CN110793234A - 一种双介质pvt耦合夜间辐射的热泵系统、控制方法及智能家电 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统、控制方法及智能家电，包括第一换热器、电子膨胀阀、空气源换热器、四通换向阀、压缩机、PVT组件和蓄热水箱，所述第一换热器通过所述四通换向阀连接所述压缩机，所述空气源换热器与所述四通换向阀连接，所述空气源换热器与所述第一换热器连接，所述电子膨胀阀设置在空气源换热器和第一换热器的连接管路上，所述PVT组件与空气源换热器连接，所述PVT组件与所述蓄热水箱连接。本发明通过不同运行模式的控制，实现发电、制热、制冷、制热水功能；系统的主要能量来源为太阳辐射能、天空长波辐射能和空气能，充分利用自然能源，减少系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及PVT热泵技术领域，具体涉及一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统、控制方法及智能家电。
背景技术
辐射制冷是指地面上的物体通过“大气窗口”之一的8μm~13μm波段与温度很低的外太空进行辐射换热从而达到一定的制冷效果的被动制冷方式。辐射制冷具有零耗能、零污染、无运动部件等优点，对建筑物空调降温节能和环境保护具有积极意义。但辐射制冷也存在功率不够大导致装置成本较高，且辐射制冷装置在白天很难实现制冷效果等缺陷。
太阳能光伏光热综合利用（PV/T）技术因其良好的太阳能光伏光热综合利用效率而受到广泛的关注和研究。一方面，PV/T系统有效提高了单位面积的光伏光热综合利用效率；另一方面，温度较低的传热工质流经集热板带走热量，提高了光电效率。但是由于受到昼夜更迭的影响，PV/T系统在夜间处于闲置状态，这大大降低了其使用效率。另一方面，PV/T系统的能量来源波动较大，无法满足用户稳定的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，双介质PVT组件可以根据用户需求选择运行光伏/空气模式或光伏/水模式，并结合辐射制冷装置和热泵系统的优点，在满足用户需求的同时，通过各种能量来源互补，减少系统能耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，包括第一换热器、电子膨胀阀、空气源换热器、四通换向阀、压缩机、PVT组件和蓄热水箱，所述第一换热器通过所述四通换向阀连接所述压缩机，所述空气源换热器与所述四通换向阀连接，所述空气源换热器与所述第一换热器连接，所述电子膨胀阀设置在空气源换热器和第一换热器的连接管路上，所述PVT组件与空气源换热器连接，所述PVT组件与所述蓄热水箱连接。PVT组件包括空气流道和液体流道，并且在PVT组件上耦合夜间辐射功能，通过结合PVT空气集热器、PVT液体集热器、辐射制冷和热泵 ，发挥各系统的优势，通过不同运行模式的控制，实现发电、制热、制冷、制热水功能。系统的主要能量来源为太阳辐射能、天空长波辐射能和空气能，充分利用自然能源，减少系统能耗。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，使用如以上所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，通过检测运行模式，控制PVT组件和空气源换热器执行相应的运作。充分利用PVT技术、辐射制冷技术和空气源热泵技术的优势，克服PVT系统只能在白天发电和制热而在夜间闲置，辐射制冷装置只能在夜间进行制冷而在白天闲置，空气源热泵系统耗能大、冬季能效低的局限性，提高了设备利用率和空间利用率。
进一步的，当检测到在制冷工况且为白天运行模式，控制PVT组件用于制取热水，控制空气源换热器用于制冷。在白天的情况下，辐射制冷装置难实现制冷效果，所以PVT组件制冷空气的效果不好，白天不使用PVT组件的辐射制冷功能,而白天PVT组件制热水的效果非常好，所以选择制热水功能,使用太阳能免费制热水，减少采用传统方式的耗电量，合理且有效使用资源，提高了设备的工作效率。
进一步的，当检测到在制冷工况且为夜晚运行模式，控制PVT组件用于制取冷空气，控制空气源换热器用于制冷。在夜晚的情况下，辐射制冷效果好，所以通过PVT组件制取的冷空气通向空气源换热器，用于与制冷剂换热，减少空气源换热器的风机能耗，此时使用天空长波辐射能减少系统能耗。
进一步的，当检测到在制热工况且为白天运行模式，控制PVT组件用于制取热空气，控制空气源换热器用于制热。由于冬季环境温度低，空气源热泵耗能高，PVT组件中通水可能造成水冻结，导致管路及组件损坏,所以冬季的白天制热工况下，PVT组件用于加热空气来给空气源换热器提供热量，可减少系统能耗，提高系统能效,此时使用太阳辐射能达到减少系统能耗的目的。
进一步的，当检测到在制热工况且为夜晚运行模式，控制空气源换热器用于制热。
进一步的，在系统运行过程中，当检测到蓄热水箱中的热量不能满足需求时，通过辅助电加热提供热量。通过辅助电加热可以保证时刻满足需求，避免因为天气情况而导致热量无法充分供给的情况发生，实现不同时段全天候稳定运行。
进一步的，在系统运行过程中，PVT组件在检测到太阳辐射能的情况下发电。所发电量可以供系统使用，也可以供用户其他用途，实现了不同时段、不同运行模式下实现制热、制冷、供热水及供电功能，系统全年运行，提高了设备利用率和空间利用率。
一种智能家电，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用时实现以上任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时实现以上任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
本发明提供的一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统、控制方法及智能家电的有益效果在于：（1）本发明系统的主要能量来源为太阳辐射能、天空长波辐射能和空气能，各种能量来源优势互补，充分利用自然能源，减少系统能耗；（2）充分利用PVT技术、辐射制冷技术和热泵技术的优势，克服PVT热水集热器在冬季夜晚可能导致管路及集热器损坏，PVT空气集热器在非采暖季闲置，且PVT只能在白天发电和制热而在夜间闲置，辐射制冷装置只能在夜间进行制冷而在白天闲置，空气源热泵系统耗能大、冬季能效低的局限性；（3）可在不同时段、不同运行模式下实现制热、制冷、供热水及供电功能，系统全年运行，提高了设备利用率和空间利用率。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
图中：1、第一换热器；2、电子膨胀阀；3、空气源换热器；4、四通换向阀；5、压缩机；6、PVT组件；7、蓄热水箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，包括第一换热器、电子膨胀阀、空气源换热器、四通换向阀、压缩机、PVT组件和蓄热水箱，所述第一换热器通过所述四通换向阀连接所述压缩机，所述空气源换热器与所述四通换向阀连接，所述空气源换热器与所述第一换热器连接，所述电子膨胀阀设置在空气源换热器和第一换热器的连接管路上，所述PVT组件与空气源换热器连接，所述PVT组件与所述蓄热水箱连接。PVT组件包括空气流道和液体流道，并且在PVT组件上耦合夜间辐射功能，通过结合PVT空气集热器、PVT液体集热器、辐射制冷和热泵，在白天有太阳辐射时，可以通过吸收辐射热量运行光伏/空气集热模式或光伏/水集热模式来制取热空气或热水；在夜晚没有太阳辐射时，可以在空气流道中将热空气的热量辐射至大气层和外太空来制取冷空气；发挥各系统的优势，通过不同运行模式的控制，实现发电、制热、制冷、制热水功能。系统的主要能量来源为太阳辐射能、天空长波辐射能和空气能，充分利用自然能源，减少系统能耗。
实施例2：一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，具体步骤如下：
在制冷工况下，白天运行模式，PVT组件6用于制取热水，空气源换热器3用于制冷。循环水在PVT组件6中吸热后进入蓄热水箱7，将热量储存在水箱中供用户使用。第一换热器1中的制冷剂吸收房间热量后经四通换向阀4进入压缩机5压缩，后进入空气源换热器3放热，放热后经电子膨胀阀5再次进入第一换热器1进行下一循环。
PVT组件有分开设置的空气流道和液体流道。当制热水时，打开液体流道进出口，关闭空气流道进出口，当有太阳能时，水在液体流道中流动并吸收来自太阳的热量。
实施例3：一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，具体步骤如下：
在制冷工况下，夜晚运行模式，PVT组件 6用于制取冷空气，空气源换热器3用于制冷。第一换热器1中的制冷剂吸收房间热量后经四通换向阀4进入压缩机5压缩，后进入空气源换热器3放热，放热后经电子膨胀阀2再次进入第一换热器1进行下一循环。而PVT组件6制取的冷空气通向空气源换热器3，用于与制冷剂换热，减少空气源换热器3的风机能耗。
PVT组件在夜晚制冷空气时，打开空气流道进出口，关闭液体流道进出口，空气在空气流道中将热量辐射至大气层和外太空，从而变为冷空气。
实施例4：一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，具体步骤如下：
在制热工况下，白天运行模式，PVT组件6用于制取热空气，空气源换热器3用于制热。制冷剂在第一换热器1中放热，后经电子膨胀阀2进入空气源换热器3吸热，此时制冷剂吸收的热量来自PVT组件6制取的热空气的热量。吸热后的制冷剂经四通换向阀4进入压缩机5压缩，压缩后回到第一换热器1进行下一循环。PVT组件6通过制取热空气来给空气源换热器3提供热量，可减少系统耗功，提高系统能效。
PVT组件在制热空气时，打开空气流道进出口，关闭液体流道进出口，当有太阳能时，空气在空气流道中流动并吸收来自太阳的热量。
实施例5：一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，具体步骤如下：
在制热工况下，夜晚运行模式，只使用空气源换热器3制热。制冷剂在第一换热器1中放热，后经电子膨胀阀2进入空气源换热器3吸热，吸热后的制冷剂经四通换向阀4进入压缩机5压缩，压缩后回到第一换热器1进行下一循环。
在蓄热水箱7中热量不能满足用户需求时，可通过辅助电加热提供热量。
此外，PVT组件6在白天发电，PVT组件上面有电池片，通过吸收太阳能并将其转换为电能，所发电量可以供系统使用，也可以供用户其他用途。
实施例6：一种智能家电。
一种智能家电，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用时实现实施例2-5任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
实施例7：一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时实现实施例2-5任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，其特征在于，包括第一换热器、电子膨胀阀、空气源换热器、四通换向阀、压缩机、PVT组件和蓄热水箱，所述第一换热器通过所述四通换向阀连接所述压缩机，所述空气源换热器与所述四通换向阀连接，所述空气源换热器与所述第一换热器连接，所述电子膨胀阀设置在空气源换热器和第一换热器的连接管路上，所述PVT组件与空气源换热器连接，所述PVT组件与所述蓄热水箱连接。
2.一种双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵系统，通过检测运行模式，控制PVT组件和空气源换热器执行相应的运作。
3.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：当检测到在制冷工况且为白天运行模式，控制PVT组件用于制取热水，控制空气源换热器用于制冷。
4.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：当检测到在制冷工况且为夜晚运行模式，控制PVT组件用于制取冷空气，控制空气源换热器用于制冷。
5.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：当检测到在制热工况且为白天运行模式，控制PVT组件用于制取热空气，控制空气源换热器用于制热。
6.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：当检测到在制热工况且为夜晚运行模式，控制空气源换热器用于制热。
7.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：在系统运行过程中，当检测到蓄热水箱中的热量不能满足需求时，通过辅助电加热提供热量。
8.如权利要求2所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法，其特征在于：在系统运行过程中，PVT组件在检测到太阳辐射能的情况下发电。
9.一种智能家电，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被所述处理器调用时实现权利要求2至8任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器调用时实现权利要求2至8任一项所述的双介质PVT耦合夜间辐射的热泵控制方法。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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