CN202511401U - 节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于地源热泵取暖制冷的技术领域，具体涉是一种节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统，解决了现有地源热泵取暖制冷系统用于夏季室内温度较低的地域不能持续稳定使用的问题。其包括太阳能夏季热量强制补充装置和风电一体化动力驱动装置；与地源热泵机组相连的且埋于土壤中的换热管道上连接有太阳能热水器的上下水管道；系统的各用电负载同时与风力发电机以及市电电网连接。本实用新型的有益效果：是一种利用风能、太阳能、土壤贮热能，科学解决农村生活用能的多源集成可再生能源利用的关键装备，实现了替代传统化石能源，解决农村冬季取暖、夏季制冷的现实需求，最终达到循环、清洁、节能、生态的社会主义新农村建设要求。

Description

节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统

技术领域

本实用新型属于地源热泵取暖制冷的技术领域，具体涉及一种节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统。

背景技术

能源和环境问题已成为全球关注的焦点。煤炭、石油等不可再生能源日益枯竭，同时化石燃料燃烧所带来的环境污染问题日益凸显。我国农村近8亿人口，秸秆、薪柴、煤，仍是农村生活中的主要取暖能源。据统计，北方能源消耗占全国总能耗量得56%。以山西省为例，广大农村冬季采暖模式是小型家用燃煤锅炉或煤球燃烧取暖为主，直接焚烧秸秆采暖为辅的能源消费方式。通常采暖期最短为5个月，消耗1800万吨煤，排放5400万吨CO2 ，每年每户花费3000元左右的取暖费用。

    地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。地源热泵机组的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出了75%。是一种高效清洁的新型能源。是节能减排的最好措施。

    但是现有的地源热泵取暖制冷系统，需要冬夏都运行，才能保证系统稳定的使用。而由于我国北方农村的庭院式建筑结构夏季室内温度较低，很多农村用户为也节省用电或者也没有必要制冷，夏季通常不用或少用地源热泵进行制冷，导致地下土壤中热量不能得到补充，地下热量不平衡导致地源热泵不能持续稳定地使用，成为制约地源热泵在我国北方农村发展的瓶颈。因此发展一种高效节能的运行模式与地下热量补偿方式，才能使地源热泵在我国农村大规模推广应用。

发明内容

本实用新型为了解决现有地源热泵取暖制冷系统用于夏季室内温度较低的地域不能持续稳定使用的问题，提供了一种节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统。

本实用新型采用如下的技术方案实现：

一种节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统，包括地源热泵机组、与地源热泵机组连接的室外地能换热装置和室内采暖空调末端装置，其特征在于所述的系统还包括太阳能夏季热量强制补充装置和风电一体化动力驱动装置；太阳能夏季热量强制补充装置包括太阳能热水器，室外地能换热装置包括与地源热泵机组相连的且埋于土壤中的换热管道，换热管道上设置有循环泵，换热管道上还并联连接有太阳能热水器的上下水管道；所述的风电一体化动力驱动装置包括风力发电机以及供电控制装置，系统的各用电负载同时与风力发电机以及市电电网连接。

所述的供电控制装置包括单片机控制单元、功率补偿单元、市电供电支路、风电供电支路以及局部并网单元；风电供电支路包括与风力发电机输出端连接的蓄电池、与蓄电池连接的逆变单元以及与逆变单元输出端连接的相位纠正单元，逆变单元和相位纠正单元的控制端与单片机控制单元连接；市电供电支路包括与市电电网连接的相位检测单元以及与相位检测单元输出端连接的不可逆功率输出调整单元，相位检测单元和不可逆功率输出调整单元的控制端与单片机控制单元连接；相位纠正单元和不可逆功率输出调整单元的输出端与局部并网单元连接，局部并网单元的输出端与系统的各用电负载连接；功率补偿单元的输入端与相位检测单元连接，功率补偿单元的输出端与逆变单元的直流侧连接，功率补偿单元的控制端与单片机控制单元连接。如此，所述的供电控制装置包括了风电一体化模糊并网控制器以及风力动态功率补偿系统。

本实用新型增加了太阳能夏季热量自动补充系统、风电一体化模糊并网控制器以及风力动态功率补偿系统，利用太阳能、风能、土壤热能集成实现农村高效、洁净、循环的户用取暖制冷功能，相比较传统地源热泵，具有高效节能的运行模式与地下热量补偿方式，可以使地源热泵在我国农村大规模推广应用。太阳能夏季热量自动补充系统利用太阳能热水加热器夏季蓄热能，供给地源热泵初级冷水换热管实现与土壤的换热，解决了土壤热源的贮热功率的热平衡，有效补充了地下土壤中的热量保持地下热量的平衡，保证系统供暖和制冷的长期有效运行。风电一体化模糊微并网控制器，利用风电一体化模糊直流双路逆变技术，实现风电市电局部恒功率并网驱动，使整机供电达到动态无缝隙干扰衔接，降低了系统的整体运行功率。风力动态功率补偿系统，利用冬季我省风力资源丰富的条件，集成风力发电技术，补偿系统整机运行功率，达到降低系统运行功耗，实现农村用能的节能减排。

本实用新型具有如下有益效果：解决了农村冬季取暖燃用化石能源，成本高、污染严重以及劳动强度大等问题，是一种利用风能、太阳能、土壤贮热能，科学解决农村生活用能的多源集成可再生能源利用的关键装备。其以户用经济型地源热泵为系统主要核心部件，集成了太阳能强制土壤热平衡系统，辅以风力发电系统，实现替代传统化石能源，解决农村冬季取暖、夏季制冷的现实需求，最终达到循环、清洁、节能、生态的社会主义新农村建设要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2本实用新型的供电控制装置示意图

图中：1-地源热泵机组，2-室内采暖空调末端装置，3-换热管道，4-循环泵，5-太阳能热水器，6-上下水管道，7-风力发电机。

具体实施方式

    结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。   

节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统，包括地源热泵机组1、与地源热泵机组1连接的室外地能换热装置和室内采暖空调末端装置2，所述的系统还包括太阳能夏季热量自动补充装置和风电一体化动力驱动装置；太阳能夏季热量自动补充装置包括太阳能热水器5，室外地能换热装置包括与地源热泵机组1相连的且埋于土壤中的换热管道3，换热管道3上设置有循环泵4，换热管道3上还并联连接有太阳能热水器5的上下水管道6；所述的风电一体化动力驱动装置包括风力发电机7以及供电控制装置，系统的各用电负载同时与风力发电机7以及市电电网连接。

本实用新型的室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统组成地源热泵供暖空调系统。三个系统之间靠水作为换热介质进行热量的传递。地源热泵空调是采用节能环保的地源热泵系统，其冷热源采用安装灵活、易于控制的埋管式土壤源热泵系统，也称土壤耦合式热泵系统。具体采用立埋的埋管方式，以水作为冷热量载体，水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动，实现机组与大地土壤之间的热量交换。

    本实用新型的太阳能夏季热量强制补充系统，在夏天光照充足的时候利用太阳能加热水，达到一定的温度后，系统自动使用循环泵注入到埋设在地下的管道中，将热量补充回到土壤中，再将地下水抽出注、加入到太阳能热水器中进行加热，从而补充了地下土壤中的热量保持地下热量的平衡，保证供暖和制冷的长期有效运行。

    本实用新型所述的供电控制装置包括单片机控制单元、功率补偿单元、市电供电支路、风电供电支路以及局部并网单元；风电供电支路包括与风力发电机输出端连接的蓄电池、与蓄电池连接的逆变单元以及与逆变单元输出端连接的相位纠正单元，逆变单元和相位纠正单元的控制端与单片机控制单元连接；市电供电支路包括与市电电网连接的相位检测单元以及与相位检测单元输出端连接的不可逆功率输出调整单元，相位检测单元和不可逆功率输出调整单元的控制端与单片机控制单元连接；相位纠正单元和不可逆功率输出调整单元的输出端与局部并网单元连接，局部并网单元的输出端与系统的各用电负载连接；功率补偿单元的输入端与相位检测单元连接，功率补偿单元的输出端与逆变单元的直流侧连接，功率补偿单元的控制端与单片机控制单元连接。

供电控制装置采用微电子技术，通过直流侧变频功率检测，换算出风力机蓄电池功率实时动态及储备情况，动态恒功率调整市电输入功率。同时利用对输入市电的相位检测，实现风电与市电的无缝局部并网驱动。不仅充分利用了风电，而且解决了传统逆变电源在切换电源过程中的硬转换，保证了系统运行的稳定性。主要工作过程如下，在风力发电机发电正常状况下，风电经控制器输入蓄电池，经蓄电池稳压后，输出到逆变器，经相位纠正单元以及局部并网单元输出到负载，驱动负载运行，这时负载的运行全部是风电。市电在单片机的模糊化控制下，以非线性方式控制不可逆功率输出调整单元，使市电输出功率为零；当风电发电量不稳趋于功率下降时，市电在单片机的控制下经恒功率补偿电路输入到直流侧，弥补当风力发电机转速不稳状态下，对蓄电池输出功率的波动，保障负载的获得高品质的输出电压；但当蓄电池储备功率下降到功率平衡经济点时，切断风电逆变电路，负载改为市电驱动。

本实用新型的风电一体化动力驱动装置利用风力发电与市电通过风-电模糊化动态调频动力控制技术共同驱动循环水泵，实现水泵的恒功率无触点切换，降低了水泵的硬开关次数，提高了运行效率，降低了整机的功耗。

Claims (2)

1.一种节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统，包括地源热泵机组（1）、与地源热泵机组（1）连接的室外地能换热装置和室内采暖空调末端装置（2），其特征在于所述的系统还包括太阳能夏季热量自动补充装置和风电一体化动力驱动装置；太阳能夏季热量强制补充装置包括太阳能热水器（5），室外地能换热装置包括与地源热泵机组（1）相连的且埋于土壤中的换热管道（3），换热管道（3）上设置有循环泵（4），换热管道（3）上还并联连接有太阳能热水器（5）的上下水管道（6）；所述的风电一体化动力驱动装置包括风力发电机（7）以及供电控制装置，系统的各用电负载同时与风力发电机（7）以及市电电网连接。

2.根据权利要求1所述的节能型农村户用多源集成热平衡地源热泵取暖制冷系统，其特征在于所述的供电控制装置包括单片机控制单元、功率补偿单元、市电供电支路、风电供电支路以及局部并网单元；风电供电支路包括与风力发电机输出端连接的蓄电池、与蓄电池连接的逆变单元以及与逆变单元输出端连接的相位纠正单元，逆变单元和相位纠正单元的控制端与单片机控制单元连接；市电供电支路包括与市电电网连接的相位检测单元以及与相位检测单元输出端连接的不可逆功率输出调整单元，相位检测单元和不可逆功率输出调整单元的控制端与单片机控制单元连接；相位纠正单元和不可逆功率输出调整单元的输出端与局部并网单元连接，局部并网单元的输出端与系统的各用电负载连接；功率补偿单元的输入端与相位检测单元连接，功率补偿单元的输出端与逆变单元的直流侧连接，功率补偿单元的控制端与单片机控制单元连接。