CN213395553U - 太阳能相变蓄联热泵采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统，包括依次连接的太阳能光伏发电并网单元、空气源热泵、相变储能调温单元和采暖末端，太阳能光伏发电并网单元驱动空气源热泵，通过空气源热泵运行产生热量，以水为热媒通过相变储能调温单元进行恒温调节，给采暖末端提供持续稳定的热量供给。通过上述方式，本实用新型太阳能相变蓄联热泵采暖系统将相变储能技术与太阳能相结合，通过光伏发电系统将太阳能转化成电能驱动热泵制热，利用相变储能能够在恒温下进行热流密度的调节，提高能量的有效利用率，能效比也大幅提高，解决了太阳能存在的间歇性问题，实现了太阳能全天候供热。

Description

太阳能相变蓄联热泵采暖系统

技术领域

本实用新型涉及相变蓄热技术领域，特别是涉及一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统。

背景技术

我国建筑能耗约占社会终端总能耗的30%，制冷或采暖所产生的能耗约占建筑能耗的40%-50%，近年来由于采暖而造成的环境污染也较为严重。

目前北方常用的采暖设备主要以燃煤锅炉和空气源热泵为主，但是上述两种采暖方式都存在很大的缺陷：例如燃煤锅炉耗煤量大，且产生了大量的有害气体，严重污染环境；空气源热泵耗电量大且在极端天气下不易除霜。基于以上问题，研制一种新型高效的采暖装置至关重要。

太阳能作为一种免费的清洁能源应用于建筑采暖极具价值，但是太阳辐照强度受环境因素及入射角的影响无法连续稳定的运行。另外由于冬季环境温度较低，导致太阳能光热转化效率较低，从而带来太阳能采暖投资大且效率低下等问题。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统，将相变储能技术与太阳能相结合，通过光伏发电系统将太阳能转化成电能驱动热泵制热，降低了运行费用，利用相变储能能够在恒温下进行热流密度的调节，提高能量的有效利用率，能效比也大幅提高，解决了太阳能存在的间歇性问题，实现了太阳能全天候供热。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统，包括依次连接的太阳能光伏发电并网单元、空气源热泵、相变储能调温单元和采暖末端，

太阳能光伏发电并网单元驱动空气源热泵，通过空气源热泵运行产生热量，以水为热媒通过相变储能调温单元进行恒温调节，给采暖末端提供持续稳定的热量供给。

在本实用新型一个较佳实施例中，太阳能光伏发电并网单元包括光伏组件、逆变器和并网控制器，

光伏组件与逆变器的输入端相连，逆变器的输出端与并网控制器相连，并网控制器的输入端与电网相连，并网控制器的输出端与空气源热泵相连，光伏组件将产生的直流电经过逆变器转换为交流电并网后驱动热泵压缩机。

在本实用新型一个较佳实施例中，空气源热泵包括压缩机、四通换向阀、蒸发器、电磁膨胀阀和冷凝器，

蒸发器的制冷剂侧出口与压缩机相连后再与冷凝器的制冷剂侧入口相连，冷凝器的制冷剂侧出口通过电磁膨胀阀与蒸发器的制冷剂侧入口相连，蒸发器的制冷剂侧出口与冷凝器的制冷剂侧入口之间接入有四通换向阀，其中压缩机由太阳能光伏发电并网单元驱动进行制热。

在本实用新型一个较佳实施例中，相变储能调温单元包括相变储能箱，相变储能箱包括保温水箱和蓄热球，蓄热球内部填充相变材料并置于保温水箱的底部。

在本实用新型一个较佳实施例中，当循环水进入相变储能箱的温度低于无机相变材料的相变温度时，无机相变材料放热，相变储能箱处于放热状态；

当循环水进入相变储能箱的温度高于无机相变材料的温度时，循环水将富裕热量储存在无机相变材料中，相变储能箱处于储热状态。

在本实用新型一个较佳实施例中，相变储能箱的进口与冷凝器的工质侧出口相连，相变储能箱的出口与采暖末端的循环水相连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，相变储能箱出口的循环水通过循环水泵后流入冷凝器，相变储能箱与循环水泵之间的管路上设置有第一控制阀门，采暖末端的循环水通过循环水泵后流入冷凝器，相变储能箱与采暖末端之间的管路上设置有第二控制阀门。

本实用新型的有益效果是：本实用新型太阳能相变蓄联热泵采暖系统通过光伏发电系统将太阳能转化成电能驱动热泵制热，减少了电网供电的使用，降低了运行费用；同时利用相变储能能够在恒温下进行热流密度的调节，提高了能量的有效利用率；减少对环境的污染，相比传统采暖方式降低了有害气体的排放，能够做到零污染零排放，具有较高环保意义；太阳能采暖方式大大提高了太阳能利用率，同时与常规空气源热泵采暖相比，能效比也大幅提高；解决了太阳能存在的间歇性问题，实现了太阳能全天候供热。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型的太阳能相变蓄联热泵采暖系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的太阳能相变蓄联热泵采暖系统中相变储能调温装置的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、市政电网，2、光伏组件，3、逆变器，4、并网控制器，5、空气源热泵，6、压缩机，7、四通换向阀，8、电磁膨胀阀，9、蒸发器，10、冷凝器，11、相变蓄能箱，12、循环水泵，13、第一控制阀门，14、第二控制阀门，15、采暖末端，16、保温水箱，17、蓄能球。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图2，本实用新型实施例包括：

一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统，包括依次连接的太阳能光伏发电并网单元、空气源热泵5、相变蓄能调温单元和用户采暖末端15，太阳能光伏发电并网单元驱动空气源热泵，通过空气源热泵运行产生热量，以水为热媒通过相变储能调温单元进行恒温调节，给用户采暖末端15提供持续稳定的热量供给。

有太阳时，用太阳能发电来供应系统运行；当太阳能发电量不足以供热泵系统运行时，由电网提供剩余电量；无太阳能时，系统运行所需电量全部由电网提供。

太阳能光伏发电并网单元包括并光伏组件2、逆变器3和并网控制器4，光伏组件2与逆变器3的输入端相连，逆变器3的输出端与并网控制器4相连，并网控制器4的输入端与市政电网1相连，并网控制器4的输出端与空气源热泵5相连，光伏组件2将产生的直流电经过逆变器3转换为交流电后并网市政电网1后驱动热泵压缩机6。

空气源热泵5包括压缩机6、四通换向阀7、电磁膨胀阀8、蒸发器9和冷凝器10，蒸发器9的制冷剂侧出口与压缩机6相连后再与冷凝器10的制冷剂侧入口相连，冷凝器10的制冷剂侧出口通过电磁膨胀阀8与蒸发器9的制冷剂侧入口相连，蒸发器9的制冷剂侧出口与冷凝器10的制冷剂侧入口之间接入有四通换向阀7。

太阳能光伏发电并网单元通过光电转换技术将产生的直流电通过逆变器3转换成交流电后并网，通过驱动空气源热泵中的压缩机6来驱动空气源热泵运行所需电量，不足部分由电网提供，超出部分上网。

相变蓄能调温单元包括相变蓄能箱11，相变蓄能箱11包括保温水箱16和蓄能球17，蓄能球17内部填充相变材料并置于保温水箱16的底部：

当循环水进入相变蓄能箱11的温度低于无机相变材料的相变温度时，无机相变材料放热，相变蓄能箱11处于放热状态；当循环水进入相变蓄能箱11的温度高于无机相变材料的温度时，循环水将富裕热量储存在无机相变材料中，相变蓄能箱11处于蓄热状态。

其中，相变蓄能箱11的进口与冷凝器10的工质侧出口相连，相变蓄能箱11的出口与采暖末端15的循环水相连接，相变蓄能箱11与采暖末端15之间的管路上设置有第二控制阀门14。

相变蓄能箱11出口的循环水通过循环水泵12后流入冷凝器10，相变蓄能箱11与循环水泵12之间的管路上设置有第一控制阀门13，采暖末端15的循环水通过循环水泵12后流入冷凝器10。

本实用新型太阳能相变蓄联热泵采暖系统的工作过程如下，包括三种运行模式：

a、边蓄边供模式：此时关闭第一控制阀门13，打开第二控制阀门14，循环水泵12运行，

太阳能光伏发电并网单元将太阳能光伏组件2通过光电转换技术将产生的直流电经过逆变器3转换为交流电后并网输送到国家电网后进行并网发电，通过压缩机6驱动空气源热泵5运行，

此时空气源热泵5中蒸发器9的制冷剂吸收空气热量形成低温低压的气体，低温低压的气体进入压缩机6压缩形成高温高压的气体，然后高温高压的气体进入冷凝器10放热将热量传递给循环水，放热后的高压液体制冷剂经过电磁膨胀阀7节流后变成低温低压的液体并再次回到蒸发器9中蒸发吸热，往复循环；

从冷凝器10中吸取热量的循环水流入相变蓄能箱11中，此时相变蓄能箱11进行恒温调节：当循环水进入相变蓄能箱11的温度低于无机相变材料的相变温度时，无机相变材料放热，循环水吸热即相变蓄能箱11处于放热状态；

当循环水进入相变蓄能箱11的温度高于无机相变材料的相变温度时，循环水将富裕热量储存在无机相变材料中待热量不足时使用，此时相变蓄能箱11处于蓄热状态；

经过放热或吸热之后的循环水以一个恒定的温度供给采暖末端15供热，依次循环达到蓄热及温度调节的目的；

降温后的循环水从采暖末端15流出，通过循环水泵12加压后再次进入冷凝器10进行吸热，往复循环。

b、纯蓄模式：此时打开第一控制阀门13，关闭第二控制阀门14，循环水泵12运行，

空气源热泵5运行，从冷凝器10吸取热量的循环水流入相变蓄能箱11中进入热量储存，降温后的水流出相变蓄能箱11通过循环水泵12加压后再次进入冷凝器10与制冷剂换热，依次循环达到蓄热目的。

c、蓄供模式：此时空气源热泵5停止运行，关闭第一控制阀门13，打开第二控制阀门14，循环水泵12运行，

相变蓄能箱11中的相变材料放热，循环水吸热后直接流入采暖末端15给用户供热，降温后的循环水通过循环水泵12加压后再次回到相变蓄能箱11中吸热为采暖末端15供热，往复循环；

d、除霜模式：当空气源热泵5中的蒸发器9结霜时，切换四通换向阀7，此时蒸发器9变为冷凝器，冷凝器10变为蒸发器，经由压缩机6压缩后的高温高压的气态制冷剂通过换向后的四通换向阀7流向蒸发器9冷凝放热，再通过电磁膨胀阀8节流降压变成低温低压的制冷剂液体经过冷凝器10蒸发吸热并回到压缩机6做功压缩，如此往复；在除霜期间由相变蓄能箱11放热通过循环水为冷凝器10提供低温热源，实现蓄能除霜。

本实用新型太阳能相变蓄联热泵采暖系统的有益效果是：

具有良好的节能效益，利用免费的太阳能资源通过光伏发电系统将太阳能转化成电能驱动热泵制热，减少了电网供电的使用，降低了运行费用；

同时利用相变储能能够在恒温下进行热流密度的调节，提高了能量的有效利用率；

减少对环境的污染，相比传统采暖方式降低了有害气体的排放，能够做到零污染零排放，具有较高环保意义；

太阳能采暖方式大大提高了太阳能利用率，同时与常规空气源热泵采暖相比，能效比也大幅提高；

解决了太阳能存在的间歇性问题，实现了太阳能全天候供热。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，包括依次连接的太阳能光伏发电并网单元、空气源热泵、相变储能调温单元和采暖末端，

太阳能光伏发电并网单元驱动空气源热泵，通过空气源热泵运行产生热量，以水为热媒通过相变储能调温单元进行恒温调节，给采暖末端提供持续稳定的热量供给。

2.根据权利要求1所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，太阳能光伏发电并网单元包括光伏组件、逆变器和并网控制器，

光伏组件与逆变器的输入端相连，逆变器的输出端与并网控制器相连，并网控制器的输入端与电网相连，并网控制器的输出端与空气源热泵相连，光伏组件将产生的直流电经过逆变器转换为交流电并网后驱动热泵压缩机。

3.根据权利要求2所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，空气源热泵包括压缩机、四通换向阀、蒸发器、节流阀和冷凝器，

蒸发器的制冷剂侧出口与压缩机相连后再与冷凝器的制冷剂侧入口相连，冷凝器的制冷剂侧出口通过节流阀与蒸发器的制冷剂侧入口相连，蒸发器的制冷剂侧出口与冷凝器的制冷剂侧入口之间接入有四通换向阀，其中压缩机由太阳能光伏发电并网单元驱动进行制热。

4.根据权利要求3所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，相变储能调温单元包括相变储能箱，相变储能箱包括保温水箱和蓄热球，蓄热球内部填充相变材料并置于保温水箱的底部。

5.根据权利要求4所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，当循环水进入相变储能箱的温度低于无机相变材料的相变温度时，无机相变材料放热，相变储能箱处于放热状态；

当循环水进入相变储能箱的温度高于无机相变材料的温度时，循环水将富裕热量储存在无机相变材料中，相变储能箱处于储热状态。

6.根据权利要求5所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，相变储能箱的进口与冷凝器的工质侧出口相连，相变储能箱的出口与采暖末端的循环水相连接。

7.根据权利要求6所述的太阳能相变蓄联热泵采暖系统，其特征在于，相变储能箱出口的循环水通过循环水泵后流入冷凝器，相变储能箱与循环水泵之间的管路上设置有第一控制阀门，采暖末端的循环水通过循环水泵后流入冷凝器，相变储能箱与采暖末端之间的管路上设置有第二控制阀门。

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