CN112710023B - 一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统 - Google Patents

一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于供暖设备技术领域,尤其涉及一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统,所述零能耗不间断运行的太阳能供暖系统包括相互连接的热泵系统、太阳能光伏系统以及蓄热系统;所述热泵系统用于利用所述太阳能光伏系统或者所述蓄热系统的热量进行供热;所述太阳能光伏系统用于将太阳能转化为电能从而对所述蓄热系统进行加热、将太阳能转化为热能从而为所述热泵系统供热;所述蓄热系统用于将所述太阳能光伏系统的电能转化为热量以为所述热泵系统供热。本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统通过设置热泵系统可以为室内供暖,通过设置太阳能光伏系统可以为热泵系统提供热量,通过设置蓄热系统可以存储热量从而为热泵系统供热。

Description

一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统
技术领域
本发明属于供暖设备技术领域,尤其涉及一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统。
背景技术
目前,太阳能热泵较难实现全天不间断的供暖,尤其是在昼夜温差较大的地区,夜间温度低,热泵室外机存在结霜现象,严重影响热泵的效率和正常运行。
为了解决太阳能热泵室外机的结霜问题,目前主要有两种方法:一种方法是室外机增加底盘电加热,但这种方法必须消耗高品质能量,电量消耗明显增加;第二种方法是采用蓄热水箱,室外换热器采用管壳式换热器,利用蓄热水箱中的热水在夜间维持室外换热器的温度,避免由于夜间低温引起的室外换热器结霜,导致热泵系统制热效率降低。然而昼夜温差较大地区(例如西藏地区),夜间温度达到-10℃以下,维持蓄热水箱中的水温,减少水箱的热量损失极其困难。且目前太阳能热泵运行限制较大,遇上夜间以及阴雨湿冷的天气,便无法运行,只能间歇性工作。
鉴于以上原因,迫切需要开发一种能够有效利用太阳能且不间断运行的热泵系统,保证热泵系统的室外机组在昼夜温差较大地区夜间不结霜,且即使遇上阴雨湿冷天气也能够正常运行供暖。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统,旨在解决现有热泵系统室外机组在昼夜温差较大地区夜间易结霜,遇上阴雨湿冷天气无法正常运行问题。
本发明实施例是这样实现的,一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统,所述零能耗不间断运行的太阳能供暖系统包括相互连接的热泵系统、太阳能光伏系统以及蓄热系统;
所述热泵系统用于利用所述太阳能光伏系统或者所述蓄热系统的热量进行供热;
所述太阳能光伏系统用于将太阳能转化为电能从而对所述蓄热系统进行加热、将太阳能转化为热能从而为所述热泵系统供热;
所述蓄热系统用于将所述太阳能光伏系统的电能转化为热量以为所述热泵系统供热。
本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统通过设置热泵系统可以为室内供热,通过设置太阳能光伏系统可以将太阳能转化为电能和热能,产生的电能用于为整体系统提供电力,产生的热能用于为热泵系统供热;通过设置蓄热系统可以将太阳能光伏系统产生的电能存储为热能,从而在夜晚或者阴雨天气为热泵系统供热。本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统无需要外部供给能源,且可以实现不间断运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统的结构图。
附图中:1、鼓风机;2、固态蓄热器;3、逆变器;4、单向阀;5、第二蒸发器;6、第二蒸发器;7、压缩机;8、冷凝器;9、储液罐;10、第一膨胀阀;11、第一球阀;12、第二球阀;13、第二膨胀阀;14、蓄电池;15、充电开关。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示,为本发明实施例提供的一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统的结构图,所述零能耗不间断运行的太阳能供暖系统包括相互连接的热泵系统、太阳能光伏系统以及蓄热系统;
所述热泵系统用于利用所述太阳能光伏系统或者所述蓄热系统的热量进行供热;
所述太阳能光伏系统用于将太阳能转化为电能从而对所述蓄热系统进行加热、将太阳能转化为热能从而为所述热泵系统供热;
所述蓄热系统将利用所述太阳能光伏系统的电能转化为热量以为所述热泵系统供热。
在本发明实施例中,需要理解的是,这里的零能耗具体是指不需要外部提供电能、热能等,但是系统运行仍然需要利用太阳能作为能量输入。此外,本发明实施例所述不间断运行也是相对而言的,维持的时间长短取决于太阳能光伏系统的功率以及蓄热系统的转化能力,不可能保证永久不间断运行。
在本发明实施例中,热泵系统利用太阳能光伏系统的热量或者蓄热系统的热量对制冷剂进行加热,可以理解,在白天太阳能能够维持热泵系统的运行时,热泵系统只需要依靠太阳能光伏系统产生的热量即可以实现供暖,而在夜晚或者阴雨天,当太阳能光伏系统无法供给热量时,则依靠蓄热系统供热。此外,可以理解,热泵系统的热量也可以同时来源于太阳能光伏系统以及蓄热系统,例如当太阳能光伏系统产生的热量不足以维持热泵系统的正常运行时,此为可选的具体实现方式,本发明实施例对此不作具体限定。
在本发明实施例中,在太阳能光伏系统将太阳能转化为电能以及热能是同时进行的,其产生的热能直接用于为热泵系统供热,而产生的电能小部分用于系统内各个组件的供电,大部分则存储起来,当太阳能光伏系统不足为维持热泵系统的运行时,蓄热系统将存储起来的电能转化为热量从而为热泵系统供热。
本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统通过设置热泵系统可以为室内供热,通过设置太阳能光伏系统可以将太阳能转化为电能和热能,产生的电能用于为整体系统提供电力,产生的热能用于为热泵系统供热;通过设置蓄热系统可以将太阳能光伏系统产生的电能存储为热能,从而在夜晚或者阴雨天气为热泵系统供热。本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统无需要外部供给能源,且可以实现不间断运行。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述热泵系统包括第一蒸发器6以及第二蒸发器5;
所述第一蒸发器6与所述太阳能光伏系统的光伏发电板结合从而利用光伏电池发电产生的热量对制冷制进行加热;
所述第二蒸发器5与所述蓄热系统连接从而利用所述蓄热系统的热量对制冷剂进行加热。
在本发明实施例中,蒸发器的基本结构包括换热板以及内部通道,制冷剂在内部通道中流动,通过换热板与外界空气或者其它介质进行热交换,从而实现冷却或者供热。本发明实施例对于第一蒸发器6以及第二蒸发器5的具体结构不作具体限定,其各类的变形均是允许的。
在本发明实施例中,特别地,第一蒸发器6与太阳能光伏系统的光伏发电板结合从而利用光伏发电板发电过程中产生的热量对制冷剂进行加热,而第二蒸发器5则利用蓄热系统产生的热量对制冷剂进行加热。结合前一实施例所述,可以理解,第一蒸发器6与第二蒸发器5可以同时工作也可以分别工作。
本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统通过设置第一蒸发器6以及第二蒸发器5可以分别利用太阳能光伏系统的热量以及蓄热系统的热量对热泵系统内的制冷剂进行加热,可以适用阴冷天气、夜晚等。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述热泵系统还包括依次连接的压缩机7、冷凝器8以及储液罐9;
所述压缩机7由所述太阳能光伏系统供电,所述压缩机7的入口与所述第一蒸发器6的出口连接,用于对制冷剂进行加压加热;
所述冷凝器8设置于室内,用于所述制冷剂与室内空气的换热;
所述储液罐9用于存储所述制冷剂,所述储液罐9的入口与所述冷凝器8的出口连接,所述储液罐9的出口与所述第一蒸发器6的入口连接。
在本发明实施例中,压缩机7用于对制冷剂进行压缩从而得到高温高压的制冷剂蒸气,高温高压的制冷剂蒸气进入到冷凝器8内与室内空气发生热交换,实现对室内的供暖。之后制冷剂进入到储液罐9,并从储液罐9进入到第一蒸发器6和/或第二蒸发器5中吸收热量。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述储液罐9与所述第一蒸发器6之间设置有第一膨胀阀10以及第一球阀11。
在本发明实施例中,第一球阀11可以是电控球阀也可以是拖动控制球阀,此为可选的具体实现方式。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述第二蒸发器5的制冷剂入口与所述储液罐9的出口连接,所述第二蒸发器5的制冷剂出口与所述压缩机7的入口连接。
在本发明实施例中,需要理解的是,本发明实施例中的出口、入口均是指制冷剂流通路径的出口或者入口。
本发明实施例提供的零能耗不间断运行太阳能供暖系统中,第一蒸发器6与第二蒸发器5实际是并联设置。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述第二蒸发器5与所述储液罐9之间设置有第二膨胀阀13以及第二球阀12,所述第二蒸发器5与所述压缩机7之间设置有单向阀4。
在本发明实施例中,第二球阀12可以是电控球阀也可以是拖动控制球阀,此为可选的具体实现方式。设置单向阀4可以防止制冷剂的倒流。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述太阳能光伏系统包括光伏发电板、蓄电池14以及逆变器3;
所述光伏发电板与所述热泵系统的第一蒸发器6结合从而利用光伏电池发电产生的热量对制冷制进行加热;
所述蓄电池14与所述光伏发电板电连接,用于存储所述光伏发电板产生的电能;
所述逆变器3与所述蓄电池14电连接,用于对所述蓄电池14的电量进行转化从而为用电元件供电。
在本发明实施例中,光伏发电板利用太阳能产生电能,在此过程中,光伏电池会产生热量,此部分热量直接用于为热泵系统供热,产生的电能部分用于为系统的用电组件供电,部分存储于蓄电池14中;逆变器3与蓄电池14连接,可以将蓄电池14存储的电量以一定的电压和/或电流稳定输出,可以理解,各个用电组件同样是通过逆变器3取用电量而非直接与蓄电池14连接。利用光伏发电板实现太阳能转化此为现有技术,本发明实施例对此不作进一步限定。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述蓄热系统包括固态蓄热器2以及换热组件;
所述固态蓄热器2与所述太阳能光伏系统电连接,用于利用所述太阳能光伏系统的电能存储热量;
所述换热组件用于将所述固态蓄热器2的热量转移到所述热泵系统的第二蒸发器5中以对制冷剂进行加热。
在本发明实施例中,具体地,固态蓄热器2与太阳能光伏系统中的逆变器3连接,逆变器3输出电压对固态蓄热器2的电阻进行加热,从而产生热量。换热组件用于将固态蓄热器2产生的热量与第二蒸发器5进行热交换。
如图1所示,在本发明一个实施例中,所述固态蓄热器2与所述太阳能光伏系统之间设置有充电开关15。
在本发明一个实施例中,所述换热组件包括鼓风机1;
所述鼓风机1由所述太阳能光伏系统供电,所述鼓风机1与固态蓄热器2、所述热泵系统的第二蒸发器5依次风路连接,用于吸入冷风并输到所述固态蓄热器2以得到热风,从而使热风对所述第二蒸发器5中的制冷剂进行加热。
在本发明实施例中,换热组件设置为鼓风机1,可以吸入环境中的冷风,将冷风吹到固态蓄热器2上,使冷风吸收固态蓄热器2的热量从而得到热风,利用热风对第二蒸发器5中的制冷剂进行加热。这种方式可以使换过过程更快速,且对于密封的要求低,易于实现。
以下以一个具体实施例说明本发明的工作原理:
白天阳光充足的天气,打开热泵系统中的第一球阀11,关闭第二球阀12,合上固态蓄热器2充电开关15,光伏发电板将太阳能转化为电能,将电能输送到蓄电池14中,通过逆变器3将48V直流电转化为380V的交流电,部分电量输送到固态蓄热器2中,对固态蓄热器2的电阻进行加热,热量储存于固态蓄热器2的蓄热材料中。部分电量输送到压缩机7中,带动压缩机7运转。同时第一蒸发器6吸收光伏发电板发电时产生的热量,对制冷剂进行加热,热泵系统中的制冷剂经过压缩机7压缩后变成高温高压蒸气进入冷凝器8中放热,冷凝器8与室内发生热交换,向室内供暖。制冷剂经过冷凝器8与室内换热后经过储液罐9,经过第一膨胀阀10变为低温液体进入第一蒸发器6中,将光伏发电产生的热量带走后进入压缩机7进行新一轮的循环。
夜间及阴雨湿冷的天气,打开热泵系统的第二球阀12,关闭第一球阀11,断开固态蓄热器2开关。固态蓄热器2开关断开以后,蓄热器开始缓慢放热。此时太阳能光伏系统停止运转,系统中的用电设备所需电量通过蓄电池14经过逆变器3之后提供。蓄电池14存储的电量通过逆变器3转化为380V高压电带动鼓风机1,从室外引入冷风进入固态蓄热器2中,经过固态蓄热器2加热到20~30℃,进入第二蒸发器5中,与第二蒸发器5中的制冷剂换热,制冷剂在第二蒸发器5中吸收热量蒸发经过单向阀4进入到压缩机7中,经过压缩机7变成高温高压,进入冷凝器8中放热为室内供暖,然后制冷剂经过储液罐9、第二球阀12和第二膨胀阀13,回到第二蒸发器5中,进行新一轮的循环。
以上所述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。

Claims (6)

1.一种零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述零能耗不间断运行的太阳能供暖系统包括相互连接的热泵系统、太阳能光伏系统以及蓄热系统;
所述热泵系统用于利用所述太阳能光伏系统或者所述蓄热系统的热量进行供热;
所述太阳能光伏系统用于将太阳能转化为电能从而对所述蓄热系统进行加热、将太阳能转化为热能从而为所述热泵系统供热;
所述蓄热系统用于将所述太阳能光伏系统的电能转化为热量以为所述热泵系统供热;
所述热泵系统包括第一蒸发器以及第二蒸发器;所述第一蒸发器与所述第二蒸发器并联设置;
所述第一蒸发器与所述太阳能光伏系统的光伏发电板结合从而利用光伏电池发电产生的热量对制冷制进行加热;
所述第二蒸发器与所述蓄热系统连接从而利用所述蓄热系统的热量对制冷剂进行加热;
所述热泵系统还包括依次连接的压缩机、冷凝器以及储液罐;
所述压缩机由所述太阳能光伏系统供电,所述压缩机的入口与所述第一蒸发器的出口连接,用于对制冷剂进行加压加热;
所述冷凝器设置于室内,用于所述制冷剂与室内空气的换热;
所述储液罐用于存储所述制冷剂,所述储液罐的入口与所述冷凝器的出口连接,所述储液罐的出口与所述第一蒸发器的入口连接;
所述储液罐与所述第一蒸发器之间设置有第一膨胀阀以及第一球阀;
所述第二蒸发器的制冷剂入口与所述储液罐的出口连接,所述第二蒸发器的制冷剂出口与所述压缩机的入口连接。
2.根据权利要求1所述的零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述第二蒸发器与所述储液罐之间设置有第二膨胀阀以及第二球阀,所述第二蒸发器与所述压缩机之间设置有单向阀。
3.根据权利要求1所述的零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述太阳能光伏系统包括光伏发电板、蓄电池以及逆变器;
所述光伏发电板与所述热泵系统的第一蒸发器结合从而利用光伏电池发电产生的热量对制冷制进行加热;
所述蓄电池与所述光伏发电板电连接,用于存储所述光伏发电板产生的电能;
所述逆变器与所述蓄电池电连接,用于对所述蓄电池的电量进行转化从而为用电元件供电。
4.根据权利要求1所述的零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述蓄热系统包括固态蓄热器以及换热组件;
所述固态蓄热器与所述太阳能光伏系统电连接,用于将所述太阳能光伏系统的电能转化为热量;
所述换热组件用于将所述固态蓄热器的热量转移到所述热泵系统的第二蒸发器中以对制冷剂进行加热。
5.根据权利要求4所述的零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述固态蓄热器与所述太阳能光伏系统之间设置有充电开关。
6.根据权利要求4所述的零能耗不间断运行太阳能供暖系统,其特征在于,所述换热组件包括鼓风机;
所述鼓风机由所述太阳能光伏系统供电,所述鼓风机与固态蓄热器、所述热泵系统的第二蒸发器依次风路连接,用于吸入冷风并输到所述固态蓄热器以得到热风,从而使热风对所述第二蒸发器中的制冷剂进行加热。
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