CN112815550A - 一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统 - Google Patents

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苏士强
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Abstract

本发明要解决的问题是提供防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统，既能夏天防过热，又能冬天防冻，且节能效果好。其包括太阳能集热器、空气源热泵、储热水箱和采暖末端；所述太阳能集热器的出水口和进水口分别通过集热循环管路与所述储热水箱循环连通，所述储热水箱内设有辅助换热装置和若干个相变蓄热球，相变蓄热球的相变温度为40‑60摄氏度，所述空气源热泵的出水口和进水口通过辅助循环管路与所述辅助换热装置循环连通，所述储热水箱通过供热循环管路与所述采暖末端循环连通。

Description

一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统
技术领域
本发明涉及可再生能源应用技术领域，具体涉及太阳能供暖设备领域，具体涉及一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统。
背景技术
采用新能源和可再生能源解决我国建筑的供热采暖及热水需求是实现节能减排、改善环境、提高空气质量的重要途径。太阳能作为一种可再生的清洁能源，是目前新能源利用中，应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的能源利用形式之一，除了满足生活热水需求，太阳能在供暖方面也可以发挥重要作用。空气源热泵因其具有较高的COP值，具有显著的节能效果，被广泛应用于建筑采暖和制冷。采用太阳能耦合热泵实现供热是很好的清洁能源应用系统形式。
目前，太阳能行业、空气源热泵行业均有不同的产品和技术实现供热，但是，根据目前各种能源应用的现状看，采用单一能源和多种能源的系统，尚存在一些问题：（1）采用电采暖，设备初投资虽低，但运行成本高，且电网需要增容；（2）采用天然气采暖，运行成本高，对燃气管网要求高，且仅适合管网覆盖、气源充足的地区；（3）单纯的太阳能采暖存在不稳定和夜间无能量供应的问题，与电结合的太阳能采暖系统，运行成本高；（4）以往的太阳能与空气源热泵系统还需要防冻配置，且在夏天时存在过热风险。
发明内容
本发明要解决的问题是提供防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统，既能夏天防过热，又能冬天防冻，且节能效果好。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统，包括太阳能集热器、空气源热泵、储热水箱和采暖末端；
所述太阳能集热器的出水口和进水口分别通过集热循环管路与所述储热水箱循环连通，所述储热水箱内设有辅助换热装置和若干个相变蓄热球，相变蓄热球的相变温度为40-60摄氏度，
所述空气源热泵的出水口和进水口通过辅助循环管路与所述辅助换热装置循环连通，所述储热水箱通过供热循环管路与所述采暖末端循环连通。
进一步的，所述集热循环管路上设有集热循环泵，所述供热循环管路上设有供热循环泵。
进一步的，所述储热水箱内设有生活热水换热器，所述生活用水换热器通过生活热水循环管路连通有生活热水端，所述生活热水循环管路上连通有生活用水供水管；所述采暖端为风机盘管和/或地暖盘管。
进一步的，所述辅助换热装置为缠绕微通道或铜换热盘管。
进一步的，所有循环管路均为PPR热水循环管。
本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：
1、阳光充足的天气时，太阳能集热器充分利用太阳能对储热水箱内的水进行循环加热；当阴天或者黑夜时，可以通过空气源热泵配合辅助换热装置来加热储热水箱内的水，从而保证24小时全天能够有热水供暖，减少用户直接使用电加热或电采暖带来的高电费担忧，还可解决一年四季的热水供应问题
当冬季阴冷或者黑夜时，太阳能集热器不运行，太阳能集热器和集热循环管路内的水排空进入储热水箱内，从而使太阳能集热器防冻；
储热水箱内的相变蓄热球能够储存更多的热量，从而减少整个系统在阳光充足下过热的可能性；
本系统一般可以满足40-100平米供暖面积的需求，可以较好的解决农村老百姓冬季采暖、四季生活热水的问题，减少燃煤的使用，是解决北方雾霾的很好的利用方式；
2、储热水箱内设有生活热水换热器，生活用水换热器通过生活热水循环管路连通有生活热水端，生活热水循环管路上连通有生活用水供水管，生活用水通过生活用水换热器进行加热，即热即用，安全卫生；
3、本发明结构紧凑，使用方便，适合大范围推广。
附图说明
图1为本发明所述供热系统整体示意图；
图2为本发明所述储热水箱示意图；
图中：1、太阳能集热器，2、空气源热泵，3、储热水箱，4、采暖末端，5、生活热水端，6、集热循环管路，7、集热循环泵，8、辅助换热装置，9、生活热水换热器，10、生活用水供水管，11、供热循环泵，12、相变蓄热球。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术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，都属于本申请保护的范围。
如图1-2所示，本实施例公开一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统，主要包括太阳能集热器1、控制器、空气源热泵2、储热水箱3、采暖末端4和生活热水端5。
太阳能集热器1为普通横双排联集箱式太阳能集热器1，采用全玻璃真空管横双排结构非承压运行，常用于太阳能热水工程系统中，是一种成本低、质量稳定、热效率高的产品。太阳能集热器1安装支架一般是热镀锌角钢，安装在屋顶平面上，有一定倾角和水平斜角，以方便排空时集热器内的水部分排出，少量水存留在真空管内确保再次上水运行时不发生炸管现象。
储热水箱3采用非承压式水箱结构，带聚氨酯保温层，储热水箱3内带有若干个封装完好的相变蓄热球12，相变蓄热球12的相变温度可选择40-60℃之间，增加蓄热量。储热水箱3带有集热循环供水口、集热循环回水口、采暖循环供水口、采暖循环回水口、补水口、水位口、排气口、测温口等。太阳能集热器1的出水口和进水口分别通过集热循环管路6与储热水箱3循环连通，在集热循环管路6上设有集热循环泵7。储热水箱3内安装有辅助换热装置8和生活热水换热器9，辅助换热装置8为缠绕微通道或铜换热盘管的一种，并固定安装在储热水箱3内部。储热水箱3内设有生活热水换热器9，生活热水换热器9通过生活热水循环管路连通有生活热水端5，生活热水循环管路上连通有生活用水供水管10，保证干净的水从生活用水供水管10进入，经生活用水换热器快速加热后再进入生活热水端5进行使用。
空气源热泵2机采用氟循环形式，确保机组能够在-25℃正常运行，且具有高的COP。空气源热泵2的出水口和进水口通过辅助循环管路与辅助换热装置8循环连通。采暖末端4选用地暖盘管或风机盘管，储热水箱3通过供热循环管路与所述采暖末端4循环连通，在供热循环管路上设有供热循环泵11，从而达到灵活配置，高效采暖，节能舒适的效果。
系统的循环管路一般采用PPR热水循环管及其管件，安全卫生，安装方便。室外管路采取保温措施，室内管路可不保温，但需避免阳光直射造成紫外线照射的老化现象。
本发明所述防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统具体工作过程如下：
集热循环阶段：太阳能集热器的出水口温度达到设定温度（一般为45-60℃，可调），控制器驱动集热循环泵运行，将储热水箱中的水驱动至太阳能集热器内，被太阳能集热器加热后经由太阳能集热器出水口沿集热循环管路返回储热水箱，当太阳能集热器出水口温度低于50℃（可调），集热循环泵停止运行，太阳能集热器内的水靠自然重力流回储热水箱。这个过程中，可以避免冬天过冷时太阳能集热器冻裂。
采暖循环阶段：当采暖末端的回水温度低于设定温度（一般为40-50℃，可调）控制器驱动采暖循环泵运行，将储热水箱内的水直接循环至采暖末端（风机盘管或地暖盘管）；控制采暖循环泵的运行，当室内温度低于设定值（16-22℃，可调），采暖循环泵运行。
夜间运行阶段：傍晚太阳变弱后，太阳能集热器出水口温度无法再达到设定温度，太阳能集热器内的热水全部排回储热水箱，供采暖继续使用，这样既充分利用了太阳能，又达到了排空防冻的目的。当夜晚储热水箱内的水温低于设定温度（40-50℃，可调），空气源热泵开启，通过微通道盘管/铜管换热器加储热水箱中的水，继续为采暖提供能量。
关于春夏秋季过热处理：春、夏、秋季由于不用采暖，太阳能集热器面积较大，热量比较多，储热水箱内的相变蓄热球能吸收大量的热量，保证整体系统不会过热，也可进一步的通过遮盖的方式将部分集热器遮挡，保留部分集热器提供生活热水,。如出现连续阴雨天气，可通过开启空气源热泵加热水箱内的水提供生活热水。
本系统的节能体现在：
（1）白天采用太阳能，仅循环泵耗电，且傍晚太阳能集热器和循环管路内的热水均回流到储热水箱中继续使用，增加了太阳能利用率；
（2）储热水箱中的相变蓄热球能够储存更多的热量，在太阳充足时能够更大限度的利用太阳能，减少空气源热泵的运行时间；
（3）空气源热泵在夜间运行，可以充分利用峰谷电进行调节，降低运行费用。

Claims (5)

1.一种防冻防过热太阳能热泵耦合供热系统，其特征在于，包括太阳能集热器、空气源热泵、储热水箱和采暖末端；
所述太阳能集热器的出水口和进水口分别通过集热循环管路与所述储热水箱循环连通，所述储热水箱内设有辅助换热装置和若干个相变蓄热球，相变蓄热球的相变温度为40-60摄氏度，
所述空气源热泵的出水口和进水口通过辅助循环管路与所述辅助换热装置循环连通，所述储热水箱通过供热循环管路与所述采暖末端循环连通。
2.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，所述集热循环管路上设有集热循环泵，所述供热循环管路上设有供热循环泵。
3.根据权利要求2所述的供热系统，其特征在于，所述储热水箱内设有生活热水换热器，所述生活用水换热器通过生活热水循环管路连通有生活热水端，所述生活热水循环管路上连通有生活用水供水管；所述采暖端为风机盘管和/或地暖盘管。
4.根据权利要求3所述的供热系统，其特征在于，所述辅助换热装置为缠绕微通道或铜换热盘管。
5.根据权利要求1-4任一项所述的供热系统，其特征在于，所有循环管路均为PPR热水循环管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114183803A (zh) * 2021-11-16 2022-03-15 河北工业大学 一种智能夜间蓄热太阳能供暖系统

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