CN212777604U - 一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，包括供暖单元、洗浴单元、光伏发电单元和控制器；供暖单元包括太阳能集热单元、地源热泵单元、第一散热器和第二散热器；太阳能集热单元连接第一散热器，地源热泵单元连接第二散热器；光伏发电单元用于供暖单元和洗浴单元中直流负载及交流负载工作电能提供；控制器分别与供暖单元、洗浴单元电连接，并控制协调供热单元、洗浴单元的工作状态。该实用新型具有系统运行电费低，节能环保、全天候供热、安全可靠、维护简便、热循环好的特点。

Description

一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统

技术领域

本实用新型涉及能源技术领域，具体地说是一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统。

背景技术

太阳能热水器是吸收太阳热辐射对水进行加热的装置。太阳能热水系统虽然运行费用低，但由于太阳能热水系统在运行中受天气的影响很大，对光照要求严格，其独立应用存在间歇性、即时性、不稳定性和地区差异性。

地源热泵是利用地表浅层地热资源作为热源进行能量转换，地源热泵应用十分广泛，但地源热泵运行费用较高。

太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的污染日益突出，丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的能源。所以有必要使用太阳发电技术应用于供暖、洗浴等热能领域，减少对电网电力的依赖，以达到降低生产成本，安全环保的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，该系统采用光伏发电单元给供暖单元和洗浴单元提供动力，降低了用电费用和生产成本，可全天候供热、洗浴，具有节能环保、安全可靠，维护简便、热循环好的特点。

为了实现上述目的，本实用新型一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，包括供暖单元、洗浴单元、光伏发电单元和控制器；所述供暖单元包括太阳能集热单元、地源热泵单元、第一散热器和第二散热器；所述太阳能集热单元包括太阳能集热器和热交换水箱，所述太阳能集热器的进、出口通过集热器管道与所述热交换水箱连接成循环回路，所述热交换水箱内还设有热交换器，所述热交换器的进、出口与所述第一散热器连接成循环回路；所述地源热泵单元包括地源热泵、埋设在地下的地埋管换热器，所述地埋管换热器的进、出口与所述地源热泵连接成循环回路，所述地源热泵与第二散热器连接成循环回路；所述洗浴单元包括洗浴储水箱，所述洗浴储水箱与热交换水箱连通；所述光伏发电单元包括光伏板组件、蓄电池组、发电控制器、逆变器和电源控制器，所述光伏板组件、发电控制器、逆变器和电源控制器依次电连接，所述光伏板组件电连接蓄电池组，所述发电控制器电连接直流负载，所述电源控制器分别电连接交流负载和市电网，所述光伏发电单元用于供暖单元和洗浴单元中直流负载及交流负载工作的电能；所述控制器分别与供暖单元、洗浴单元电连接，并控制协调所述供暖单元、洗浴单元的工作状态。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述集热器管道上连接有太阳能循环泵；所述热交换器的出口设有第一供热循环泵；所述地埋管换热器出口连接有地埋循环泵，所述地源热泵与第二散热器形成的循环回路上设有第二供热循环泵；所述控制器分别电连接太阳能循环泵、地埋循环泵、第一供热循环泵和第二供热循环泵。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述地埋管换热器的进口与地源热泵之间的管道上设有第一电动阀，所述地埋循环泵与地源热泵之间的管道上设有第二电动阀；所述热交换器的出口与第一供热循环泵之间的管道上设有第三电动阀；所述热交换器的进口处设有第四电动阀；所述地埋循环泵的出口与热交换器的进口之间连接有第一管道，所述地埋管换热器进口与热交换器出口之间连接有第二管道，所述第一管道上设有第五电动阀，所述第二管道上设有第六电动阀；所述控制器分别电连接第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀及第六电动阀。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述第一散热器和第二散热器均为埋设在室内地面下方的蛇形散热盘管。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述第一散热器和第二散热器均为室内外置式取暖散热片。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述地埋管换热器包括多个并联的地埋管。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述热交换水箱内设有第一水位传感器和第一温度传感器；所述洗浴储水箱内设有第二水位传感器和第二温度传感器；所述控制器分别电连接第一水位传感器、第二水位传感器、第一温度传感器及第二温度传感器。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述第一散热器上设有第三温度传感器，所述第二散热器上设有第四温度传感器；所述控制器分别电连接第三温度传感器和第四温度传感器。

上述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其中，所述热交换水箱连接第一自来水管，所述第一自来水管连接第七电动阀；所述洗浴储水箱连接第二自来水管，所述第二自来水管连接第八电动阀；所述控制器分别电连接第七电动阀和第八电动阀。

本实用新型的有益效果是：

传统的地源热泵技术，使用能源单一，后期损失大，没有补给的热源，长期使用会导致使用效率降低，甚至会使原设备丧失使用价值。本实用新型在春、夏、秋等季节里，太阳能集热器将太阳能转化为热能，通过管路中的水将热量输送到地下的地埋管换热器，将热量储存到浅层地表，地热资源将大自然的热能最大程度的收集到系统中予以利用,这样就解决了地源热泵在使用一段时期后热能损失的问题。

本实用新型有效解决了供暖、洗浴的动力设备依赖电力电网产生的高能耗问题，采用光伏发电单元发电降低了系统用电费用，同时解决了系统稳定性的问题，即使遇到阴天、下雪等恶劣天气，该系统也能够保持持续、稳定的供应热能及洗浴用水，保证了室内取暖温度及洗浴的用水的温度。

本实用新型采用光伏发电单元发电，从长远看，可以节约大量电网电量，减少电网电量的电费支出，降低生产成本。

太阳能具有费用低，经济效益显著，与地源热泵联合供热，互补性强，具有安全可靠，经济效果显著的特点。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1是本实用新型结构框图；

图2是本实用新型去除光伏发电单元的结构示意图；

图3是本实用新型光伏发电单元的结构示意图。

其中，附图标记：

1、供暖单元；11、太阳能集热单元；111、太阳能集热器；1111、集热器管道；112、热交换水箱；12、地源热泵单元；121、地源热泵；122、地埋管换热器；1221、地埋管换热器的出口；1222、地埋管换热器的进口；123、地埋管；13、第一散热器；14、第二散热器；15、热交换器；151、热交换器的出口；152、热交换器的进口；2、洗浴单元；3、光伏发电单元；31、光伏板组件；32、蓄电池组；33、发电控制器；34、逆变器；35、电源控制器；36、直流负载；37、交流负载；38、市电网；4、第一管道；5、第二管道；

A、太阳能循环泵；B、地埋循环泵；C、第一供热循环泵；D、第二供热循环泵；

a、第一电动阀；b、第二电动阀；c、第三电动阀；d、第四电动阀；e、第五电动阀；f、第六电动阀；g、第七电动阀；h、第八电动阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：如图1-3所示，本实用新型一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，包括供暖单元1、洗浴单元2、光伏发电单元3和控制器。

所述供暖单元1包括太阳能集热单元11、地源热泵单元12、第一散热器13和第二散热器14；所述太阳能集热单元11包括太阳能集热器111和热交换水箱112，所述太阳能集热器111的进、出口通过集热器管道1111与所述热交换水箱112连接成循环回路，所述热交换水箱112内还设有热交换器15，所述热交换器15的进、出口与所述第一散热器13连接成循环回路；所述地源热泵单元12包括地源热泵121、埋设在地下的地埋管换热器122，所述地埋管换热器122的进、出口与所述地源热泵121连接成循环回路，所述地源热泵121与第二散热器14连接成循环回路。

所述洗浴单元2包括洗浴储水箱，所述洗浴储水箱与热交换水箱112连通。热交换水箱112经管路连接到洗浴储水箱，洗浴储水箱内的水用于提供人们洗浴用水。

所述光伏发电单元3包括光伏板组件31、蓄电池组32、发电控制器33、逆变器34和电源控制器35，所述光伏板组件31、发电控制器33、逆变器34和电源控制器35依次电连接，所述光伏板组件31电连接蓄电池组32，所述发电控制器33电连接直流负载36，所述电源控制器35分别电连接交流负载37和市电网38，所述光伏发电单元3用于供暖单元1和洗浴单元2中直流负载36及交流负载37工作提供电能；所述控制器分别与供暖单元1、洗浴单元2电连接，并控制协调所述供暖单元1、洗浴单元2的工作状态。

所述光伏发电单元3用于吸收太阳能并将其转换为电能；所述蓄电池组32用于积蓄电能以保证夜间或阴雨等紧急情况下使用；所述发电控制器33用于调整维持输出电力的稳定；所述逆变器34用于将光伏板组件31所产生的直流转化为交流以满足交流负载37对电力的要求；所述电源控制器35用于在光伏发电单元3电力不足的情况下切换至市电网38以保证交流负载37的正常运行。

在白天运行模式下，每平米光伏板组件31可发电200W(标准情况下)，光伏板组件31发的电一部分进入所述蓄电池组32作为贮备能源，另外一部分经过进入所述发电控制器33；经过所述发电控制器33的直流电一部分经过所述逆变器34转变为交流电，用于交流负载37的工作，直流电的一部可带动直流负载36工作。

在夜间或阴雨天工作时可改由蓄电池组32供电或切换为市电供电来驱动交流负载37进行工作。

本实施例中，所述集热器管道1111上连接有太阳能循环泵A；所述热交换器的出口151设有第一供热循环泵C；所述地埋管换热器122出口连接有地埋循环泵B，所述地源热泵121与第二散热器14形成的循环回路上设有第二供热循环泵D；所述控制器分别电连接太阳能循环泵A、地埋循环泵B、第一供热循环泵C和第二供热循环泵D。上述供热循环泵均为交流负载37，可使用光伏发电单元3为其供电。

所述地埋管换热器的进口1222与地源热泵121之间的管道上设有第一电动阀a，所述地埋循环泵B与地源热泵121之间的管道上设有第二电动阀b；所述热交换器的出口151与第一供热循环泵C之间的管道上设有第三电动阀c；所述热交换器的进口152处设有第四电动阀d；所述地埋循环泵B的出口与热交换器的进口152之间连接有第一管道4，所述地埋管换热器122进口与热交换器15出口之间连接有第二管道5，所述第一管道4上设有第五电动阀，所述第二管道5上设有第六电动阀；所述控制器分别电连接第一电动阀a、第二电动阀b、第三电动阀c、第四电动阀d、第五电动阀e及第六电动阀f。

上述电动阀均为直流负载36，可使用光伏发电单元3为其供电。

在一实施例中，所述第一散热器13和第二散热器14均采用外置式取暖散热片，用于冬季的室内取暖。

在另一实施例中，第一散热器13和第二散热器14均为埋设在地板下的易散热的盘管组成，用于冬季的室内地热取暖，由于散热器设置在地面下，可以使室内空间更大，室内更好布局，现在普遍使用地暖进行冬季取暖。

本实施例中的地埋管换热器122包括多个并联的地埋管123。可根据实际需求选择地埋管123的安装数量。

本实施例中，所述热交换水箱112连接第一自来水管，所述第一自来水管连接第七电动阀g；所述洗浴储水箱连接第二自来水管，所述第二自来水管连接第八电动阀h；所述控制器分别电连接第七电动阀g和第八电动阀h；所述热交换水箱112内设有第一水位传感器和第一温度传感器；所述洗浴储水箱内设有第二水位传感器和第二温度传感器；所述控制器分别电连接，第一水位传感器、第二水位传感器、第一温度传感器及第二温度传感器。

当第一水位传感器检测到热交换水箱112缺水时，控制器启动第七电动阀g，第一自来水管中的水补入热交换水箱112中；当第一水位传感器没有检测到热交换水箱112缺水，则第七电动阀g关闭。当第一温度传感器检测到水温低压预设阈值时，使得室内温度达不到规定温度，控制器可控制地源热泵单元12工作，通过第二散热器14进行热量补充，提升室内温度。特别是在冬季阴雨天，实时启动地源热泵单元12对太阳能集热单元11热量供应不足的补充，就尤显得为重要。

当第二水位传感器检测到洗浴储水箱的水达到预设高度时，控制器可控制进入洗浴储水箱的进水电动阀关闭；当第二温度传感器检测到水温高于预设阈值时，控制器可控制第八电动阀h打开，第二自来水管补入凉水，进行洗浴温度的调节。

在一实施例中，所述第一散热器13上设有第三温度传感器，所述第二散热器14上设有第四温度传感器；所述控制器分别电连接第三温度传感器和第四温度传感器。

第三温度传感器和第四温度传感器采集的温度信息传送给控制器，控制器依据上述温度信息自动调整太阳能集热单元11和地源热泵单元12的工作状态，例如在冬季，第三温度传感器检测的温度不能达到预设温度，即太阳能集热单元11不能满足室内温度要求，则控制器启动地源热泵单元12进行热量的补充，使室内温度达到预设温度，更好的满足人们的舒适性。

如果第一温度传感器检测的温度符合预设温度值，而第三温度传感器或第四温度传感器采集的温度达不到预设温度，则有可能是供热管道出现问题，工作人员应该及时进行检查维修。

本实用新型在冬季时，地源热泵单元12与太阳能集热单元11可联合进行供热及洗浴。在太阳光充足的情况下，如热交换水箱112内的第一温度传感器大于45℃，本实施例的太阳能集热单元11单独供热，其运行过程如下：控制器开启太阳能循环泵A、第一供热循环泵C、第三电动阀c、第四电动阀d，关闭地埋循环泵B、第二供热循环泵D、第五电动阀e、第六电动阀f、第一电动阀a、第二电动阀b。太阳能集热器111中被加热的水由集热器管道1111进入热交换水箱112，同时，第一散热器13中经热量释放后的水经第四电动阀d进入热交换器15内，热交换水箱112内的热水与热交换器15里面的水进行热交换，热交换后的热水经由热交换器的出口151经第三电动阀c、第一供热循环泵C进入第一散热器13中实现热量的散发，达到取暖目的；如此循环往复，太阳能集热器111产生的热水通过热交换器15在第一散热器13中将热水的热量释放，达到取暖的目的。

在太阳光不充足的情况下，太阳能集热单元11的产热温度较低，如热交换水箱112内的温度传感器小于45℃，可同时启动地源热泵单元12与太阳能集热单元11，使第一散热器13和第二散热器14同时进行温度散发。地源热泵单元12的工作过程如下：控制器关闭第六电动阀f、第七电动阀g，开启太阳能循环泵A、第一供热循环泵C、地埋循环泵B、第二供热循环泵D、第三电动阀c、第四电动阀d，第一电动阀a、第二电动阀b。地埋管换热器122中的热水通过地埋管换热器的出口1221经地埋循环泵B、第二电动阀b进入地源热泵121中进行热交换，经过热交换后的冷却水经第一电动阀a和地埋管换热器的进口1222进入地埋管换热器122；同时，第二散热器14中热量释放后的冷却水回流至地源热泵121中进行热交换，经过热交换的热水经第二供热循环泵D的推动作用进入第二散热器14，热水中的热量从第二散热器14中释放至室内，达到室内取暖的目的；冷却的水再通过管道回流至地源热泵121中进行热交换，上述过程循环往复。

太阳能集热单元11的工作过程为：热交换器15内水在热交换水箱112内经过热交换成为热水，热交换器15内的热水在第一供热循环泵C的推动作用下，流经第三电动阀c和第一供热循环泵C进入第一散热器13中，热水中的热量从第一散热器13中释放至室内，达到室内取暖的目的；第一散热器13内散发热量后的凉水经第四电动阀d回流至热交换器15中再与热交换水箱112内的热水进行热交换。上述过程循环往复。

在春、夏、秋等季节里，在阳光充足的条件下，可以实现将太阳能集热器111的热量储存到地埋管换热器122中，实现对浅层地表能量的补充。具体工作过程如下：控制器关闭第二供热循环泵D、第一供热循环泵C，第一电动阀a，第二电动阀b、第三电动阀c、第四电动阀d，打开太阳能循环泵A、地埋循环泵B、第五电动阀e、第六电动阀f。水循环过程如下：热交换器15内经过热交换后流出的热水经热交换器的出口151、第六电动阀f进入地埋管换热器122，热水的热量存储在浅层地表，从地埋管换热器122经热交换后的水经地埋管换热器的出口1221、地埋循环泵B、第五电动阀e、热交换器的进口152进入热交换器15再进行热量交换，上述过程循环往复。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于：包括供暖单元、洗浴单元、光伏发电单元和控制器；所述供暖单元包括太阳能集热单元、地源热泵单元、第一散热器和第二散热器；所述太阳能集热单元包括太阳能集热器和热交换水箱，所述太阳能集热器的进出口通过集热器管道与所述热交换水箱连接成循环回路，所述热交换水箱内还设有热交换器，所述热交换器的进、出口与所述第一散热器连接成循环回路；所述地源热泵单元包括地源热泵、埋设在地下的地埋管换热器，所述地埋管换热器的进出、口与所述地源热泵连接成循环回路，所述地源热泵与第二散热器连接成循环回路；所述洗浴单元包括洗浴储水箱，所述洗浴储水箱与热交换水箱连通；所述光伏发电单元包括光伏板组件、蓄电池组、发电控制器、逆变器和电源控制器，所述光伏板组件、发电控制器、逆变器和电源控制器依次电连接，所述光伏板组件电连接蓄电池组，所述发电控制器电连接直流负载，所述电源控制器分别电连接交流负载和市电网，所述光伏发电单元用于供暖单元和洗浴单元的电能提供；所述控制器分别与供暖单元、洗浴单元电连接，并控制协调所述供暖单元、洗浴单元的工作状态。

2.如权利要求1所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述集热器管道上连接有太阳能循环泵；所述热交换器的出口设有第一供热循环泵；所述地埋管换热器的出口连接有地埋循环泵，所述地源热泵与第二散热器形成的循环回路上设有第二供热循环泵；所述控制器分别电连接太阳能循环泵、地埋循环泵、第一供热循环泵和第二供热循环泵。

3.如权利要求2所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述地埋管换热器的进口与地源热泵之间的管道上设有第一电动阀，所述地埋循环泵与地源热泵之间的管道上设有第二电动阀；所述热交换器的出口与第一供热循环泵之间的管道上设有第三电动阀；所述热交换器的进口处设有第四电动阀；所述地埋循环泵的出口与热交换器的进口之间连接有第一管道，所述地埋管换热器进口与热交换器出口之间连接有第二管道，所述第一管道上设有第五电动阀，所述第二管道上设有第六电动阀；所述控制器分别电连接第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀及第六电动阀。

4.如权利要求1所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述第一散热器和第二散热器均为埋设在室内地面下方的蛇形散热盘管。

5.如权利要求1所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述第一散热器和第二散热器均为外置式取暖散热片。

6.如权利要求1或3所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述地埋管换热器包括多个并联的地埋管。

7.如权利要求1所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述热交换水箱内设有第一水位传感器和第一温度传感器；所述洗浴储水箱内设有第二水位传感器和第二温度传感器；所述控制器分别电连接第一水位传感器、第二水位传感器、第一温度传感器及第二温度传感器。

8.如权利要求1或4所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述第一散热器上设有第三温度传感器，所述第二散热器上设有第四温度传感器；所述控制器分别电连接第三温度传感器和第四温度传感器。

9.如权利要求1所述的太阳能与地源热泵综合供热洗浴系统，其特征在于，所述热交换水箱连接第一自来水管，所述第一自来水管连接第七电动阀；所述洗浴储水箱连接第二自来水管，所述第二自来水管连接第八电动阀；所述控制器分别电连接第七电动阀和第八电动阀。

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