CN110296544A - 基于pvt组件的双源复合式热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于PVT组件的双源复合式热泵系统。基于PVT的双源复合式热泵系统，包括第一热源热泵子系统及第二热源热泵子系统，第一热源热泵子系统与第二热源热泵子系统通过第二热源换热器热耦合，以使第一热源热泵子系统中的第一制冷剂能够与第二热源热泵子系统中的第二制冷剂热交换，第二热源热泵子系统包括PVT组件、蓄能装置，PVT组件中具有第三制冷剂，蓄能装置中具有蓄能相变材料，PVT组件通过第三制冷剂与蓄能相变材料热耦合，第二热源换热器通过其中的水与蓄能相变材料热耦合。根据本发明的一种基于PVT组件的双源复合式热泵系统，PVT组件与第二热源换热器通过蓄能装置间接热耦合连接，有效克服环境变化所带来的不利影响。

Description

基于PVT组件的双源复合式热泵系统

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种基于PVT组件(PhotovoltaicThermal，光伏光热一体化组件)的双源复合式热泵系统。

背景技术

随着我国城镇化的发展及人民生活水平的逐步提高，热能及电能的需求也日益增强。尤其是对于热能，传统的供热系统主要基于化石燃料燃烧的方式，不仅效率低、而且污染严重；而生活热水系统则主要采用燃气热水器和电热水器，存在能源品位浪费的问题。基于前述现状，太阳能热水器和空气源热泵热水器得到了较大的发展并广泛应用。但是目前的热泵系统空气源换热器与PVT组件串联，但这种系统为直膨式系统，受环境影响较大。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于PVT组件的双源复合式热泵系统，PVT组件与第二热源换热器通过蓄能装置间接热耦合连接，有效克服环境变化所带来的不利影响。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于PVT的双源复合式热泵系统，包括第一热源热泵子系统及第二热源热泵子系统，所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统通过第二热源换热器热耦合，以使所述第一热源热泵子系统中的第一制冷剂能够与所述第二热源热泵子系统中的第二制冷剂热交换，所述第二热源热泵子系统包括PVT组件、蓄能装置，所述PVT组件中具有第三制冷剂，所述蓄能装置中具有蓄能相变材料，所述PVT组件通过所述第三制冷剂与所述蓄能相变材料热耦合，所述第二热源换热器通过其中的水与所述蓄能相变材料热耦合。

优选地，所述蓄能装置具有蓄水腔，所述蓄水腔与生活用水设备管道连接。

优选地，所述生活用水设备与所述蓄水腔之间还设有净水部件；和/或，还包括辅助电加热部件，所述辅助电加热部件用于加热所述蓄水腔中的水。

优选地，所述热泵系统还包括补水设备，所述补水设备与所述蓄水腔管道连接。

优选地，所述热泵系统还包括蓄电装置，所述蓄电装置与所述PVT组件的发电部件电连接。

优选地，所述蓄电装置具有控制部件，所述控制部件用于控制所述蓄电装置储存电能或者释放电能。

优选地，所述第一热源热泵子系统包括压缩机、四通阀、空气源换热器、室内侧换热器、第一节流元件、第二节流元件，所述压缩机的排气口与所述四通阀的第一口连通，所述四通阀的第二口、第二热源换热器、第三电磁阀、第一电磁阀、空气源换热器、第一节流元件、室内侧换热器、四通阀第三口依次管路连通，所述四通阀的第四口与所述压缩机的进气口贯通连接，还包括第一并联管路、第二并联管路，所述第一并联管路与所述第二热源换热器、第三电磁阀形成的管路并联，所述第一并联管路上设置有第二电磁阀，所述第二并联管路与所述第一电磁阀、空气源换热器、第一节流元件形成的管路并联，所述第二节流元件设置于所述第二并联管路上。

优选地，所述热泵系统还包括散热末端，所述散热末端通过其具有的第四制冷剂与所述室内侧换热器具有的第一制冷剂热耦合。

优选地，所述散热末端包括地板采暖盘管，和/或，风机盘管。

本发明提供的一种基于PVT组件的双源复合式热泵系统，由于所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统之间通过所述第二热源换热器热耦合，且所述第二热源热泵子系统中的PVT组件与所述第二热源换热器之间采用蓄能装置间接热耦合连接，有效杜绝了现有技术中采用直膨式太阳能系统易受天气状况(例如天气阴晴、四季变化等)造成输出波动大的现象，使本发明的热泵系统具有较高的环境适应能力，且有利于所述热泵系统对热量的错峰利用，能效更高。

附图说明

图1为本发明实施例的基于PVT的双源复合式热泵系统处于制热模式下的第一制冷剂的流向示意；

图2为本发明实施例的基于PVT的双源复合式热泵系统处于制冷模式下的第一制冷剂的流向示意。

附图标记表示为：

1、第二热源换热器；21、PVT组件；22、蓄能装置；23、净水部件；24、补水设备；25、蓄电装置；26、控制部件；27、辅助电加热部件；31、压缩机；32、四通阀；33、第一热源换热器；34、室内侧换热器；35、第一节流元件；36、第二节流元件；41、第一电磁阀；42、第二电磁阀；43、第三电磁阀；5、散热末端；51、地板采暖盘管；52、风机盘管；61、用水设备；62、饮水设备。

具体实施方式

结合参见图1、图2所示，根据本发明的实施例，提供一种基于PVT的双源复合式热泵系统，包括第一热源热泵子系统及第二热源热泵子系统，所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统通过第二热源换热器1热耦合，以使所述第一热源热泵子系统中的第一制冷剂能够与所述第二热源热泵子系统中的第二制冷剂热交换，所述第二热源热泵子系统包括PVT组件21、蓄能装置22，所述PVT组件21中具有第三制冷剂，所述蓄能装置22中具有蓄能相变材料，所述PVT组件21通过所述第三制冷剂与所述蓄能相变材料热耦合，所述第二热源换热器1通过其中的水与所述蓄能相变材料热耦合。该技术方案中，由于所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统之间通过所述第二热源换热器1热耦合，且所述第二热源热泵子系统中的PVT组件21与所述第二热源换热器1之间采用蓄能装置22间接热耦合连接，有效杜绝了现有技术中采用直膨式太阳能系统易受天气状况(例如天气阴晴、四季变化等)造成输出波动大的现象，使本发明的热泵系统具有较高的环境适应能力，且有利于所述热泵系统对热量的错峰利用，能效更高。

具体如图1或图2所示，所述第一热源子系统具体为一种空气源热泵子系统，所述第一热源热泵子系统包括压缩机31、四通阀32、第一热源换热器33、室内侧换热器34、第一节流元件35、第二节流元件36，所述压缩机31的排气口与所述四通阀32的第一口连通，所述四通阀的第二口、第二热源换热器1、第三电磁阀43、第一电磁阀41、第一热源换热器33、第一节流元件35、室内侧换热器34、四通阀第三口依次管路连通，所述四通阀的第四口与所述压缩机的进气口贯通连接，还包括第一并联管路、第二并联管路，所述第一并联管路与所述第二热源换热器1、第三电磁阀43形成的管路并联，所述第一并联管路上设置有第二电磁阀42，所述第二并联管路与所述第一电磁阀41、第一热源换热器33、第一节流元件35形成的管路并联，所述第二节流元件36设置于所述第二并联管路上，也即所述空气源热泵子系统构造成为一种能够制冷制热的双模式空气调节系统，而所述第二热源子系统则具体为一种水源热泵子系统，此时，前述的第一制冷剂例如可以为氟利昂、R22、R410A等冷媒，而所述的第二热源换热器1则具体为水源换热器，所述第二制冷剂为水。该技术方案中，所述第一电磁阀41、第二电磁阀42及第三电磁阀43以及所述第一并联管路、第二并联管路的设置，使前述的第一热源换热器33、第二热源换热器1之间具有了两者串联、两者任一之一单独运用的可能性，这无疑极为有利于本发明的热泵系统的抗环境变化的能力，使本发明的热泵系统在能力输出上更加稳定。前述的第一节流元件35及第二节流元件36皆可采用电子膨胀阀。

图1中示出了所述第一热源热泵子系统(空气源热泵子系统)处于制热模式时在不同环境下的第一制冷剂的流通情况。具体的，在太阳能充足时，也即晴天阳光充足时，PVT组件21能够充分吸收环境的热量并将其转换吸收到其具有的第三制冷剂中，太阳能热量最终通过所述第二热源换热器1与所述第一制冷剂之间发生热交换，此时控制第三电磁阀43、第二节流元件36开启、控制第一电磁阀41、第二电磁阀42、第一节流元件35关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第三口、室内侧换热器34、第二节流元件36、第三电磁阀43、第二热源换热器1、四通阀32的第二口、第四口进入压缩机31进气口，形成制热循环，此时的制热循环无需所述第一热源换热器33参与既能保证所述热泵系统的正常运行，这极大的降低了系统的能耗；在太阳能不足时则控制第一电磁阀41、第三电磁阀43、第一节流元件35开启，控制第二节流元件36、第二电磁阀42关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第三口、室内侧换热器34、第一节流元件35、第一热源换热器33、第一电磁阀41、第三电磁阀43、第二热源换热器1、四通阀32的第二口、第四口进入压缩机31进气口，形成制热循环，此时的热循环将所述第一热源换热器33与第二热源换热器1串联起来，能够充分发挥太阳能与空气热源的双源能量，提升此工况下的能效；在没有太阳能时，此时第二热源热泵子系统不能够正常运行实现相应的热量(或者冷量)的汲取，控制第一节流元件35、第一电磁阀41、第二电磁阀42打开，控制第二节流元件36、第三电磁阀43关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第三口、室内侧换热器34、第一节流元件35、第一热源换热器33、第一电磁阀41、第二电磁阀42、四通阀32的第二口、第四口进入压缩机31进气口，形成制热循环，此时单独采用所述第一热源换热器33也即空气源换热器，防止第一制冷剂流经所述第二热源换热器1时反哺第二热源热泵子系统，降低所述热泵系统的能效。

图2中示出了所述第一热源热泵子系统(空气源热泵子系统)处于制冷模式时在不同环境下的第一制冷剂的流通情况。具体的，在太阳能充足时，也即晴天阳光充足时，控制第二电磁阀42、第一电磁阀41、第一节流元件35开启、控制第三电磁阀43、第二节流元件36关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第二口、第二电磁阀42、第一电磁阀41、第一热源换热器33、第一节流元件35、室内侧换热器34、四通阀32的第三口、第四口进入压缩机31进气口，形成制冷循环，此时的制冷循环无需所述第二热源换热器1参与即能保证所述热泵系统的正常运行，这降低了系统的能耗，而更为重要的是，此时的所述第二热源子系统单独运行即能够对所述蓄能装置22中的蓄水进行有效加热，满足生活用水加热的需求；在太阳能不足时则控制第三电磁阀43、第一电磁阀41、第一节流元件35开启，控制第二节流元件36、第二电磁阀42关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第二口、第二热源换热器1、第三电磁阀43、第一电磁阀41、第一热源换热器33、第一节流元件35、室内侧换热器34、四通阀32的第三口、第四口进入压缩机31进气口，形成制冷循环，此时的热循环将所述第一热源换热器33与第二热源换热器1串联起来，能够充分发挥太阳能与空气热源的双源能量，提升此工况下的能效，而所述第一热源热泵子系统产生的余热则可以有效弥补所述第二热源热泵子系统的热量产生的不足，进而能够保证生活用水加热的需求；在没有太阳能时，此时第二热源热泵子系统不能够正常运行实现相应的热量的汲取，控制第三电磁阀43、第二节流元件36开启，控制第二电磁阀42、第一电磁阀41、第一节流元件35关闭，第一制冷剂由压缩机31的排气口依次流经四通阀32的第一口、第二口、第二热源换热器1、第三电磁阀43、第二节流元件36、室内侧换热器34、四通阀32的第三口、第四口进入压缩机31进气口，形成制冷循环，此时无需采用第一热源换热器33也即空气源换热器而仅采用第二热源换热器1，从而能够充分利用余热(室内侧产生)给生活用水加热，满足生活用水加热所需。

优选地，所述蓄能装置22具有蓄水腔，所述蓄水腔与生活用水设备管道连接，具体的所述蓄水腔中的水能够与所述蓄能装置22的相变材料进行热交换，从而能够给生活用水设备提供热水，所述生活用水设备例如包括电热水器、洗衣机、洗碗机等用水设备61，或者饮水机等饮水设备62，对于饮水设备62而言，所述生活用水设备与所述蓄水腔之间还设有净水部件23，所述净水部件23例如可以采用活性炭滤芯进行水质异味的净化，或者采用大目数过滤网对水中的颗粒杂质过滤，或者采用离子交换膜对水中的重金属离子进行置换滤除，从而提供用水设备的水质；如前所述，在天气状况不佳时，所述蓄水腔中的水难以保证加热的温度，因此优选地，还包括辅助电加热部件27，所述辅助电加热部件27用于加热所述蓄水腔中的水，具体的，在所述蓄水腔中设置辅助电加热部件27，进一步地，所述热泵系统还包括补水设备24，所述补水设备24与所述蓄水腔管道连接，以对所述蓄水腔中的水进行补充。

优选地，所述热泵系统还包括蓄电装置25，所述蓄电装置25与所述PVT组件的发电部件电连接，也即所述热泵系统除了前述的制冷或者制热模式外，还具有蓄电模式，所述蓄电装置25具有控制部件26，所述控制部件26用于控制所述蓄电装置25储存电能或者释放电能，从而对所述PVT组件产生的电能进行高效存储与输出，例如，所述控制部件26能够将所述蓄电装置25产生的电能输送至本发明的热泵系统中的用电部件，例如压缩机、电磁阀以及处于管路中对管路中流体进行泵送的泵。

优选地，所述热泵系统还包括散热末端5，所述散热末端5通过其具有的第四制冷剂与所述室内侧换热器34具有的第一制冷剂热耦合，所述散热末端5例如可以包括地板采暖盘管51，和/或，风机盘管52。

采用上述的基于PVT的双源复合式热泵系统，能够实现多种工作模式，例如，控制所述第一热源热泵子系统单独运行并处于上述的制热模式，形成本发明热泵系统的单制热模式，通过所述散热末端5对室内侧进行制热；控制所述第一热源热泵子系统单独运行并处于上述的制冷模式，形成本发明热泵系统的单制冷模式，通过所述散热末端5对室内侧进行制冷；控制所述第二热源热泵子系统单独运行，从而形成本发明热泵系统的单制热水模式，而可以理解的是，在太阳能不足或者没有太阳能的时候，则控制开启所述辅助电加热部件27对所述蓄水腔中水加热；而更进一步的，还具有制热制热水模式及制冷制热水模式，具体的，制热制热水模式为控制所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统同时运行，并控制所述第一热源热泵子系统处于制热模式，而在太阳能充足的时候，无需控制所述辅助电加热部件运行，当太阳能不足或者没有太阳能时，则控制所述辅助电加热部件运行；制冷制热水模式为控制所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统同时运行，并控制所述第一热源热泵子系统处于制冷模式，而在太阳能充足的时候，无需控制所述辅助电加热部件运行即可实现制冷制热水模式，当太阳能不足或者没有太阳能但蓄能装置中蓄有热量时，则控制所述第一热源热泵子系统处于太阳能不足时对应的相应制冷冷媒流动回路，当没有太阳能且蓄能装置中无蓄有热量时，则控制所述第一热源热泵子系统处于没有太阳能时对应的相应制冷冷媒流动回路。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于PVT的双源复合式热泵系统，包括第一热源热泵子系统及第二热源热泵子系统，所述第一热源热泵子系统与所述第二热源热泵子系统通过第二热源换热器(1)热耦合，以使所述第一热源热泵子系统中的第一制冷剂能够与所述第二热源热泵子系统中的第二制冷剂热交换，其特征在于，所述第二热源热泵子系统包括PVT组件(21)、蓄能装置(22)，所述PVT组件(21)中具有第三制冷剂，所述蓄能装置(22)中具有蓄能相变材料，所述PVT组件(21)通过所述第三制冷剂与所述蓄能相变材料热耦合，所述第二热源换热器(1)通过其中的水与所述蓄能相变材料热耦合。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述蓄能装置(22)具有蓄水腔，所述蓄水腔与生活用水设备管道连接。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述生活用水设备与所述蓄水腔之间还设有净水部件(23)；和/或，还包括辅助电加热部件(27)，所述辅助电加热部件(27)用于加热所述蓄水腔中的水。

4.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，还包括补水设备(24)，所述补水设备(24)与所述蓄水腔管道连接。

5.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括蓄电装置(25)，所述蓄电装置(25)与所述PVT组件的发电部件电连接。

6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，所述蓄电装置(25)具有控制部件(26)，所述控制部件(26)用于控制所述蓄电装置(25)储存电能或者释放电能。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述第一热源热泵子系统包括压缩机(31)、四通阀(32)、第一热源换热器(33)、室内侧换热器(34)、第一节流元件(35)、第二节流元件(36)，所述压缩机(31)的排气口与所述四通阀(32)的第一口连通，所述四通阀的第二口、第二热源换热器(1)、第三电磁阀(43)、第一电磁阀(41)、第一热源换热器(33)、第一节流元件(35)、室内侧换热器(34)、四通阀第三口依次管路连通，所述四通阀的第四口与所述压缩机的进气口贯通连接，还包括第一并联管路、第二并联管路，所述第一并联管路与所述第二热源换热器(1)、第三电磁阀(43)形成的管路并联，所述第一并联管路上设置有第二电磁阀(42)，所述第二并联管路与所述第一电磁阀(41)、第一热源换热器(33)、第一节流元件(35)形成的管路并联，所述第二节流元件(36)设置于所述第二并联管路上。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，还包括散热末端(5)，所述散热末端(5)通过其具有的第四制冷剂与所述室内侧换热器(34)具有的第一制冷剂热耦合。

9.根据权利要求8所述的热泵系统，其特征在于，所述散热末端(5)包括地板采暖盘管(51)，和/或，风机盘管(52)。