CN218348780U - 太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统。该热力微网系统，包括：集热水箱；PCM真空管太阳能集热器，放置于室外环境，利用室外高温空气作为热源为所述集热水箱制取高温热水；供热水箱，与所述集热水箱连接；供热装置，设于室内，与所述供热水箱进行水循环热交换连接；所述供热水箱能够加热所述供热装置的回水；地源热泵机组，连接至所述供热装置的供水管路；溶液除湿系统，与所述集热水箱连接；热水使用端，连通至所述供热水箱。本申请实施例将太阳能的波动性与地源侧的热惰性完美结合，使之取长补短发挥各自优势，形成一种节能环保的供热系统，极大提升了太阳能综合利用率。

Description

太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统

技术领域

本申请涉及供热系统技术领域，具体涉及一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统。

背景技术

太阳能光热耦合地源热泵是一种节能环保的供热系统，主要因为地源热泵长期运行会带来土壤温度下降，导致热泵机组制热能力不足；而太阳能清洁可再生，但周期性波动较大，运行不稳定。将两者进行结合，能够使地源热泵土壤温度保持恒定从而使热泵稳定运行。因此两种系统联合运行可取长补短，发挥各自优势。

常见运行模式有两种：一是太阳能集热器串联地源热泵负荷侧供热，此模式用于太阳能集热器出水的热品质不高，经过地源热泵提升后能满足供暖需求的工况；二是太阳能集热器与热泵热源侧串联供热，太阳能集热器出水进入地埋管换热器以提升热源侧水温从而提升热泵工作效率，热泵负荷侧出水直接用于供暖，此模式常用于太阳能不充足的工况。

目前太阳能光热耦合地源热泵系统进行供热，主要包括两个个过程：太阳能光热系统制取热水、通过换热器将热量提供给地源热泵系统制取生活热水和采暖热水。这种系统虽然使太阳能光热系统和地源热泵系统优势互补，但存在的问题和使用限制也比较多，主要包括：

1）太阳能光热系统制取水温较低。由于水的比热较大，太阳能光热系统直接吸收太阳热量加热循环冷水，制取的水温相对较低，热能品位不高。实际工程项目中太阳能光热系统与集热水箱之间的距离很大，使得水循环沿程阻力增加导致循环水泵能耗较大，随着运行时间增长，发生跑冒滴漏是常见现象。

2）地源热泵系统用于空调除湿能耗大。地源热泵系统用于空调制冷时，将室外新风冷却至机器露点使空气中的水分凝结，除湿后的空气温度较低需再热后才能送入室内，因此导致的能耗很高。如果空调末端采用风机盘管系统承担室内热湿负荷，其除湿过程与新风除湿一样同为冷凝除湿，地源热泵系统能耗较大。

3）系统供热形式单一。太阳能光热耦合地源热泵系统主要进行采暖和空调，供能形式简单，没有考虑生活热水，没有将系统的供热品位进行划分并梯级利用，在末端负荷多样化的用能情景下，系统没有构建热力微网并智慧化运行。因此太阳能光热耦合地源热泵系统需要进行全局优化，充分挖掘系统节能潜力。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，把太阳能转化为不同品级的热能，结合地源热泵系统运行来满足末端生活热水、采暖及空调负荷需求，为太阳能高效综合利用能提供了富有前景的、可持续发展模式的新思路，有利于进一步推进分布式热力微网市场化能量流动。

本申请实施例提供一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，包括且不限于：

集热水箱；

PCM真空管太阳能集热器，放置于室外环境，利用室外高温空气作为热源为所述集热水箱制取高温热水；

供热水箱，与所述集热水箱通过水循环管道连接；

供热装置，设于室内，与所述供热水箱进行水循环热交换连接；所述供热水箱能够加热所述供热装置的回水；以及

地源热泵机组，连接至所述供热装置的供水管路，能够实时检测所述供热装置的出水温度并能够对所述供热装置的出水加热；

溶液除湿系统，与所述集热水箱通过水循环管道连接；

热水使用端，连通至所述供热水箱。

在一些实施例中，所述热力微网系统还包括水-水换热器，所述水-水换热器与所述供热水箱通过水循环管道连接；所述供热装置与所述水-水换热器通过水循环管道连接。

在一些实施例中，所述供热装置包括供热空调，所述供热装置设有风机盘管。

在一些实施例中，所述地源热泵机组设置在所述水-水换热器和所述供热装置之间。

在一些实施例中，所述地源热泵机组包括：

热传感器，所述热传感器设置在所述水-水换热器的出水口位置，所述热传感器用于实时检测所述水-水换热器的出水温度；

多个地源热泵，设置在所述水-水换热器的出水口和所述供热装置的进水口之间；以及

水温调节装置，其一端连接至所述热传感器，其另一端连接至所述地源热泵。

在一些实施例中，所述供热水箱还设有生活热水供水管路，所述热水使用端通过所述生活热水供水管路连通至所述供热水箱。

在一些实施例中，所述热力微网系统还包括气-水换热器，所述PCM真空管太阳能集热器通过所述气-水换热器与所述集热水箱连接。

在一些实施例中，所述PCM真空管太阳能集热器与所述气-水换热器通过空气循环管道连接，所述气-水换热器与所述集热水箱通过水循环管道连接。

在一些实施例中，所述溶液除湿系统包括：

溶液再生器，与所述集热水箱通过水循环管道连接；以及

溶液除湿器，与所述溶液再生器通过溶液循环管道连接；所述溶液除湿器吸水后的稀溶液流入所述溶液再生器后进行加热再生，制取的浓溶液流入所述溶液除湿器进行下一轮除湿循环。

在一些实施例中，所述溶液除湿系统为新风除湿装置；所述溶液除湿器设于室内，能够吸入室内的湿空气并排除干空气；所述溶液再生器设于室外，能够能够吸入干空气并排除湿空气。

本申请实施例 提供的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，将太阳能的波动性与地源侧的热惰性完美结合，使之取长补短发挥各自优势，形成一种节能环保的供热系统，极大提升了太阳能综合利用率；其次，利用带蓄热功能的热管集热器加热空气作为热源，制取高温热水驱动溶液除湿系统、制备生活热水、加热供暖系统的回水，使得系统能效提高至少15%以上，同时采用空气作为热媒，避免了水系统跑冒滴漏等严重影响系统能效和系统安全的问题；再次，由于太阳能热量得到充分利用，地源热泵仅起到补热作用，机组不会从地源侧过度吸热，地源侧供水温度得到保障，热泵机组始终能够稳定运行。因此，本系统提高了太阳能利用的可靠性和健壮性，为提升可再生能源综合利用率和节能减排做出了较大贡献。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的地源热泵机组的结构示意图。

图中的标识如下：

太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统10，集热水箱1，供热水箱2，生活热水供水管路21，PCM真空管太阳能集热器3，供热装置4，地源热泵机组5，热传感器51，地源热泵52，水温调节装置53，水-水换热器6，气-水换热器7，溶液除湿系统8，溶液再生器81，溶液除湿器82。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，所述太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统可以安装在用户家庭，也可安装在机房。

具体的，请参阅图1，本申请实施例提供一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统10，包括相互连通的集热水箱1和供热水箱2；集热水箱1通过PCM真空管太阳能集热器3集热升温，供热水箱2与供热装置4相连接用于供热。地源热泵机组5连接至所述供热装置4的供水管路，能够对所述供热装置4的出水加热。溶液除湿系统8与所述集热水箱1通过水循环管道连接，溶液除湿系统8利用集热水箱1的热能对室内空气进行除湿来干燥空气。热水使用端（未图示）连通至所述供热水箱，为用户提供热水。

PCM真空管太阳能集热器3放置于室外环境，利用室外高温空气作为热源为所述集热水箱1制取高温热水；供热水箱2，与所述集热水箱1通过水循环管道连接。

供热装置4设于室内，与所述供热水箱2进行水循环热交换连接；所述供热水箱2能够加热所述供热装置4的回水。

地源热泵机组5连接至所述供热装置4的供水管路，能够实时检测所述供热装置4的出水温度并能够对所述供热装置4的出水加热。

在本实施例中，所述热力微网系统10还包括水-水换热器6，所述水-水换热器6与所述供热水箱2通过水循环管道连接；所述供热装置4与所述水-水换热器6通过水循环管道连接；所述地源热泵机组5设置在所述水-水换热器6和所述供热装置4之间。

在本实施例中，所述供热装置4包括供热空调，所述供热装置4设有风机盘管。

请参阅图2，在本实施例中，所述地源热泵机组5包括：热传感器51、多个地源热泵52以及水温调节装置53。

所述热传感器51设置在所述水-水换热器6的出水口位置，所述热传感器用于实时检测所述水-水换热器6的出水温度；多个地源热泵52设置在所述水-水换热器6的出水口和所述供热装置4的进水口之间；水温调节装置53的一端连接至所述热传感器51，其另一端连接至所述地源热泵52。

在本实施例中，所述供热水箱2还设有生活热水供水管路21，所述热水使用端通过所述生活热水供水管路21连通至所述供热水箱2。

在本实施例中，所述热力微网系统10还包括气-水换热器7，所述PCM真空管太阳能集热器3通过所述气-水换热器7与所述集热水箱1连接。

在本实施例中，所述PCM真空管太阳能集热器3与所述气-水换热器7通过空气循环管道连接，所述气-水换热器7与所述集热水箱1通过水循环管道连接。

请参阅图1，在本实施例中，所述溶液除湿系统8包括：溶液再生器81以及溶液除湿器82。溶液再生器81与所述集热水箱1通过水循环管道连接；溶液除湿器82与所述溶液再生器81通过溶液循环管道连接；所述溶液除湿器82吸水后的稀溶液流入所述溶液再生器81后进行加热再生，制取的浓溶液流入所述溶液除湿器82进行下一轮除湿循环。

在本实施例中，优选所述溶液除湿系统8为新风除湿装置；所述溶液除湿器82设于室内，能够吸入室内的湿空气并排除干空气；所述溶液再生器81设于室外，能够能够吸入干空气并排除湿空气。

上述太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统10包括三个主要功能，即PCM真空管太阳能集热器3制取高温热水、高温热水驱动溶液除湿系统8对新风除湿、地源热泵机组5制取供热/空调水。PCM真空管太阳能集热器3吸收热量后制取高温热水并存储于集热水箱1，由于水温较高，可加热溶液除湿系统8的稀溶液进行再生，浓溶液流入除湿器82进行下一轮除湿循环。集热水箱1的热水输送到供热水箱2，可提供生活热水，同时作为地源热泵负荷侧换热器的热源，经热交换器制取的热水满足供暖需要时直接供热，不满足供暖需求则开启地源热泵机组5补热后再供给末端负荷。

结合图1，下面详细介绍PCM真空管太阳能集热器3、溶液除湿系统8以及地源热泵机组5三个主要功能结构。

1）PCM真空管太阳能集热器3加热循环空气

本系统生产链的第一步是PCM真空管太阳能集热器3加热循环空气，PCM真空管太阳能集热器3放置于室外环境，吸收热量后将循环空气加热作为气-水换热器7的热源，由于空气温度高，流经气-水换热器7的循环水被加热后存储与集热水箱1。太阳能集热器与气-水换热器7之间的距离较大，但空气流动的阻力系数远小于水，因此空气循环风机的电耗远小于水循环系统，而且不容易发生跑冒滴漏，尤其较为寒冷的北方地区，一旦发生停机或没有太阳辐射时，水系统极易发生冻涨冻裂事故导致系统破坏，而空气作为循环介质可以很好克服了这一缺点。同时由于PCM真空管太阳能集热器3带有相变材料具备蓄热功能，能够储存未完全使用的太阳能热量，大大提高真空管的集热效率及系统能源效率，同时可以平抑循环空气温度使之波动范围减小，避免太阳辐射强度较大时集热器温度过高引起管道炸裂。

2）溶液除湿系统8

利用太阳能集热器制取高温热水后，可对溶液除湿器82吸水后的稀溶液流入溶液再生器81后进行加热再生，制取的浓溶液流入除湿器82进行下一轮除湿循环。若采用冷却除湿，需将室外新风冷却至机器露点使空气中的水分凝结，除湿后的空气温度很低需再热后才能送入室内，导致空气处理能耗很高。本系统依据能量高质高用的原则设置溶液除湿，显著降低新风除湿的能耗。

3）热泵机组产生供暖热水

在集热水箱1之后设置供热水箱2，向建筑用户提供生活热水，同时用水-水换热器6加热供热装置4的回水，经加热后的水温满足供暖需求时直接供热，如不能满足供暖需求则开启地源热泵机组5进行补热后供给末端负荷。

本系统运行时充分利用太阳能集热器吸收的热量驱动溶液除湿系统8、制备生活热水、加热供热装置4的回水，热量不足时开启地源热泵机组5进行补热，结合末端用能系统构成热力微网，整体上遵循能量梯级利用原则，满足不同温度的用水需求，最大化系统能源效率。

因此，本申请实施例 提供的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，将太阳能的波动性与地源侧的热惰性完美结合，使之取长补短发挥各自优势，形成一种节能环保的供热系统，极大提升了太阳能综合利用率；其次，利用带蓄热功能的热管集热器加热空气作为热源，制取高温热水驱动溶液除湿系统、制备生活热水、加热供暖系统的回水，使得系统能效提高至少15%以上，同时采用空气作为热媒，避免了水系统跑冒滴漏等严重影响系统能效和系统安全的问题；再次，由于太阳能热量得到充分利用，地源热泵仅起到补热作用，机组不会从地源侧过度吸热，地源侧供水温度得到保障，热泵机组始终能够稳定运行。因此，本系统提高了太阳能利用的可靠性和健壮性，为提升可再生能源综合利用率和节能减排做出了较大贡献。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请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申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，包括且不限于：

集热水箱；

PCM真空管太阳能集热器，放置于室外环境，利用室外高温空气作为热源为所述集热水箱制取高温热水；

供热水箱，与所述集热水箱通过水循环管道连接；

供热装置，设于室内，与所述供热水箱进行水循环热交换连接；所述供热水箱能够加热所述供热装置的回水；以及

地源热泵机组，连接至所述供热装置的供水管路，能够实时检测所述供热装置的出水温度并能够对所述供热装置的出水加热；

溶液除湿系统，与所述集热水箱通过水循环管道连接；

热水使用端，连通至所述供热水箱。

2.如权利要求1所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述热力微网系统还包括水-水换热器，所述水-水换热器与所述供热水箱通过水循环管道连接；

所述供热装置与所述水-水换热器通过水循环管道连接。

3.如权利要求2所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述供热装置包括供热空调，所述供热装置设有风机盘管。

4.如权利要求2所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述地源热泵机组设置在所述水-水换热器和所述供热装置之间。

5.如权利要求4所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述地源热泵机组包括：

热传感器，所述热传感器设置在所述水-水换热器的出水口位置，所述热传感器用于实时检测所述水-水换热器的出水温度；

多个地源热泵，设置在所述水-水换热器的出水口和所述供热装置的进水口之间；以及

水温调节装置，其一端连接至所述热传感器，其另一端连接至所述地源热泵。

6.如权利要求1所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述供热水箱还设有生活热水供水管路，所述热水使用端通过所述生活热水供水管路连通至所述供热水箱。

7.如权利要求1所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述热力微网系统还包括气-水换热器，所述PCM真空管太阳能集热器通过所述气-水换热器与所述集热水箱连接。

8.如权利要求7所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述PCM真空管太阳能集热器与所述气-水换热器通过空气循环管道连接，所述气-水换热器与所述集热水箱通过水循环管道连接。

9.如权利要求1所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述溶液除湿系统包括：

溶液再生器，与所述集热水箱通过水循环管道连接；以及

溶液除湿器，与所述溶液再生器通过溶液循环管道连接；所述溶液除湿器吸水后的稀溶液流入所述溶液再生器后进行加热再生，制取的浓溶液流入所述溶液除湿器进行下一轮除湿循环。

10.如权利要求9所述的太阳能光热、储能耦合地源热泵的热力微网系统，其特征在于，所述溶液除湿系统为新风除湿装置；

所述溶液除湿器设于室内，能够吸入室内的湿空气并排除干空气；

所述溶液再生器设于室外，能够吸入干空气并排除湿空气。

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