CN111442441A - 一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法。其特征在于，包括：空气源热泵、供热水箱、散热器以及氢能燃烧机；所述氢能燃烧机通过供热系统与空气源热泵、供热水箱连接，供热水箱与散热器连接。所述系统中热泵机组的外置太阳能蒸发器，耦合空气能的热量，提高冷媒的供热温度，有效改善低温环境下空气能热泵的制热量，同时降低光伏电池板发电产生的温度，提高发电效率，提高整块光热光伏集热平板的综合能量利用效率。在冬季供暖过程中，热水流动也避免了管路被冻坏，多能互补有效提高了能源综合利用的效能。

Description

一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法
技术领域
本申请涉及节能环保领域，尤其涉及一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法。
背景技术
空气源热泵系统就是利用专用的工质吸收环境大气中的热量而汽化，其中包括空气源热泵、压缩机、储能水箱和热泵等装置，通过压缩机压缩升温，变成高温高压气体，再经过换热器与待加热的水交换热量而冷却，最后经过膨胀阀释放压力回到低温低压的液态，热泵如此通过制冷剂的不断循环与待加热水交换热量将水加热。但是，空气源热泵不能有效利用低品位能量，而且空气源热泵的性能会随室外气候变化而变化，低温环境下空气能热泵在低温环境下空气能热泵的性能不足而导致整体发电效率低。而在本发明中多能互补有效提高了能源综合利用的效能。
发明内容
本申请提供了一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法，以解决现有技术中的产品因低温环境下空气能热泵的性能不足而导致整体发电效率低的问题。
本申请的第一方面，提供一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统及方法包括：空气源热泵、供热水箱、散热器、氢能燃烧机；
所述氢能燃烧机通过供热系统与空气源热泵、供热水箱连接，供热水箱与散热器连接。
所述供热模块包括热水源热泵、供暖和制冷管路。
所述空气源热泵为超低温增焓空气源热泵，所述散热器包括风机盘管与地暖，所述供热水箱与所述风机盘管和所述地暖分别连接在一起。
所述氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统还包括平板光伏太阳能板，所述平板太阳能光伏光热发电板发电，水制氢装置利用电能制成氢气并储存，氢气储存罐与氢能燃烧机连接。
所述氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统还包括太阳能蒸发器、储能水箱与热水源热泵，所述氢气燃烧机与通过燃烧机供热管路供储能水箱储热.太阳能蒸发器也与储能水箱连接换热冷却，热水源热泵通过从储能水箱提高水温通过供热水箱连接对末端散热器或风机盘管供暖。超低温增焓空气源热泵辅助热水源热泵从储热水箱热量不足时补热，夏天超低温增焓空气源热泵启动夏季模式制冷。
所述储能水箱水冷却为低温热水，低温热水可以循环到整个系统的平板太阳能光伏光热发电板，并对其进行冷却。
所述氢气燃烧机产生的热能一部分发电，另一部分余热用来产生热水，通过储能水箱收集。
所述风机盘管或地暖铺设在建筑物中，用于建筑物制冷或供热。
所述自然能热泵供热包含有压缩机组件。
本申请的第二方面，提供一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成方法，包括以下步骤：
通过氢气燃烧机产生的热量，一部分发电，一部分余热热水，收集在储能水箱；
平板太阳能光伏光热发电板将光能转化为电能，水制氢装置利用电能生产氢能并储存在储能水箱，给氢能燃烧机提供能量，以提供给水源热泵低温热水(将太阳能转换为电能进而转换为氢能储存，晚上温度过低时，启动储存氢气燃烧供热)；
水源热泵把储能水箱冷却到20度左右再循环到平板太阳能光伏光热发电板，给平板太阳能光伏光热发电板降温；
低温热水通过水源热泵热交换，形成高温热水到供热水箱，供热水箱将热能传递给风机盘管和地暖。
平板太阳能光伏光热发电板将电能与光能转化为热能，产生的热能传递给氢气储存罐与氢能燃烧机；
氢气燃烧机通过燃烧氢气产生热能，热能通过供热水箱对风机盘管或地暖进行供热；
超低温增焓空气源热泵吸收空气中的低品位热量，产生低压的热量，通过压缩机产生高温高压的气体，通过换热高温端降为低温端，再通过供热水箱传递给风机盘管或地暖。
与现有技术相比，本发明采用超低温增焓空气源热泵，有效利用低品位能量，而且超低温增焓空气能热泵在低温环境下仍能有效工作，同时平板太阳能光伏光热发电板发电时，产生的余热用来生产加热水，多能互补有效提高了能源综合利用的能效。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种氢能与自然能热泵(自然能)热泵供热、制冷集成系统；
图2是一种水质氢能与热泵供热、制冷集成系统。
上述附图中的标记如下：
图示说明：1-氢气燃烧机、2-平板太阳能光伏光热发电板、3-超低温增焓空气源热泵、4-热水源热泵、5-供热水箱、6-风机盘管、7-地暖、8-供暖、制冷管路、9-供热管路、10-水源热泵管路、11-储能水箱、12-燃烧机余热管路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为本发明的限制。
可选地，如图1所示，氢能燃烧机1生成热水，通过储能水箱11收集。平板平板太阳能光伏光热发电板2光能转化为热能，储存在储能水箱11，通过供热系统10提供给水源热泵4。低温的热水通过水源热泵4热交换形成高温热水到供热水箱5。供热水箱5通过末端风机盘管5和地暖7对建筑冬季供暖。储能水箱11水冷却为低温热水，低温热水再循环到平板太阳能光伏光热集热器(蒸发器)进行冷却，而超低温增焓空气源热泵3作为辅助供热和制冷，冬季供暖、夏季制冷。
可选地，如图2所示，通过平板太阳能光伏光热发电板1电能光能转换为热能。利用可再生能源光伏发电水制氢设备，氢气储存在储能罐13，通过氢气燃烧机13提供给供热水箱5对末端风机盘管6或地暖7供热。超低温增焓空气源热泵3吸收空气中的低品位热量，产生低压的热量，再通过压缩机产生高温高压的气体。经过换热，高温端降为低温端，换热后热量通过供热水箱3给末端风机盘管6或地暖7，冬季供暖、夏季制冷，
需要说明的是，平板光伏太阳能板发电在通过逆变器将直流电转换为交流电，同时再用稳压器将波动较大和不合用电器设备要求的电源电压稳定在一定范围内。利用电能，水制氢装置生产氢能储存在储能水箱，给氢能燃烧机提供能量。热水源热泵将热水输送至供热水箱，再通过管路将热水输送至末端的风机盘管采暖或供热；热水源热泵也可将储能水箱中20摄氏度左右的水循环至平板光伏太阳能板，给平板光伏太阳能板降温。
超低温空气源热泵在低温下(-25℃)制热能效比常规空气源热泵机组高50％-80％的供暖设备。超低温空气源热泵供暖机组在零下25℃可以正常使用，在-25℃能效比达2.0以上，是一款特别适合我国长江以北地区冬季供暖的节能设备，适合在寒冷地区作为房间供暖单独使用。夏天超低温增焓空气源热泵又可以启动夏季模式制冷。超低温空气源热泵机组在环境温度大幅下降时制热量衰减极少，充分保证制热效果。超低温空气源热泵机组以制热为主、制冷为辅设计，免去既要安装供暖设备又要安装空调解决夏天制冷的麻烦。该技术具备制冷、制热、生活热水、供暖一体式的解决方案，免去了安装解决空调又要安装热水器设备的麻烦，保证正常的制冷、制热功能外，还具有对生活制热水功能、确保用户全天候的供暖需求、一年四季都做到热水无优。
本发明中，光热和光伏组件一体化，把光伏发电产生的废热通过光热吸热板吸收，光热排管和集管的循环介质与多能低温增焓空气能热泵3一体机热交换。作为热泵机组的外置太阳能的蒸发器，耦合太阳能的热量，提高冷媒的供热温度，有效改善低温环境下空气能热泵的制热量，同时降低光伏电池板发电产生的温度，提高发电效率，提高整块光热光伏集热平板的综合能量利用效率。在冬季供暖过程中，热水流动也避免了管路被冻坏，多能互补有效提高了能源综合利用的的效能。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的某个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，包括：空气源热泵、供热水箱、散热器、氢能燃烧机；
所述氢能燃烧机通过供热模块与空气源热泵、供热水箱连接，供热水箱与散热器连接；
所述供热模块包括热水源热泵、供暖和制冷管路。
2.根据权利要求1所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，所述空气源热泵为超低温增焓空气源热泵，所述散热器包括风机盘管与地暖，所述供热水箱与所述风机盘管和所述地暖分别连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，所述氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统还包括平板太阳能光伏光热发电板与氢气储存罐，所述平板太阳能光伏光热发电板与氢气储存罐连接，氢气储存罐与氢能燃烧机连接。
4.根据权利要求1所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，还包括太阳能蒸发器、储能水箱与热水源热泵，所述氢气燃烧机与通过燃烧机供热管路与储能水箱连接，太阳能蒸发器也与储能水箱连接，储能水箱还通过水源热泵管路与热水源热泵连接，热水源热泵通过供暖、制冷管路与超低温增焓空气源热泵、供热水箱连接。
5.根据权利要求3所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，所述储能水箱水冷却为低温热水，低温热水循环到整个系统的平板太阳能光伏光热发电板，并对其进行冷却；
所述氢气燃烧机产生的热能一部分发电，另一部分余热用来产生热水，通过储能水箱收集。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，所述风机盘管或地暖铺设在建筑物中，用于建筑物制冷或供热。
7.根据权利要求1所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于，所述自然能热泵供热包含有压缩机组件。
8.一种氢能与自然能热泵供热、制冷方法，基于根据权利要求3所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷集成系统，其特征在于：
通过所述氢气燃烧机产生的热量，一部分发电，一部分余热热水，收集在储能水箱；
平板太阳能光伏光热发电板将光能转化为电能，水制氢装置利用电能生产氢能并储存在储能水箱，给氢能燃烧机提供能量，以提供给水源热泵低温热水；
低温热水通过水源热泵热交换，形成高温热水到供热水箱，供热水箱将热能传递给风机盘管和地暖。
9.根据权利要求8所述的一种氢能与自然能热泵供热、制冷方法，其特征在于，包括：
平板太阳能光伏光热发电板将电能与光能转化为热能，产生的热能传递给氢气储存罐与氢能燃烧机；
氢气燃烧机通过燃烧氢气产生热能，热能通过供热水箱对风机盘管或地暖进行供热；
超低温增焓空气源热泵吸收空气中的低品位热量，产生低压的热量，通过压缩机产生高温高压的气体，通过换热高温端降为低温端，再通过供热水箱传递给风机盘管或地暖。
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