CN2704775Y - 复合热源多功能供暖装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种由太阳能采暖、地板辐射采暖和辅助热源组合而成的复合热源多功能供暖装置，适用于家庭、公共办公场所及农村大棚种植环境下的室内供暖和温度调节；其主机结构由蓄热式太阳能热泵机组、室内采暖系统、辅助热源、热水洗浴装置及管道和阀门按采暖供暖水汽连通原理连接组合而成，辅助热源可选用燃气、燃油、燃煤或电制热器和换热器连通构成；所用的水箱内空间上部为蓄热区并充入换热介质，下部为散热区与自来水系统连通，中间制有隔热层，水箱的作用为蓄热和散热双重功能，整机原理技术可靠，实施方便，热效率高，节能省电，可作为特殊供暖要求的调温型供热系统。

Description

复合热源多功能供暖装置

技术领域：

本实用新型涉及一种由太阳能采暖、地板辐射采暖和辅助热源组合而成的复合热源多功能供暖装置，可用于家庭、公共办公场所及农村大棚种植环境下的室内供暖和温度调节。

技术背景：

空气源热泵由于其具有节能、环保及冷暖联供等优点，在国内得到广泛应用。目前除了少数采用中央空调的建筑外，大部分的居住建筑都采用分体空调机组或者家用小型空调机组，而这些空调机组中大部分是只能供冷的单冷型机组。近年来，冬季可以供热的空气源热泵型空调机组也有了较大的发展，市场占有量逐渐扩大。目前常用的空气源热泵型空调机组主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器构成。在供暖循环中，制冷剂在蒸发器内与室外空气换热，吸收热量而被汽化，在冷凝器中与室内供热系统换热，冷凝成为液态而向室内的介质放热，通过不断循环，达到向室内供暖的目的。空调机组在制热循环时向空调房间供应的热量一部分来自于机组消耗电能，另一部分来自室外空气之中，所以和电采暖，燃气、燃油采暖以及其它消耗化学能的采暖方式相比，热泵采暖具有良好的节能效果。但是，由于受空调压缩机工作特性的限制，在寒冷的冬季，室外空气的温度较低(低于0℃时)，随着气温的下降，空调的运行效率也急剧下降，当室外温度低于-10℃时，供热能力大大下降、甚至不能供热，不能满足冬季室内供热的需要。为满足室内的供热需求，有人在室内安装电加热器，来提供热量，但由于电能转换为热能的效率低，需消耗大量的电能才能满足室内的供暖需求，能耗高，供暖成本大幅增加。另外，在相对湿度较高的地方，即使环境温度不太低，如气温为-5-0℃，热泵在运行时，室外与空气换热的冷凝器在换热过程中积霜严重，影响室外换热器的与室外空气的换热效率，而要解决该问题，就要频繁的除霜，即采用在冷凝器内反冲热的氟利昂的方式来化霜，从而消耗大量的电能。

针对如何解决空调机组在冬季正常高效稳定运行这一课题，国内外众多企业和科研单位作了大量的尝试，提出了很多新的系统方案，比如采用家用型地源热泵(利用地下水、地表水或土壤作为系统冷热源)替代空气源热泵机组的方式，虽然效果显著但因为受自然条件的限制，难以在中小型居住建筑中推广，再如采用双末端的空气源热泵空调系统，夏季通过风管或风机盘管向室内供冷，冬季采用地板辐射供暖的方式，通过降低机组制热时的冷凝温度来提高效率，克服室外空气温度低的现象，但因其系统投资较高，也不适宜大范围推广。其它还有如双压缩机两级压缩的方式等，均不能从本质上有效改善机组压缩机的恶劣工作环境，解决供热效率低的问题。

随着人们对新能源利用意识的提高，我国的太阳能产业取得了突飞猛进的发展，太阳能生产技术及产量均居世界前列。我国的太阳能主要应用在生活热水方面，在采暖方面也有应用，虽然节能效果非常明显，但因太阳能本身的不稳定性(阴雨天、夜间的间隙性)，致使系统投资较高，使用效果并不理想，所以太阳能不宜作为采暖系统的主要热源。但在实际应用中，将其作为辅助热源，配合其他空调供热设备一起使用，就能充分发挥太阳能环保节能的优势，无论是系统投资还是系统性能方面都具有良好的推广价值。

本实用新型旨在合理利用太阳能集热、地板辐射采热和辅助热源加热三种热源，在优势互补的条件下，形成同一环境空间的供暖系统，所设计的采热供暖装置是将现有单功能的多种采暖供热装置通过本技术手段的实施构成多功能复合采暖供热系统装置，可以保证在任何气候条件下的居住空间供暖和温度调节。

发明内容：

为了实现上述的发明宗旨，本实用新型由蓄热式太阳能热泵机组、室内采暖系统、辅助热源、热水洗浴装置及配套管道和阀门按照常规的采暖供暖水汽连通原理连接后组合而成，其中蓄热式太阳能热泵机组由压缩机、四通换向阀、热交换器、太阳能集热器、电子膨胀阀、室内机经过水、汽、电管道和线路连通构成；室内采暖系统由地板辐射采暖器、水暖散热器、循环泵、热交换器经过水、汽、电管道和线路连通构成；辅助热源由燃气或燃煤或燃油或电制热器和热交换器连通构成；热水洗浴装置作为用热设备可选用市售常规使用的热水器具即可。

本实用新型系统中使用的水箱具有储水蓄热和散热双重作用，水箱结构形式可根据安装空间的不同选取不同的形状，水箱的蓄热区与散热区中间被隔热层分开，其内部上部空间为蓄热区，下部空间为散热区，蓄热区和散热区之间制有用隔热材料制成的板状隔热层；水箱顶部外接用热水的热水洗浴装置，经过管道接到房间中适当的位置，蓄热区中制有多组热交换器，分别与太阳能集热器、辅助热源、地板辐射采暖器以及室内机换热器水汽管道连通，形成蓄热和放热可控的供热系统；散热区内制有热交换器并分别接有自来水的进水管和出水管；压缩机、循环泵经四通换向阀组成蒸汽压缩式热泵系统，可实现制冷、制热，其制得的热量一方面可以直接向供暖空间供热，另一方面可以向水箱的蓄热区中的水介质加热而实现蓄热功能；由太阳能集热器采集到的热量一方面可以通过管道和阀门直接由热交换器向供暖空间供热，另一方面向水箱中的蓄热区水介质加热而实现蓄热功能；地板辐射采暖的热量经由循环泵和热交换器直接与水箱蓄热区吸收的热量一同释放到供暖空间；辅助热源作为冬季或特殊情况时的补充供热装置，可选用燃气或燃油或燃煤或用电制热的辅助供热器，以保证供暖空间有足够的热量供应。

本实用新型采用现有的成熟技术和设备形成的太阳能集热器、地板辐射采暖和辅助热源三种供热方式，经过管道、阀门及泵设备按照供热原理组装连通成多功能供暖调温装置向指定供热空间供暖，其技术成熟，安装使用方便，节能充分，太阳能利用率高，可以充分保证冬季或特殊情况下的供暖温度并可实现同系统装置制冷降温，可广泛应用于单元家庭、小型宾馆和农村大棚种植等供热采暖场合。

附图说明：

图1为本实用新型的结构原理示意图。

具体实施方案：

本实用新型实施时，其整个装置采用常规的技术设备组合而成，整机由压缩机1、循环泵2、四通换向阀3、电磁开关阀4-8、电子膨胀阀9(实现压缩循环制冷和工质流量控制)、热交换器10-15、辅助热源16、水暖散热器17和18、地板辐射采暖器19、室内机(换热器)20、进水管21、出水管22、水箱23、散热区24、蓄热区25、隔热层26、太阳能集热器27和热水洗浴装置28组合而成，整机的安装采用常规的供热原理技术，其各部件的规格根据安装场合的供暖环境条件确定；水箱23具有储水蓄热和散热双重作用，水箱23中间下部制有隔热层26把水箱23内部空间分成两个功能区，上部空间占整个水箱的三分之二，作为蓄热区25，下部空间作为散热区24，水箱23的蓄热区25和散热区24中分别制有热交换器10-13和14-15，其热交换功能分别按蓄热和散热选取型号，水箱23的散热区24上分别制有自来水的进水管21和出水管22并与自来水供水系统和排水系统连通。

整机根据功能原理可分为四个部分，其中压缩机1、四通换向阀3、热交换器10、太阳能集热器27、热交换器11、电子膨胀阀9和室内机20组成蓄热式太阳能热泵机组系统；地板辐射采暖器19、水暖散热器17和18、循环水泵2和热交换器12组成室内采暖系统并将采集的热量通过室内机20向供暖空间释放；辅助热源16和热交换器13组成辅助采热系统；热水洗浴装置28作为采用热水的实例性设备可以用其他用水设备代替。整机工作原理分述如下：

1、制热循环原理：整机制热循环时的工作连接状态已在附图中所示，此时室外太阳能集热器27吸收太阳能(阴雨天、夜间：空气中热量)的热量连同电功率一起通过室内机20释放于供暖空间的室内，对室内空气加热，释放热量。其循环路线依次为：压缩机1、四通换向阀3、室内机20、电子膨胀阀9、电磁开关阀8和6、太阳能集热器27、热交换器10、四通换向阀3、压缩机1。

当室外温度较低、系统不能正常工作时，启动辅助热源16，此时循环路线依次为：压缩机1、四通换向阀3、室内机20、电子膨胀阀9、电磁开关阀8和5、热交换器11、电磁开关阀4、太阳能集热器27、热交换器10、四通换向阀3、压缩机1。

室内地板辐射采暖与水暖：由循环水泵2、水暖散热器17和18、地板辐射采暖器19和热交换器12构成循环系统，将蓄热水箱中的热量通过热交换器12吸收释放于取暖空间中。

太阳能集热器与辅助热源：设置太阳能集热器与辅助热源的目的基本相同。当室外温度较高、系统正常运行时，辅助热源停止工作，仅有太阳能集热器完成系统蓄热；当室外环境温度较低、系统不能正常运行时，辅助热源16投入工作提供热量与太阳能集热器吸收的热量联合满足循环系统的热量需求。

2、制冷循环原理：此时辅助热源16、地板辐射采暖器19停止工作，四通换向阀3换向，循环路线依次为：压缩机1、四通换向阀3、热交换器10、太阳能集热器27、电磁开关阀4、热交换器11、电磁开关阀5和8、电子膨胀阀9、室内机20、四通换向阀3、压缩机1。

当经热交换器11散热后出水温度较高时，电磁开关阀8关闭，电磁开关阀7开启，出水经与自来水系统热交换散热降温，此时循环路线依次为：

压缩机1、四通换向阀3、热交换器10、太阳能集热器27、电磁开关阀4、热交换器11、电磁开关阀5和7、热交换器14、电子膨胀阀9、室内机20、四通换向阀3、压缩机1。

在制冷循环过程有三次水冷却放热过程：第一次是热交换器10在水箱中蓄水区水冷防热过程。第二次是制冷工质将吸自太阳能集热器的热量由热交换器11在水箱蓄热区中的水冷放热过程。第三次是热交换器14在水箱散热区中的放热过程。第一、二次放热过程是有用放热，第三次放热过程为无用放热。

本实用新型根据上述工作原理，再按照具体实施场合的空间环境要求选择安装各相关部件，水箱23一般安装在室外可防护区内，并应考虑节省水汽管道和配件，各种热交换器和电磁开关阀均根据管道尺寸选择市售成品。本实用新型的电路连接按常规原理电连通即可。

Claims (2)

1、一种复合热源多功能供暖装置，由蓄热式太阳能热泵机组、室内采暖系统、辅助热源、热水洗浴装置及管道和阀门按采暖供暖水汽连通原理连接组合而成，其特征在于压缩机、四通换向阀、热交换器、太阳能集热器、电子膨胀阀、室内机经管道和线路连通构成蓄热式太阳能热泵机组；地板辐射采暖器、水暖散热器、循环泵、热交换器经管道和线路连通构成室内采暖系统；辅助热源由燃气或燃煤或燃油或电制热器和热交换器连通构成。

2、根据权利要求1所述的复合热源多功能供暖装置，其特征在于水箱内部上部空间为蓄热区，下部空间为散热区，其中间制有用隔热材料制成的板状隔热层；蓄热区和散热区中分别制有热交换器。