CN219103361U - 一种适应于超低温环境太阳能供暖装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种适应于超低温环境太阳能供暖装置。所述装置包括隔热壳体，隔热壳体的外部设置太阳能集热板，内部设置有储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜。储热水箱的第一进口与太阳能集热板的供水管连通，储热水箱的第一出口经集热循环泵与太阳能集热板的回水管连通；末端供给系统由储热水箱的第二出口取水并经换热器换热由第一循环水泵将符合供水温度的水输送给末端用户，末端供给系统的回水接至换热器的入口；双热源热泵辅助供热系统的出口连接用户供水管路，入口连接用户回水管路；用户侧水温不足时双热源热泵辅助供热启动运行；控制柜与储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统通讯连接。

Description

一种适应于超低温环境太阳能供暖装置

技术领域

本申请涉及清洁能源供暖技术领域，具体而言，涉及一种适应于超低温环境太阳能供暖装置。

背景技术

我国西北大部分地区处于严寒和寒冷气候区，冬季室外空气温度较低，采暖期较长，农村地区受经济发展水平限制，且农村住宅建筑节能设计缺少相关设计标准做指导，农村住宅建筑热工性能较差，导致住宅建筑室内热环境差，建筑能耗大。

随着经济的发展，人们对室内热环境要求的提高，建筑能耗所占比例越来越大，农村建筑节能越来越受到重视。西北地区太阳能资源丰富，农村住宅建筑的节能潜力较大。由于西北地区室外供暖计算温度超低，单独使用太阳能供暖，必然导致集热面积过大、初投资过高，因而不适用于农村住宅的供暖。

能否提供一种既能提高住宅建筑的热工性能，又能够提高能源的利用效率，还能降低取暖成本的供暖装置，成为西北地区农村取暖领域不断探索的重要议题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种适应于超低温环境太阳能供暖装置，其能提高住宅建筑的热工性能，又能够提高能源的利用效率，还能降低取暖成本。

根据本申请实施例，提供了一种适应于超低温环境太阳能供暖装置，包括隔热壳体，所述隔热壳体的外部设置太阳能集热板，所述隔热壳体内部设置有储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜；

所述储热水箱的第一进口与所述太阳能集热板的供水管连通，所述储热水箱的第一出口经集热循环泵与太阳能集热板的回水管连通；

所述末端供给系统由所述储热水箱的第二出口取水并经所述换热器换热由第一循环水泵将符合供水温度的水输送给末端用户，所述末端供给系统的回水接至所述换热器的入口；

所述双热源热泵辅助供热系统的出口连接用户供水管路，入口连接用户回水管路；在检测到用户侧水温不足时所述双热源热泵辅助供热启动运行；

所述控制柜与所述储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统通讯连接。

在一种实施方案中，所述双热源热泵辅助供热系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀、风冷蒸发器和水冷蒸发器；

所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀和风冷蒸发器构成低温空气源热泵；

所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀和水冷蒸发器构成水源热泵；

所述低温空气源热泵和所述水源热泵的出口均通过第一电动控制阀连接给水管路的一端，给水管路的另一端设有末端给水预留接口；所述低温空气源热泵和所述水源热泵的入口通过第二循环水泵与所述换热器的出水口连通，所述换热器的回水管通过第二电动控制阀连接末端回水预留接口；所述末端给水预留接口和所述末端回水预留接口用于与所述末端用户侧连接；

所述三通阀具有切换所述风冷蒸发器和所述水冷蒸发器的切换功能；在所述储热水箱的温度处于第一范围值时，所述三通阀切换到所述水冷蒸发器；在所述储热水箱的温度处于第二范围值时，所述三通阀切换到所述风冷蒸发器；第二范围值的最大值小于第一范围值的最小值。

在一种实施方案中，太阳能供暖装置还包括第一定压补水装置和第二定压补水装置；

所述第一定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第一循环水泵的入口；

所述第二定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第二循环水泵的入口。

在一种实施方案中，所述双热源热泵辅助供热系统的入口管路上设置有流量传感器，用于所述低温空气源热泵和所述水源热泵的入口缺水检测。

在一种实施方案中，第一循环水泵和第二循环水泵的进、出口均设置减震软连接；第一循环水泵和第二循环水泵的出口均安装有止回阀或静音单向阀。

在一种实施方案中，所述太阳能集热板产生的高温水通过管道进入所述储热水箱；所述储热水箱内的水加有乙二醇溶液；所述储热水箱内储水的温度为20～85度。

在一种实施方案中，太阳能供暖装置还包括底座；所述底座为槽钢或工字钢焊接而成的框架；所述底座上设置有对应所述隔热壳体、储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜的固定位；每个所述固定位均有横梁加固并设有对应的预留安装孔。

在一种实施方案中，所述隔热壳体为装配式,采用框架结构,可任意组装,可拆卸安装在所述底座上。

在一种实施方案中，所述隔热壳体为利用内加聚氨酯发泡结构的彩钢板成品组装而成，所述隔热壳体的背面板上设置有密闭保温检修门。

在一种实施方案中，所述底座为矩形，所述底座在窄边边框的侧面加固横梁，在两个侧面的加固横梁中选取顶部的横梁各焊2个吊耳，以平衡承受所述隔热壳体内设备的整体吊装重量；

以及在所述太阳能供暖装置的重心位置，沿纵向焊接2根横梁与所述底座底面齐平，有利于叉车装卸。

本申请中的适应于超低温环境太阳能供暖装置的具有的有益效果：

1、本申请以太阳能集热板集热为主，双热源热泵辅助供热系统补热为辅，双热源热泵辅助供热系统补热，充分提高能源利用效率，能够有效解决高海拔严寒区域乡村冬季户式供暖问题。

2、对太阳能供暖装置进行优化配置组装，组成放置于户外的清洁能源供热站，可简化现场施工安装，非专业人员也能按说明书进行快速安装，能大幅度降低安装费，节省安装时间，降低材料损耗。

3、能配置标准化的零部件，生产制造极易实现系列产品，利于提高生产效率；按设计配置手册，规范组装调试合格出厂，利于保证产品质量。

4、所有设备、配件均可快速拆装和替换，运输打包方便，售后服务简单。

5、实现自动化控制，24小时无人值守、故障报警分析、运行成本低以外，还留有远程控制接口，为提高乡村居民供暖舒适性、节约能耗的最优化配置，利于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种适应于超低温环境太阳能供暖装置的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种适应于超低温环境太阳能供暖装置的详细流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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。

图1为根据本申请实施例示出的一种适应于超低温环境太阳能供暖装置的结构示意图。参见图1，适应于超低温环境太阳能供暖装置包括隔热壳体1。

隔热壳体1的外部设置太阳能集热板2。太阳能集热板2设置于隔热壳体1的顶部，平置或倾斜一定角度安装。需要说明的是，太阳能集热板2的安装位置并不局限于隔热壳体1的顶部，还可以设置于隔热壳体1的侧面或其他能够接受太阳照射的位置，凡是隔热壳体1上能够充分增加太阳能集热面积的位置均可安装太阳能集热板2。

隔热壳体1内部设置有储热水箱4、换热器7、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜20。控制柜20与储热水箱4、换热器7、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统通讯连接。

储热水箱4的第一进口与太阳能集热板2的供水管连通，储热水箱4的第一出口经集热循环泵3与太阳能集热板2的回水管连通。末端供给系统由储热水箱4的第二出口取水并经换热器7换热由第一循环水泵将符合供水温度的水输送给末端用户，末端供给系统的回水接至换热器7的入口。太阳能集热板2加热的高温水经太阳能集热板2的供水管进入到储热水箱4，储热水箱4内的水吸热变为高温水，高温水经换热器7向末端供给系统中的回水管路传热，末端供给系统中回水管路的水吸热后由第一循环水泵送给末端用户。

太阳能集热板2主要在白天进行工作。阴天或夜间储热水箱4短期蓄热后其温度降低，双热源热泵辅助供热系统进行工作。其中，双热源热泵辅助供热系统的出口连接用户供水管路，入口连接用户回水管路；在检测到用户侧水温不足时双热源热泵辅助供热启动运行。

由以上技术方案可知，本申请实施例中的太阳能供暖装置以太阳能集热板2集热为主，双热源热泵辅助供热系统补热为辅，白天太阳能集热，阴天或夜间储热水箱4短期蓄热，双热源热泵辅助供热系统补热，充分提高能源利用效率，能够有效解决高海拔严寒区域乡村冬季户式供暖问题。

图2为根据本申请实施例示出的一种适应于超低温环境太阳能供暖装置的详细流程示意图。参见图2，适应于超低温环境太阳能供暖装置包括隔热壳体1、太阳能集热板2、集热循环泵3、储热水箱4、第一压力罐5、第一循环水泵6、换热器7、第二压力罐8、第二循环水泵9、风冷蒸发器10，水冷蒸发器11、冷凝器12、膨胀阀13、过滤器14、三通阀15、压缩机16和控制柜20。

太阳能集热板2的出口通过第三电动控制阀40#连接供水管路的一端，供水管路的另一端连接储热水箱4的第一进口，太阳能集热板2的入口通过第四电动控制阀40连接集热循环泵3出水管，集热循环泵3入口连接储热水箱4的第一出口。

双热源热泵辅助供热系统包括压缩机16、冷凝器12、膨胀阀13和过滤器14、三通阀15、风冷蒸发器10和水冷蒸发器11。

其中，压缩机16、冷凝器12、膨胀阀13和过滤器14、三通阀15和风冷蒸发器10构成低温空气源热泵。压缩机16、冷凝器12、膨胀阀13和过滤器14、三通阀15和水冷蒸发器11构成水源热泵。低温空气源热泵和水源热泵的出口均通过第一电动控制阀17连接给水管路的一端，给水管路的另一端设有末端给水预留接口38。低温空气源热泵和水源热泵的入口通过球阀17#连接第二循环水泵9出口并与换热器7的出水口连通，换热器7的回水管通过第二电动控制阀24#连接末端回水预留接口39；末端给水预留接口和末端回水预留接口用于与末端用户侧连接。其中，第二循环水泵9可以安装在低温空气源热泵和水源热泵的给水管路上也或者可以安装在换热器7的回水管路上。

三通阀15具有切换风冷蒸发器10和水冷蒸发器11的切换功能；在储热水箱的温度处于第一范围值时，三通阀15切换到水冷蒸发器11；在储热水箱的温度处于第二范围值时，三通阀15切换到风冷蒸发器10；第二范围值的最大值小于第一范围值的最小值。

因有防冻需求，储热水箱内储存为乙二醇水溶液。太阳能集热板产生的高温水通过管道进入储热水箱。在一种实施方案中，储水的温度为20～85度，储热水箱4内的水温在50～85度时，通过第一循环水泵6带动换热器7进行热交换换热后，供给末端用户使用。储热水箱4内的水温在20～50度时，通过第二热水循环泵9供给水源热泵中的水冷蒸发器11，启动水源热泵供给末端用户使用。当储热水箱内的水温小于20度时，通过第二热水循环泵9供给低温空气源热泵，启动低温空气源热泵供给末端用户使用。

水源热泵和低温空气源热泵的入口安装过滤器19，集热循环泵3入口安装第一蝶阀31、第一过滤器30，集热循环泵3出口安装有第一止回阀29，第一止回阀29出口安装第一蝶阀28；第一循环水泵6入口安装第五电动控制阀25、过滤器41，第一循环水泵6出口安装有止回阀42，止回阀42出口安装第六电动控制阀22和第七电动控制阀23；第二热水循环泵9入口安装第二碟阀34、第二过滤器35，第二热水循环泵9出口安装有第二止回阀36，第二止回阀36出口安装第二蝶阀37。

在一种实施方案中，本申请中的太阳能供暖装置还包括第一定压补水装置和第二定压补水装置。第一定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第一循环水泵6的入口。第二定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第二循环水泵9的入口。在一种可实施的方式中，定压补水装置包括压力罐和压力控制器。其中，第一压力罐5和压力控制器作为第一定压补水装置，第二压力罐8和压力控制器作为第二定压补水装置。

第一压力罐5连接补水管为预留接口32，补水管的另一端与集热循环泵3的入口相连；第二压力罐8连接补水管为预留接口33，补水管的另一端与第二循环水泵9的入口相连。本实施方案中第一压力罐5和第二压力罐8可选用隔膜压力罐。

在一种实施方案中，第一循环水泵和第二循环水泵的进、出口均设置减震软连接。第一循环水泵和第二循环水泵的出口均安装有止回阀或静音单向阀。双热源热泵辅助供热系统中的两个热泵的主机出、入口均设有电动球阀和金属软连接，且两个热泵的主机入口设置过滤器。

在一种实施方案中，双热源热泵辅助供热系统的入口管路上设置有流量传感器，水流量传感器与低温空气源热泵的主机控制端和水源热泵的主机控制端通信连接，通过入口管路的流量监测热泵主机的入口是否缺水，在缺水状态下热泵主机易损坏，因此通过流量传感器可对热泵主机进行保护。

在一种实施例中，本申请中的太阳能供暖装置还包括底座100。底座100为槽钢或工字钢焊接而成的框架。底座100上设置有对应隔热壳体1、储热水箱4、换热器7、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜20的固定位；每个固定位均有横梁加固并设有对应的预留安装孔，便于后期安装维护检修更换。

集热侧循环泵3、第一循环水泵6、第二循环水泵9与底座100之间均设有减震器，双热源热泵辅助供热系统中的压缩机16和风冷蒸发器10与底座100之间均设有减震器，能最大程度减少工作时噪声与振动传导。

隔热壳体1为装配式成品,采用框架结构,可任意组装,可拆卸安装在底座100上。在隔热壳体1顶部和/或侧面框架上设有固定太阳能集热板2的加固横梁，横梁上预留对应安装孔。太阳能集热板2为到现场后安装。太阳能集热板2可采用螺栓组件实现与隔热壳体的拆卸组装。

隔热壳体安装固定后整体长宽尺寸与底座100框架保持有5～10cm空间，机组高度控制在2.2米范围内，利于吊装运输。

隔热壳体为利用内加聚氨酯发泡结构的彩钢板成品组装而成，隔热壳体的背面板上设置有密闭保温检修门。检修门的位置优选靠近控制柜20的位置，便于人员操作施工。

底座100为矩形，底座100在窄边边框的侧面加固横梁，在两个侧面的加固横梁中选取顶部的横梁各焊2个吊耳，以平衡承受隔热壳体内设备的整体吊装重量。同时在太阳能供暖装置的重心位置，沿纵向焊接2根横梁与底座100底面齐平，有利于叉车装卸。

本申请实施例中的控制柜20除主电源接入端预留有接线端口给现场就位安装外，其余所有通往热泵主机、集热循环泵3、第一循环水泵6、第二循环水泵9的动力电、控制线路及控制开关等均安装布齐，并安装出厂调试。整个太阳能供暖装置中的管路部件全部按照暖通、动力电气标准规范进行优化安装，底座100尺寸按照实际运输、吊装规范设计。

本申请中的太阳能集热板2、双热源热泵辅助供热系统、集热循环泵3、第一循环水泵6、第二循环水泵9、第一定压罐5、第二定压罐8、储热水箱4、换热器7等所有设备和水路均通过管道、阀门、活结或法兰进行可快速拆装和连接，非常方便后期的更换维护。

本申请同时对机组电气控制部分进行集成，配置缺水报警传感器、水流量传感器。控制柜20采用电脑版、PLC操作模式，自动化程度高，操作简单，可实现自动化运行，并预留远程通讯接口，实现远程操作和监控。

由以上技术方案可知，本申请以太阳能集热板集热为主，双热源热泵辅助供热系统补热为辅，双热源热泵辅助供热系统补热，充分提高能源利用效率，能够有效解决高海拔严寒区域乡村冬季户式供暖问题。

同时，本申请还具有如下特定：

1、对太阳能供暖装置进行优化配置组装，组成放置于户外的清洁能源供热站，可简化现场施工安装，非专业人员也能按说明书进行快速安装，能大幅度降低安装费，节省安装时间，降低材料损耗。

2.能配置标准化的零部件，生产制造极易实现系列产品，利于提高生产效率；按设计配置手册，规范组装调试合格出厂，利于保证产品质量；

3.所有设备、配件均可快速拆装和替换，运输打包方便，售后服务简单；

4.实现自动化控制，24小时无人值守、故障报警分析、运行成本低以外，还留有远程控制接口，为提高乡村居民供暖舒适性、节约能耗的最优化配置，利于推广。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适应于超低温环境太阳能供暖装置，其特征在于，包括隔热壳体，所述隔热壳体的外部设置太阳能集热板，所述隔热壳体内部设置有储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜；

所述储热水箱的第一进口与所述太阳能集热板的供水管连通，所述储热水箱的第一出口经集热循环泵与太阳能集热板的回水管连通；

所述末端供给系统由所述储热水箱的第二出口取水并经所述换热器换热由第一循环水泵将符合供水温度的水输送给末端用户，所述末端供给系统的回水接至所述换热器的入口；

所述双热源热泵辅助供热系统的出口连接用户供水管路，入口连接用户回水管路；在检测到用户侧水温不足时所述双热源热泵辅助供热启动运行；

所述控制柜与所述储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统通讯连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述双热源热泵辅助供热系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀、风冷蒸发器和水冷蒸发器；

所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀和风冷蒸发器构成低温空气源热泵；

所述压缩机、冷凝器、膨胀阀和过滤器、三通阀和水冷蒸发器构成水源热泵；

所述低温空气源热泵和所述水源热泵的出口均通过第一电动控制阀连接给水管路的一端，给水管路的另一端设有末端给水预留接口；所述低温空气源热泵和所述水源热泵的入口通过第二循环水泵与所述换热器的出水口连通，所述换热器的回水管通过第二电动控制阀连接末端回水预留接口；所述末端给水预留接口和所述末端回水预留接口用于与所述末端用户侧连接；

所述三通阀具有切换所述风冷蒸发器和所述水冷蒸发器的切换功能；在所述储热水箱的温度处于第一范围值时，所述三通阀切换到所述水冷蒸发器；在所述储热水箱的温度处于第二范围值时，所述三通阀切换到所述风冷蒸发器；第二范围值的最大值小于第一范围值的最小值。

3.根据权利要求2所述的太阳能供暖装置，其特征在于，还包括第一定压补水装置和第二定压补水装置；

所述第一定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第一循环水泵的入口；

所述第二定压补水装置的进口连接补水管一端，出口连接第二循环水泵的入口。

4.根据权利要求2所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述双热源热泵辅助供热系统的入口管路上设置有流量传感器，用于所述低温空气源热泵和所述水源热泵的入口缺水检测。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的太阳能供暖装置，其特征在于，第一循环水泵和第二循环水泵的进、出口均设置减震软连接；第一循环水泵和第二循环水泵的出口均安装有止回阀或静音单向阀。

6.根据权利要求5所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述太阳能集热板产生的高温水通过管道进入所述储热水箱；所述储热水箱内的水加有乙二醇溶液；所述储热水箱内储水的温度为20～85度。

7.根据权利要求6所述的太阳能供暖装置，其特征在于，还包括底座；所述底座为槽钢或工字钢焊接而成的框架；所述底座上设置有对应所述隔热壳体、储热水箱、换热器、末端供给系统、双热源热泵辅助供热系统和控制柜的固定位；每个所述固定位均有横梁加固并设有对应的预留安装孔。

8.根据权利要求7所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述隔热壳体为装配式,采用框架结构,可任意组装,可拆卸安装在所述底座上。

9.根据权利要求7所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述隔热壳体为利用内加聚氨酯发泡结构的彩钢板成品组装而成，所述隔热壳体的背面板上设置有密闭保温检修门。

10.根据权利要求7所述的太阳能供暖装置，其特征在于，所述底座为矩形，所述底座在窄边边框的侧面加固横梁，在两个侧面的加固横梁中选取顶部的横梁各焊2个吊耳，以平衡承受所述隔热壳体内设备的整体吊装重量；

以及在所述太阳能供暖装置的重心位置，沿纵向焊接2根横梁与所述底座底面齐平，有利于叉车装卸。

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