CN208365712U - 一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，涉及建筑节能设备技术领域。包括太阳能系统、空气源热泵冷暖机、储水箱、控制柜、太阳能真空破坏阀、冷暖机真空破坏阀等。水路管道的预设位置存在10～15°的坡度，并分别设有太阳能真空破坏阀和冷暖机真空破坏阀，太阳能系统、空气源热泵冷暖机与储水箱通过水路管道分别形成闭环回路。本申请实施例提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，无需设置防冻液循环系统，无需安装换热器件，系统管道无需缠绕伴热带。本申请提供的冷暖系统能满足用户的冷热需求，不仅节省了更换防冻液的成本，同时无需消耗过多的电能驱动伴热带，达到了节能的目的，同时降低了成本，延长了使用寿命，具有较好的实用性。

Description

一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统

技术领域

本申请涉及建筑节能设备技术领域，尤其涉及一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统。

背景技术

近年来，由于工业化生产的大规模扩张，能源消耗日益增加，造成许多能源出现供不应求的现象，现在人们将视野转向了可再生能源，以期利用可再生能源缓解能源紧张问题。同时，因为工业化进程中，人们对环境保护认识的不足，造成现在出现各种环境问题，如雾霾，已经严重影响了居民的身体健康和日常生活。基于现在国家推行“煤改电”的大背景下，许多节能方案及其设备应运而生。如以利用太阳能资源和空气能资源的太阳能热水器-空气源热泵机组的集成系统。该系统是太阳能热水器与空气源热泵机组组合在一起工作的系统，两者相互辅助。

太阳能热水器以其结构可分为真空管式和平板式太阳能热水器，通过集热管或集热板将太阳能转化为热能产生热水，以供用户使用。空气源热泵机组是以空气源作为低温热源，通过消耗少量高品质的电能，输出高位热能，以供用户使用。两者的集成系统，具备两者优点的同时，也具有一定的缺点，如太阳能热水器在使用过程中，要充分考虑当地的光照条件，如年均光照强度、年均光照时长等，如遇阴雨天气或者在冬季太阳光照强度差，太阳能热水器的使用均受限制。特别是在冬季，为防止太阳能热水器发生冻裂现象，一般在集热管或集热板上布设防冻液循环系统，增加了成本；而对于空气源热泵机组，虽然能产生高品位的热能，但是环境温度较低时，空气源热泵机组需要持续运行，一旦停机，由于水路管道内存在积水，容易结冰，管道会发生冻裂，一般每间隔一段时间开启机组，防止水管冻裂，或者在水路管道外侧布置电驱动的伴热带，以免水路管道冻裂。无论是重启空气源热泵机组还是布设伴热带，均会产生额外的电能消耗，节能程度低。

因而，需要对现有太阳能热水器与空气源热泵机组集成系统进行完善，以达到更加节能的目标。

实用新型内容

本申请提供了一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，以解决太阳能热水器与空气源热泵机组集成系统节能程度低、系统水路管道易冻裂等问题。

一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，包括：太阳能系统、空气源热泵冷暖机、储水箱、控制柜，

所述太阳能系统、所述空气源热泵冷暖机通过水路管道分别与所述储水箱形成闭环回路，且与所述太阳能系统、所述空气源热泵冷暖机连接的预设长度范围的所述水路管道，存在 10～15°的坡度；所述太阳能系统、所述空气源热泵冷暖机的进水管道上分别设有太阳能水泵、冷暖机水泵；所述太阳能系统的出水口、所述空气源热泵冷暖机的出水口、所述储水箱的内部均设有温度计；所述储水箱为保温水箱，其上还设有总进水口；所述冷暖系统中所有电器元件均与所述控制柜电连接；

在与所述太阳能系统、所述空气源热泵冷暖机连接的预设位置处的所述水路管道上分别设置太阳能真空破坏阀、冷暖机真空破坏阀，且所述太阳能真空破坏阀、所述冷暖机真空破坏阀均设置在所述太阳能系统、所述空气源热泵冷暖机裸露在外的所述水路管道上。

可选的，所述储水箱分为原水层和回水层，其中所述原水层与所述总进水口连通，且与所述太阳能系统和所述空气源热泵冷暖机的进水口、用户终端的出水口连通；所述回水层与所述太阳能系统和所述空气源热泵冷暖机的出水口、所述用户终端的进水口连通；所述原水层与所述回水层之间设有连通管道，所述连通管道上设有铜闸阀。

可选的，所述太阳能系统包括预设数量的真空管式太阳能集热器或平板式太阳能集热器。

可选的，所述空气源热泵冷暖机设置为预设数量台。

可选的，所述原水层与所述回水层为一个筒体通过设置隔热板间隔分成的两个部分，或为两个独立的筒体，所述储水箱通过两个独立的筒体叠加而成。

本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：

与现有技术相比，本申请提供的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，包括太阳能系统、空气源热泵冷暖机、储水箱和控制柜。其中太阳能系统和空气源热泵冷暖机安装在建筑物的高处，与太阳能系统和空气源热泵冷暖机连接的水路管道在预设长度范围内，存在 10～15°的坡度，以实现自来水的回流。太阳能系统、空气源热泵冷暖机与储水箱通过水路管道分别形成闭环回路，并在进入太阳能系统、空气源热泵冷暖机的进水管路上设置太阳能水泵和冷暖机水泵，用于将自来水泵送入对应的系统中，且不妨碍自来水回流至储水箱。储水箱为保温水箱，无需安装任何换热器件。在与太阳能系统、空气源热泵冷暖机连接的预设位置处的水路管道上分别设置太阳能真空破坏阀和冷暖机真空破坏阀，两种真空破坏阀在自来水上水时关闭，在倒流时打开，防止系统发生瘪、凹裂现象，保证系统的正常运行。本申请实施例提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，在太阳能系统上无需设置防冻液循环系统，只进行水系统循环，太阳能系统停止工作时，内部不存水，不会发生冻裂；储水箱无需安装换热器件，通过太阳能系统和空气源热泵冷暖机即可满足用于需求；系统停机时，管道内无存水，不会发生管道冻裂，因而省去了缠绕电驱动伴热带。本申请提供的冷暖系统能满足用户的热需求和冷需求，不仅节省了更换防冻液的成本，同时无需消耗过多的电能驱动伴热带，达到了节能的目的，同时降低了成本，延长了使用寿命，具有较好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统的系统图。

附图标记说明：1、太阳能系统；2、空气源热泵冷暖机；3、储水箱；4、控制柜；5、太阳能水泵；6、温度计；7、太阳能真空破坏阀；8、冷暖机水泵；9、用户端水泵；10、冷暖机真空破坏阀。

具体实施方式

请参考附图1，该图示出了本申请提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统的系统图。

一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，包括：太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2、储水箱3、控制柜4。

本申请实施例提供的冷暖系统，主要包括四个部分，分别为太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2、储水箱3和控制柜4。其中，太阳能系统1通过太阳光照吸收热量转化为热能，生产热水；空气源热泵冷暖机2以空气源为低温热源，兼具制冷制热功能，通过切换内部的三通组件，实现冷热切换。太阳能系统1集成空气源热泵冷暖机2满足用户终端处的冷热需求。

储水箱3为无承压保温水箱，用于储存原水和回水，此处原水指未被处理的自来水，回水指被加热或制冷后的自来水，储水箱3与水接触的内部采用不锈钢材料制作，以免系统在运行过程中产生水锈，影响系统内部件的使用寿命。储水箱3的数量和大小尺寸根据需求设定。

控制柜4用于控制系统内部的电气元件，以实现系统的全自动化运行。通过对比太阳能系统1出水温度和储水箱3内的水温，实现太阳能水泵5的启停；当太阳能不足时，对比储水箱3内的水温与系统预设温度，实现冷暖机水泵8的启停。

太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2通过水路管道分别与储水箱3形成闭环回路，且与太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2连接的预设长度范围的水路管道，存在10～15°的坡度；太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2的进水管道上分别设有太阳能水泵5、冷暖机水泵8；太阳能系统1的出水口、空气源热泵冷暖机2的出水口、储水箱3的内部均设有温度计6；储水箱3为保温水箱，其上还设有总进水口；冷暖系统中所有电器元件均与控制柜4电连接。

太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2通过水路管道分别与储水箱3形成闭环回路，两个个闭环回路独立运行，互不干涉。用户终端的进水口和出水口也与储水箱3连通。本申请实施例采用下进水上出水方式，在太阳能系统1中，采用该方式，可以增加太阳能的吸收程度，尤其在光照强烈的地区，仅使用太阳能系统1即可基本满足用户终端的热需求，仅需短时间运行空气源热泵冷暖机2。在空气源热泵冷暖机2内，热泵介质与自来水可采用逆流换热形式，增大换热量。

如图1所示，太阳能系统1的进水管道和出水管道存在一定的坡度，该坡度设置为10～15°，以实现自来水无功驱动自然回流。

储水箱3的总进水口处还设有补给罐，一方面可稳定储水箱3内的水位；另一方面，在水资源缺乏的地区，可预先存储一定的水量，以备不时之需。自来在进入储水箱3之前，还需进行一定的处理，如增加硅磷晶罐充分过滤自来水，进储水箱3的管道同时设有自动控制管道和手动控制管道。

太阳能系统1的出水口处、空气源热泵冷暖机2的出水口处以及储水箱3的内部均设有温度计6，温度计6用于监控系统的水温，配合控制系统控制其他单元的运行。系统内所有电器元件，如温度计6、电磁阀等均与控制柜4电连接。

需要说明的是，太阳能水泵5、冷暖机水泵8应是能够满足倒流的水泵。

在与太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2连接的预设位置处的水路管道上分别设置太阳能真空破坏阀7、冷暖机真空破坏阀10，且太阳能真空破坏阀7、冷暖机真空破坏阀10均设置在太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2裸露在外的水路管道上。

太阳能真空破坏阀7、冷暖机真空破坏阀10，可以在系统管道形成负压的时候及时吸入空气保护系统，避免出现水路管道或其他设备产生瘪、凹裂等现象，保护系统的正常运行。

如图1所示，在太阳能系统1的出水管道的预设位置处设有太阳能真空破坏阀7，一般位于管道的最高位置处。系统上水时，太阳能水泵5运行，太阳能真空破坏阀7处于关闭状态；当需要水倒流回到储水箱3时，关闭太阳能水泵5，太阳能真空破坏阀7在水倒流过程中自动开启，水在重力作用下，全部倒流回到储水箱3。

空气源热泵冷暖机2的出水管道上设有冷暖机真空破坏阀10，一般设置在冷暖机机组外侧管道最高位置处，以方便更换。当空气源热泵冷暖机2中的水需要回流到储水箱3时，关闭冷暖机水泵8，冷暖机真空破坏阀10在水倒流过程中自动开启，水在重力作用下，自然回流至储水箱3。

本申请实施例提供的冷暖系统，包括以下两种功能：

制冷功能：在用户需要冷需求时，如在夏季，太阳能系统1停止工作，且太阳能系统1 以及与其相关的水路管道内无存水，设置在太阳能系统1水路管道上的太阳能真空破坏阀7 打开，仅运行空气源热泵冷暖机2进行制冷，温度达到设定温度后，停止运行空气源热泵冷暖机2，冷暖机水泵8停机，由于存在一定坡度，水在重力作用下，回流到储水箱3，此时冷暖机真空破坏阀10自动开启，在实现制冷功能时，可设置两个储水箱3，分别存放原水和回水，两个水箱独立设置，可实现系统的连续运行。

制热功能：在用户需要热需求时，如在冬季，可先通过太阳能系统1将原水加热至一定温度后，太阳能水泵5停机，水回流到储水箱3，太阳能真空破坏阀7自动打开，若需要更高温度的热水，则开启空气源热泵冷暖机2继续加热至指定温度后，停止运行空气源热泵冷暖机2，停止冷暖机水泵8，在重力的作用下，水回流到储水箱3，此时冷暖机真空破坏阀10自动打开。在该过程中，由于太阳能系统1和冷暖机机组内无水存在，因而不需要设置防冻液系统，也就避免了防冻液的更换，节约的费用。同时系统停机后，整个系统的水路管道内也无水存在，因而无需缠绕伴热带，节约了电能。制热功能包括自取热水和采暖两种。

需要说明的是，太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2均采用温差循环方式，即当系统内某两个单元内水温之间存在一定温差时，自动运行相关单元。比如太阳能系统1的出水温度高于储水箱3内水温7℃，则启动太阳能水泵5，当两者之间的温差小于3℃时，则停止太阳能水泵5；当太阳能不足时，储水箱3内水温低于55℃，启动空气源热泵冷暖机2，当储水箱3内水温大于60℃时，则停止运行空气源热泵冷暖机2。

储水箱3内的水经过太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2的同时加热，无需再设置换热设备，节约了成本。

用户终端处，采用一用一备的水路管道设置，如图1所示，设置两组用户端水泵9，当常用水泵出现故障，启用备用水泵，用户终端不间断制热或制冷。用户终端可连接室内风机盘管、暖气片等。

需要说明的是，太阳能水泵5、冷暖机水泵8、用户端水泵9的两端均设有软连接，缓解水泵运行时产生的震动；水泵两端均设有球阀，当水泵出现故障，关闭两侧球阀，可将水泵从系统中取出，实现维修或更换。与水泵连接的管道上还可以设置球阀、闸阀等。

本申请实施例提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，包括太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2、储水箱3和控制柜4。其中太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2安装在建筑物的高处，与太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2连接的水路管道在预设长度范围内，存在 10～15°的坡度，以实现自来水的无功驱动自然回流。太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2与储水箱3通过水路管道分别形成闭环回路，并在进入太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2的进水管路上分别设置太阳能水泵5和冷暖机水泵8，用于将自来水泵送入对应的系统中，且不妨碍自来水回流至储水箱3。储水箱3为保温水箱，无需安装任何换热器件。在与太阳能系统1、空气源热泵冷暖机2连接的预设位置处的水路管道上分别设置太阳能真空破坏阀7 和冷暖机真空破坏阀10，两种真空破坏阀在自来水上水时关闭，在倒流时打开。

本申请实施例提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，在太阳能系统1上无需设置防冻液循环系统，只进行水系统循环，太阳能系统1停止工作时，内部不存水，低温情况下不会发生冻裂；储水箱3无需安装换热器件，通过太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2即可满足用于需求；系统停机时，所有管道都不存水，不会发生管道冻裂的现象，因而无需额外电能驱动伴热带。本申请提供的冷暖系统不仅节省了更换防冻液的成本，同时无需消耗过多的电能驱动伴热带，达到了节能的目的，同时降低了成本，延长了使用寿命，具有较好的实用性。

可选的，储水箱3分为原水层和回水层，其中原水层与总进水口连通，且与太阳能系统 1和空气源热泵冷暖机2的进水口、用户终端的出水口连通；回水层与太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2的出水口、用户终端的进水口连通；原水层与回水层之间设有连通管道，连通管道上设有铜闸阀。

用户终端的出水口与原水层连通，进水口与回水层连通。用户终端可分为热水需求、采暖需求、制冷需求。

热水需求：一般为间断性的热需求，用户终端的出水口无水回流至储水箱3，铜闸阀打开，原水层与回水层连通。太阳能系统1首先加热自来水至一定温度后，太阳能系统1中的水倒流回到储水箱3，此后又通过空气源热泵冷暖机2继续加热至指定温度，其后，水再次倒流回到储水箱3，通过用户终端的进水管道输送至末端，以供用户使用。该过程中，需要多次进行补水。

采暖需求：该需求一般为持续性需求，用户终端的出水口有水回流至储水箱3，铜闸阀关闭，原水层与回水层间隔。太阳能系统1首先加热自来水至一定温度后，太阳能系统1中的水倒流回到储水箱3，此后，根据用户对温度的需求，一般还需要经过空气源热泵冷暖机2 继续加热至指定温度。回水层存放指定温度下的自来水，通过用户终端的进水口输送至末端风机盘管或暖气片进行热传递后，回水温度存在一定的温降，返回至原水层，此后自来水可通过太阳能系统1和空气源热泵冷暖机2进行再次加热或直接通过空气源热泵冷暖机2再次加热后，输送是用户终端的末端。该过程中，无需多次进行补水。

制冷需求：该需求一般为持续性需求，用户终端的出水口有水回流至储水箱3，铜闸阀关闭，原水层与回水层间隔。该过程中太阳能系统1不工作，仅通过空气源热泵冷暖机2进行制冷，回水层存放指定温度下的自来水，通过用户终端的进水口输送至末端风机盘管进行热传递后，回水温度存在一定的温升，返回至原水层，此后自来水继续通过空气源热泵冷暖机2再次制冷后，输送是用户终端的末端。该过程中，无需多次进行补水。

需要说明的是，通过各个模块内的温度计6采集的数据，通过编写程序，实现系统的自动化运行。

可选的，太阳能系统1包括预设数量的真空管式太阳能集热器或平板式太阳能集热器。

目前市面上应用较多的为真空管式的太阳能集热器和平板式太阳能集热器，根据需求量的大小，设置多组真空管式或平板式太阳能集热器，以满足要求。在铺设与太阳能集热器连接的管道时，注意汇总管道有一定的坡度，以满足自来水实现全部倒流。

可选的，空气源热泵冷暖机2设置为预设数量台。

根据需求量的大小，选择多台空气源热泵冷暖机2以满足要求。空气源热泵冷暖机2可采用氟利昂机组，满足冷暖两用功能。

可选的，原水层与回水层为一个筒体通过设置隔热板间隔分成两个部分，或为两个独立的筒体，储水箱3通过两个独立的筒体叠加而成。

储水箱3可采用多种方式，根据施工条件，选择合理的结构。

本申请实施例提供的太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，无需设置防冻液系统、伴热带，或者储水箱3内外部设置换热装置，充分利用太阳能资源和空气能资源，消耗少量电能，即可满足用户终端的冷热需求，满足节能的要求，具有较好的实用性。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，其特征在于，包括：太阳能系统(1)、空气源热泵冷暖机(2)、储水箱(3)、控制柜(4)，

所述太阳能系统(1)、所述空气源热泵冷暖机(2)通过水路管道分别与所述储水箱(3)形成闭环回路，且与所述太阳能系统(1)、所述空气源热泵冷暖机(2)连接的预设长度范围的所述水路管道，存在10～15°的坡度；所述太阳能系统(1)、所述空气源热泵冷暖机(2)的进水管道上分别设有太阳能水泵(5)、冷暖机水泵(8)；所述太阳能系统(1)的出水口、所述空气源热泵冷暖机(2)的出水口、所述储水箱(3)的内部均设有温度计(6)；所述储水箱(3)为保温水箱，其上还设有总进水口；所述冷暖系统中所有电器元件均与所述控制柜(4)电连接；

在与所述太阳能系统(1)、所述空气源热泵冷暖机(2)连接的预设位置处的所述水路管道上分别设置太阳能真空破坏阀(7)、冷暖机真空破坏阀(10)，且所述太阳能真空破坏阀(7)、所述冷暖机真空破坏阀(10)均设置在所述太阳能系统(1)、所述空气源热泵冷暖机(2)裸露在外的所述水路管道上。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，其特征在于，所述储水箱(3)分为原水层和回水层，其中所述原水层与所述总进水口连通，且与所述太阳能系统(1)和所述空气源热泵冷暖机(2)的进水口、用户终端的出水口连通；所述回水层与所述太阳能系统(1)和所述空气源热泵冷暖机(2)的出水口、所述用户终端的进水口连通；所述原水层与所述回水层之间设有连通管道，所述连通管道上设有铜闸阀。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，其特征在于，所述太阳能系统(1)包括预设数量的真空管式太阳能集热器或平板式太阳能集热器。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，其特征在于，所述空气源热泵冷暖机(2)设置为预设数量台。

5.根据权利要求2所述的一种太阳能集成空气源热泵的冷暖系统，其特征在于，所述原水层与所述回水层为一个筒体通过设置隔热板间隔分成的两个部分，或为两个独立的筒体，所述储水箱(3)通过两个独立的筒体叠加而成。