CN211204502U - 一种自适应单元式复合热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应单元式复合热泵系统，包括空气源热泵，所述空气源热泵包括蒸发器和为蒸发器的热侧提供热量的空气换热器。取热的低温侧设置太阳能集热器和低温相变蓄热器，供水的高温侧还设置有高温相变蓄热器。本实用新型可以提高热泵系统运行效率，防止结霜，提高热泵系统的自适应能力，达到按需取热、按需供热的目的。

Description

一种自适应单元式复合热泵系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于需求的自适应单元式复合热泵系统。

背景技术

空气源热泵大量应用于采暖行业。但是由于单一以空气作为热源，存在着运行效率不高、受地域性影响较大的不足，尤其对于低温高湿地区来说，空气源热泵所需热源不够充足，空气换热器容易结霜，系统运行效率低，制约了空气源热泵在不同地域及环境条件下的应用。

实用新型内容

本实用新型提出了一种自适应单元式复合热泵系统，其目的是：为空气源热泵提供充足的热源，避免换热器结霜，从而提高热泵系统的运行效率及可靠性，突破其应用地域及环境条件限制。

本实用新型技术方案如下：

一种自适应单元式复合热泵系统，包括空气源热泵，所述空气源热泵包括蒸发器和为蒸发器的热侧提供热量的空气换热器；所述热泵系统还包括太阳能集热器和低温相变蓄热器；

所述蒸发器热侧出口与太阳能集热器的入口相连接，太阳能集热器的出口通过第四调节阀与低温相变蓄热器的入口相连接，还通过第三调节阀与空气换热器的入口相连接；所述低温相变蓄热器的出口与空气换热器的入口相连接；所述空气换热器的出口通过第一循环泵与所述蒸发器的热侧入口相连通；

还包括用于检测空气换热器入口处介质温度的第二温度传感器，以及用于检测空气换热器周围环境温度和湿度的环境温度传感器和环境湿度传感器；

还包括用于控制第三调节阀和第四调节阀开度的第二控制器，所述第二控制器还用于采集第二温度传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器的检测值。

作为本系统的进一步改进：还包括用于检测低温相变蓄热器入口处温度的第四温度传感器、用于检测低温相变蓄热器出口处温度的第三温度传感器，所述第二控制器还用于采集第三温度传感器和第四温度传感器的检测值。

作为本系统的进一步改进：还包括高温相变蓄热器；

所述第一循环泵的出口通过第一切换阀与所述蒸发器的热侧的入口相连接，还通过第二切换阀与高温相变蓄热器的介质通道的入口相连接，该介质通道的出口与空气换热器的入口相连接；

所述空气源热泵系统中冷凝器的冷侧出口用于为用户供热水，还用于为所述高温相变蓄热器提供热量。

作为本系统的进一步改进：所述冷凝器冷侧出口通过第二调节阀与高温相变蓄热器的入水口相连接，还通过第一调节阀与系统的出水口相连接；所述系统的入水口通过第二循环泵与冷凝器冷侧的入水口相连接；

所述高温相变蓄热器的出水口与系统的出水口相连接；

还包括用于检测高温相变蓄热器出水口处温度的第一温度传感器、用于检测高温相变蓄热器入水口处温度的第五温度传感器以及用于检测系统的入水口处温度的回水温度传感器；

还包括第一控制器，所述第一控制器用于采集第一温度传感器、第五温度传感器和回水温度传感器的检测值，还用于控制第一调节阀和第二调节阀的开度。

作为本系统的进一步改进：所述空气换热器为翅片排管式散热器。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：（1）本系统在空气能的基础上，结合广泛存在、易于获取的太阳能，二者同时取热，保证了热泵热源充足，并且先太阳能后空气能的取热方式具有自适应性，最大程度取热的同时降低了空气换热器结霜的可能性；（2）采用高低温相变蓄热改善了热泵系统运行条件，平衡了制热与用热之间的不同步问题，消除了昼夜环境变化以及天气变化的影响，达到了按需取热、按需供热的目的，提高了系统总体运行效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：

如图1，一种自适应单元式复合热泵系统，包括空气源热泵，所述空气源热泵包括蒸发器6、压缩机5、冷凝器22和节流阀21，所述蒸发器6的冷侧出口依次通过压缩机5、冷凝器22的热侧以及节流阀21与蒸发器6的冷侧入口相连接。空气源热泵还包括为蒸发器6的热侧提供热量的空气换热器9。

所述空气换热器9为翅片排管式散热器，具有超大排管间距，可抵御霜雪对换热的衰减，无风机噪音，利用自然风速强化翅片排管表面换热，吸取空气热能同时翅片排管还可以接收太阳、雨雾的能量。

所述热泵系统还包括板式太阳能集热器7和低温相变蓄热器15。

所述蒸发器6热侧出口与太阳能集热器7的入口相连接，太阳能集热器7的出口通过第四调节阀18与低温相变蓄热器15的入口相连接，还通过第三调节阀8与空气换热器9的入口相连接；所述低温相变蓄热器15的出口与空气换热器9的入口相连接；所述空气换热器9的出口与第一循环泵16的入口相连接，所述第一循环泵16的出口通过第一切换阀19与所述蒸发器6的热侧的入口相连接。

所述热泵系统还包括用于检测空气换热器9入口处介质温度的第二温度传感器12，以及用于检测空气换热器9周围环境温度和湿度的环境温度传感器10和环境湿度传感器11。

所述热泵系统还包括用于控制第三调节阀8和第四调节阀18开度的第二控制器14，所述第二控制器14还用于采集第二温度传感器12、环境温度传感器10和环境湿度传感器11的检测值。

所述热泵系统还包括用于检测低温相变蓄热器15入口处温度的第四温度传感器17、用于检测低温相变蓄热器15出口处温度的第三温度传感器13，所述第二控制器14还用于采集第三温度传感器13和第四温度传感器17的检测值，监测低温相变蓄热器15的蓄热状态。

所述热泵系统还包括高温相变蓄热器23。所述第一循环泵16的出口还通过第二切换阀20与高温相变蓄热器23的介质通道的入口相连接，该介质通道的出口与空气换热器9的入口相连接。

所述系统的入水口通过第二循环泵24与冷凝器22冷侧的入水口相连接，所述空气源热泵系统中冷凝器22的冷侧出口通过第二调节阀4与高温相变蓄热器23的入水口相连接，还通过第一调节阀3与系统的出水口相连接；所述系统的入水口通过第二循环泵24与冷凝器22冷侧的入水口相连接。

所述高温相变蓄热器23的出水口与系统的出水口相连接。

热泵系统还包括用于检测高温相变蓄热器23出水口处温度的第一温度传感器2、用于检测高温相变蓄热器23入水口处温度的第五温度传感器25以及用于检测系统的入水口处温度的回水温度传感器26。通过第一温度传感器2和第五温度传感器25可以监测高温相变蓄热器23的蓄热状态。

热泵系统还包括第一控制器1，所述第一控制器1用于采集第一温度传感器2、第五温度传感器25和回水温度传感器26的检测值，还用于控制第一调节阀3和第二调节阀4的开度。

工作时，压缩机5工作，为流经冷凝器22中的水加热，为用户提供热水。

在蒸发器6、太阳能集热器7、空气换热器9和低温相变蓄热器15构成的低温侧环路中：超导液首先进入太阳能集热器7，温度升高后分两路，分别进入空气换热器9和低温相变蓄热器15。因为换热温差的减小，空气换热器9空气侧结霜被抑制，第二控制器14根据环境温度传感器10、环境湿度传感器11、第二温度传感器12的实时数值计算第三调节阀8和第四调节阀18的开度。结霜严重时段主要在夜间，此时环境低温高湿，第二控制器14根据环境温度、湿度数值计算空气露点温度，计算超导液温度与露点温度之间温差，当此温差大于设定数值时，意味结霜风险增加，根据此温差通过PID关小第三调节阀8同时开大第四调节阀18，从低温相变蓄热器15中增加取热量，提高进入空气换热器9的超导液温度，抑制其结霜。而在白天时段，太阳能集热器7采集的热量可全部或大部分储存在低温相变蓄热器15中，根据蓄热器进出口温度可以判断蓄热总量，取热时也可以通过进出口温度判断放热总量。最后超导液由第一循环泵16进入蒸发器6完成循环。

所谓自适应性，是指通过回水温度的变化来判断末端的用热需求。用热需求增加，必然回水温度降低，控制上依据回水温度增加压缩机5投入，进而导致超导液温度降低，第二控制器14则按上述控制逻辑按需取热，实现用热、制热、取热的同步性。

在系统入水口、系统出水口和高温相变蓄热器23构成的高温侧环路中：热水从冷凝器22流出分两路，经过第一调节阀3和第二调节阀4，分别到达高温相变蓄热器23和系统出水口。第一控制器1根据回水温度传感器26采集的数据经过计算第一调节阀3和第二调节阀4的开度，实现按需供热。热泵白天制热量大，效率高，但是白天用热少；夜晚制热量小，效率低，但用热量大。通过高温相变蓄热器23，可以在白天高效时段投入热泵制热，除满足需要外，其余部分可以储存在高温相变蓄热器23中，夜晚时段释放热量，如此，提升运行能效，同时也可以作为恶劣天气来临时的热量补充。回水温度直接反映了用热需求的变化，如果回水温度升高，末端用热需求减小，则关小第一调节阀3，开大第二调节阀4，将多余热量存储在高温相变蓄热器23中，根据高温相变蓄热器23进出口温度可以判断蓄热总量，放热时也可以通过进出口温度判断放热总量。

在极端恶劣天气下，比如暴雪，空气换热器9表面会覆盖冰雪，此时通过第二切换阀20提取高温相变蓄热器23的热量，可以快速融化空气换热器9表面的冰雪。此回路提高了系统的可靠性，但正常运行情况下不会采用。

本系统通过在低温热源测设置板式太阳能集热器7及空气换热器9取热，可最大限度汲取环境热量，同时设低温相变蓄热器15，经控制实现按需取热。高温供热侧设置高温相变蓄热器23，经控制实现按需供热，亦可用于在极端天气下快速除去空气换热器9上的冰雪，提高系统效率，增强了热泵系统对抗恶劣天气的稳定性与可靠性。

Claims (5)

1.一种自适应单元式复合热泵系统，其特征在于：包括空气源热泵，所述空气源热泵包括蒸发器（6）和为蒸发器（6）的热侧提供热量的空气换热器（9）；所述热泵系统还包括太阳能集热器（7）和低温相变蓄热器（15）；

所述蒸发器（6）热侧出口与太阳能集热器（7）的入口相连接，太阳能集热器（7）的出口通过第四调节阀（18）与低温相变蓄热器（15）的入口相连接，还通过第三调节阀（8）与空气换热器（9）的入口相连接；所述低温相变蓄热器（15）的出口与空气换热器（9）的入口相连接；所述空气换热器（9）的出口通过第一循环泵（16）与所述蒸发器（6）的热侧入口相连通；

还包括用于检测空气换热器（9）入口处介质温度的第二温度传感器（12），以及用于检测空气换热器（9）周围环境温度和湿度的环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11）；

还包括用于控制第三调节阀（8）和第四调节阀（18）开度的第二控制器（14），所述第二控制器（14）还用于采集第二温度传感器（12）、环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11）的检测值。

2.如权利要求1所述的自适应单元式复合热泵系统，其特征在于：还包括用于检测低温相变蓄热器（15）入口处温度的第四温度传感器（17）、用于检测低温相变蓄热器（15）出口处温度的第三温度传感器（13），所述第二控制器（14）还用于采集第三温度传感器（13）和第四温度传感器（17）的检测值。

3.如权利要求1所述的自适应单元式复合热泵系统，其特征在于：还包括高温相变蓄热器（23）；

所述第一循环泵（16）的出口通过第一切换阀（19）与所述蒸发器（6）的热侧的入口相连接，还通过第二切换阀（20）与高温相变蓄热器（23）的介质通道的入口相连接，该介质通道的出口与空气换热器（9）的入口相连接；

所述空气源热泵系统中冷凝器（22）的冷侧出口用于为用户供热水，还用于为所述高温相变蓄热器（23）提供热量。

4.如权利要求3所述的自适应单元式复合热泵系统，其特征在于：所述冷凝器（22）冷侧出口通过第二调节阀（4）与高温相变蓄热器（23）的入水口相连接，还通过第一调节阀（3）与系统的出水口相连接；所述系统的入水口通过第二循环泵（24）与冷凝器（22）冷侧的入水口相连接；

所述高温相变蓄热器（23）的出水口与系统的出水口相连接；

还包括用于检测高温相变蓄热器（23）出水口处温度的第一温度传感器（2）、用于检测高温相变蓄热器（23）入水口处温度的第五温度传感器（25）以及用于检测系统的入水口处温度的回水温度传感器（26）；

还包括第一控制器（1），所述第一控制器（1）用于采集第一温度传感器（2）、第五温度传感器（25）和回水温度传感器（26）的检测值，还用于控制第一调节阀（3）和第二调节阀（4）的开度。

5.如权利要求1至4任一所述的自适应单元式复合热泵系统，其特征在于：所述空气换热器（9）为翅片排管式散热器。

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