CN114704893B - 一种多源协同的热泵集成系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种多源协同的热泵集成系统,其太阳能辐射制冷模块能够将天空辐射制冷的冷量储存至储能罐,或利用太阳能辐射制冷模块集热并向储能罐蓄热;室外空气换热器则能将其蓄冷的冷能通过热管传热储存至储能罐;换向阀组用于切换系统中的不同回路,以根据不同的气候条件,选择太阳能辐射制冷模块蓄冷/集热、室外空气换热器的空气源蓄冷及空气源制冷、储能罐的储能制冷或制热。上述热泵集成系统能够在制冷模式下借助室外空气换热器和太阳能辐射制冷模块储存在储能罐的冷能降低冷媒的冷凝温度,借助太阳能辐射制冷模块的光热及储能罐的蓄热提高冷媒的蒸发温度,显著提高系统效率。

Description

一种多源协同的热泵集成系统
技术领域
本申请涉及热泵领域,特别涉及一种多源协同的热泵集成系统。
背景技术
随着全面建设小康社会的逐步推进,现代化建设事业的迅猛发展,我国建筑能耗逐年上升,能耗总量在中国能源消费总量中的份额逐渐接近三成,其中采暖、空调能耗所占比例过半。因此提高热泵制冷和供暖效率对我国建筑节能和环境保护有着重要意义。传统空气源热泵在制热模式下,工质在室内换热器冷凝放热,在室外换热器蒸发吸热,存在环境温度低,冷媒室外蒸发换热温度低,工质难以充分蒸发,导致热泵制热效率较低的问题;热泵在制冷模式下,工质在室内换热器蒸发吸热,在室外换热器冷凝放热,存在室外环境温度高,冷凝换热温度较高,工质难以充分冷凝,导致热泵制冷效率低的问题。
因此,如何提高热泵效率成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种多源协同的热泵集成系统,该热泵集成系统能够显著提高制冷效率和制热效率。
为实现上述目的,本申请提供一种多源协同的热泵集成系统,包括压缩机、四通阀、室内空气换热器、节流阀、室外空气换热器、太阳能辐射制冷模块和储能罐,所述四通阀的E、S和D接口分别连接所述室内空气换热器的A接口、所述压缩机的进口及出口,所述储能罐的安装海拔低于所述室外空气换热器和所述太阳能辐射制冷模块;
所述太阳能辐射制冷模块和所述储能罐二者串接于所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,所述四通阀的C接口连接有延伸导通至所述节流阀和所述太阳能辐射制冷模块之间的循环支管,以实现将所述太阳能辐射制冷模块的集热的热量或天空辐射制冷的冷量储存至所述储能罐;
所述室外空气换热器与所述储能罐并联于所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,且所述室外空气换热器和所述储能罐用于在二者连通时将所述室外空气换热器获得的冷能通过热管传热储存至所述储能罐;
还包括换向阀组,所述换向阀组用于将所述室外空气换热器和所述储能罐之一切换连接至所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,并用于将所述太阳能辐射制冷模块和所述储能罐二者切换连接至所述四通阀的C接口和所述节流阀之间。
可选地,所述换向阀组包括三通阀一、三通阀二、三通阀三、截止阀一和截止阀二;
所述三通阀一分别连接所述节流阀、所述太阳能辐射制冷模块的入口和所述四通阀的C接口;
所述三通阀二分别连接所述四通阀的C接口、所述储能罐的出口和所述室外空气换热器的X接口;
所述三通阀三分别连接所述太阳能辐射制冷模块的出口、所述储能罐的入口和室外空气换热器的Y接口;
所述室外空气换热器的Y接口和所述三通阀三之间连接支管一,所述三通阀一和所述太阳能辐射制冷模块的入口之间连接支管二,所述支管一和所述支管二通过交汇节点连通;
所述截止阀一设于所述交汇节点与所述室外空气换热器的Y接口之间,所述截止阀二设于所述交汇节点与所述太阳能辐射制冷模块的入口之间。
可选地,所述太阳能辐射制冷模块包括框架及保温层、集热铜管、太阳能辐射冷板和聚乙烯薄膜;
所述框架及保温层包括底板和侧板,所述聚乙烯薄膜设于所述侧板顶部,所述太阳能辐射冷板贴合设于所述底板上方,所述太阳能辐射冷板和所述聚乙烯薄膜之间形成空气夹层,所述集热铜管贴合设于所述太阳能辐射冷板的底部且连接所述截止阀二和所述三通阀三。
可选地,所述框架及保温层的端部设有控制所述空气夹层与外界导通或隔离的开合栅板。
可选地,所述太阳能辐射冷板包括自上至下依次设置的透明TPT、热胶膜层一、光伏电池、黑色TPT、热胶膜层二和电池基板。
可选地,所述集热铜管焊接于所述太阳能辐射冷板的底部。
可选地,还包括用于分别检测环境温度、所述太阳能辐射制冷模块的温度、所述储能罐的内部温度的温度检测模块,以及与所述温度检测模块、所述三通阀一、所述三通阀二、所述三通阀三、所述截止阀一和所述截止阀二连接的控制模块。
可选地,所述太阳能辐射制冷模块设置为多组,或,所述室内空气换热器并联设置多组。
可选地,所述压缩机的进口和所述四通阀的S接口之间设有气液分离器。
上述多源协同的热泵集成系统工作原理如下:
制冷模式:夜间换向阀组切换连通室外空气换热器和储能罐,工质在室外空气换热器和储能罐以及连接两者的系统管路内形成被动的分离式热管传热循环,实现室外空气换热器向储能罐蓄冷;室外空气换热器和储能罐循环难以维持有效的热管传热时,利用换向阀组切换,经循环支管和系统管路连通太阳能辐射制冷模块和储能罐,工质在储能罐、太阳能辐射制冷模块以及连接两者的系统管路内形成新的分离式热管传热循环,将太阳能辐射制冷模块通过天空辐射制冷获得更低温度的冷量输送至储能罐。热泵运行制冷时,换向阀组切换,利用储能罐或室外空气换热器充当冷凝器,降低冷媒的冷凝温度,提高制冷效率,且储能罐的设置弥补了与热泵结合时天空辐射制冷功率不足的缺陷。
制热模式:日间太阳能辐射达到一定强度时,太阳能辐射制冷模块利用太阳能集热,热泵制热循环过程中,以太阳能辐射制冷模块为蒸发器,以太阳能为热源运行的同时,加热储能罐中的防冻液;还可通过换向阀组换向,将储能罐连接在四通阀的C接口和节流阀之间,以储能罐为蒸发器,相对传统的空气源换热而言,提高了冷媒的蒸发温度,进而提高了系统效率,储能罐的设置弥补了与热泵结合时太阳辐射不足时的蒸发换热需求。
本申请的有益技术效果体现在以下方面:
(1)本申请将空气源热泵技术、热管被动传热技术、太阳能光电和光热转化技术、天空辐射制冷技术集于一体,实现了三种清洁能源的科学协同利用,弥补了与热泵结合时太阳能稳定性不够以及辐射制冷功率不足的缺陷,相较于传统空气源热泵优化了制冷和制热的循环工况,显著提高了制冷和供暖效率。
(2)本申请能够实现全年运行,太阳能辐射制冷模块还可设置电池板,在高效制冷、供暖的同时辅助供应电力,有效缩短了系统投资回收期;在日间辐照不足时或在夜间利用蓄电或电网为热泵系统运行供电,还可利用储能罐储热、储冷或备用空气源维持热泵运行,大幅提升了热泵系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的多源协同的热泵集成系统的系统图;
图2为图1中太阳能辐射制冷模块的示意图;
图3为太阳能辐射制冷模块的横截面图;
图4为图3的A部放大图。
其中:
1-太阳能辐射制冷模块、2-室外空气换热器、3-节流阀、4-室内空气换热器、5-储能罐、6-气液分离器、7-四通阀、8-压缩机、9-三通阀一、10-三通阀二、11-三通阀三、12-截止阀一、13-截止阀二、14-光伏电池、15-集热铜管、16-框架及保温层、17-聚乙烯薄膜、18-空气夹层、19-透明TPT、20-黑色TPT、21-电池基板、22-热胶膜层一、23-热胶膜层二、24-支管一、25-支管二、26-循环支管。
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、完整地描述,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。基于本申请中的实施例,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。
本申请将空气源热泵技术、热管被动传热技术、太阳能光电和光热转化技术、天空辐射制冷技术集于一体,实现了三种清洁能源的科学协同利用,提高热泵集成系统的运行效率。
其中,太阳能辐射制冷模块1主要应用天空辐射制冷技术制冷、太阳能光热转化技术集热,还可根据需要集成光伏电池14也即太阳能光电转化技术发电。天空辐射制冷是一种可以在不消耗任何外部能量情况下进行被动、高效、可持续地获取低温冷量的制冷方式,辐射制冷表面整体的制冷效率较低,且只具备单一的制冷功能,限制了其在独立使用时的经济性。本申请中的太阳能辐射制冷模块1能够在日间依靠0.2-3μm 波段的高吸收率实现硅电池的光电转换和光热转换,夜间依靠8-13μm 波段的高发射率实现辐射制冷,并依靠在3-8μm和13μm以上的波段的低吸收率降低集热和冷损失,通过日间光电光热转换和夜间辐射制冷的集成获得了较高的经济性。
重力热管是一种具有极高导热性能的传热元件,具有传热效率高、结构紧凑、流体组损小等优点。而分离式热管则进一步将蒸汽和液体的流动通道分离开,在提高热管传热距离的同时优化了传热能力,其独特的环路状的热管结构具有和热泵循环相结合的良好潜力,本申请的另一要点就是在太阳能辐射制冷模块1和储能罐5之间、室外空气换热器2与储能罐5之间分别构建形成被动的分离式热管传热循环,实现储能罐5蓄冷或蓄热。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案,下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
请参考图1至图4,图1为本申请实施例所提供的多源协同的热泵集成系统的系统图,图2为图1中太阳能辐射制冷模块1的示意图,图3为太阳能辐射制冷模块1的横截面图,图4为图3的A部放大图。图1中,d表示支管一24和支管二25连通的交汇节点;A和B表示室内空气换热器4的两个接口;X和Y分别表示室外空气换热器2的两个接口;S、C、D和E分别表示四通阀的四个接口,a1、b1、c1表示三通阀一9的三个接口;a2、b2、c2表示三通阀二10的三个接口;a3、b3、c3表示三通阀三11的三个接口。
实施例1
参见图1,多源协同的热泵集成系统包括太阳能辐射制冷模块1、室外空气换热器2、室内空气换热器4、储能罐5、四通阀7、压缩机8、节流阀3。四通阀7的E接口连接室内空气换热器4的A接口,四通阀7的S接口连接压缩机8的进口、四通阀7的D接口连接压缩机8的出口、室内空气换热器4的B接口连接节流阀3的第一端,四通阀的C接口和节流阀3的第二端之间串接太阳能辐射制冷模块1和储能罐5,且四通阀的C接口和节流阀3的第二端之间还连接循环支管26,储能罐5和室外空气换热器2并联连接在节流阀3的第二端和四通阀的C接口之间,换向阀组能够将室外空气换热器2、储能罐5二者之一切换连接在节流阀3的第二端和四通阀的C接口之间,同时能够将太阳能辐射制冷模块1和储能罐5二者整体串接在节流阀3的第二端和四通阀的C接口之间。压缩机8的进口和四通阀7的S接口之间可根据需要设置气液分离器6。而且储能罐5的安装位置要低于室外空气换热器2和太阳能辐射制冷模块1。
具体而言,换向阀组包括三通阀一9、三通阀二10、三通阀三11、截止阀一12和截止阀二13。三通阀一9的a1接口连接节流阀3的第二端、三通阀一9的b1接口连接四通阀的C接口、三通阀一9的c1接口太阳能辐射制冷模块1的入口;三通阀二10的a2接口连接四通阀的C接口、三通阀二10的b2接口连接储能罐5的出口、三通阀二10的c2接口室外空气换热器2的X接口;三通阀三11的a3接口连接室外空气换热器2的Y接口、三通阀三11的b3接口连接储能罐5的入口、三通阀三11的c3接口连接太阳能辐射制冷模块1的出口。室外空气换热器2的入口和三通阀三11之间连接支管一24,太阳能辐射制冷模块1的入口和节流阀3的第二端之间连接支管二25,支管二25和支管一24通过交汇节点d导通,交汇节点和室外空气换热器2的Y接口之间设置截止阀一12,交汇节点d和太阳能辐射制冷模块1之间连接截止阀二13。
参见图2和图3,所述太阳能辐射制冷模块1主要由框架及保温层16、6微米的聚乙烯薄膜17、空气流道、集热铜管15和太阳能辐射冷板。框架及保温层16包括底板和侧板,聚乙烯薄膜17连接在侧板的顶部,太阳能辐射冷板贴合设置在底板上方,从而和聚乙烯薄膜17之间形成空气夹层18,集热铜管15贴合设置在太阳能辐射冷板的底部并固定在底板下面。太阳能辐射冷板集成配合聚乙烯薄膜17实现天空辐射制冷,同时太阳能辐射冷板集成光伏电池14,太阳能光伏冷板由透明TPT19、热胶膜层一22、光伏电池14、黑色TPT20、热胶膜层二23和电池基板21层叠而成;集热铜管15焊接在太阳能辐射冷板的底部并用来集热,介质或冷媒从集热铜管15内流过实现换热。
框架及保温层16的端部设置开合栅板,开合栅板通过开合控制空气夹层18与外源空气隔离或导通,使太阳能辐射制冷模块1可以在白天无需集热时实现光伏电池14的被动散热以保证其光电性能,或在傍晚由集热向制冷功能转换时起到快速散热的作用。还包括控制模块和温度检测模块,温度检测模块用以检测环境温度、储能罐5的内部温度以及太阳能辐射制冷模块1的温度,控制模块则根据温度检测模块检测的温度控制换向阀组切换。
上述多源协同的热泵集成系统运行原理如下:
在夏季,以日间气温大致为30-38℃,夜间温度降至24-30℃晴朗气候条件为例,傍晚时太阳能辐射制冷模块1的空气夹层18关闭,进入天空辐射制冷预冷状态。在夜间环境温度较低时,三通阀二10的b2接口和c2接口连通、和三通阀三11的a3接口和b3接口连通,截止阀一12开启,其它阀门保持关闭状态,工质在室外空气换热器2、储能罐5以及连接两者的系统管路内形成被动的分离式热管传热循环,首先将夜间低温空气源的冷量输送至储能罐5中储存。当储能罐5中防冻液的温度降低至27-32℃,室外空气换热器2和储能罐5循环间难以维持有效的热管传热时,三通阀一9的b1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和b2接口连通、三通阀三11的b3和c3接口连通,截止阀一12关闭,截止阀二13打开,工质在太阳能辐射制冷模块1、储能罐5以及连接两者的系统管路内形成新的分离式热管传热循环,将太阳能辐射制冷模块1通过天空辐射制冷获得的17-20℃的更低温度的冷量输送至储能罐5,该过程持续至次日早晨,最终将储能罐5中的防冻液的温度降低至22-25℃,完成热泵集成系统的被动蓄冷。
在次日的日间,太阳能辐射制冷模块1的空气夹层18打开以实现光伏散热。当太阳辐照强度高于300-400 W/m2,光伏电池14供电可满足热泵运行需求时,直接由光伏供电驱动热泵集成系统的压缩机8运行。当太阳辐照强度低于300-400 W/m2,光伏供电不能满足热泵运行需求时,由电网驱动热泵压缩机8运行,少量的光伏供电则由蓄电池储存或输出至电网。当储能罐5的温度低于室外空气的温度时,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2和b2接口连通、三通阀三11的a3和b3接口连通,其余阀门关闭,热泵循环以储能罐5的盘管作为冷凝器;当储能罐5的温度高于室外空气的温度时,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2和c2接口连通,截止阀一12打开,其余阀门关闭,热泵循环以室外空气换热器2作为冷凝器,由此便可基于储能罐5中的低温冷源和空气源的协同利用实现高效制冷。
在冬季,太阳能辐射制冷模块1的空气夹层18在日间关闭以实现集热和光伏供电,在夜间打开以避免积蓄天空辐射制冷产生的多余冷量。当日间太阳辐照强度高于300-500W/m2,光伏供电和太阳能集热可同时满足热泵集成系统运行需求时,由光伏供电驱动热泵压缩机8运行,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和b2接口连通,三通阀三11的b3接口和c3接口连通,截止阀一12关闭,截止阀二13打开,热泵制热循环以太阳能辐射制冷模块1为蒸发器,以太阳能为热源运行的同时,加热储能罐5中的防冻液,实现同步蓄热。
当太阳辐照强度低于300-500W/m2,储能罐5的热量足够,而光伏供电不能满足热泵运行需求时,由电网驱动热泵压缩机8运行,少量的光伏供电则由蓄电池储存或输出至电网,此时三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和b2接口连通、三通阀三11的a3接口和b3接口连通,截止阀一12和截止阀二13关闭,以储能罐5内的储热盘管作为热泵制热循环的蒸发器,利用储热维持高效供暖;若太阳辐照强度低于300-500W/m2而储能罐5的热量又不足时,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和c2接口,截止阀一12打开,其余阀门关闭,使用室外空气换热器2为热泵循环的备用蒸发器。
以上换向阀组的切换功能的实现可由控制模块根据温度检测模块检测的温度控制,制热模式下将太阳能辐射制冷模块1、储能罐5及室外空气换热器2三者温度较高的接入节流阀3和四通阀的C接口之间充当蒸发器,制冷模式下将储能罐5及室外空气换热器2中温度较低者接入节流阀3和四通阀的C接口之间充当冷凝器;需要说明的是,当太阳能辐射制冷模块1充当蒸发器时,太阳能辐射制冷模块1和储能罐5同时串接在节流阀3和四通阀的C接口之间。此外,亦可以由控制模块根据运行经验定时控制换向阀组切换或根据天气状况如光照强度等控制换向阀组切换,此处不再赘述。
实施例2
本实施例将太阳能辐射制冷模块1(PV/T-RC)改为无发电功能的光热辐射制冷模块(PT-RC),即取缔太阳能辐射制冷模块1中的光伏电池14及其配套的蓄电池和逆变器,其余的装置和结构不变,热泵集成系统将完全依靠电网供电运行。
在夏季,除热泵系统完全依靠电网供电运行外,系统的运行方式和与实施例一致,且日间太阳能辐射制冷模块1的空气夹层18打开散热,处于闲置状态。
在冬季,空气夹层18在日间关闭以实现集热,在夜间打开以避免积蓄天空辐射制冷产生的多余冷量。当日间太阳辐照强度高于300-400 W/m2,太阳能集热可同时满足热泵运行需求时,由电网供电驱动热泵压缩机8运行,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和b2接口连通、三通阀三11的b3接口和c3接口连通,截止阀一12关闭,截止阀二13打开,热泵制热循环以太阳能辐射制冷模块1为蒸发器,以太阳能为热源运行的同时,加热储能罐5中的防冻液,实现同步蓄热。
当太阳辐照强度低于300-400W/m2,且储能罐5的热量足够时,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和b2接口连通、三通阀三11的a3接口和b3接口连通,截止阀一12和截止阀二13关闭,以储热罐的盘管作为热泵制热循环的蒸发器,利用储热维持高效供暖。若太阳辐照强度低于300 W/m2而储能罐5的热量又不足时,三通阀一9的a1接口和c1接口连通、三通阀二10的a2接口和c2接口连通,截止阀一12打开,其余阀门关闭,使用室外空气换热器2为热泵循环的备用蒸发器。
相比于实施例1,虽然实施例2中热泵系统的全年运行能效和装置利用率略低,但系统结构、制作工艺和系统控制更为简单,降低了初投资,也提升了系统运行的可靠性,在市场化推广方面有一定优势。
实施例3
本实施例中,太阳能辐射制冷模块1可串联或并联设置多组,以提高室内空气换热器4的制冷或制热功率;室内空气换热器4同样可根据需要并联设置多组,利用本申请的室外换热器、太阳能辐射制冷模块1及储能罐5拖带多个房间内的室内空气换热器4制冷或制热,其它部分参照实施例1和实施例2。此外,节流阀3和三通阀一9的a1接口之间可根据需要设置储液器,此处不再赘述。
需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序;实施例1和实施2表述换向阀组的对应阀门切换的“上、下、左、右”等方位词均以图1为参考。
以上对本申请所提供的多源协同的热泵集成系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多源协同的热泵集成系统,其特征在于,包括压缩机、四通阀、室内空气换热器、节流阀、室外空气换热器、太阳能辐射制冷模块和储能罐,所述四通阀的E、S和D接口分别连接所述室内空气换热器的A接口、所述压缩机的进口及出口,所述储能罐的安装海拔低于所述室外空气换热器和所述太阳能辐射制冷模块;
所述太阳能辐射制冷模块和所述储能罐二者串接于所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,所述四通阀的C接口连接有延伸导通至所述节流阀和所述太阳能辐射制冷模块之间的循环支管,以实现将所述太阳能辐射制冷模块的集热的热量或天空辐射制冷的冷量储存至所述储能罐;
所述室外空气换热器与所述储能罐并联于所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,且所述室外空气换热器和所述储能罐用于在二者连通时将所述室外空气换热器获得的冷能通过热管传热储存至所述储能罐;
还包括换向阀组、控制模块和温度检测模块,所述换向阀组用于将所述室外空气换热器和所述储能罐之一切换连接至所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,并用于将所述太阳能辐射制冷模块和所述储能罐二者切换连接至所述四通阀的C接口和所述节流阀之间;
所述温度检测模块用于分别检测环境温度、所述太阳能辐射制冷模块的温度和所述储能罐的内部温度;所述控制模块用于根据所述温度检测模块检测的温度控制所述换向阀组的切换,制热模式下将所述太阳能辐射制冷模块、所述储能罐及所述室外空气换热器三者温度较高的接入所述节流阀和所述四通阀的C接口之间充当蒸发器,制冷模式下将所述储能罐及所述室外空气换热器中温度较低者接入所述节流阀和所述四通阀的C接口之间充当冷凝器;
所述换向阀组包括三通阀一、三通阀二、三通阀三、截止阀一和截止阀二;
所述三通阀一分别连接所述节流阀、所述太阳能辐射制冷模块的入口和所述四通阀的C接口;
所述三通阀二分别连接所述四通阀的C接口、所述储能罐的出口和所述室外空气换热器的X接口;
所述三通阀三分别连接所述太阳能辐射制冷模块的出口、所述储能罐的入口和室外空气换热器的Y接口;
所述室外空气换热器的Y接口和所述三通阀三之间连接支管一,所述三通阀一和所述太阳能辐射制冷模块的入口之间连接支管二,所述支管一和所述支管二通过交汇节点连通;
所述截止阀一设于所述交汇节点与所述室外空气换热器的Y接口之间,所述截止阀二设于所述交汇节点与所述太阳能辐射制冷模块的入口之间;
所述控制模块与所述温度检测模块、所述三通阀一、所述三通阀二、所述三通阀三、所述截止阀一和所述截止阀二连接;
在夜间,所述换向阀组连通所述室外空气换热器和所述储能罐,工质在所述室外空气换热器和所述储能罐以及连接两者的第一系统管路内形成被动的分离式热管传热循环,实现所述室外空气换热器向所述储能罐蓄冷;所述室外空气换热器和所述储能罐循环难以维持有效的热管传热时,利用所述换向阀组切换,经所述循环支管和所述第一系统管路连通所述太阳能辐射制冷模块和所述储能罐,工质在所述储能罐、所述太阳能辐射制冷模块以及连接两者的第二系统管路内形成新的分离式热管传热循环,将所述太阳能辐射制冷模块通过天空辐射制冷获得更低温度的冷量输送至所述储能罐;在运行制冷时,所述换向阀组切换,利用所述储能罐或所述室外空气换热器充当冷凝器,以降低冷媒的冷凝温度;
当日间太阳能辐射达到一定强度时,所述太阳能辐射制冷模块利用太阳能集热,在制热循环过程中,以所述太阳能辐射制冷模块为蒸发器,以太阳能为热源运行的同时,加热所述储能罐中的防冻液;还可通过所述换向阀组换向,将所述储能罐连接在所述四通阀的C接口和所述节流阀之间,以所述储能罐为蒸发器,提高冷媒的蒸发温度。
2.根据权利要求1所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述太阳能辐射制冷模块包括框架及保温层、集热铜管、太阳能辐射冷板和聚乙烯薄膜;
所述框架及保温层包括底板和侧板,所述聚乙烯薄膜设于所述侧板顶部,所述太阳能辐射冷板贴合设于所述底板上方,所述太阳能辐射冷板和所述聚乙烯薄膜之间形成空气夹层,所述集热铜管贴合设于所述太阳能辐射冷板的底部且连接所述截止阀二和所述三通阀三。
3.根据权利要求2所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述框架及保温层的端部设有控制所述空气夹层与外界导通或隔离的开合栅板。
4.根据权利要求2或3所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述太阳能辐射冷板包括自上至下依次设置的透明TPT、热胶膜层一、光伏电池、黑色TPT、热胶膜层二和电池基板。
5.根据权利要求4所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述集热铜管焊接于所述太阳能辐射冷板的底部。
6.根据权利要求1-3任一项所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述太阳能辐射制冷模块设置为多组,或,所述室内空气换热器并联设置多组。
7.根据权利要求1所述的多源协同的热泵集成系统,其特征在于,所述压缩机的进口和所述四通阀的S接口之间设有气液分离器。
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AR056577A1 (es) * 2006-10-10 2007-10-10 Consejo Nac Invest Cient Tec Techo solar
CN101726134A (zh) * 2008-11-03 2010-06-09 苏庆泉 压缩式供热系统以及供热方法
CN201547873U (zh) * 2009-11-24 2010-08-11 青岛理工大学 基于相变储热的太阳能和低谷电混合采暖装置
CN103216895A (zh) * 2013-04-17 2013-07-24 华北科技学院 一种空气源热泵辅助太阳能综合供暖空调系统
KR102362508B1 (ko) * 2017-05-19 2022-02-15 한국기계연구원 복합 집열기 적용 하이브리드 히트펌프 시스템의 제어 시스템
CN211233408U (zh) * 2019-12-24 2020-08-11 上海柏晟能源科技有限公司 一种太阳能集热器
CN111335493A (zh) * 2020-03-06 2020-06-26 河南五方合创建筑设计有限公司 建筑一体化光伏保温板
CN114093971B (zh) * 2021-10-22 2024-03-19 华南理工大学 太阳能集热与被动式冷却协同的冷热电联产系统及方法

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