CN212029925U - 一种太阳能空气源热泵三联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种太阳能空气源热泵三联供系统，属于太阳能空气源热泵技术领域。解决了现有的太阳能空气源热泵三联供系统过于复杂、能源利用率低的问题。它包括空气源热泵机构、太阳能集热机构、第一换热器和第二换热器，所述空气源热泵机构包括压缩机、四通换向阀、室内机风冷换热器、干燥管、节流装置和室外机风冷换热器，所述太阳能集热机构包括低温水箱、第一阀门、高温恒温水箱、太阳能集热板、第二阀门、第三水泵和第四水泵，所述低温水箱内部通过第二水泵与第一换热器的内腔相连，所述高温恒温水箱内部通过第一水泵与第二换热器的内腔相连。它主要用于实现供暖、供冷以及生活热水三联供。

Description

一种太阳能空气源热泵三联供系统

技术领域

本实用新型属于太阳能空气源热泵技术领域，特别是涉及一种太阳能空气源热泵三联供系统。

背景技术

目前，太阳能热水系统和空气源热泵相结合的技术相继出现，两者作为可再生的清洁能源得到政府和相关部门的支持，将太阳能与空气源热泵结合用于供暖与空调也是目前研究热点之一。但现有的系统在实际应用中存在以下技术问题：

1、在温度较低及室外空气相对湿度较大的环境中，空气源热泵机构室外机容易结霜；尤其在严寒地区应用时，空气源热泵机构室外机防霜或除霜的问题更为棘手，严重影响了机组的性能。在现有的太阳能空气源热泵三联供系统中呈现以下两个特点：一是未考虑冬季室外机除霜的问题；二是通过增设太阳能集热器提高制冷剂的温度以此达到融霜的目的，不但增加了系统投资成本，而且增设的电磁阀等附件也会造成系统运行稳定性下降。

2、现有技术中存在集热形式设计不科学不合理、系统综合能效比较低、能源利用率低的问题。一般的太阳能空气源热泵三联供系统没考虑冷凝热回收，不仅导致热量浪费，还会造成城市热污染。

3、现有系统多采用单水箱结构，无法实现在冬季同时从中取热供暖和供恒温热水的功能；即采用传统的单水箱系统，若空气源热泵机构从中连续取热后，则难以实现为用户提供恒温热水的功能，进而也无法提升系统的运行效率。

综上，现有的太阳能空气源热泵三联供系统存在系统过于复杂、能源利用率低等问题，其运行可靠性是非常有限的，这些固有的缺陷也是这些系统推广应用的最大瓶颈。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的问题，提出一种太阳能空气源热泵三联供系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种太阳能空气源热泵三联供系统，它包括空气源热泵机构、太阳能集热机构、第一换热器和第二换热器，所述空气源热泵机构包括压缩机、四通换向阀、室内机风冷换热器、干燥管、节流装置和室外机风冷换热器，所述四通换向阀的四个接口分别连接压缩机的出口、压缩机的入口、第二换热器的外腔以及室内机风冷换热器，所述室内机风冷换热器与干燥管、节流装置和室外机风冷换热器依次相连，所述室外机风冷换热器与第一换热器的外腔相连，所述第一换热器的外腔与第二换热器的外腔相连；所述太阳能集热机构包括低温水箱、第一阀门、高温恒温水箱、太阳能集热板、第二阀门、第三水泵和第四水泵，所述低温水箱分别通过第一阀门和第四水泵与高温恒温水箱相连，所述太阳能集热板依次与第二阀门和第三水泵相连后与高温恒温水箱内部相连，所述低温水箱入口端补给自来水，所述高温恒温水箱出口端供给恒温热水，所述低温水箱内部通过第二水泵与第一换热器的内腔相连，所述高温恒温水箱内部通过第一水泵与第二换热器的内腔相连。

更进一步的，所述高温恒温水箱内设有辅助电加热器。

更进一步的，所述四通换向阀与压缩机的入口之间设置有气液分离器。

更进一步的，所述四通换向阀与室内机风冷换热器之间连接有电磁阀。

更进一步的，所述低温水箱与高温恒温水箱之间连接有止回阀。

更进一步的，所述高温恒温水箱出口端设置有第三阀门。

更进一步的，所述第一换热器和第二换热器均为套管式换热器。

更进一步的，所述压缩机为变频压缩机，所述第一水泵、第二水泵、第三水泵和第四水泵均为变频水泵，所述节流装置为毛细管。

本实用新型还提供了一种太阳能空气源热泵三联供系统的使用方法，它包括单制冷模式、制冷兼制热水模式、单制热模式、空气源热泵和太阳能集热联合供暖模式、太阳能制热水模式和除霜模式；

单制冷模式运行时，关闭第一水泵和第二水泵，空气源热泵机构单独工作，制冷剂经过压缩机压缩后依次流经四通换向阀、第二换热器和第一换热器的外腔后，通过室外机风冷换热器进行放热，经节流装置进行节流后，流经干燥管进入室内机风冷换热器进行吸热，然后经过四通换向阀和气液分离器回到压缩机，以此循环实现制冷；

制冷兼制热水模式运行时，初始状态下关闭室外机风冷换热器的风机，空气源热泵机构中制冷剂的流向与单制冷模式相同，开启第二水泵，高温恒温水箱中的水流经第一换热器的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构中的热量用于加热高温恒温水箱中的水，当高温恒温水箱内的水达到设定温度，关闭第二水泵同时开启第一水泵，低温水箱中的水流经第二换热器的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构中的热量用于加热低温水箱中的水，当低温水箱内的水达到设定温度，关闭第一水泵同时开启室外机风冷换热器的风机，散出多余热量，实现制冷的同时兼制热水；

单制热模式运行时，关闭第一水泵和第二水泵，空气源热泵机构单独工作，制冷剂经过压缩机压缩后流经四通换向阀通过室内机风冷换热器进行放热，经干燥管后通过节流装置进行节流，通过室外机风冷换热器进行吸热，然后依次经过第一换热器和第二换热器的外腔后，经过四通换向阀和气液分离器回到压缩机，以此循环实现制热；

空气源热泵和太阳能集热联合供暖模式运行时，首先开启第一阀门、第三水泵和第四水泵，利用太阳能集热板加热高温恒温水箱和低温水箱中的水，当高温恒温水箱内的水达到设定温度后，关闭第一阀门和第四水泵，同时开启第一水泵，空气源热泵机构中制冷剂的流向与单制热模式相同，低温水箱中的水进入第二换热器的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构从低温水箱中吸取热量用于供暖，实现空气源热泵和太阳能集热联合供暖；

太阳能制热水模式包括两种工况，第一种工况在运行时开启第一阀门、第三水泵和第四水泵，高温恒温水箱和低温水箱形成串联环路，利用太阳能集热板加热高温恒温水箱和低温水箱中的水；第二种工况在运行时，只开启第三水泵，利用太阳能集热板单独加热高温恒温水箱中的水；

除霜模式运行时，除霜模式运行时，空气源热泵机构中制冷剂的流向与单制热模式相同，开启第一水泵11和/或第二水泵12，高温恒温水箱17和/或低温水箱13中的水与空气源热泵机构中的制冷剂换热，提高制冷剂温度，进而提高进入室外机风冷换热器8的制冷剂温度，实现自然除霜。

更进一步的，一种太阳能空气源热泵三联供系统的使用方法还包括辅助电加热器制热水模式，辅助电加热器制热水模式运行时，开启辅助电加热器，利用辅助电加热器加热高温恒温水箱内的水，当高温恒温水箱内的水达到设定温度时，关闭辅助电加热器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型解决了现有的太阳能空气源热泵三联供系统过于复杂、能源利用率低的问题。

本实用新型通过集成空气源热泵机构以及太阳能集热机构实现了供暖、供冷以及生活热水三联供，相比于传统的三联供系统，具有以下明显优点：

1、本系统综合能效高，运行稳定性。在实现上述功能的前提下，系统结构简单，阀门等附件较少。现有系统多采用板式换热器，但因板式换热器两板间距太小，流体阻力大，容易堵塞，本系统采用套管换热器，无疑运行效果更好，系统更加稳定。

2、本系统集热形式设计科学合理、能源利用率高。本系统空调冷凝热回收一方面实现废热利用，减少热量浪费；另一方面也在一定程度上减小城市热污染。

3、本系统采用双水箱结构，实现了在冬季同时从中低温水箱取热供暖和高温恒温水箱供恒温热水的功能；相较于传统的单水箱系统，本系统可从低温水箱中连续取热，而不影响为用户提供恒温热水的功能，进而提升系统的运行效率。在冬季太阳能制热水温度不满足生活热水要求的时，可将其制备的低温热水作为空气源热泵系统的热源，从而延长了太阳能的使用时间。

4、与传统系统增设附件等除霜模式相比，本系统通过控制变频水泵提高流经套管换热器的水流量，从而通过换热进一步提高进入变频压缩机的制冷剂温度，进而提高进入室外风冷换热器的制冷剂温度，以此达到自然除霜的目的的，从而有效的解决了常规除霜过程中存在的四通阀换向的噪音、室内环境温度波动大等问题。

在冬季太阳能集热机构既可以制备足量的热水，在满足生活热水的前提下，也可将多余的热量储存起来用于供暖。另外，在冬季太阳能制热水温度不满足生活热水要求时，也可将其制备的低温热水作为空气源热泵系统的热源。能够实现在冬季同时取热供暖和供恒温热水的功能，克服了传统系统的缺陷，同时系统结构简单有效提升了系统能源利用效率以及系统运行的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统结构示意图。

1-压缩机，2-四通换向阀，3-气液分离器，4-电磁阀，5-室内机风冷换热器，6-干燥管，7-节流装置，8-室外机风冷换热器，9-第一换热器，10-第二换热器，11-第一水泵，12-第二水泵，13-低温水箱，14-止回阀，15-第一阀门，16-辅助电加热器，17-高温恒温水箱，18-第三阀门，19-太阳能集热板，20-第二阀门，21-第三水泵，22-第四水泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1说明本实施方式，一种太阳能空气源热泵三联供系统，它包括空气源热泵机构、太阳能集热机构、第一换热器9和第二换热器10，所述空气源热泵机构包括压缩机1、四通换向阀2、室内机风冷换热器5、干燥管6、节流装置7和室外机风冷换热器8，所述四通换向阀2的四个接口分别连接压缩机1的出口、压缩机1的入口、第二换热器10的外腔以及室内机风冷换热器5，所述室内机风冷换热器5与干燥管6、节流装置7和室外机风冷换热器8依次相连，所述室外机风冷换热器8与第一换热器9的外腔相连，所述第一换热器9的外腔与第二换热器10的外腔相连；所述太阳能集热机构包括低温水箱13、第一阀门15、高温恒温水箱17、太阳能集热板19、第二阀门20、第三水泵21和第四水泵22，所述低温水箱13分别通过第一阀门15和第四水泵22与高温恒温水箱17相连，所述太阳能集热板19依次与第二阀门20和第三水泵21相连后与高温恒温水箱17内部相连，所述低温水箱13入口端补给自来水，所述高温恒温水箱17出口端供给恒温热水，所述低温水箱13内部通过第二水泵12与第一换热器9的内腔相连，所述高温恒温水箱17内部通过第一水泵11与第二换热器10的内腔相连。

本实施例所述高温恒温水箱17内设有辅助电加热器16，所述四通换向阀2与压缩机1的入口之间设置有气液分离器3，所述四通换向阀2与室内机风冷换热器5之间连接有电磁阀4，所述低温水箱13与高温恒温水箱17之间连接有止回阀14，所述高温恒温水箱17出口端设置有第三阀门18，所述第一换热器9和第二换热器10均为套管式换热器，所述压缩机1为变频压缩机，所述第一水泵11、第二水泵12、第三水泵21和第四水泵22均为变频水泵，所述节流装置7为毛细管。

本实用新型还提供了一种太阳能空气源热泵三联供系统的使用方法，它包括单制冷模式、制冷兼制热水模式、单制热模式、空气源热泵和太阳能集热联合供暖模式、太阳能制热水模式、除霜模式和辅助电加热器制热水模式。

有供冷需求无热水制取需求时运行单制冷模式，此时关闭第一水泵11和第二水泵12，空气源热泵机构单独工作，高温高压制冷剂经过压缩机1压缩后依次流经四通换向阀2、第二换热器10和第一换热器9的外腔后，通过室外机风冷换热器8进行放热，经节流装置7进行节流后，流经干燥管6进入室内机风冷换热器5进行吸热，然后经过四通换向阀2和气液分离器3回到压缩机1，以此循环实现制冷。

同时有供冷和热水需求，当太阳辐射不充裕或冷水温度较低时运行制冷兼制热水模式，此种模式即为制冷兼冷凝热回收模式，初始状态下关闭室外机风冷换热器8的风机，空气源热泵机构中制冷剂的流向与单制冷模式相同，开启第二水泵12，高温恒温水箱17中的水流经第一换热器9的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构中的热量用于加热高温恒温水箱17中的水，当高温恒温水箱17内的水达到设定温度，关闭第二水泵12同时开启第一水泵11，低温水箱13中的水流经第二换热器10的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构中的热量用于加热低温水箱13中的水，当低温水箱13内的水达到设定温度，关闭第一水泵11同时开启室外机风冷换热器8的风机，散出多余热量，实现制冷的同时兼制热水。

有供暖需求，且室外温度适宜时运行单制热模式，利用空气源热泵机构单独供暖运行，利用太阳能集热系统单独制热水，此时关闭第一水泵11和第二水泵12，空气源热泵机构单独工作，高温高压制冷剂经过压缩机1压缩后流经四通换向阀2通过室内机风冷换热器5进行放热，经干燥管6后通过节流装置7进行节流，通过室外机风冷换热器8进行吸热，然后依次经过第一换热器9和第二换热器10的外腔后，经过四通换向阀2和气液分离器3回到压缩机1，以此循环实现制热。

有供暖需求时，当太阳辐射充裕，且空气温度很低时，运行空气源热泵和太阳能集热联合供暖模式，此时，首先开启第一阀门15、第三水泵21和第四水泵22，利用太阳能集热板19加热高温恒温水箱17和低温水箱13中的水，当高温恒温水箱17内的水达到设定温度后，关闭第一阀门15和第四水泵22，而后太阳能集热机构只加热恒温水箱17中的水，同时开启第一水泵11，空气源热泵机构中制冷剂的流向与单制热模式相同，低温水箱13中的水进入第二换热器10的内腔，与制冷剂进行换热，空气源热泵机构从低温水箱13中吸取热量用于供暖，恒温水箱17的水温不受影响，实现空气源热泵和太阳能集热联合供暖，此时空气源热泵机构从室外空气和低温水箱13中取热，高温恒温水箱17的水温不受影响，设置双水箱能够实现在冬季同时取热供暖和供恒温热水的功能。

天气状况较好时运行太阳能制热水模式，这也是最节能的一种模式，根据天气状况又可细分为两种工况，第一种工况在运行时开启第一阀门15、第三水泵21和第四水泵22，高温恒温水箱17和低温水箱13形成串联环路，利用太阳能集热板19加热高温恒温水箱17和低温水箱13中的水；第二种工况在运行时，只开启第三水泵21，利用太阳能集热板19单独加热高温恒温水箱17中的水；

当有室外机风冷换热器8有除霜需求时运行除霜模式，空气源热泵机构按照供暖流程运行，制冷剂的流向与单制热模式相同，开启第一水泵11和/或第二水泵12，提高第一水泵11和/或第二水泵12的转速，加速高温恒温水箱17和/或低温水箱13中的水与空气源热泵机构中的制冷剂换热，提高进入压缩机1的制冷剂温度，进而提高进入室外机风冷换热器8的制冷剂温度，通过控制变频水泵提高流经套管换热器的水流量，提高进入变频压缩机的制冷剂温度，进而提高进入室外风冷换热器8的制冷剂温度，实现自然除霜。与空气源热泵和太阳能集热联合供暖模式相比，除霜模式下第一水泵11和/或第二水泵12的转速更大。

当遇到极端天气时，太阳能集热机构集热效果太差，满足不了用户需求时运行辅助电加热器制热水模式，开启辅助电加热器16，利用辅助电加热器16加热高温恒温水箱17内的水，当高温恒温水箱17内的水达到设定温度时，关闭辅助电加热器16。

以上对本实用新型所提供的一种太阳能空气源热泵三联供系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：它包括空气源热泵机构、太阳能集热机构、第一换热器(9)和第二换热器(10)，所述空气源热泵机构包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、室内机风冷换热器(5)、干燥管(6)、节流装置(7)和室外机风冷换热器(8)，所述四通换向阀(2)的四个接口分别连接压缩机(1)的出口、压缩机(1)的入口、第二换热器(10)的外腔以及室内机风冷换热器(5)，所述室内机风冷换热器(5)与干燥管(6)、节流装置(7)和室外机风冷换热器(8)依次相连，所述室外机风冷换热器(8)与第一换热器(9)的外腔相连，所述第一换热器(9)的外腔与第二换热器(10)的外腔相连；所述太阳能集热机构包括低温水箱(13)、第一阀门(15)、高温恒温水箱(17)、太阳能集热板(19)、第二阀门(20)、第三水泵(21)和第四水泵(22)，所述低温水箱(13)分别通过第一阀门(15)和第四水泵(22)与高温恒温水箱(17)相连，所述太阳能集热板(19)依次与第二阀门(20)和第三水泵(21)相连后与高温恒温水箱(17)内部相连，所述低温水箱(13)入口端补给自来水，所述高温恒温水箱(17)出口端供给恒温热水，所述低温水箱(13)内部通过第二水泵(12)与第一换热器(9)的内腔相连，所述高温恒温水箱(17)内部通过第一水泵(11)与第二换热器(10)的内腔相连。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述高温恒温水箱(17)内设有辅助电加热器(16)。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述四通换向阀(2)与压缩机(1)的入口之间设置有气液分离器(3)。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述四通换向阀(2)与室内机风冷换热器(5)之间连接有电磁阀(4)。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述低温水箱(13)与高温恒温水箱(17)之间连接有止回阀(14)。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述高温恒温水箱(17)出口端设置有第三阀门(18)。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述第一换热器(9)和第二换热器(10)均为套管式换热器。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能空气源热泵三联供系统，其特征在于：所述压缩机(1)为变频压缩机，所述第一水泵(11)、第二水泵(12)、第三水泵(21)和第四水泵(22)均为变频水泵，所述节流装置(7)为毛细管。

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