CN109751684A - 一种家用电能与太阳能复合供热空调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用电能与太阳能复合供热空调系统方法，包括空气源热泵机组、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器通过加热生活热水盘管加热蓄热水箱内的水供给用户热水；所述空气源热泵与用户末端相连接，连接蓄热水箱，提高制热效率，为用户侧装置提供热能。本发明关注于村镇建筑新能源供暖问题，采用太阳能以及空气能等可再生能源，保证了全年的热水供给的同时，满足了村镇建筑冬天对于采暖的要求，该系统既简单、经济性好，又环保高效，值得在广大农村地区进行有力推广。

Description

一种家用电能与太阳能复合供热空调系统及方法

技术领域

本发明属于村镇家用供暖领域，具体是一种家用电能与太阳能复合供热空调系统及方法。

背景技术

我国是一个农业大国，农村的经济形势发展比较传统，生活用能方式比较落后，特别是用煤炭代替原有生物质能取暖、做饭，从而造成了资源利用率极低、环境破坏较为严重。因此农村的用能是我国经济发展和社会发展亟需解决的问题，寻找清洁的可再生能源是可持续发展的关键。

太阳能作为热源，由于缺乏良好的稳定性，而集热器的价钱又比较昂贵，经济性较差，单一太阳能供暖在农村推广的可行性低；空气源热泵作为热源，虽然在采暖季初期，供暖效果较好，但是随着室外温度慢慢下降，热泵机组会出现出现结霜、运行效率下降等一系列问题；直接用电采暖会造成能源的浪费。因此，有必要对单一热源的热泵系统进行技术改进。太阳能、电能、空气源热泵的结合是一种可再生能源的利用，是环保高效的供暖方式，既解决了太阳能受天气、地点的影响的问题，又保障了空气源热泵在较高温度下进行，体现了节能环保的理念。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了家用电能与太阳能复合供热空调系统，具有环保、高效、供暖效果好等优势。

家用电能与太阳能复合供热空调系统，包括空气源热泵机组、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器通过加热生活热水盘管加热蓄热水箱内的水供给用户热水；所述空气源热泵与用户末端相连接，连接蓄热水箱，提高制热效率，为用户侧装置提供热能。

进一步的，所述空气源热泵机组通过三通阀门连接室内末端系统（地板采暖系统、风机盘管系统），夏季的时候开启热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接风机盘管通道（同时关闭地板采暖通道），构成分体空调系统为用户供冷；冬季的时候开启热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接地板采暖通道（同时关闭风机盘管通道），构成地板采暖系统，为室内提供热能。

进一步的，所述太阳能系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、加热生活热水盘管、电加热器以及生活热水的末端装置。太阳能集热器收集照射的太阳辐射，将太阳能转换成电能并传递到蓄热水箱之中，并通过盘管加热后送入生活热水给水管，供用户使用。

进一步的，所述蓄热水箱还设有加热生活热水盘管和热电偶温度传感器装置。

进一步的，所述用户侧装置包括输水管、风机盘管系统或地暖系统。其中风机盘管夏季使用，地暖系统冬季使用。

进一步的，所述蓄热水箱内有热电偶温度传感器装置，用于测量蓄热水箱的温度，当蓄热水箱温度低于某一设定值时，电加热器作为辅助热源则会自动开启，使蓄热水箱维持在某一温度范围内，保证建筑热水的正常使用。

进一步的，电加热器由温控阀所控制。在非采暖季时，由于外部某些原因导致太阳能集热器无法将蓄热水箱加热到设定的温度时，电加热器则会自动开始，作为太阳能的辅助热源，满足用户的生活热水需求。

本发明还提供了一种技术方案，是家用电能与太阳能复合供热制冷方法，采用电能辅助太阳能住宅供热系统。所述家用电能与太阳能复合供热空调系统包括空气源热泵机组、太阳能系统以及用户侧装置；所述太阳能系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、加热生活热水盘管、电加热器以及生活热水的末端装置，将太阳辐射转化为热量，为建筑提供生活热水；所述空气源热泵机组作为供暖的主要热源，太阳能作为辅助热源，与室内末端相连接共同为用户提供热量。

当蓄热水箱温度高于设定值时，采用太阳能系统向用户侧装置提供生活热水；

当蓄热水箱温度低于设定值时（非采暖季），电加热器作为生活热水的辅助加热热源，为用户提供生活热水。

当蓄热水箱温度低于设定值时（采暖季），空气源热泵机组作为生活热水的辅助加热热源，为用户提供生活热水。

本发明的工作流程：

本发明有五个工作状态：晴天制热水模式、非供暖季阴天供热水模式、供暖季阴天供热水模式、夏天供冷模式、冬季供暖模式。

晴天制热水模式：太阳能集热蓄热水箱能够满足用户生活热水需求时，通过加热生活热水盘管与给水管供给用户热水；

非供暖季阴天供热水模式：非采暖季，太阳能集热蓄热水箱无法完全满足用户的生活热水需求时，管道式电加热器作为辅助热源加热供给用户的生活热水；

非供暖季阴天供热水模式：采暖季时，空气源热泵机组作为生活热水的辅助加热热源，加热蓄热水箱，供给用户的生活热水；

夏天供冷模式：夏季开启空气源热泵制冷功能（四通阀转换），打开热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接风机盘管通道（同时关闭地板采暖通道），构成分体空调系统为用户供冷。此时太阳能集热器、管道式电加热器与蓄热水箱构成生活供热水系统。

冬季供暖模式：冬季开启空气源热泵制热功能（四通阀转换），打开热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接地板采暖通道（同时关闭风机盘管通道），构成地板采暖系统，作为太阳能供热的辅助热源为用户供暖和提供生活热水。此时太阳能集热器、空气源热泵与蓄热水箱等构成了用户供暖与生活的供热系统。

本发明的有益效果：本发明关注于村镇建筑新能源供暖问题，采用太阳能以及空气能等可再生能源，保证了全年的热水供给的同时，满足了村镇建筑冬天对于采暖的要求，该系统既简单、经济性好，又环保高效，值得在广大农村地区进行有力推广。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统的结构示意图。

图2是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统运行状态示意图a。

图3是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统运行状态示意图b。

图4是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统运行状态示意图c。

图5是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统运行状态示意图d。

图6是本发明的家用电能与太阳能复合供热空调系统运行状态示意图e。

其中1-空气源热泵；2-太阳能集热器；3-蓄热水箱；4-电辅助加热器；5-地板采暖；6-风机盘管空调；7-太阳能集热器循环水泵1；8-热泵循环水泵2；9-热泵供水三通1；10-热泵回水三通2；11-生活热水给水管；12-加热生活热水盘管；13-自来水补水管；14-排污阀。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明是一种典型实施例家用电能与太阳能复合供热空调系统，包括空气源热泵机组1、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器2通过加热生活热水盘管12加热蓄热水箱3内的水供给用户热水；所述空气源热泵1与用户末端相连接，连接蓄热水箱3，提高制热效率，为用户侧装置提供热能。

太阳能系统包括太阳能集热器2、蓄热水箱3、加热生活热水盘管12、电加热器4以及生活热水的末端装置。太阳能集热器2收集照射的太阳辐射，将太阳能转换成电能并传递到蓄热水箱3之中，并通过加热生活热水盘管12加热后送入生活热水给水管11，供用户使用。其中蓄热水箱3还设有加热生活热水盘管12。

所述蓄热水箱3内有热电偶温度传感器装置，用于测量蓄热水箱的温度，当蓄热水箱3温度低于某一设定值时，电加热器4作为辅助热源则会自动开启，使蓄热水箱3维持在某一温度范围内，保证村镇建筑热水的正常使用。

进一步的，电加热器4由温控阀所控制。在非采暖季时，由于外界气候等某些原因导致太阳能集热器2无法将蓄热水箱3加热到设定的温度时，电加热器4则会自动开启，作为太阳能的辅助热源，满足用户的生活热水需求。

进一步的，所述空气源热泵机组1通过三通阀门连接室内末端系统（地板采暖5系统、风机盘管6系统），夏季的时候开启打开热泵供水三通1-9以及热泵回水三通2-10，连接风机盘管6通道（同时关闭地板采暖5通道），构成分体空调系统为用户供冷；冬季的时候打开热泵供水三通1-9以及热泵回水三通2-10，连接地板采暖5通道（同时关闭风机盘管6通道），构成地板采暖5系统，为室内提供热能。

进一步的，空气源热泵机组1的制冷功能与制热功能是靠机组内部的四通阀转换而完成的。

进一步的，空气源热泵机组1出水管和进水管分别连接有热泵供水三通1-9以及热泵回水三通2-10，是空气源热泵机组1和风机盘管6通道以及地板采暖5通道转换机制。

所述用户侧装置包括输水管、风机盘管6系统或地暖5系统。其中风机盘6系统夏天使用，地板采暖5系统冬天使用。

本发明是一种典型实施例家用电能与太阳能复合供热制冷方法，具体的，采用空气源热泵1与太阳能联合供暖系统，所述空气源热泵1与太阳能联合供暖系统包括空气源热泵机组1、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器2通过加热生活热水盘管12加热蓄热水箱3内的水供给用户热水；所述空气源热泵1通过热泵供水三通1-9和热泵回水三通2-10 用户末端相连接，夏季连接风机盘管6系统，冬季连接地板采暖5系统，为用户侧装置提供热能。

所述太阳能系统具有蓄热水箱3，蓄热水箱3内有加热生活热水盘管12和热电偶温度传感器装置。

如图2-6所示：

在一年四季当中，室外阳光较好的时候，对应晴天制热水模式，采用太阳能系统为用户提供生活热水的供给。太阳能集热器2吸收太阳辐射转化为热能，通过管道传输到蓄热水箱3中进行储存，并由加热生活热水盘管12加热来自自来水补水管13中的低温水，被加热的水通过生活热水给水管11供给用户生活热水。

在非采暖时期，由于外界气候等某些原因导致太阳能集热器2无法将蓄热水箱1中的水加热到设定的温度时，对应非供暖季阴天供热水模式，温控阀控制电加热器4则会自动开启，作为太阳能系统的辅助热源，满足用户的生活热水需求。

在采暖时期，由于外界气候等某些原因导致太阳能集热器2无法将蓄热水箱1中的水加热到设定的温度时，对应供暖季阴天供热水模式，空气源热泵1不光作为供暖系统的热源，同时也作为太阳能系统的辅助热源，满足用户的生活热水需求。

在夏季，室内温度高，对应夏天供冷模式，空气源热泵机组1制热性能系数较大，换热效率较高，仅仅需要机组就完全可以高效、节能的解决夏季的供冷问题。室内的温度传感器监测到室内温度高于设计值时，空气源热泵机组1则会开启制冷功能（四通阀转换），打开热泵供水三通1-9以及热泵回水三通2-10，连接风机盘管6通道（同时关闭地板采暖5通道），构成分体空调系统为用户供冷。此时太阳能集热器2、管道式电加热器4与蓄热水箱3构成生活供热水系统。

在冬季，对应冬季供暖模式，冬季开启空气源热泵机组1制热功能（四通阀转换），打开热泵供水三通1-9以及热泵回水三通2-10，连接地板采暖5通道（同时关闭风机盘管6通道），构成地板采暖系统，作为太阳能系统供热的辅助热源为用户供暖和提供生活热水。此时太阳能集热器2、空气源热泵机组1与蓄热水箱3等构成了用户供暖与生活的供热系统，使得空气源热泵机组1的热源转变为蓄热水箱中3的热水，使得空气源热泵机组1可以在较高的温度下运行，进而使制冷剂在相对较高的温度中吸热蒸发，提高供暖效果，保证室内温度。

本发明的有益效果：本发明关注于村镇建筑新能源供暖问题，采用太阳能以及空气能等可再生能源，保证了全年的热水供给的同时，满足了村镇建筑冬天对于采暖的要求，该系统既简单、经济性好，又环保高效，值得在广大农村地区进行有力推广。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.家用电能与太阳能复合供热空调系统，其特征在于：包括空气源热泵机组、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器通过加热生活热水盘管加热蓄热水箱内的水供给用户热水；所述空气源热泵与用户末端相连接，连接蓄热水箱，提高制热效率，为用户侧装置提供热能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述太阳能系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、加热生活热水盘管、电加热器以及生活热水的末端装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：太阳能集热器收集照射的太阳辐射，将太阳能转换成电能并传递到蓄热水箱之中，并通过盘管加热后送入生活热水给水管，供用户使用。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：空气源热泵机组通过三通阀门连接室内末端系统（地板采暖系统、风机盘管系统），夏季的时候开启热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接风机盘管通道（同时关闭地板采暖通道），构成分体空调系统为用户供冷；冬季的时候开启热泵供水三通1以及热泵回水三通2，连接地板采暖通道（同时关闭风机盘管通道），构成地板采暖系统，为室内提供热能。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：用户侧装置包括输水管、风机盘管系统或地暖系统。

6.根据权利要求5述的系统，其特征在于：风机盘管系统夏天使用，地暖系统冬天使用。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：电加热器由温控阀所控制。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：在非采暖季时，由于外界气候等某些原因导致太阳能集热器无法将蓄热水箱加热到设定的温度时，电加热器则会自动开启，作为太阳能的辅助热源，满足用户的生活热水需求。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：空气源热泵机组的制冷功能与制热功能是靠机组内部的四通阀转换而完成的。

10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：空气源热泵机组出水管和进水管分别连接有热泵供水三通1、热泵回水三通2，并且热泵机组和风机盘管通道相连或热泵机组和地板采暖通道相连由热泵供水三通1、热泵回水三通2加以转换实现。

11.本发明是一种典型实施例家用电能与太阳能复合供热空调系统的供暖制冷方法，具体的，采用家用电能与太阳能复合供热空调系统，所述空气源热泵与太阳能联合供暖系统包括空气源热泵机组、太阳能供生活热水系统以及室内末端装置；所述太阳能集热器通过加热生活热水盘管加热蓄热水箱内的水供给用户热水；所述空气源热泵通过热泵供水三通1和热泵回水三通2 用户末端相连接，夏季连接风机盘管系统，冬季连接地板采暖系统，为用户侧装置提供热能。