CN201555394U - 一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统 - Google Patents

一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成,太阳能集热装置通过换热器分别于饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。该装置将太阳能和地热能综合利用,为公共建筑物提供采暖、供冷、生活热水以及对饮用水进行预热,同时通过控制器进行自动模糊控制,从而可以在环保的基础上实现高效节能。

Description

一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,主要应用在夏热冬冷地区。
背景技术
[0002] 地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能 交换系统、建筑物内系统和控制系统组成的空调系统,地源热泵系统作为可再生能源应用 的主要途径之一,具有良好的节能与环境效益,正受到越来越多的重视。太阳能是取之不 尽用之不竭的绿色能源,作为一种可再生的新能源,也越来越引起人们的关注并大力推广。 地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同,分为地埋管地源热泵系统(简称地埋管系 统,也称地耦合系统或土壤源地源热泵系统)、地下水地源热泵系统(简称地下水系统)和 地表水地源热泵系统(简称地表水系统)。进入二十一世纪,能源紧缺已经成为各国经济发 展的世界性难题,为了解决能源短缺及由此带来的环境污染问题,近年越来越重视可再生 资源的开发与利用。目前,利用太阳能热水器为建筑物提供供暖和生活热水的技术,利用地 热能为建筑物空调系统提供冷热源的技术,但两者的结合利用技术,目前都不是很完善,不 能做到充分利用可再生资源。
实用新型内容
[0003] 针对现有技术缺陷,本实用新型提出一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系 统,通过综合利用可再生资源,解决公共建筑物的采暖、供冷、生活热水以及饮用水问题。
[0004] 一种居住建筑用太阳能_地源热泵集成系统,由太阳能集热装置、饮用水系统、生 活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成,太阳能集热装置通过换热器 分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
[0005] 所述的太阳能集热装置由太阳能集热器、温度变送器、太阳能热水循环泵及蓄热 水箱组成,温度变送器分别安装在太阳能集热装器出水口和蓄热水箱上,太阳能集热器、太 阳能热水循环泵与蓄热水箱之间通过管道连接。
[0006] 所述的饮用水系统由饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水温度变送器、饮 用水系统压力变送器、饮用水循环泵、热水锅炉及饮用水补水装置组成,饮用水温度变送 器、饮用水压力变送器安装在板式换热器二次热源侧,饮用水系统换热循环泵、板式换热 器、饮用水循环泵和热水锅炉之间通过管道连接。
[0007] 所述的生活热水系统由生活热水系统换热循环泵、板式换热器、温度变送器、压力 变送器、生活热水循环泵和生活热水用户组成,温度变送器、压力变送器安装在板式换热器 二次热源侧,换热循环泵、板式换热器和生活热水循环泵之间通过管道连接。
[0008] 所述的控制系统由数据采集装置、中央控制器、数据显示处理器、电源单元和 模糊控制单元组成:数据采集装置由温度变送器、湿度变送器和压力变送器组成,采用 (Γΐ0ν/Γ20ΜΑ标准信号;中央控制器由CPU模块或单片机及其辅助模块组成,辅助模块包括电源模块、输入模块以及输出模块等,通过连接电缆与CPU模块或单片机连接;数据显示处理器由触摸屏或嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口和打印机组成,触摸屏或嵌入 式一体化工控机通过通讯口与中央控制器相连,存储设备为硬盘,打印机通过打印机电缆 与嵌入式一体化工控机的USB接口连接;模糊控制单元由模糊控制软件组成,模糊控制软 件嵌入在中央控制器中。
[0009] 所述的地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵、板式换热器、制冷机、冷冻水循 环泵、空调用户、地源水循环泵、冷冻系统出水和回水温度变送器、冷冻出水和回水流量变 送器、冷冻系统出水和回水压力变送器以及控制阀组成,太阳能系统通过板式换热器与冷 冻系统连接,并过各控制阀实现转换控制,地源水循环泵连接于冷却系统。
[0010] 饮用水系统通过换热循环泵来加热饮用水。换热循环泵根据水温及压力控制启 停,饮用水循环泵根据系统水量随时开启,将常温的自来水通过板式换热器加温后,给热水 锅炉补水,从而减少热水锅炉的开启时间,达到节能的目的。
[0011] 生活热水系统通过换热循环泵来供给用户生活热水。换热循环根据水温及压力控 制启停,生活热水循环泵根据用户需要随时开启,供给用户使用。
[0012] 控制系统采用现代模糊控制技术进行自动控制,进行高效节能。通过采集装置实 时采集系统的温度、流量、压力等参数,松岛中央控制器进行模糊运算处理,确定输出最优 控制值来控制系统泵的运行。
[0013] 数据显示处理器可以实时显示系统的各项参数和进行操作控制。冬季热水循环根 据水温控制启停。空调系统分冬、夏季制热制冷运行。夏季制冷时,通过阀门转换,地源水连 接制冷机冷凝器,蒸发器接空调用户系统,从而将室内的热量转移到地下,取低温的土壤或 地下水源作为空调系统冷却水源,从而达到制冷的效果。冬季供暖时,首先通过阀门转换, 将地源连接制冷机蒸发器,空调用户系统及太阳能换热连接于制冷机冷凝器。当太阳能热 水足够高时,可单独采用太阳能供热;一般情况,空调系统从电能驱动的水源中央空调主机 (热泵)中提取部分热能负荷,根据供暖水温和太阳能的实际水温进行比较,通过阀门的自 动切换,使从空调主机的送出的热水经过太阳能换热系统,使系统温度再次提高,然后送出 高温热源,以满足用户供热需求,启动太阳能集热装置,辅助供热设施运行,太阳能承担部 分负荷,可节约空调主机电能能耗。
附图说明
[0014] 图1是本实用新型的结构示意图。 具体实施方式
[0015] 本实用新型的结构如图1所示,装置由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系 统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成,太阳能集热装置通过换热器分别与饮 用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
[0016] 太阳能集热装置由太阳能集热器A、温度变送器(Tl、T2)、太阳能热水循环泵1及 蓄热水箱B组成,温度变送器Tl、T2分别安装在太阳能集热器A出水口和蓄热水箱B上,太 阳能集热器Α、热水循环泵1与蓄热水箱B之间通过输水管道连接。其中太阳能集热器A的 数量根据建筑物面积选择。太阳能集热器A集热后,将热量储存在蓄热水箱B中,然后再供热。当温度T1-T2彡8-10°C时,此时太阳能热水循环泵1开启。当温度T1-T2彡2-5°C时, 太阳能热水循环泵1关闭。
[0017] 饮用水系统由饮用水系统换热循环泵2、板式换热器、饮用水温度变送器T3、饮用 水系统压力变送器P3、饮用水循环泵3、热水锅炉及饮用水补水装置L组成,饮用水温度变 送器T3、饮用水压力变送器P3安装在板式换热器二次热源侧,饮用水系统换热循环泵2、板 式换热器、饮用水循环泵3和热水锅炉之间通过管道连接。当温度T2-T3 ^ 8-10°C时,此时 饮用水系统换热循环泵2开启;当温度T2-T3 ^ 2-5°C时,饮用水系统换热循环泵2关闭。 通过系统采集的温度和压力控制饮用水循环泵3的启停。补水装置根据需要随时开启,将 常温的自来水通过板式换热器加温后,给热水锅炉补水,从而减少热水锅炉的开启时间,达 到节能的目的。
[0018] 生活热水系统由生活热水系统换热循环泵4、板式换热器、生活热水温度变送器 T4、生活热水系统压力变送器P4、生活热水循环泵5和生活热水用户组成,温度变送器、生 活热水系统压力变送器P4安装在板式换热器二次热源侧,换热循环泵4、板式换热器和生 活热水循环泵5之间通过管道连接。当温度T3-T4 ^ 8-10°C时,此时生活热水系统换热循 环泵 4开启;当温度T3-T4<2-5°C时,生活热水系统换热循环泵4关闭。通过系统采集的 温度和压力控制生活热水循环泵5的启停。补水装置根据用户需要随时开启,供给用户使 用。
[0019] 地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵7、板式换热器、制冷机、冷冻水循环泵 12、空调用户、地源水循环泵19、冷冻系统出水和回水温度变送器T5和T6、冷冻出水和回水 流量变送器Ql和Q2、冷冻系统出水和回水压力变送器Pl和P2以及控制阀组成,太阳能系 统通过板式换热器与冷冻系统连接,并过各控制阀实现转换控制,地源水循环泵19连接于 冷却系统。当T2-T5彡8-10°C时,此时换热循环泵7开启;当温度T2-T5彡2_5°C时,换热 循环泵7关闭。空调系统分冬、夏季运行。
[0020] 夏季制冷时,地源连接制冷机冷凝器,蒸发器接空调用户系统,所以阀门11、15、 17,20开启,阀门10、16、18、21关闭;由于不采用太阳能,需要将冷冻系统阀门8、9、14开 启,同时关闭6、13阀门。
[0021] 冬季供暖,将地源连接制冷机蒸发器,空调用户系统及太阳能换热连接于制冷机 冷凝器,即开启阀门10、16、18、21,关闭11、15、17、20阀门;根据蓄热水箱的水温来确定使 用太阳能供暖或者太阳能辅助地热共同供暖,当温度T2-T6彡20°C时,同时T6 > 30°C时, 可以只用太阳能来提供供暖,此时,开启阀门6、13,关闭阀门8、9、14,停止制冷机系统的运 行。当温度不满足以上条件时,将阀门6、9、14开启,同时关闭8、13阀门,采用太阳能辅助 地热共同供暖方式。
[0022] 控制系统由PLC、触摸屏、变频器、温、湿度变送器及压力变送器等组成,模糊控制 由PLC来实现,PLC通过实时采集系统温度、流量、压力等模拟量,进行模糊控制运算,发出 指令控制电机启停、泵的开关以及变频器的运行,从而实现节能控制。

Claims (6)

  1. 一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于,由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成,太阳能集热装置通过换热器分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于,太 阳能集热装置由太阳能集热器、温度变送器、太阳能热水循环泵及蓄热水箱组成,温度变送 器分别安装在太阳能集热器出水口和蓄热水箱上,太阳能集热器、太阳能热水循环泵与蓄 热水箱之间通过管道连接。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于,所 述的饮用水系统由饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水温度变送器、饮用水系统压 力变送器、饮用水循环泵、热水锅炉及饮用水补水装置组成,饮用水温度变送器、饮用水压 力变送器安装在板式换热器二次热源侧,饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水循环 泵和热水锅炉之间通过管道连接。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于,生 活热水系统由生活热水系统换热循环泵、板式换热器、生活热水温度变送器、生活热水系统 压力变送器、生活热水循环泵和生活热水用户组成,温度变送器、生活热水系统压力变送器 安装在板式换热器二次热源侧,换热循环泵、板式换热器和生活热水循环泵之间通过管道 连接。
  5. 5.根据权利要求1所述的一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于,所 述的控制系统由数据采集装置、中央控制器、数据显示处理器、电源单元和模糊控制单元组 成;数据采集装置由温度变送器、湿度变送器和压力变送器组成,采用(Γΐ0ν/Γ20ΜΑ标准 信号:中央控制器由CPU模块或单片机及其辅助模块组成,辅助模块包括电源模块、输入模 块以及输出模块等,通过连接电缆与CPU模块或单片机连接;数据显示处理器由触摸屏或 嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口和打印机组成,触摸屏或嵌入式一体化工控机通 过通讯口与中央控制器相连,存储设备为硬盘,打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工 控机的USB接口连接;模糊控制单元由模糊控制软件组成,模糊控制软件嵌入在中央控制 器中。
  6. 6.根据权利要求1所述的一种居住建筑用太阳能-地源热泵集成系统,其特征在于, 所述的地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵、板式换热器、制冷机、冷冻水循环泵、空 调用户、地源水循环泵、冷冻系统出水和回水温度变送器、冷冻出水和回水流量变送器、冷 冻系统出水和回水压力变送器以及控制阀组成,太阳能系统通过板式换热器与冷冻系统连 接,并过各控制阀实现转换控制,地源水循环泵连接于冷却系统。
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