CN205119519U - 一种太阳能热水系统和热泵制热制冷系统 - Google Patents

一种太阳能热水系统和热泵制热制冷系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳能热泵制热制冷系统。太阳能热水系统通过流向调节装置改变集热器出口循环液流向,从而实现太阳能在多水箱中分级储热。太阳能热泵制热制冷系统以太阳能热水系统为基础,与空气源热泵热水系统进行结合,在制热循环时,以换热器作为蒸发器从空气中获取能量加热第一水箱;当换热器结霜时,又将其作为冷凝器,从第二水箱获取能量进行除霜。而基于该系统的太阳能热泵制热制冷时,可以通过调整各个阀门的开合,根据不同季节采取不同运行方式。本系统采用了水箱按太阳能辐射强度进行分级储能,提高了太阳能的利用率,在极端条件下也能维持良好的供热或供冷效果。

Description

一种太阳能热水系统和热泵制热制冷系统
技术领域
[0001]本实用新型属于太阳能热栗领域,具体涉及一种太阳能热水系统和热栗制热制冷系统。
背景技术
[0002]随着我国人民生活水平的提高,建筑能耗不断增加,其中建筑供热和生活热水能耗增长尤其快。传统的供热能源为化石燃料,属于不可再生,并且造成空气污染,而且还导致全球变暖。在我国南方和夏热冬冷地区,生活热水系统多采用燃气热水器和电热水器,存在效率低和能源品位浪费的问题。因此,太阳能热利用和高效的空气源热栗热水器是很好的节能方案。
[0003]但是,这两个技术单独应用都有缺点。太阳能是不稳定的能源,太阳辐射不足时,无法满足供暖和热水需求,而空气源热栗的效率则随着外界温度降低而降低,在低温天气时制热效果无法保证。因此,将两个系统结合,提高热栗效率,提高太阳能利用率,是当前技术的发展方向。
[0004]目前这类太阳能和热栗结合的技术方案主要分为两类:(1)将太阳能获得的热量用于热栗的蒸发端热源,可以是直膨式的应用(如200710022284.4,201410222276.4)或者使用蓄热水箱的间接式(或串联式,如专利CN201220382850.9)。这种方法虽然能够提高太阳辐射很小时的集热效率,但这部分太阳能本身量不大,并且需要通过消耗压缩机的功来获得。这部分额外的功耗使得系统整体能效比没有那么好。此外,直接彭式系统存在压缩机蒸发端工况变化大,除霜结冰,和过热的问题,对压缩机的要求大,导致实用性差。最后,对于设备较为分散的系统,直膨式的系统对制冷剂的消耗量增大,增加了费用。(2)太阳能作为补充热源,和空气源热栗并联向水箱供热(如专利200810026991.5)。这种系统稳定性和可靠性较第一种好,但因为太阳能集热系统始终处于高温水箱的工作模式,集热效率不高。
[0005]因此,目前太阳能和热栗结合在效率方面还有改进的空间。
发明内容
[0006]本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题,并提供一种多功能太阳能热栗空调系统。具体技术方案如下:
[0007]本实用新型首先提供了一种太阳能热水系统,包括第一流向调节装置、第二流向调节装置、太阳能集热器、循环水栗、第一换热器、第一水箱和第二水箱;第一换热器设置于第一水箱中;太阳能集热器的出水口连接第一流向调节装置的入口;第一流向调节装置的出口一路与第一换热器的入口相连,另一路与第一换热器的出口相连,第二流向调节装置的入口与第一换热器的出口相连;第二流向调节装置的出口一路与第二水箱入口相连,另一路与第二水箱出口相连,第二水箱的出口与太阳能集热器相连;循环水栗用于为太阳能热水系统提供动力;第一流向调节装置、第二流向调节装置用于改变出口循环液流向。
[0008]作为优选方案,还包括第二换热器,第二换热器设置于第二水箱中,第二流向调节装置的出口中与第二水箱入口相连的一路延伸并与第二换热器的入口相连,第二流向调节装置的出口中与第二水箱出口相连的一路延伸并与第二换热器的出口相连。
[0009]作为优选方案,还包括第三水箱和第七换热器,第七换热器设置于第三水箱中,第七换热器进口与第一流向调节装置的第三路出口相连,出口与第一换热器的入口相连。
[0010]本实用新型还提供了一种太阳能热栗制热制冷系统,除包括上述太阳能热水系统夕卜,还包括空气源热栗热水系统。空气源热栗热水系统中包含有一个第八换热器,在制热循环时,第八换热器作为蒸发器从空气中获取能量加热第一水箱;当第八换热器结霜时,第八换热器作为冷凝器,从第二水箱获取能量进行除霜。
[0011]作为优选方案,当系统进行制热和制冷时,从第二水箱获取热量给第一水箱加热并通过第八换热器向空气放热。
[0012]作为上述优选方案的一种实现方式,所述的空气源热栗循环系统包括压缩机,第一四通阀,第一三通阀,第三换热器,第二四通阀,节流阀,第四换热器和第二三通阀,所述的第三换热器和第四换热器分别设置于第一水箱和第二水箱中;所述的第三换热器一端与第一四通阀的D端连接,另一端与第二四通阀的b端连接,第四换热器一端与第二四通阀的c端连接,另一端与第二三通阀的一端连接,第二四通阀的d端依次与节流阀、第八换热器及第一三通阀的一端相连,第一三通阀的第二端与第一四通阀的C端相连,第一三通阀的第三端与第二四通阀的a端连接,第二三通阀的第二端与第一四通阀的D端相连,第二三通阀的第三端与第一四通阀的C端相连,压缩机的入口和出口分别与第一四通阀的A端和B端相连。
[0013]同时,使用上述系统的太阳能热栗制热制冷时,可以根据不同季节采取不同运行方式,具体如下:
[0014]冬季制热水采暖模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能采暖季热水循环系统运行模式;如果第一水箱水温达不到设定温度时,启动热栗热水循环系统运行模式,当第八换热器需要除霜时,热栗进入制冷循环系统运行模式;
[0015]过渡季节单制热水模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能非采暖季热水循环系统运行模式,如果第一水箱水温达不到设定温度,启动热栗热水循环系统运行模式;
[0016]夏季制热水和空调模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能非采暖季热水循环系统运行模式,如果第一水箱水温达不到设定温度,启动热栗制热水制冷模式,如果水温达到设定温度,则启动制冷循环系统运行模式。
[0017]作为优选方案,所述的太阳能采暖季热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0018]当太阳能集热器的出口温度超过第一水箱的温度时,第一流向调节装置的出口指向第一换热器的入口,另一出口关闭,第二流向调节装置的出口指向第二换热器的入口,另一出口关闭,实现太阳能依次给第一水箱、第二水箱加热的功能;当太阳能集热器的出口温度超过第二水箱的温度并低于第一水箱的温度时,第一流向调节装置的出口指向第一换热器的出口,另一出口关闭,第二流向调节装置的出口指向第二换热器的入口,另一出口关闭,实现太阳能仅给第二水箱加热的功能;
[0019]所述的太阳能非采暖季热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0020]第一流向调节装置的出口指向第一换热器的入口,另一出口关闭,第二流向调节装置的出口指向第二换热器的出口,另一出口关闭,实现只给第一水箱加热;
[0021]所述的热栗热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0022] 第一四通阀的A端和C端连接,B端和D端连接,第二四通阀的a端和c端连接,b端和d端连接,第二三通阀连接第一四通阀的D端和第四换热器,第一三通阀连接第一四通阀的C端和第八换热器,另一端关闭,实现空气源热栗系统给第一水箱加热;
[0023]所述的制冷循环系统运行模式采用如下连接:
[0024] 第一四通阀的B端和C端连接,A和D连接,第二四通阀的a端和b端连接,c端和d端连接,第二三通阀连接第一四通阀的D 口连接,第二三通阀连接第一四通阀的D端和第四换热器,第一三通阀连接第一四通阀的C端和第八换热器,另一端关闭,实现冷却第二水箱;
[0025]所述的热栗制热水制冷模式采用如下连接:
[0026] 第一四通阀的B端和D端连接,A端和C端连接,所述第二四通阀的a端和b端连接,c端和d端连接,第二三通阀一端连接第一四通阀的C端,一端和第四换热器连接,第三端关闭,第一三通阀一端连接第二四通阀的a端,一端连接第八换热器,第三端关闭,不断从第二水箱获取热量,带给第一水箱以及室外。
[0027]与现有的系统相比,本系统采用了水箱按太阳能辐射强度进行分级储能,提高了太阳能的利用率。使用热栗制热水,避免使用低能效的电辅助加热。太阳能直接利用,不消耗压缩机功。增加了夏季供热和供冷同时进行的能力。热栗运行工况相对稳定,生活热水时承压供水,没有细菌的危险也用水不稳定的问题。由于没有使用电加热的模式,在极端低温的天气下,供热水的能力可能会有不足,但系统如果和地板采暖的方式匹配,可以利用建筑的惰性和水温的蓄热特性,维持热水和采暖的需求。
附图说明
[0028]图1为本实用新型的太阳能热水系统的第一种实施方式示意图;
[0029]图2为本实用新型的太阳能热水系统的第二种实施方式示意图;
[0030]图3为本实用新型的太阳能热水系统的第三种实施方式示意图;
[0031]图4为本实用新型的太阳能热栗制热制冷系统示意图;
[0032]图5为本实用新型太阳能采暖季热水循环系统示意图(辐射强时);
[0033]图6为本实用新型太阳能采暖季热水循环系统示意图(辐射一般强时);
[0034]图7为本实用新型太阳能非采暖季热水循环系统的系统示意图;
[0035]图8为本实用新型空气源热栗热水系统的系统示意图;
[0036]图9为本实用新型制冷循环系统的系统示意图。
[0037]图中,第一流向调节装置1、第二流向调节装置2、太阳能集热器3、循环水栗4、第二三通阀5、第二四通阀6、节流阀7、第八换热器8、压缩机9、第三换热器10、第一换热器11、第五换热器12、第四换热器13、第二换热器14、第六换热器15、第二水箱16、第一水箱17、第一四通阀18、第一三通阀19、第三水箱20和第七换热器21。
具体实施方式
[0038]下面结合附图对本实用新型的结构和运行方式做进一步说明。需要说明的是,下述的各种具体优选实施方式在没有相互冲突的情况下,均可相互组合。说明书附图中,图4〜9中的虚线表示该模式下,液体实际流通的管路。
[0039]本实用新型提出一种太阳能热水系统和热栗制热制冷系统及其方法,将太阳能热利用技术和空气源热栗技术有机结合,保证供暖,生活热水以及夏季供冷的要求下,提高太阳能的利用率,提尚整个制热系统的能效比。
[0040] —种太阳能热水系统,如图1所示,包括第一流向调节装置1、第二流向调节装置2、太阳能集热器3、循环水栗4、第一换热器11、第一水箱17和第二水箱16;第一换热器11设置于第一水箱17中;太阳能集热器3的出水口连接第一流向调节装置1的入口 ;第一流向调节装置1的出口一路与第一换热器11的入口相连,另一路与第一换热器11的出口相连,第二流向调节装置2的入口与第一换热器11的出口相连;第二流向调节装置2的出口一路与第二水箱16入口相连,另一路与第二水箱16出口相连,第二水箱16的出口与太阳能集热器3相连;循环水栗4用于为太阳能热水系统提供动力;第一流向调节装置1、第二流向调节装置2用于改变出口循环液流向。第一流向调节装置1、第二流向调节装置2可采用三通阀或在管路上分别安装控制阀门等方式实现,只要能够控制其阀门出口循环液流经的管路即可。采用该系统可使太阳能热水按太阳能辐射强度分级储存热能到不同的水箱,提高太阳能利用率。。
[0041]为了分离太阳能循环液和第二水箱16的媒介,系统中还包括第二换热器14,第二换热器14设置于第二水箱16中,第二流向调节装置2的出口中与第二水箱16入口相连的一路延伸并与第二换热器14的入口相连,第二流向调节装置2的出口中与第二水箱16出口相连的一路延伸并与第二换热器14的出口相连,具体可见图2。
[0042]本实用新型的多级水箱可以根据需要设置多个。当设置三级水箱时,如图3所示,系统中还包括第三水箱20和第七换热器21,第七换热器21设置于第三水箱20中,第七换热器21进口与第一流向调节装置1的第三路出口相连,出口与第一换热器11的入口相连。与现有的太阳能供热系统相比,本实用新型采用了多级水箱按太阳能辐射强度进行分级储能,可以根据需要对不同水箱中温度不同的水进行分配使用,提高了太阳能的利用率。
[0043]本实用新型还提供了一种太阳能热栗制热制冷系统,包括上述太阳能热水系统,还包括空气源热栗热水系统,空气源热栗热水系统中通常都包含有一个换热器(此处为了区分,称为第八换热器8),该第八换热器8可同时用作风冷蒸发器和冷凝器:在制热循环时,第八换热器8作为蒸发器从空气中获取能量加热第一水箱17;当第八换热器8结霜时,第八换热器8作为冷凝器,从第二水箱16获取能量进行除霜。
[0044]同时作为进一步改进,当系统进行制热和制冷时,从第二水箱16获取热量给第一水箱17加热并通过第八换热器8向空气放热。
[0045]前述的三种实施方式的热水系统在运行时,可配合空气源热栗热水系统进行使用。空气源热栗热水系统可采用现有技术中的多种结构,只要内部含有所述的第八换热器即可。但考虑到使用效果,本实用新型提供了一种能够实现上述设计功能的空气源热栗热水系统连接方式(如图1〜3所示),具体为:空气源热栗循环系统包括压缩机9,第一四通阀18,第一三通阀19,第三换热器10,第二四通阀6,节流阀7,第四换热器13和第二三通阀5,所述的第三换热器10和第四换热器13分别设置于第一水箱17和第二水箱16中;所述的第三换热器10—端与第一四通阀18的D端连接,另一端与第二四通阀6的b端连接,第四换热器13—端与第二四通阀6的c端连接,另一端与第二三通阀5的一端连接,第二四通阀6的d端依次与节流阀7、第八换热器8及第一三通阀19的一端相连,第一三通阀19的第二端与第一四通阀18的C端相连,第一三通阀19的第三端与第二四通阀6的a端连接,第二三通阀5的第二端与第一四通阀18的D端相连,第二三通阀5的第三端与第一四通阀18的C端相连,压缩机9的入口和出口分别与第一四通阀18的A端和B端相连。
[0046]第一水箱17、第二水箱16构成了一套多功能储热水箱。在采暖季节,第一水箱17储存高温热水,第二水箱16储存低温热水;在过渡季节,第一水箱17储存高温热水;在夏季空调季节,第一水箱17储存高温热水,第二水箱16储存冷水,由此实现太阳能的高效利用。
[0047]基于上述太阳能热栗制热制冷系统,本实用新型还提供了一种使用该系统的太阳能热栗制热制冷方法,可以根据不同季节采取不同运行方式,具体如下:
[0048]冬季制热水采暖模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能采暖季热水循环系统运行模式;如果第一水箱17水温达不到设定温度时,启动热栗热水循环系统运行模式,当第八换热器8需要除霜时,热栗进入制冷循环系统运行模式;
[0049]过渡季节单制热水模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能非采暖季热水循环系统运行模式,如果第一水箱17水温达不到设定温度,启动热栗热水循环系统运行模式;
[0050]夏季制热水和空调模式:当有太阳辐射时,循环水栗启动,进入太阳能非采暖季热水循环系统运行模式,如果第一水箱17水温达不到设定温度,启动热栗制热水制冷模式,如果水温达到设定温度,则启动制冷循环系统运行模式。
[0051]上述的各种运行模式可以通过变换系统中的各阀门实现,具体如下:
[0052]所述的太阳能采暖季热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0053]如图5所示,当太阳能集热器3的出口温度超过第一水箱17的温度时,第一流向调节装置1的出口指向第一换热器11的入口,另一出口关闭,第二流向调节装置2的出口指向第二换热器14的入口,另一出口关闭,实现太阳能依次给第一水箱17、第二水箱16加热的功能;如图6所示,当太阳能集热器3的出口温度超过第二水箱16的温度并低于第一水箱17的温度时,第一流向调节装置1的出口指向第一换热器11的出口,另一出口关闭,第二流向调节装置2的出口指向第二换热器14的入口,另一出口关闭,实现太阳能仅给第二水箱16加热的功能;
[0054]所述的太阳能非采暖季热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0055]如图7所示,第一流向调节装置1的出口指向第一换热器11的入口,另一出口关闭,第二流向调节装置2的出口指向第二换热器14的出口,另一出口关闭,实现只给第一水箱17加热;
[0056]所述的热栗热水循环系统运行模式采用如下连接:
[0057] 如图8所示,第一四通阀18的A端和C端连接,B端和D端连接,第二四通阀6的a端和c端连接,b端和d端连接,第二三通阀5连接第一四通阀18的D端和第四换热器13,第一三通阀19连接第一四通阀18的C端和第八换热器8,另一端关闭,实现空气源热栗系统给第一水箱17加热;
[0058]所述的制冷循环系统运行模式采用如下连接:
[0059] 如图9所示,第一四通阀18的B端和C端连接,A和D连接,第二四通阀6的a端和b端连接,c端和d端连接,第二三通阀5连接第一四通阀18的D 口连接,第二三通阀5连接第一四通阀18的D端和第四换热器13,第一三通阀19连接第一四通阀18的C端和第八换热器8,另一端关闭,实现冷却第二水箱16;
[0060]所述的热栗制热水制冷模式采用如下连接:
[0061 ] 如图4所示,第一四通阀18的B端和D端连接,A端和C端连接,所述第二四通阀6的a端和b端连接,c端和d端连接,第二三通阀5—端连接第一四通阀18的C端,一端和第四换热器13连接,第三端关闭,第一三通阀19一端连接第二四通阀6的a端,一端连接第八换热器8,第三端关闭,不断从第二水箱16获取热量,带给第一水箱17以及室外供暖。
[0062] 第一水箱17和第二水箱16中可分别放置一个换热器(即图1中的第五换热器12和第六换热器15),用于提供生活热水的换热。
[0063]本实用新型设计的多功能太阳能热栗系统及其方法,充分利用太阳能和空气热能等可再生能源,实现夏季供冷供热水,冬季供暖供热水。采暖季风冷蒸发器的除霜用能通过储存的低品位太阳能来实现,避免热水箱水温的波动。生活热水的获取使用换热器逐步加热的方式,从储存的水箱中获取,为承压活水,避免细菌滋生和压力不稳定的问题。夏天太阳能不足以制取生活热水时,空调系统的水冷冷凝器和风冷冷凝器串联的方式,实现制冷水的同时获取热水。根据太阳能辐射强度对太阳能分级储存,提高太阳能的利用率,减少热栗的电耗。技术尤其适合夏热冬冷地区,采用辐射供冷和地板采暖的建筑。

Claims (6)

1.一种太阳能热水系统,其特征在于,包括第一流向调节装置(1)、第二流向调节装置(2)、太阳能集热器(3)、循环水栗(4)、第一换热器(11)、第一水箱(17)和第二水箱(16);第一换热器(11)设置于第一水箱(17)中;太阳能集热器(3)的出水口连接第一流向调节装置(1)的入口;第一流向调节装置(1)的出口一路与第一换热器(11)的入口相连,另一路与第一换热器(11)的出口相连,第二流向调节装置(2)的入口与第一换热器(11)的出口相连;第二流向调节装置(2)的出口 一路与第二水箱(16)入口相连,另一路与第二水箱(16)出口相连,第二水箱(16)的出口与太阳能集热器(3)相连;循环水栗(4)用于为太阳能热水系统提供动力;第一流向调节装置(1)、第二流向调节装置(2)用于改变出口循环液流向。
2.如权利要求1所述的太阳能热水系统,其特征在于,还包括第二换热器(14),第二换热器(14)设置于第二水箱(16)中,第二流向调节装置(2)的出口中与第二水箱(16)入口相连的一路延伸并与第二换热器(14)的入口相连,第二流向调节装置(2)的出口中与第二水箱(16)出口相连的一路延伸并与第二换热器(14)的出口相连。
3.如权利要求1所述的太阳能热水系统,其特征在于,还包括第三水箱(20)和第七换热器(21),第七换热器(21)设置于第三水箱(20)中,第七换热器(21)进口与第一流向调节装置(1)的第三路出口相连,出口与第一换热器(11)的入口相连。
4.一种太阳能热栗制热制冷系统,其特征在于:包括如权利要求1-3中任一权利要求所述的太阳能热水系统,还包括空气源热栗热水系统,空气源热栗热水系统包含第八换热器(8),在制热循环时,第八换热器(8)作为蒸发器从空气中获取能量加热第一水箱(17);当第八换热器(8)结霜时,第八换热器(8)作为冷凝器,从第二水箱(16)获取能量进行除霜。
5.如权利要求4所述的太阳能热栗制热制冷系统,其特征在于,当系统进行制热和制冷时,从第二水箱(16)获取热量给第一水箱(17)加热并通过第八换热器(8)向空气放热。
6.如权利要求4所述的太阳能热栗制热制冷系统,其特征在于,所述的空气源热栗循环系统包括压缩机(9),第一四通阀(18),第一三通阀(19),第三换热器(10),第二四通阀(6),节流阀(7),第四换热器(13)和第二三通阀(5),所述的第三换热器(10)和第四换热器(13)分别设置于第一水箱(17)和第二水箱(16)中;所述的第三换热器(10)—端与第一四通阀(18)的D端连接,另一端与第二四通阀(6)的b端连接,第四换热器(13)—端与第二四通阀(6)的c端连接,另一端与第二三通阀(5)的一端连接,第二四通阀(6)的d端依次与节流阀(7)、第八换热器(8)及第一三通阀(19)的一端相连,第一三通阀(19)的第二端与第一四通阀(18)的C端相连,第一三通阀(19)的第三端与第二四通阀(6)的a端连接,第二三通阀(5)的第二端与第一四通阀(18)的D端相连,第二三通阀(5)的第三端与第一四通阀(18)的C端相连,压缩机(9)的入口和出口分别与第一四通阀(18)的A端和B端相连。
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