CN209763255U - 一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统。包括：空气源热泵机组、储热装置和集热及循环装置，空气源热泵机组的供热端和回水端通过第一供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，储热装置的供热端和回水端通过第二供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，集热及循环装置与储热装置连接。本实用新型通过储热装置间歇存储不稳定的热能，当空气源热泵机组在低温度、高湿度环境下发生能效损失及供热能力衰减时，实现稳定输出热能，对空气源热泵机组进行弥补，实现高效稳定的复合供热系统。

Description

一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统

技术领域

本实用新型涉及采暖技术领域，更具体地，涉及一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统。

背景技术

空气源热泵，又称空气能热泵，作为热泵技术的一种利用方式，有“大自然能量的搬运工”的美誉。空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术，以空气中的低位热能作为主要能量来源，通过输入少量电能驱动压缩机运转，转换为高位热能，实现能量的转移并满足热用户的参数需求。

随着我国国民经济的迅速发展、人民生活水平的不断提高以及对清洁采暖的迫切需求，特别是近些年北方地区“煤改清洁能源”工程的不断推进，空气源热泵因其热源获取容易、安装简便的优势获得长足发展。

但是空气源热泵的一个主要缺点是当室外气温降低，用热负荷增大时，机组供热能力和能效系数反而下降。表1和表2所示为某空气源热泵机组的低温模块变工况表。此外，冬季室外机组需要频繁停机除霜，除霜能耗高，有些地区因为空气湿度大，一般当环境温度5℃时外机就开始结霜。所以，空气源热泵机组的负荷配置和运行成本受环境条件的影响明显。

表1某空气源热泵机组的低温模块制热量变工况表

表2某空气源热泵机组的低温模块能效比变工况表

可再生能源可在清洁供暖中发挥重要作用，但是如太阳能虽然热源品位可做到很高，但其季节和供需的不平衡性制约了其发展；此外，一些工业余热、废热具有显著的间歇性和波动性特点，使得其不易被利用而造成浪费。

随着储热材料和储热技术的不断发展，通过储热收集和利用不稳定能源已经具备了技术基础。将储热技术与空气源热泵按照一定比例结合，通过间歇存储、稳定输出来自廉价清洁能源转换的热能，弥补空气源热泵在低温度、高湿度环境下的能效损失及供热能力衰减，能够实现高效稳定供热，这类高效节能的供暖方式尚未被提出。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，通过将储热技术与空气源热泵结合，通过储热装置间歇存储、稳定输出热能，弥补空气源热泵在低温度、高湿度环境下的能效损失及供热能力衰减，实现高效稳定供热。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，包括：空气源热泵机组、储热装置和集热及循环装置，所述空气源热泵机组的供热端和回水端通过第一供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，所述储热装置的供热端和回水端通过第二供暖支路阀门组分别与所述采暖端的所述供水管线和所述回水管线连接，所述集热及循环装置与所述储热装置连接。

优选地，所述采暖端包括采暖用户分水器和采暖用户集水器，所述采暖用户分水器的流入端与所述供水管线连接，所述采暖用户集水器的流出端与所述回水管线连接。

优选地，所述采暖用户集水器通过采暖循环泵组与所述空气源热泵机组的回水端和所述储热装置的回水端连接。

优选地，所述采暖循环泵组包括多个并联设置的采暖循环泵。

优选地，还包括补水定压机组，所述补水定压机组包括依次连接的软化水设备、软化水箱和补水定压泵组，所述软化水设备连接于自来水管线，所述补水定压泵组连接于所述采暖用户集水器和所述采暖循环泵组之间的所述回水管线。

优选地，所述补水定压泵组包括多个并联设置的补水定压泵。

优选地，所述空气源热泵机组包括至少一台空气源热泵。

优选地，所述储热装置包括显热储热装置、潜热储热装置、热化学储热装置的至少其中之一。

优选地，所述集热及循环装置包括太阳能集热装置和导热油传热装置。

优选地，所述第一供暖支路阀门组包括第一供暖阀门和第二供暖阀门，所述第一供暖阀门和所述第二供暖阀门分别连接于所述空气源热泵机组的供热端和回水端；所述第二供暖支路阀门组包括第三供暖阀门和第四供暖阀门，所述第三供暖阀门和所述第四供暖阀门分别连接于所述储热装置的供热端和回水端。

本实用新型的有益效果在于：通过将储热技术与空气源热泵结合，通过储热装置间歇存储、稳定输出热能，弥补空气源热泵在低温度、高湿度环境下的能效损失及供热能力衰减，实现高效稳定供热。

本实用新型将间断性强、波动性大和供需匹配性差的不易直接利用的清洁能源加以间歇存储，方便稳定利用，实现更深程度的节能减排。将储热系统热量在空气源热泵系统性能恶化时段稳定输出，满足热量需求，可在实现提高系统整体能效的同时，有效降低空气源热泵机组的负荷配置和占地面积，并兼顾投资经济性。可有效解决现有空气源热泵供暖系统随着室外温度降低、湿度增加存在的制热能力衰退、机组效率下降、频繁停机除霜等一系列性能恶化问题并进一步提高清洁能源的综合利用程度，有效避免传统化石能源的污染问题。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统结构示意图。

附图标记说明：

1、空气源热泵机组；2、储热装置；3、集热及循环装置；4、采暖循环泵组；5、采暖用户分水器；6、采暖用户集水器；7、补水定压机组；8、第一供暖支路阀门组；9、第二供暖支路阀门组；10、软化水设备；11、软化水箱；12、补水定压泵组。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，包括：空气源热泵机组、储热装置和集热及循环装置，空气源热泵机组的供热端和回水端通过第一供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，储热装置的供热端和回水端通过第二供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，集热及循环装置与储热装置连接。

具体地，通过储热装置间歇存储不稳定的热能，当空气源热泵机组低温度、高湿度环境下发生能效损失及供热能力衰减时，实现稳定输出热能，对空气源热泵机组进行弥补，实现高效稳定的复合供热系统。其中通过控制第一供暖支路阀门和第二供暖支路阀门的通断能够实现空气源热泵机组或储热装置的单独供暖回路，也能实现空气源热泵机组和储热装置共同供暖。

更具体地，空气源热泵机组可置于储热装置上方空间，节约系统占地面积，同时本实用新型的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统既可以作为独立供暖系统，又可以作为包含其他能源类型的多种能源集成供暖系统的子系统。

在一个示例中，采暖端包括采暖用户分水器和采暖用户集水器，采暖用户分水器的流入端与供水管线连接，采暖用户集水器的流出端与回水管线连接。

具体地，空气源热泵机组和储热装置的供热端分别通过阀门和供水管线连通到供暖用户分水器，供暖用户分水器将供热水分流至采暖用户后流回供暖用户集水器，之后流回空气源热泵机组和储热装置，实现供暖循环。

在一个示例中，采暖用户集水器通过采暖循环泵组与空气源热泵机组的回水端和储热装置的回水端连接。

在一个示例中，采暖循环泵组包括多个并联设置的采暖循环泵。

具体地，可根据实际采暖情况设置采暖循环泵的数量，以控制回水压力和供暖水的热循环周期。

在一个示例中，还包括补水定压机组，补水定压机组包括依次连接的软化水设备、软化水箱和补水定压泵组，软化水设备连接于自来水管线，补水定压泵组连接于采暖用户集水器和采暖循环泵组之间的回水管线。

具体地，软化水设备对自来水进行软化处理并存入软化水箱，通过软化处理能够减小自来水的硬度，主要是减少水中钙、镁离子等，防止供暖循环管线中积留水垢造成经常堵塞、热效率低等问题，通过补水定压泵组将软化水补充进回水管线，起到稳定循环管路中水压的效果。

在一个示例中，补水定压泵组包括多个并联设置的补水定压泵。

在一个示例中，空气源热泵机组包括至少一台空气源热泵。

在一个示例中，储热装置包括显热储热装置、潜热储热装置、热化学储热装置的至少其中之一。

具体地，储热装置可以是基于显热储热、潜热储热、热化学储热任何一种或几种原理组合的装置。

在一个示例中，集热及循环装置包括太阳能集热装置和导热油传热装置，或其它类型热源收集及热传输装置。

具体地，集热及循环装置根据热源类型和特点合理设计，例如对于太阳能，可以采用太阳能集热系统和导热油传热系统。

在一个示例中，第一供暖支路阀门组包括第一供暖阀门和第二供暖阀门，第一供暖阀门和第二供暖阀门分别连接于空气源热泵机组的供热端和回水端；第二供暖支路阀门组包括第三供暖阀门和第四供暖阀门，第三供暖阀门和第四供暖阀门分别连接于储热装置的供热端和回水端。

实施例：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统结构示意图。

如图1所示，一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，包括：空气源热泵机组1、储热装置2和集热及循环装置3，空气源热泵机组1的供热端和回水端通过第一供暖支路阀门组8分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，储热装置2的供热端和回水端通过第二供暖支路阀门组9分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，集热及循环装置3与储热装置2连接。采暖端包括采暖用户分水器5和采暖用户集水器6，采暖用户分水器5的流入端与供水管线连接，采暖用户集水器6的流出端与回水管线连接。采暖用户集水器6通过采暖循环泵组4与空气源热泵机组1的回水端和储热装置2的回水端连接。采暖循环泵组4包括多个并联设置的采暖循环泵。还包括补水定压机组7，补水定压机组7包括依次连接的软化水设备10、软化水箱11和补水定压泵组12，软化水设备10连接于自来水管线，补水定压泵组12连接于采暖用户集水器6和采暖循环泵组4之间的回水管线。补水定压泵组12包括多个并联设置的补水定压泵。空气源热泵机组1包括至少一台空气源热泵。储热装置2包括显热储热装置2、潜热储热装置2、热化学储热装置2的至少其中之一。集热及循环装置3包括太阳能集热装置和导热油传热装置。第一供暖支路阀门组8包括第一供暖阀门和第二供暖阀门，第一供暖阀门和第二供暖阀门分别连接于空气源热泵机组1的供热端和回水端；第二供暖支路阀门组9包括第三供暖阀门和第四供暖阀门，第三供暖阀门和第四供暖阀门分别连接于储热装置2的供热端和回水端。

储热装置2和集热及循环装置3在全年内任何时间均可开启收集能量并以热能形式存储于储热装置2中。在非严寒期或其它空气源热泵机组能够高效运行的时间段，开启第一供暖支路阀门组8，关闭第二供暖支路阀门组9，开启空气源热泵机组1，由空气源热泵机组1承担全部供暖负荷。空气源热泵机组1产生的供暖热水经过采暖供水管线进入采暖用户分水器5，为用户提供采暖热源。在用户采暖末端释热降温后的供暖回水经过采暖用户集水器6后汇合于采暖回水管线，并由采暖循环泵组4加压后送回空气源热泵机组1，完成循环。

自来水补水依次流过补水定压机组7内的软化水装置10、软化水箱11和补水定压泵组12，汇合流入采暖用户集水器6与采暖循环泵组4之间的管线，实现采暖系统的补水定压功能。

当严寒期或其它空气源热泵机组不能够高效运行的时间段，关闭第一供暖支路阀门组8，开启第二供暖支路阀门组9，关闭空气源热泵机组1，将储热装置2中存储的热量以供暖热水的形式释放，经过采暖供水管线进入采暖用户分水器5，为用户提供采暖热源。在用户采暖末端释热降温后的供暖回水经过采暖用户集水器6后汇合于采暖回水管线，并由采暖循环泵组4加压后送回空气源热泵机组1，完成循环。

当空气源热泵机组1或者储热装置2独立开启承担供暖负荷时，二者可在设备出现紧急情况时互为备用。

当出现极端天气等设计负荷不能满足供热需求的情况时，第一供暖支路阀门组8和第二供暖支路阀门组9同时打开，空气源热泵机组1和储热装置2同时开启，可增加系统供暖能力。

本实施例针对现有空气源热泵供暖系统随着室外温度降低、湿度增加存在的制热能力衰退、机组效率下降、频繁停机除霜等一系列性能恶化问题，设计了一种耦合储热装置的空气源热泵高效供暖系统，一方面将间断性强、波动性大和供需匹配性差的不易直接利用的清洁能源加以间歇存储，方便稳定利用；另一方面将储热系统热量在空气源热泵系统性能恶化时段稳定输出，满足热量需求，可在实现提高系统整体能效的同时，有效降低空气源热泵机组的负荷配置和占地面积，并兼顾投资经济性。通过以上方式，进一步提高清洁能源的综合利用程度，有效避免传统化石能源的污染问题。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，包括：空气源热泵机组、储热装置和集热及循环装置，所述空气源热泵机组的供热端和回水端通过第一供暖支路阀门组分别与采暖端的供水管线和回水管线连接，所述储热装置的供热端和回水端通过第二供暖支路阀门组分别与所述采暖端的所述供水管线和所述回水管线连接，所述集热及循环装置与所述储热装置连接。

2.根据权利要求1所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述采暖端包括采暖用户分水器和采暖用户集水器，所述采暖用户分水器的流入端与所述供水管线连接，所述采暖用户集水器的流出端与所述回水管线连接。

3.根据权利要求2所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述采暖用户集水器通过采暖循环泵组与所述空气源热泵机组的回水端和所述储热装置的回水端连接。

4.根据权利要求3所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述采暖循环泵组包括多个并联设置的采暖循环泵。

5.根据权利要求3所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，还包括补水定压机组，所述补水定压机组包括依次连接的软化水设备、软化水箱和补水定压泵组，所述软化水设备连接于自来水管线，所述补水定压泵组连接于所述采暖用户集水器和所述采暖循环泵之组间的所述回水管线。

6.根据权利要求5所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述补水定压泵组包括多个并联设置的补水定压泵。

7.根据权利要求1所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述空气源热泵机组包括至少一台空气源热泵。

8.根据权利要求1所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述储热装置包括显热储热装置、潜热储热装置、热化学储热装置的至少其中之一。

9.根据权利要求1所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述集热及循环装置包括太阳能集热装置和导热油传热装置。

10.根据权利要求1所述的耦合储热装置的空气源热泵机组供暖系统，其特征在于，所述第一供暖支路阀门组包括第一供暖阀门和第二供暖阀门，所述第一供暖阀门和所述第二供暖阀门分别连接于所述空气源热泵机组的供热端和回水端；所述第二供暖支路阀门组包括第三供暖阀门和第四供暖阀门，所述第三供暖阀门和所述第四供暖阀门分别连接于所述储热装置的供热端和回水端。