CN113375207A - 一种不停机除霜空气源热泵供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，包括压缩机、四通换向阀、气液分离器、翅片换热器、套管换热器、储液罐、干燥过滤器、电子膨胀阀、太阳能光伏光热板、集热循环泵、电磁阀、光伏组件、电加热器、太阳能蓄热水箱、温度传感器和经济器。本发明的优点：(1)空气源热泵在制热模式下，制冷剂可以从翅片换热器吸热的同时，也能从太阳能蓄热水箱中吸热，极大提高综合能源的利用。(2)翅片换热器在除霜模式下，空气源热泵依然可以制热，可以实现供暖除霜同时进行，实现不停机除霜。(3)利用太阳能集热系统，采用补气增焓技术，可实现低温下正常运行。(4)本发明能够保证空气源热泵在极端天气和除霜模式下稳定供暖。

Description

一种不停机除霜空气源热泵供暖系统

技术领域：

本发明涉及光伏光热联合空气源热泵供暖系统及使用方法，特别是涉及了一种空气源热泵不停机除霜供暖方法。

背景技术：

随着社会不断的发展，对能源的需求日益增加。传统能源逐渐消耗殆尽，世界各国在不断的寻找新的稳定、可持续利用的新型能源。此外，传统能源的利用该环境带来了沉重的负担，大量燃烧化石燃料，向环境释放大量的硫化物、氮化物等有害气体，也是导致雾霾的罪魁祸首之一。然而在冬季，我国大面积地区需要采暖，采暖主要通过燃烧化石燃料产生热水为用户供暖，所以寻求一种新型的供暖方式，对于减小环境污染是积为重要的。

为了解决北方冬季供暖造成的环境污染和能源浪费的问题，国家大力推动清洁能源供暖。各地都积极加入“煤改电”的清洁供暖方式，利用电采暖替代传统的燃煤锅炉采暖。空气源热泵作为一种吸收廉价的空气能这种低位热能，通过少量电的驱动变成高位热能，产生生活所需热水，并用来供暖，空气源热泵市场近年来迅速扩大。但空气源热泵在低温环境下使用，会受到两大因素的制约，在环境温度较低时，会出现工质难以蒸发，是的压缩机压比增大，压缩机耗电增大。另外空气源热泵在运行期间，在热泵蒸发器表面结霜，阻碍热泵吸收更多的空气能，会使热泵的性能严重衰减，甚至出现热泵停机工作，严重影响采暖。

太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，近年来对太阳能的利用形式多样，目前主要以光电和光热利用为主。PVT一种新型的太阳能利用装置，可以同时利用光伏和光热技术，装置的正面安装光伏组件，背面安装太阳能集热管，在装置发电的同时，热管吸收热能，降低光伏组件温度，从而提高光伏电池的发电效率，PVT的使用可以极大的提高太阳能的综合利用效率。

PVT联合空气源热泵供暖，不但可以弥补太阳能不稳定，间断性的缺点，而且还可以利用光伏光热解决空气源热泵结霜问题，还能利用太阳能蓄热水箱克服除霜期间，向室内供冷的现象。两者的结合可以充分各自的优势，使整个系统更加节能和利用效率大幅增加。

发明内容:

本发明的目的克服现有技术的不足，提供了空气源热泵不停机除霜供暖系统，充分利用太阳能资源，提供满足冬季满足供暖需求的热水，可以减少电能的消耗。本系统还能够克服低温下空气源热泵停机不工作的缺点，解决了传统逆向除霜造成室内温度降低的问题，本系统可以在除霜期间热泵继续制热，能够实现不停机除霜。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

本发明的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统主要包括：补气增焓空气源热泵供暖系统和太阳能光伏光热系统。

补气增焓空气源热泵供暖系统包括：压缩机，压缩机出口与第一四通换向阀相连，第一四通换向阀与第二四通换相连，第二四通换向阀与套管换热器制冷剂盘管入口侧连接，套管换热器制冷剂盘管出口侧与储液罐入口连接，储液罐出口与干燥过滤器入口连接，干燥过滤器出口分为三路，第一路经喷液电磁阀后经过第一单向阀返回压缩机，第二路与补气电子膨胀阀入口连接，补气电子膨胀阀出口与经济器入口连接，经济器出口与第二单向阀连接后返回压缩机。最后一路制冷剂经过经济器后与主电子膨胀阀入口连接，主电子膨胀阀出口与第三单向阀连接，经过第三单向阀出口后制冷剂分成两路，一路经第一电磁阀与翅片换热器入口连接，翅片换热器出口与第一四通换向阀入口连接，第一四通换向阀出口与气液分离器入口连接，气液分离器出口与压缩机入口连接形成一个空气源热泵供暖循环。另一路经过第二电磁阀与太阳能蓄热水箱制冷剂盘管入口连接，太阳能蓄热水箱制冷剂盘管出口与经过第三电磁阀与第二四通换向阀入口连接，第二四通换向阀出口与第一四通换向阀入口连接，第一四通换向阀出口与气液分离器入口连接，气液分离器出口与压缩机入口连接形成一个空气源热泵供暖循环。

太阳能光伏光热系统包括太阳能光伏发电系统和太阳能蓄热水箱系统，太阳能光伏发电系统包括，太阳能光伏组件，太阳能光伏组件出口侧连接蓄电池，蓄电池经逆变器转化成交流电220V连接太阳能蓄热水箱电加热器。太阳能蓄热水箱系统包括，太阳能蓄热水箱，太阳能蓄热水箱的集热出口与集热循环泵、太阳能光伏光热板和太阳能蓄热水箱集热入口依次连接。所述的太阳能蓄热水箱中安装有第一温度传感器用于检测水箱温度，太阳能蓄热水箱供暖出水口经第四电磁阀与供水管路连接，太阳能蓄热水箱供暖回水口经第五电磁阀与套管换热器水侧出水口连接，套管换热器水侧回水口与回水管道连接，其中在太阳能蓄热水箱供暖出水口与回水口之间安装第六电磁阀，在套管换热器水侧出水口与回水口之间安装第七电磁阀。在供回水管道分别安装第二温度传感器和第三温度传感器，用于检测供、回水温度。

本发明进一步的改进在于，光伏组件包括控制器、蓄电池和逆变器，太阳光伏电池依次与控制器、蓄电池和逆变器连接，在水箱温度低时，储存在蓄电池中的直流电经过逆变器变成AC220V，供水箱电加热器使用，为供暖系统提供了可靠的保障。

本发明进一步改进在于，在翅片换热器出口端设置了两个四通换向阀。

本发明进一步改进在于，制冷剂经过干燥过滤器后，利用制冷剂对压缩机进行喷液冷却，另为安装经济器，可以使热泵在超低温下实现正常制热。

本发明进一步改进在于，制冷剂从主膨胀阀出来后分成两路，一路进入翅片换热器，一路经入太阳能蓄热水箱制冷剂盘管中。

本发明进一步改进在于，经过压缩机出来的制冷剂分为两路，一路进入翅片换热器，一路经入套管换热器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

空气源热泵在制热模式下，制冷剂可以从翅片换热器吸热的同时，也能从太阳能蓄热水箱中吸热，使液态低温低压制冷剂蒸发成气态，形成太阳能和空气能多能互补热泵系统，极大提高综合能源的利用。

翅片换热器在除霜模式下，空气源热泵依然可以制热，可以实现供暖除霜同时进行。避免了传统逆除霜，在除霜过程中不但不能供暖反而造成室内温度下降的缺陷，可以实现不停机除霜。

本发明利用太阳能蓄热水箱系统，采用补气增焓技术，可实现低温下正常运行。

本发明充分利用太阳能光伏光热技术，在太阳辐射强度较高时，利用太阳能蓄热水箱系统为用户供暖，同时提高光伏发电的效率。在太阳能辐射较低时，可以实现太阳能蓄热水箱系统和空气源热泵供暖系统同时供暖。在没有太阳辐射下，空气源热泵可以单独供暖，在极低温度下，热泵供暖不能满足用户要求时，光伏蓄电池可以加热水箱中水，为空气源热泵做辅助供暖设备。

本发明集空气能、光伏发电和光热与一体的多能互补供暖系统，能够保证空气源热泵在极端天气和除霜模式下稳定供暖。

附图说明

图1为本发明所述的不停机除霜空气源热泵供暖系统的整体结构示意图；

图2为本发明的太阳能蓄热水箱系统供暖模式工作原理图；

图3为本发明太阳能蓄热水箱系统与空气源热泵供暖模式下的工作原理图；

图4为本发明空气源热泵供暖模式下的工作原理图；

图5为本发明在除霜模式下空气源热泵同时供暖的工作原理图；

图中：1压缩机、2第一四通换向阀、3第二四通换向阀、4气液分离器器、5第一单向阀、6喷液电磁阀、7第二单向阀、8套管换热器、9第七电磁阀、10翅片换热器、11集热循环泵、12第三电磁阀、13第五电磁阀、14电加热器、15储液罐、16第六电磁阀、17第一温度传感器、18干燥过滤器、19第四电磁阀、20太阳能蓄热水箱、21第二电磁阀、22太阳能光伏光热板、23光伏组件、24第一电磁阀、25电子膨胀阀、26第四单向阀、27第三单向阀、28主电子膨胀阀、29经济器、30补气电子膨胀阀、31第二温度传感器、32第三温度传感器、a套管换热器制冷剂盘管入口、b套管换热器水侧入口、c套管换热器制冷剂盘管出口、d套管换热器水侧出口、e太阳能蓄热水箱制冷剂盘管入口、f太阳能蓄热水箱集热入口、g太阳能蓄热水箱集热出口、h太阳能蓄热水箱制冷剂盘管出口、i太阳能蓄热水箱供暖出水口，j太阳能蓄热水箱供暖出回水口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细说明。

如图1所示，一种不停机除霜空气源热泵供暖系统主要包括：补气增焓空气源热泵供暖系统和太阳能光伏光热系统。

补气增焓空气源热泵供暖系统包括：压缩机1，压缩机1出口与第一四通换向阀2相连，第一四通换向阀2与第二四通换向阀3相连，第二四通换向阀3与套管换热器制冷剂盘管入口侧a连接，套管换热器制冷剂盘管出口侧c与储液罐15入口连接，储液罐15出口与干燥过滤器18入口连接，干燥过滤器18出口分为三路，第一路经喷液电磁阀6后经过第一单向阀5返回压缩机1，第二路与补气电子膨胀阀30入口连接，补气电子膨胀阀30出口与经济器29入口连接，经济器29出口与第二单向阀7连接后返回压缩机1。最后一路制冷剂经过经济器29后与主电子膨胀阀28入口连接，主电子膨胀阀28出口与第三单向阀27连接，经过第三单向阀27出口后制冷剂分成两路，一路经第一电磁阀24与翅片换热器10入口连接，翅片换热器10出口与第一四通换向阀2入口连接，第一四通换向阀2出口与气液分离器器4入口连接，气液分离器器4出口与压缩机1入口连接形成一个空气源热泵供暖循环。另一路经过第二电磁阀21与太阳能蓄热水箱制冷剂盘管入口e连接，太阳能蓄热水箱制冷剂盘管出口h与经过第三电磁阀12与第二四通换向阀3入口连接，第二四通换向阀3出口与第一四通换向阀2入口连接，第一四通换向阀2出口与气液分离器器4入口连接，气液分离器器4出口与压缩机1入口连接形成一个空气源热泵供暖循环。

太阳能光伏光热系统包括太阳能光伏发电系统和太阳能蓄热水箱系统，太阳能光伏发电系统包括，太阳能光伏组件23，太阳能光伏组件23出口侧连接蓄电池，蓄电池经逆变器转化成交流电220V连接太阳能蓄热水箱电加热器14。太阳能蓄热水箱系统包括，太阳能蓄热水箱20，太阳能蓄热水箱集热出口g与集热循环泵11、太阳能光伏光热板22和太阳能蓄热水箱集热入口f依次连接。所述的太阳能蓄热水箱20中安装有第一温度传感器17用于检测水箱温度，太阳能蓄热水箱供暖出水口i经第四电磁阀19与供水管路连接，太阳能蓄热水箱供暖回水口j经第五电磁阀13与套管换热器水侧出水d连接，套管换热器水侧回水口b端与回水管道连接，其中在太阳能蓄热水箱供暖出水口i与回水口j之间安装第六电磁阀16，在套管换热器水侧出水d与回水b之间安装第七电磁阀9。在供回水管道分别安装第二温度传感器31和第三温度传感器32，用于检测供、回水温度。

本发明进一步的改进在于，光伏组件包括控制器、蓄电池和逆变器，太阳光伏电池依次与控制器、蓄电池和逆变器连接，在水箱温度20低时，储存在蓄电池中的直流电经过逆变器变成AC220V，供水箱电加热器14使用，为供暖系统提供了可靠的保障。

本发明进一步改进在于，在翅片换热器10出口端设置了两个四通换向阀。

本发明进一步改进在于，制冷剂经过干燥过滤器18后，利用制冷剂对压缩机1进行喷液冷却，另为安装经济器29，可以使热泵在超低温下实现正常制热。

本发明进一步改进在于，制冷剂从主电子膨胀阀28出来后分成两路，一路进入翅片换热器10，一路经入太阳能蓄热水箱20制冷剂盘管中。

本发明进一步改进在于，经过压缩机1出来的制冷剂分为两路，一路进入翅片换热器10，一路经入套管换热器8。

以下是太阳能蓄热水箱系统供暖模式、太阳能光伏光热系统与空气源热泵供暖模式、空气源热泵供暖模式、蓄电池加热水箱辅助空气源热泵供暖模式和除霜模式下空气源热泵同时供暖的具体流程。

太阳能光伏光热系统工作模式如图2所示，太阳能光伏光热板22产生的电能储存在光伏组件23的蓄电池中，当太阳能蓄热水箱20温度较低时，蓄电池中直流电经逆变器转变为AC220V，供电加热器14使用。

太阳能光伏光热板22产生的热水通过太阳能蓄热水箱集热进口f进入太阳能蓄热水箱20，太阳能蓄热水箱集热出口g经过集热循环泵11，进入太阳能光伏光热板22加热水，完成太阳能蓄热水箱循环。太阳能供暖循环模式下，水路第四电磁阀19、第五电磁阀13和第七电磁阀9打开，第六电磁阀16关闭，太阳能蓄热水箱中的水被加热后，经过第四电磁阀19完成供暖。

太阳能光伏光热系统与空气源热泵联合供暖模式如图3所示，当太阳辐射强度低时，此时太阳能光伏光热板22全部开始工作，加热太阳能蓄热水箱中的水。同时空气源热泵开启，制冷剂侧的第一电磁阀24、第二电磁阀21和第三电磁阀12打开，压缩机1出口的高温高压制冷剂从第一四通换向阀2的2-4入口进入从2-2出口流出，在经过第二四通换向阀3的入口3-4进入，从3-2出口流出，在套管换热器8中与水换热后，变为低温高压的气液混合态，经过储液罐15、干燥过滤器18为三路，第一路经喷液电磁阀6喷入压缩机1用于冷却压缩机1，第二路通过补气电子膨胀阀30节流降压低温低压液态，在经济器29吸收第三路制冷剂的热量，变成制冷剂气体，最后进入压缩机1中压腔内。主管路中的制冷剂经过经济器29放热后，变为过冷的制冷剂液体，后经过主电子膨胀阀28降压后变成低温低压液态制冷剂。低温低压液态制冷剂分成两路，一路进入翅片换热器10吸收空气能蒸发，另一路经过太阳能蓄热水箱20中的制冷剂盘管吸热蒸发，蒸发后的气态制冷剂通过第二四通换向阀3的3-1到3-3通路与翅片换热器10蒸发的制冷器一同经入第一四通换向阀2的2-1到2-3通路，经过气液分离器器4，进入压缩机1，完成制冷剂循环。

供暖循环中的第四电磁阀19、第五电磁阀13打开，第六电磁阀16、第七电磁阀9关闭，热回水管路的水经过套管换热器8加热后，进入太阳能蓄热水箱20后，最后进入用户供水管道，完成太阳能联合空气源热泵供暖循环。

空气源热泵供暖模式如图4所示，当没有太阳辐照度时，供暖只通过空气源热泵单独供暖，制冷剂管路中的第一电磁阀24打开，第二电磁阀21和第三电磁阀12关闭，低温低压的制冷剂只通过翅片换热器10吸收空气能蒸发。

供暖水路管道中的第四电磁阀19、第五电磁阀13和第七电磁阀9关闭，第六电磁阀打开，此时供暖系统由空气源热泵作为热源，通过套管换热器8加热供暖回路中的水。

除霜模式下空气源热泵同时供暖如图5所示。

除霜模式下，第一四通换向阀2换向通道2-4和2-1连通，2-3与2-2连通，第二四通换向阀3换向3-3与3-2连通，3-1与3-4连通。制冷剂管路中的第一电磁阀24关闭，第二电磁阀21和第三电磁阀12打开。

除霜模式下制冷剂的循环，低温低压的液态制冷剂依次经过第二电磁阀21、太阳能蓄热水箱中20的制冷剂盘管，在太阳能蓄热水箱20中吸热蒸发、经过第三电磁阀12、第二四通换向阀3、第一四通换向阀2、气液分离器器4进入压缩机1，变成高温高压的气态制冷剂，之后通过第一四通换向阀2分成两路，一路进入翅片换热器10，高温高压的制冷剂通过冷凝放热，将翅片换热器10表面的霜层融化，经过电子膨胀阀25节流降压，变成低温低压液态制冷剂，完成除霜制冷剂循环。

除霜同时热泵制热，制冷剂循环，压缩机1出来的高温高压气态制冷剂第二路进入依次经过第一四通换向阀2、第二四通换向阀3、进入套管换热器8冷凝放热后，依次经过储液罐15、干燥过滤器18分成三路，第一路经喷液电磁阀喷入压缩机1用于冷却压缩机1，第二路通过补气电子膨胀阀30节流降压低温低压液态，在经济器29吸收第三路制冷剂的热量，变成制冷剂气体，最后进入压缩机1中压腔内。主管路中的制冷剂经过经济器29放热后，变为过冷的制冷剂液体，后经过主电子膨胀阀28降压后变成低温低压液态制冷剂，完成供暖制冷剂循环。

此过程供暖循环管路中，第四电磁阀19和第五电磁阀13关闭，第六电磁阀16和第七电磁阀9打开，可实现空气源热泵依然为用户供暖。

此过程中，太阳能光伏光热板22，光热循环开启，加热太阳能蓄热水箱20的水，为低温低压制冷剂蒸发提供热源。同时光伏环路为电加热器14提供电能，作为辅助能源加热水箱中的水。

此过程可以不仅能为翅片换热器除霜，同时空气源热泵也能供暖，能够实现不停机供暖除霜的过程，避免了传统逆除霜不能供暖的缺陷。同时利用了太阳能，可以实现能源的综合互补利用。

Claims (6)

1.一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，包括补气增焓空气源热泵供暖系统和太阳能光伏光热系统：其中，

补气增焓空气源热泵供暖系统包括：压缩机，压缩机出口与第一四通换向阀相连，第一四通换向阀与第二四通换相连，第二四通换向阀与套管换热器制冷剂盘管入口侧连接，套管换热器制冷剂盘管出口侧与储液罐入口连接，储液罐出口与干燥过滤器入口连接，干燥过滤器出口分为三路，第一路经喷液电磁阀后经过第一单向阀返回压缩机，第二路与补气电子膨胀阀入口连接，补气电子膨胀阀出口与经济器入口连接，经济器出口与第二单向阀连接后返回压缩机；最后一路制冷剂经过经济器后与主电子膨胀阀入口连接，主电子膨胀阀出口与第三单向阀连接，经过第三单向阀出口后制冷剂分成两路，一路经第一电磁阀与翅片换热器入口连接，翅片换热器出口与第一四通换向阀入口连接，第一四通换向阀出口与气液分离器器入口连接，气液分离器出口与压缩机入口连接形成一个空气源热泵供暖循环；另一路经过第二电磁阀与太阳能蓄热水箱制冷剂盘管入口连接，太阳能蓄热水箱制冷剂盘管出口与经过第三电磁阀与第二四通换向阀入口连接，第二四通换向阀出口与第一四通换向阀入口连接，第一四通换向阀出口与气液分离器入口连接，气液分离器出口与压缩机入口连接形成一个空气源热泵供暖循环；

太阳能光伏光热系统包括太阳能光伏发电系统和太阳能集热系统，太阳能光伏发电系统包括，太阳能光伏组件，太阳能光伏组件出口侧连接蓄电池，蓄电池经逆变器转化成交流电220V连接太阳能蓄热水箱电加热器；太阳能集热系统包括，太阳能蓄热水箱，太阳能蓄热水箱的集热出口与集热循环泵、太阳能光伏光热板和太阳能蓄热水箱集热入口依次连接；所述的太阳能蓄热水箱中安装有第一温度传感器用于检测水箱温度，太阳能蓄热水箱供暖出水口经第四电磁阀与供水管路连接，太阳能蓄热水箱供暖回水口经第五电磁阀与套管换热器水侧出水连接，套管换热器水侧回水口与回水管道连接，其中在太阳能蓄热水箱供暖出水口与回水口之间安装第六电磁阀，在套管换热器水侧出水口与回水口安装第七电磁阀；在供回水管道分别安装第二温度传感器和第三温度传感器，用于检测供、回水温度。

2.根据权利要求1所述的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，光伏组件包括控制器、蓄电池和逆变器，太阳光伏电池依次与控制器、蓄电池和逆变器连接，在水箱温度低时，储存在蓄电池中的直流电经过逆变器变成AC220V，供水箱电加热器使用。

3.根据权利要求1所述的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，在翅片换热器出口端设置了两个四通换向阀。

4.根据权利要求1所述的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，制冷剂经过干燥过滤器后，利用制冷剂对压缩机进行喷液冷却。

5.根据权利要求1所述的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，制冷剂从主膨胀阀出来后分成两路，一路进入翅片换热器，一路经入太阳能蓄热水箱制冷剂盘管中。

6.根据权利要求1所述的一种不停机除霜空气源热泵供暖系统，其特征在于，经过压缩机出来的制冷剂分为两路，一路进入翅片换热器，一路经入套管换热器。

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