热水管网内的水抽入恒温水罐进行加热。

进一步的，所述加热进水管上安装恒温热水循环泵。

恒温热水循环泵可以使得恒温水罐内的热水进行循环，保持水温均匀。

进一步的，所述加热出水管上安装启闭阀，所述超低温型空气热源泵与终端水输出管之间连接一备用出水管，所述备用出水管与终端水输出管的连接处安装三通换向阀。

如此，在正常出水的时候，热水从终端水输出管流出；当热水管网处水温较低，且恒温水罐内热水也低于设定水温，此时想用用水的时候，三通换向阀与恒温水罐之间的终端水输出管的水流被三通换向阀截断，启闭阀关闭，恒温水罐内的水经过超低温型空气热源泵后经过终端水输出管输出。

进一步的，所述储热水罐为闭式储热水罐。

进一步的，所述恒温水罐为闭式恒温水罐。

进一步的，所述换热器为板式换热器。

综上所述，本发明具有以下有益效果：1）太阳能集热器的循环介质采用丙二醇，换热效率高，且有效防冻，避免爆管；2）采用超低温空气源热泵机组，室外气温-20℃时热泵仍能高效区运行，最高出水温度达到65℃；3）采用双水箱闭式热水系统，恒温水箱储存部分热水，热泵机组台数相应减少，热泵机组启动频率减小；4）当热水管网处温度较低时，且恒温水罐内热水也低于设定水温，可以直接将恒温水罐内的水加热进行输出。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

附图标记：1、太阳能集热器；2、换热器；31、介质输出管；32、介质回流管；33、介质循环泵；34、膨胀罐；4、储热水罐；41、热水输出管；42、热水回流管；43、冷水补入管；44、补水控制阀；45、动力泵；5、恒温水罐；51、第一温度检测器；52、转接输出管；53、终端水输出管；54、出水控制阀；61、热水循环管；62、回水控制阀；63、热水系统循环泵；64、热水管网；65、第二温度检测器；7、超低温型空气热源泵；71、加热进水管；72、加热出水管；73、恒温热水循环泵；74、启闭阀；75、备用出水管；8、三通换向阀。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

一种适用低温环境下的太阳能热水系统，如图1，

包括太阳能集热器1，具有一进口端和一出口端；

换热器2，每侧均具有一进口端和出口端；

介质输出管31，一端连接太阳能集热器1的出口端，另一端与换热器2一侧的进口端连接；

介质回流管32，一端连接太阳能集热器1的进口端，另一端与换热器2一侧的出口端连接；

介质循环泵33，安装在介质回流管32上；

膨胀罐34，安装在介质回流管32上，且膨胀罐34位于介质循环泵33的输出端；

储热水罐4，具有上端进水口、下端回流口、上端出水口和冷水进口，冷水进口位于储热水罐4底部；

热水输出管41，一端与换热器2另一侧的出口端连接，另一端与储热水罐4的上端进水口连接；

热水回流管42，一端与换热器2另一侧的进口端连接，另一端与式储热水罐4的下端回流口连接，且安装一动力泵45；

冷水补入管43，一端与冷水进口连接，且安装有补水控制阀44；

恒温水罐5，具有上端进水口、上端回流口和下端出水口，内部安装第一温度检测器51；

转接输出管52，一端连接储热水罐4的上端出水口，另一端与恒温水罐5的上端进水口连接；

终端水输出管53，一端连接恒温水罐5的下端出水口，且安装有出水控制阀54；终端水输出管53连接一热水循环管61，热水循环管61远离终端水输出管53的一端连接恒温水罐5的上端回流口，热水循环管61安装有回水控制阀62；热水循环管61上安装一热水系统循环泵63。

热水管网64，与终端水输出管53的输出端连接，热水管网64处设置第二温度检测器65；

超低温型空气热源泵7，热水循环管61的进口端通过加热进水管71与恒温水罐5连通，热水循环管61的出口端通过加热出水管72与恒温水罐5连通；

加热进水管71上安装恒温热水循环泵73；加热出水管72上安装启闭阀74，超低温型空气热源泵7与终端水输出管53之间连接一备用出水管75，备用出水管75与终端水输出管53的连接处安装三通换向阀8；

其中储热水罐4为闭式储热水罐，恒温水罐5为闭式恒温水罐，换热器2为板式换热器。

工作过程：介质经过太阳能集热器1升温形成高温介质，并通过介质循环泵33进行循环；冷水从冷水补入管43进入储热水罐4，之后通过热水回流管42与经过换热器2的高温介质进行热交换，冷水被加热，介质降温后通过循环泵被再次送入太阳能集热器1，如此循环；被加热后的冷水从热水输出管41进入储热水罐4，此时储热水罐4内冷水位于下方，热水位于上方；之后储热水罐4内的热水通过冷水进入的水压被输入恒温水罐5内，之后再将恒温水罐5的热水进行输出利用，热水管网64直接对接居民用水；当检测到恒温水罐5热水温度较低时，启动超低温型空气热源泵7对热水进行补充加热，使得热水维持在设定温度范围下。

热水管网64处的水对接居民用水，当该处温度较低时，打开回水控制阀62，启动恒温热水循环泵73、热水系统循环泵63，打开启闭阀74，此时三通换向阀8截断备用出水管75，将留存在终端水输出管53和热水管网64内的水抽入恒温水罐5进行加热。

在正常出水的时候，热水从终端水输出管53流出；当热水管网64处水温较低，且恒温水罐5内热水也低于设定水温，此时想用用水的时候，三通换向阀8与恒温水罐5之间的终端水输出管53的水流被三通换向阀8截断，启闭阀74关闭，恒温水罐5内的水经过超低温型空气热源泵7后经过终端水输出管53输出。

Claims (8)

1.一种适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征在于：

包括太阳能集热器(1)，具有一进口端和一出口端；

换热器(2)，每侧均具有一进口端和出口端；

介质输出管(31)，一端连接太阳能集热器(1)的出口端，另一端与换热器(2)一侧的进口端连接；

介质回流管(32)，一端连接太阳能集热器(1)的进口端，另一端与换热器(2)一侧的出口端连接；

介质循环泵(33)，安装在介质回流管(32)上；

储热水罐(4)，具有上端进水口、下端回流口、上端出水口和冷水进口，冷水进口位于储热水罐(4)底部；

热水输出管(41)，一端与换热器(2)另一侧的出口端连接，另一端与储热水罐(4)的上端进水口连接；

热水回流管(42)，一端与换热器(2)另一侧的进口端连接，另一端与式储热水罐(4)的下端回流口连接，且安装一动力泵(45)；

冷水补入管(43)，一端与冷水进口连接，且安装有补水控制阀(44)；

恒温水罐(5)，具有上端进水口、上端回流口和下端出水口，内部安装第一温度检测器(51)；

转接输出管(52)，一端连接储热水罐(4)的上端出水口，另一端与恒温水罐(5)的上端进水口连接；

终端水输出管(53)，一端连接恒温水罐(5)的下端出水口，且安装有出水控制阀(54)；

热水管网(64)，与终端水输出管(53)的输出端连接；

超低温型空气热源泵(7)，热水循环管(61)的进口端通过加热进水管(71)与恒温水罐(5)连通，热水循环管(61)的出口端通过加热出水管(72)与恒温水罐(5)连通；当第一温度检测器(51)的检测温度低于设定值时，超低温型空气热源泵(7)启动。

2.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：介质回流管(32)上安装一膨胀罐(34)，且膨胀罐(34)位于介质循环泵(33)的输出端。

3.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述热水管网(64)处设置第二温度检测器(65)，所述终端水输出管(53)连接一热水循环管(61)，热水循环管(61)远离终端水输出管(53)的一端连接恒温水罐(5)的上端回流口，热水循环管(61)安装有回水控制阀(62)；热水循环管(61)上安装一热水系统循环泵(63)。

4.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述加热进水管(71)上安装恒温热水循环泵(73)。

5.根据权利要求4所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述加热出水管(72)上安装启闭阀(74)，所述超低温型空气热源泵(7)与终端水输出管(53)之间连接一备用出水管(75)，所述备用出水管(75)与终端水输出管(53)的连接处安装三通换向阀(8)。

6.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述储热水罐(4)为闭式储热水罐。

7.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述恒温水罐(5)为闭式恒温水罐。

8.根据权利要求1所述的适用低温环境下的太阳能热水系统，其特征是：所述换热器(2)为板式换热器。