CN214536452U - 一种太阳能耦合空气源热泵供热系统 - Google Patents

一种太阳能耦合空气源热泵供热系统 Download PDF

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Abstract

一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,属于供热工程技术领域。本实用新型解决了现有的供热系统用途单一、系统可靠性低、系统使用时长受限的问题。包括太阳能集热器、套管式换热器、压缩机、冷凝器、节流装置、空气源热泵室外机及嵌套水箱,嵌套水箱包括外水箱及内水箱,内水箱的下部及套管式换热器的外管出口分别通过管路连接至太阳能集热器的入口,内水箱的上部及套管式换热器的外管入口分别通过管路连接太阳能集热器的出口,冷凝器、节流装置、套管式换热器的内管、空气源热泵室外机及压缩机通过管路连接形成循环回路,冷凝器设置于外水箱内,内水箱的顶部通过管路连接生活用水设备,外水箱的上部与下部分别通过管路连接供热管网的入口及出口。

Description

一种太阳能耦合空气源热泵供热系统
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,属于供热工程技术领域。
背景技术
现有的具有节能环保效益的家用供暖和制热水系统主要有空气源热泵、直膨式太阳能热泵、太阳能热水系统、空气源热泵系统等。然而,这些系统在实际应用中都具有较为明显的缺陷:
1、空气源热泵热水系统的室外机在相对湿度较大及温度较低的环境中容易结霜,当霜层达到一定程度时其制热量会严重减少。因此,防霜或除霜是空气源热泵有待解决的问题;同时,在严寒地区应用时,空气源热泵的性能将大大削弱,严重影响到制热(水)的可靠性和效率。
2、直膨式太阳能热泵热水系统和太阳能直接生产热水系统受气候条件影响很大,且冬季室外管路易造成冻结,降低了系统的可靠性和使用时长。
上述这些系统基本都是分开的,家用时一般都只采用某一种系统形式,而单一系统的能源利用效率、运行可靠性以及制热(制冷)的保证率都是非常有限的,这些固有的缺陷也是这些系统推广应用的最大瓶颈。并且,对于目前已有的太阳能耦合空气源热泵系统,存在系统造价高、空气源热泵需要持续运行、两种系统孤立叠加无法实现互相增效等问题。
实用新型内容
本实用新型是为了解决现有的供热系统用途单一、系统可靠性低、系统使用时长受限的问题,进而提供了一种太阳能耦合空气源热泵供热系统。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,它包括太阳能集热器、套管式换热器、压缩机、冷凝器、节流装置、空气源热泵室外机及嵌套水箱,所述嵌套水箱包括外水箱及设置在外水箱内的内水箱,其中内水箱的下部及套管式换热器的外管出口分别通过管路连接至太阳能集热器的入口,内水箱的上部及套管式换热器的外管入口分别通过管路连接太阳能集热器的出口,所述冷凝器、节流装置、套管式换热器的内管、空气源热泵室外机及压缩机通过管路连接形成循环回路,其中所述冷凝器设置于外水箱内,内水箱的顶部通过管路连接生活用水设备,外水箱的上部与下部分别通过管路连接供热管网的入口及出口。
进一步地,所述内水箱位于冷凝器的上部。
进一步地,太阳能集热器的入口及出口对应连接设置有入口管路及出口管路,内水箱的下部及套管式换热器的外管出口分别通过管路连接至所述入口管路,内水箱的上部及套管式换热器的外管入口分别通过管路连接所述出口管路。
进一步地,所述入口管路上设置有第一循环水泵。
进一步地,内水箱的上部与出口管路之间的连接管路上、套管式换热器的外管入口与出口管路之间的连接管路上以及压缩机与冷凝器之间连接管路上均安装有电磁阀。便于实现不同模式下各管路的通断。
进一步地,外水箱的上部与供热管网入口之间的连接管路上设置有第二循环水泵。
进一步地,内水箱内设置有速热装置。
进一步地,内水箱及外水箱均连接有补水管路,且每个补水管路上均设置有阀门。
进一步地,外水箱底端连通设置有排污管路,且所述排污管路上设置有阀门。
本实用新型与现有技术相比具有以下效果:
本申请将空气源热泵、太阳能直接生产热水系统和太阳能热泵系统进行了有效结合,能够实现非供暖季单独供应生活热水、供暖季供暖兼制生活热水的太阳能耦合空气源热泵系统形式。与现有技术相比,本系统各个能源单元能够互相促进供暖效果,降低系统能耗的同时显著提升了系统可再生能源利用率、提高了系统稳定性、可靠性及制热保证率、同时实现供暖及供生活热水。
本申请使用太阳能和空气源作为主要能源,二者均为清洁的可再生能源,节能环保效益突出。
本申请根据冬季夏季的热水需求不同、生活热水与供暖全年时长不同的因素,在夏季主要使用太阳能直接生产热水系统,冬季主要使用太阳能耦合空气源热泵系统供热兼制生活热水,充分发挥了两种系统各自的优势,又将二者有机结合,同时也扩大了系统的应用范围。
附图说明
图1为本申请的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,它包括太阳能集热器1、套管式换热器2、压缩机4、冷凝器5、节流装置6、空气源热泵室外机3及嵌套水箱,所述嵌套水箱包括外水箱7及设置在外水箱7内的内水箱8,其中内水箱8的下部及套管式换热器2的外管出口分别通过管路连接至太阳能集热器1的入口,内水箱8的上部及套管式换热器2的外管入口分别通过管路连接太阳能集热器1的出口,所述冷凝器5、节流装置6、套管式换热器2的内管、空气源热泵室外机3及压缩机4通过管路连接形成循环回路,其中所述冷凝器5设置于外水箱7内,内水箱8的顶部通过管路连接生活用水设备,外水箱7的上部与下部分别通过管路连接供热管网14的入口及出口。所述太阳能集热器1即为现有技术中的太阳能热水器。
所述节流装置6优选为毛细管。
本申请将空气源热泵、太阳能直接生产热水系统和太阳能热泵系统进行了有效结合,能够实现非供暖季单独供应生活热水、供暖季供暖兼制生活热水的太阳能耦合空气源热泵系统形式。与现有技术相比,显著提升了系统能源利用效率、系统可靠性及制热保证率。
本申请使用太阳能和空气源作为主要能源,二者均为清洁的可再生能源,节能环保效益突出。
本申请根据冬季夏季的热水需求不同、生活热水与供暖全年时长不同的因素,在夏季主要使用太阳能直接生产热水系统,冬季主要使用太阳能耦合空气源热泵系统供热兼制生活热水,充分发挥了两种系统各自的优势,又将二者有机结合,提高了系统的可靠性、稳定性和制热保障率,同时也扩大了系统的应用范围。
由于同一地区全年太阳辐射变化幅度大,存在太阳辐照量变化与冬夏供暖与生活热水负荷变化不匹配的问题,通过太阳能直接生产热水系统与太阳能热泵系统两种模式的切换,避免了对于太阳辐射充足的时刻系统选型过大,或太阳辐射不足导致的系统可靠性问题。
通过本申请能够实现至少五种不同的运行模式,集中控制,操作方便,系统构造简单,能够满足不同季节、不同时段、不同气候条件下,用户对于供暖、制冷和热水制取的需求,同时保证了系统的时效性和可靠性。
所述内水箱8位于冷凝器5的上部。
太阳能集热器1的入口及出口对应连接设置有入口管路及出口管路,内水箱8的下部及套管式换热器2的外管出口分别通过管路连接至所述入口管路,内水箱8的上部及套管式换热器2的外管入口分别通过管路连接所述出口管路。如此设计,有效简化管路连接结构。
所述入口管路上设置有第一循环水泵10。
内水箱8的上部与出口管路之间的连接管路上、套管式换热器2的外管入口与出口管路之间的连接管路上以及压缩机4与冷凝器5之间连接管路上均安装有电磁阀。便于实现不同模式下各管路的通断。
外水箱7的上部与供热管网14入口之间的连接管路上设置有第二循环水泵12。
内水箱8内设置有速热装置9。速热装置9即为现有技术中可以实现速热的装置,是一种辅助电加热器。
内水箱8及外水箱7均连接有补水管路,且每个补水管路上均设置有阀门。如此设计,通过补水管路为内、外水箱7补水,通过在管路上设置的阀门,用于控制管路通断。
外水箱7底端连通设置有排污管路,且所述排污管路上设置有阀门。如此设计,便于外水箱7的清理与维护。
工作原理:
内水箱8与太阳能集热器1之间通过管路连接形成第一循环回路,压缩机4、冷凝器5、节流装置6、套管式换热器2的内管及空气源热泵室外机3通过管路连接形成第二循环回路,太阳能集热器1与套管式换热器2的外管之间通过管路连接形成第三循环回路,其中第一、三循环回路中流通的介质为水,第二循环回路中流通的介质为制冷剂,
根据单制热水、单供暖以及既制热水又供暖的不同需求,分别采用不同的运行模式,具体为:
模式一、当只有制热水需求、无供暖需求且太阳辐射充足时,采用太阳能直接生产热水模式,此模式的运行包括如下步骤:
启动第一循环回路,内水箱8中的冷水从内水箱8的下部流出并通过管路进入太阳能集热器1,被加热后通过管路送回至内水箱8的上部,从内水箱8的上部进行生活热水取水;此模式适合春夏秋季等无供暖需求的季节。各管路的通断通过设置在其上的阀门实现。此模式下,套管式换热器2外管与太阳能集热器1之间的管路通过设置阀门断开。
模式二、当只有供暖需求、无制热水需求、太阳辐射充足且空气源热泵室外机3非工作状态时,采用太阳能热泵供暖模式,此模式的运行包括如下步骤:
启动第二循环回路及第三循环回路,水经太阳能集热器1吸热后,在套管式换热器2中与制冷剂进行换热,制冷剂吸热后依次经压缩机4及冷凝器5并在外水箱7内进行放热,外水箱7中的水吸热后用于供热管网14供暖;此模式下,第一循环管路通过设置阀门断开。此模式下空气源热泵室外机3不工作,只是为制冷剂提供一个流通通道,简化了系统结构。
模式三、当只有供暖需求、无制热水需求、太阳辐射不满足供热需求且空气源热泵室外机3工作时,采用空气源热泵供暖模式,此模式的运行包括如下步骤:
启动第二循环回路,其中制冷剂经空气源热泵室外机3换热后,依次经压缩机4、冷凝器5以及套管式换热器2的内管,在外水箱7内进行放热,外水箱7中的水吸热后用于供热管网14供暖;此模式下,空气源热泵室外机3作为蒸发器。第一、三循环回路均通过阀门断开连接,套管式换热器2相当于常规的管路,不进行换热工作,只是为制冷剂提供流通通道,简化了系统结构。此模式中也可以采用将节流装置6与空气源热泵室外机3直接连通。
模式四、当即有供暖需求又有制热水需求且太阳辐射充足、空气源热泵室外机3非工作状态时,采用太阳能生产热水模式与太阳能热泵供暖模式的组合模式,此模式的运行包括如下步骤:
启动第一至第三循环回路,经太阳能集热器1吸热后的水分别送入内水箱8及套管式换热器2外管,内水箱8中的水用于供给生活用热水,制冷剂经与套管式换热器2中的水换热后,进入冷凝器5内并在外水箱7内进行放热,外水箱7中的水吸热后用于供热管网14供暖;此模式下空气源热泵室外机3不工作。
模式五、当即有供暖需求又有制热水需求,但太阳辐射不满足供热需求、空气源热泵室外机3工作时,采用太阳能耦合空气源热泵工作模式,此模式的运行包括如下步骤:
启动第二循环回路及第三循环回路,水经太阳能集热器1吸热后进入套管式换热器2外管内,制冷剂依次与套管式换热器2外管内的水以及空气源热泵室外机3进行换热后,进入冷凝器5内并在外水箱7内进行放热,外水箱7中的水吸热后用于供热管网14供暖,同时外水箱7内的水将热量传导至内水箱8内的水,用于供给生活用热水;
模式六、当遇极端天气,太阳辐射不满足供热需求且空气源热泵运行效果不好时,启动速热装置9加热内水箱8内的水,供生活用水设备使用。此模式适用于极端天气时,太阳能集热器1集热效果差,满足不了用户需求时。
当结霜导致空气源热泵运行效率过低时,运行除霜模式,即,制冷剂环路流向与空气源热泵供暖流向一致,开启太阳能集热器1的第一循环水泵10,经加热后的水在套管式换热器2中与制冷剂进行换热,提高进入空气源热泵室外机3的制冷剂温度,实现自然除霜。

Claims (9)

1.一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:它包括太阳能集热器(1)、套管式换热器(2)、压缩机(4)、冷凝器(5)、节流装置(6)、空气源热泵室外机(3)及嵌套水箱,所述嵌套水箱包括外水箱(7)及设置在外水箱(7)内的内水箱(8),其中内水箱(8)的下部及套管式换热器(2)的外管出口分别通过管路连接至太阳能集热器(1)的入口,内水箱(8)的上部及套管式换热器(2)的外管入口分别通过管路连接太阳能集热器(1)的出口,所述冷凝器(5)、节流装置(6)、套管式换热器(2)的内管、空气源热泵室外机(3)及压缩机(4)通过管路连接形成循环回路,其中所述冷凝器(5)设置于外水箱(7)内,内水箱(8)的顶部通过管路连接生活用水设备,外水箱(7)的上部与下部分别通过管路连接供热管网(14)的入口及出口。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:所述内水箱(8)位于冷凝器(5)的上部。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:太阳能集热器(1)的入口及出口对应连接设置有入口管路及出口管路,内水箱(8)的下部及套管式换热器(2)的外管出口分别通过管路连接至所述入口管路,内水箱(8)的上部及套管式换热器(2)的外管入口分别通过管路连接所述出口管路。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:所述入口管路上设置有第一循环水泵(10)。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:内水箱(8)的上部与出口管路之间的连接管路上、套管式换热器(2)的外管入口与出口管路之间的连接管路上以及压缩机(4)与冷凝器(5)之间连接管路上均安装有电磁阀。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:外水箱(7)的上部与供热管网(14)入口之间的连接管路上设置有第二循环水泵(12)。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:内水箱(8)内设置有速热装置(9)。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:内水箱(8)及外水箱(7)均连接有补水管路,且每个补水管路上均设置有阀门。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能耦合空气源热泵供热系统,其特征在于:外水箱(7)底端连通设置有排污管路,且所述排污管路上设置有阀门。
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