CN210089035U - 太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统 - Google Patents

太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,系统包括太阳能集热系统、储换热水箱、空气源热泵冷暖机组、风机盘管末端系统、地暖盘管末端系统和控制器,可以实现太阳能与空气源热泵有机结合,充分利用太阳能资源,满足全天候的用能需求,成本低,具有较高的推广和应用价值。

Description

太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能与空气能综合利用系统,具体涉及是一种太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统。
背景技术
目前空气源热泵采暖和制冷系统的应用比较普遍,系统多采用空气源热泵冷暖机组配置地板辐射供暖末端和风机盘管末端。在冬季采暖时,开启制热模式,关闭风机盘管,利用地暖盘管辐射供暖;夏季供冷时,开启制冷模式,关闭地暖盘管,开启风机盘管。如果用这种系统同时制取生活热水,则需要关停采暖或制冷的管路,而且需要配置带有换热器的储换热水箱,生活热水用量大时,存在着频繁切换,采暖或制冷效果差的问题。在冬季使用时,系统COP较低,采暖量无法满足需求,如果增大机组配置则会导致成本和运行费用均较高。
太阳能作为可再生能源的一种,以其清洁、储量巨大、成本低、不受地域限制和能源品质高等众多优点已成为可再生能源利用的首选。市场上也逐渐出现太阳能光热与空气源热泵(在此简称太阳能与空气能)联用热水、采暖、制冷系统,但这种系统还处于研发和试验阶段,目前所采用的形式是:太阳能集热器与储换热水箱进行温差循环,提供生活热水用能,空气源热泵冷暖机组提供冬季采暖量和夏季的制冷量,两种能源的循环管路各自运行,没有实现有机的结合,也不能发挥出太阳能在中低温热利用的优势。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种太阳能与空气源热泵有机结合,充分利用太阳能资源,可满足全天候的用能需求的太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统。
为了解决上述技术问题,本实用新型采取的技术方案为:太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,包括太阳能集热系统、储换热水箱、空气源热泵冷暖机组、风机盘管末端系统、地暖盘管末端系统和控制器;
所述储换热水箱包括外壳、内胆、保温层以及设置在内胆上并穿过保温层和外壳的冷水进口、热水出口、太阳能循环给水接口、太阳能循环回水接口、热泵循环进水接口、热泵循环出水接口和水温探头,内胆中设有第一盘管和位于第一盘管上方的第二盘管,第一盘管的两端分别连通太阳能循环给水接口和太阳能循环回水接口,第二盘管的两端分别连通热泵循环进水接口和热泵循环出水接口;
所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机、热泵循环泵P2和回水温度探头T4,热泵主机设有热泵给水口、热泵回水口;
所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、集热循环泵P1、补液阀和管路;所述太阳能循环给水接口、集热循环泵P1和太阳能集热器的进水口依次通过管路连接,所述太阳能循环回水接口与太阳能集热器的出水口之间设有一个电控三通阀V1,太阳能集热器的出水口连接电控三通阀V1的进口a,太阳能循环回水接口连接电控三通阀V1的出口b,补液阀通过管路与太阳能集热器连通,所述太阳能集热器上设有集热温度探头T1;
所述风机盘管末端系统包括风机盘管、风机给水管路、风机回水管路和风机电动阀;
所述地暖盘管末端系统包括地暖盘管、地暖给水管路和地暖回水管路;
所述热泵给水口通过管路与热泵循环进水接口、风机给水管路和地暖给水管路相连通,所述热泵回水口通过管路与热泵循环出水接口、风机回水管路和地暖回水管路相连接,回水温度探头T4设置在风机回水管路和地暖回水管路并联的干管上,在热泵回水口与热泵循环出水接口之间的管路上设有第一电控阀V2,在热泵回水口与风机回水管路和地暖回水管路间的管路上设有第二电控阀V3,所述热泵回水口通过管路还与电控三通阀V1的换向口c相连接,所述风机回水管路和地暖回水管路还直接与太阳能循环给水接口相连通;
所述集热温度探头T1、集热循环泵P1、水温探头一T2、电控三通阀V1、第一电控阀V2、第二电控阀V3、热泵主机、回水温度探头T4和热泵循环泵P2与控制器电连接。
热泵主机包含压缩机、换热器、热泵风机盘管、膨胀阀和四通阀。制热模式下,压缩机排出的高压高温气体工质通过四通阀进入换热器将热量转换成热水以供采暖和加热生活热水,通过换热器后的高压高温液体工质经膨胀阀后变为低压低温气液混合工质进入热泵风机盘管,工质经热泵风机盘管吸收室外空气热量后变为低压低温的气体,通过四通阀进入压缩机。制冷模式下,压缩机排出的高压高温气体工质通过四通阀进入热泵风机盘管,向室外空气散热后变为高压高温液体工质,再经膨胀阀后变为低压低温气液混合工质进入换热器,吸收循环水的热量以向室内风机盘管末端系统提供冷水,通过换热器后的低压低温的气体工质通过四通阀进入压缩机。
优选地,所述储换热水箱还包括水温探头二T3,水温探头二T3设置在水箱内胆的中上部,水温探头一T2设置在水箱内胆的中下部,水温探头二T3与控制器电连接。
所述控制器包括微控制器、集热循环泵驱动电路、热泵主机驱动电路、热泵循环泵驱动电路、电控三通阀驱动电路、第一电控阀驱动电路和第二电控阀驱动电路,微控制器为单片机,微控制器的信号输入端口分别与集热温度探头T1、水温探头一T2、水温探头二T3以及回水温度探头T4电连接;微控制器的信号输出端口通过集热循环泵驱动电路、热泵主机驱动电路、热泵循环泵驱动电路、电控三通阀驱动电路、第一电控阀驱动电路和第二电控阀驱动电路分别电连接集热循环泵P1、热泵主机、热泵循环泵P2、电控三通阀V1第一电控阀V2和第二电控阀V3。
由在太阳能循环模式下,T3低于设定温度时,开启集热温差循环,集热循环泵P1启动的设定温差记为Δt1,P1关闭的设定温差即为Δt2,当T1与T3的温差大于等于Δt1时,P1启动,此时V1的进口a和出口b相通,当T1与T3的温差小于等于Δt2时,P1关闭。
在设定热水时段,优先启动制热水模式,水温探头一T2小于设定温度时,此时热泵主机启动制热模式,V2打开,V3关闭,P2启动,管路中的介质流经第二盘管,不断加热储换热水箱中的水,直到T2高于设定温度3℃时停止。
采暖模式时,集热器温度探头T1温度超过T4达到设定温差Δt3时,启动热泵主机制热模式,此时V1的进口a和换向口c相通,V2和V3均关闭,P1和P2均启动,管路中的介质从热泵给水口流出,流经地暖盘管末端系统放热后,再流经太阳能集热器加热后,返回到热泵回水口,在热泵主机中进行热交换,如此循环往复。当T1与T4的温差小于设定温差Δt4时,太阳能集热器退出采暖循环管路,此时热泵主机为制热模式,V1的进口a和出口b相通,V2关闭,V3开启,P2启动,P1关闭,管路中的介质从热泵给水口流出,流经地暖盘管末端系统放热后,返回到热泵回水口,在热泵主机中进行热交换,如此循环往复,直到热泵回水温度达到设定值时,关闭热泵主机,关闭P2。室内设置温控器,所述地暖盘管末端系统还包括分集水器和执行器,所述风机盘管、风机电动阀和执行器与温控器电连接,室内温度低于设定采暖温度时,开启执行器,否则关闭执行器。
供冷模式时,启动热泵主机制冷模式,V2关闭,V3开启,P2启动,管路中的介质从热泵给水口流出,流经风机盘管末端系统吸热后,返回到热泵回水口,在热泵主机中进行热交换,如此循环往复,直到热泵回水温度达到设定值时,关闭热泵主机,关闭P2。室内温度高于设定供冷温度时,开启风机电动阀,否则关闭风机电动阀。
优选地,所述太阳能集热系统为全玻璃真空管太阳能集热器,所述补液阀为浮球式或隔膜式自动控水阀,水位到达设定液位后,补液阀自动关停。
本实用新型的有益效果在于:
1.在太阳能集热器温度高时,直接串联到供暖回路中,太阳能集热器不断提高采暖回水温度,降低了热泵主机的能耗,提高了太阳能的利用率;
2.通过调节电控三通阀和控制第一电控阀及第二电控阀的启闭,实现了热水、采暖和制冷的工作回路的切换,控制简单,稳定可靠;
3.无论控制器是处于采暖模式还是制冷模式,都可以保证热水优先,优先满足生活需求。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统的结构示意图。
图2为本实用新型的太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统的控制流程图。
图中,1:太阳能集热系统;101:太阳能集热器;102:补液阀;2:储换热水箱;201:太阳能循环回水接口;202:太阳能循环给水接口;203:热水出口;204:冷水进口;205:热泵循环进水接口;206:热泵循环出水接口;207:第一盘管;208:第二盘管;3:热泵主机;301:热泵给水口;302:热泵回水口;4:风机盘管末端系统;401:风机盘管;402:风机给水管路;403:风机回水管路;404:风机电动阀;5:地暖盘管末端系统;501:地暖盘管;502:分集水器;503:地暖给水管路;504:地暖回水管路;505:执行器;6:控制器;7:温控器;P1:集热循环泵;P2:热泵循环泵;T1:集热温度探头;T2:水温探头一;T3:水温探头二;T4:回水温度探头;V1:电控三通阀;V2:第一电控阀;V3:第二电控阀。
具体实施方式
下面结合实施例,对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
如图1和图2所示,本实用新型公开的一种太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,包括太阳能集热系统1、储换热水箱2、空气源热泵冷暖机组、风机盘管末端系统4、地暖盘管末端系统5和控制器6;
所述储换热水箱2包括外壳、内胆、保温层以及设置在内胆上并穿过保温层和外壳的冷水进口204、热水出口203、太阳能循环给水接口202、太阳能循环回水接口201、热泵循环进水接口205、热泵循环出水接口206和水温探头一T2,内胆中设有第一盘管207和位于第一盘管207上方的第二盘管208,第一盘管207的两端分别连通太阳能循环给水接口202和太阳能循环回水接口201,第二盘管208的两端分别连通热泵循环进水接口205和热泵循环出水接口206;
所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机3、热泵循环泵P2和回水温度探头T4,热泵主机3设有热泵给水口301、热泵回水口302;
所述太阳能集热系统1包括太阳能集热器101、集热循环泵P1、补液阀102和管路;所述太阳能循环给水接口202、集热循环泵P1和太阳能集热器101的进水口依次通过管路连接,所述太阳能循环回水接口201与太阳能集热器101的出水口之间设有一个电控三通阀V1,太阳能集热器101的出水口连接电控三通阀V1的进口a,太阳能循环回水接口201连接电控三通阀V1的出口b,补液阀102通过管路与太阳能集热器101连通,所述太阳能集热器101上设有集热温度探头T1;
所述风机盘管末端系统4包括风机盘管401、风机给水管路402、风机回水管路403和风机电动阀404;
所述地暖盘管末端系统5包括地暖盘管501、地暖给水管路503和地暖回水管路504;
所述热泵给水口301通过管路与热泵循环进水接口205、风机给水管路402和地暖给水管路503相连通,所述热泵回水口302通过管路与热泵循环出水接口206、风机回水管路403和地暖回水管路504相连接,回水温度探头T4设置在风机回水管路403和地暖回水管路504并联的干管上,在热泵回水口302与热泵循环出水接口206之间的管路上设有第一电控阀V2,在热泵回水口302与风机回水管路403和地暖回水管路504间的管路上设有第二电控阀V3,所述热泵回水口302通过管路还与电控三通阀V1的换向口c相连接,所述风机回水管路403和地暖回水管路504还直接与太阳能循环给水接口202相连通;
所述集热温度探头T1、集热循环泵P1、水温探头一T2、电控三通阀V1、第一电控阀V2、第二电控阀V3、热泵主机3、回水温度探头T4和热泵循环泵P2与控制器6电连接。
所述储换热水箱2还包括水温探头二T3,水温探头二T3设置在水箱内胆的中上部,水温探头一T2设置在水箱内胆的中下部,水温探头二T3与控制器6电连接。
所述控制器6包括微控制器、集热循环泵驱动电路、热泵主机驱动电路、热泵循环泵驱动电路、电控三通阀驱动电路、第一电控阀驱动电路和第二电控阀驱动电路,微控制器为单片机,微控制器的信号输入端口分别与集热温度探头T1、水温探头一T2、水温探头二T3以及回水温度探头T4电连接;微控制器的信号输出端口通过集热循环泵驱动电路、热泵主机驱动电路、热泵循环泵驱动电路、电控三通阀驱动电路、第一电控阀驱动电路和第二电控阀驱动电路分别电连接集热循环泵P1、热泵主机3、热泵循环泵P2、电控三通阀V1第一电控阀V2和第二电控阀V3。
由在太阳能循环模式下,T3低于设定温度时,开启集热温差循环,集热循环泵P1启动的设定温差记为Δt1,Δt1取值范围为3~15℃。P1关闭的设定温差即为Δt2,Δt2取值范围为1~5℃。当T1与T3的温差大于等于Δt1时,P1启动,此时V1的进口a和出口b相通,当T1与T3的温差小于等于Δt2时,P1关闭。
在设定热水时段,优先启动制热水模式,水温探头一T2小于设定温度时,此时热泵主机3启动制热模式,V2打开,V3关闭,P2启动,管路中的介质流经第二盘管208,不断加热储换热水箱2中的水,直到T2高于设定温度3℃时停止。
采暖模式时,集热器温度探头T1温度超过T4达到设定温差Δt3时,启动热泵主机3制热模式,此时V1的进口a和换向口c相通,V2和V3均关闭,P1和P2均启动,管路中的介质从热泵给水口301流出,流经地暖盘管末端系统5放热后,再流经太阳能集热器101加热后,返回到热泵回水口302,在热泵主机3中进行热交换,如此循环往复;当T1与T4的温差小于设定温差Δt4时,太阳能集热器101退出采暖循环管路,此时热泵主机3为制热模式,V1的进口a和出口b相通,V2关闭,V3开启,P2启动,P1关闭,管路中的介质从热泵给水口流出,流经地暖盘管末端系统5放热后,返回到热泵回水口302,在热泵主机3中进行热交换,如此循环往复,直到热泵回水温度达到设定值时,关闭热泵主机3,关闭P2。Δt3取值范围为3~15℃,Δt4取值范围为1~5℃。室内设置温控器7,所述地暖盘管末端系统5还包括分集水器502和执行器505,所述风机盘管401、风机电动阀404和执行器505与温控器7电连接,室内温度低于设定采暖温度时,开启执行器505,否则关闭执行器505。
供冷模式时,启动热泵主机3制冷模式,V2关闭,V3开启,P2启动,管路中的介质从热泵给水口301流出,流经风机盘管末端系统4吸热后,返回到热泵回水口302,在热泵主机3中进行热交换,如此循环往复,直到热泵回水温度达到设定值时,关闭热泵主机3,关闭P2。室内温度高于设定供冷温度时,开启风机电动阀404,否则关闭风机电动阀404。
进一步的改进,所述太阳能集热系统1为全玻璃真空管太阳能集热器,所述补液阀102为浮球式或隔膜式自动控水阀,水位到达设定液位后,补液阀102自动关停。

Claims (3)

1.太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,其特征是:包括太阳能集热系统(1)、储换热水箱(2)、空气源热泵冷暖机组、风机盘管末端系统(4)、地暖盘管末端系统(5)和控制器(6);
所述储换热水箱(2)包括外壳、内胆、保温层以及设置在内胆上并穿过保温层和外壳的冷水进口(204)、热水出口(203)、太阳能循环给水接口(202)、太阳能循环回水接口(201)、热泵循环进水接口(205)、热泵循环出水接口(206)和水温探头一(T2),内胆中设有第一盘管(207)和位于第一盘管(207)上方的第二盘管(208),第一盘管(207)的两端分别连通太阳能循环给水接口(202)和太阳能循环回水接口(201),第二盘管(208)的两端分别连通热泵循环进水接口(205)和热泵循环出水接口(206);
所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机(3)、热泵循环泵(P2)和回水温度探头(T4),热泵主机(3)设有热泵给水口(301)、热泵回水口(302);
所述太阳能集热系统(1)包括太阳能集热器(101)、集热循环泵(P1)、补液阀(102)和管路;所述太阳能循环给水接口(202)、集热循环泵(P1)和太阳能集热器(101)的进水口依次通过管路连接,所述太阳能循环回水接口(201)与太阳能集热器(101)的出水口之间设有一个电控三通阀(V1),太阳能集热器(101)的出水口连接电控三通阀(V1)的进口a,太阳能循环回水接口(201)连接电控三通阀(V1)的出口b,补液阀(102)通过管路与太阳能集热器(101)连通,所述太阳能集热器(101)上设有集热温度探头(T1);
所述风机盘管末端系统(4)包括风机盘管(401)、风机给水管路(402)、风机回水管路(403)和风机电动阀(404);
所述地暖盘管末端系统(5)包括地暖盘管(501)、地暖给水管路(503)和地暖回水管路(504);
所述热泵给水口(301)通过管路与热泵循环进水接口(205)、风机给水管路(402)和地暖给水管路(503)相连通,所述热泵回水口(302)通过管路与热泵循环出水接口(206)、风机回水管路(403)和地暖回水管路(504)相连接,回水温度探头(T4)设置在风机回水管路(403)和地暖回水管路(504)并联的干管上,在热泵回水口(302)与热泵循环出水接口(206)之间的管路上设有第一电控阀(V2),在热泵回水口(302)与风机回水管路(403)和地暖回水管路(504)间的管路上设有第二电控阀(V3),所述热泵回水口(302)通过管路还与电控三通阀(V1)的换向口c相连接,所述风机回水管路(403)和地暖回水管路(504)还直接与太阳能循环给水接口(202)相连通;
所述集热温度探头(T1)、集热循环泵(P1)、水温探头一(T2)、电控三通阀(V1)、第一电控阀(V2)、第二电控阀(V3)、热泵主机(3)、回水温度探头(T4)和热泵循环泵(P2)与控制器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,其特征是:所述储换热水箱(2)还包括水温探头二(T3),水温探头二(T3)设置在水箱内胆的中上部,水温探头一(T2)设置在水箱内胆的中下部,水温探头二(T3)与控制器(6)电连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能与空气能耦合热水、采暖、制冷系统,其特征是:所述太阳能集热系统(1)为全玻璃真空管太阳能集热器,所述补液阀(102)为浮球式或隔膜式自动控水阀。
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