CN103644591B - 一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，包括：太阳能集热器、乙二醇环路、水环路a、水-醇换热器、蓄热水池、水环路b、水-水热泵、水-水换热器、水环路c、空气源热泵、供暖空调末端；蓄热水池设置在地面以下，蓄热水池的体积适合在地质条件不能使用土壤源蓄热的地区使用。其有益效果是：实现采用太阳能、空气源热泵、水源热泵及蓄热水池，为建筑采暖提供清洁能源，以及缓解能源枯竭、减少污染排放和应用气候变化。

Description

一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***
技术领域
本发明涉及太阳能热利用领域，特别是一种能够将太阳能转换为热能后存储起来的复合供暖空调***。
背景技术
由于我国的地理位置与气候特点，绝大部分建筑都需要使用供暖空调***，城市建筑的快速发展给地源热泵***在建筑暖通空调***中的应用带来了巨大的发展潜力。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6％，且仍持续增长。目前我国城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的25％左右，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15％～20％，这些数值仅为建筑运行所消耗的能源。
建筑物使用过程消耗的能源占其全生命过程消耗总能源的80％以上。现在中国城镇建筑运行能耗由北方地区冬季采暖能耗、住宅和一般公共建筑除采暖外的能耗、大型公共建筑能耗构成，占社会总能耗的20％～22％。建筑能耗受单位面积能耗和建筑总量影响，随着建筑总量的增加而增加。在美国、欧洲和日本等发达国家，建筑运行能耗水平已经处于制造大国时期的20％～25％。
在建筑能耗中，暖通空调与热水***所占的比例接近60％，而且随着人民生活水平的提高还有继续上升的趋势。
严寒地区冬季供暖期长、热负荷很大，而夏季空调期相对较短，冷负荷较小，土壤的平均温度较低，在我国有些地区的地质条件不适合甚至无法使用土壤源热泵***进行供暖、空调。而单独使用空气源热泵也不能满足在严寒采暖季的供热需求。
目前，我国大部分的建筑供暖的能量来源为燃烧化石能源，使碳排放增加，环境污染和气候变化进一步加剧。
发明内容
为了解决地质条件不适用使用土壤源热泵、常规的空气源热泵***在严寒地区难以应用，以及缓解能源枯竭、减少污染排放和应用气候变化等问题，本发明所采用的技术方案是：本发明提供一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，包括：太阳能集热器、乙二醇环路、水环路a、第一循环泵、水-醇换热器、蓄热水池、水环路b、第二循环泵、水-水热泵、水-水换热器、水环路c、空气源热泵、供暖空调末端；蓄热水池设置在地面以下，蓄热水池的体积适合在地质条件不能使用土壤源蓄热的地区使用；
太阳能集热器通过乙二醇环路、第一循环泵、连通水-醇换热器，组成闭合环形通路；水-醇换热器通过水环路a、第二循环泵与蓄热水池连通，组成水循环通路；蓄热水池、水-水热泵、水-水换热器通过水环路a相互连通；水-水热泵、水-水换热器、空气源热泵、供暖空调末端通过水环路c相互连通；供暖空调末端采用风机盘管或者地板辐射盘管；
当太阳能集热器吸收太阳能且环路中的介质被加热时，启动第一循环泵和第二循环泵；第一循环泵通过乙二醇介质将热量送至水-醇换热器，第二循环泵将蓄热水池下层的低温水循环到水-醇换热器进行换热，实现将热量贮存在蓄热水池的目的；
本发明提供一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***在一年中不同阶段有以下几种运行方式：
太阳能-水池蓄热模式：非供暖期、供暖期***停止供暖或者是供暖期***运行空气源热泵进行供暖时，太阳能集热器通过收集太阳热量，通过乙二醇环路、第一循环泵、水-醇换热器和水环路a、第二循环泵将热量传送到蓄热水池中储存，待夜间或者是阴雨天时，空气源热泵性能较差时，利用水-水热泵进行供暖；
蓄热水池直接供暖模式：根据蓄热水池内温度分层现象，供暖时从蓄热水池上层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池下层水位；供冷时从蓄热水池下层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池上层水位；水池直接供暖模式运行在供暖刚开始时，此时蓄热水池由于季节性蓄热作用，水温较高，可以直接用于供暖；水池直接供冷运行在***刚开始供冷时，此时蓄热水池内水由于冬季供暖的取热作用，水温较低，可以直接用于供冷；蓄热水池中的热量通过水环路b、水-水换热器、水环路c传送至供暖空调末端；
水源热泵供暖模式；运行在供暖的中期，空气源热泵性能低下时，或者是供暖末期蓄热水池内温度依然较高时，或者在水-水热泵在空调期内蓄热水池温度较高，蓄热水池直接供冷难以保证空调需求时；蓄热水池中的热量通过水环路b、水-水热泵、水环路c传送至供暖空调末端；
空气源热泵供暖模式：当供暖初期室外温度还相对较高时，可以利用空气源热泵进行供暖；在夏季当蓄热水池内温度较高，水-水热泵供冷COP值较低时，运行空气源热泵进行供冷；热量通过水环路c在空气源热泵与供暖空调末端之间传送；
空气源热泵供冷的同时进行太阳能-水池蓄热：当室外温度相对较高且太阳能集热器有效集热时运行该模式；太阳能集热器通过收集太阳热量，通过乙二醇环路、水-醇换热器和水环路a，将热量传送到蓄热水池中储存；同时，冷量通过水环路c在空气源热泵与供暖空调末端之间传送；
水源热泵供暖、太阳能-水池蓄热：当室外气温较低，空气源热泵运行效果较差时，若蓄热水池内水温也较低，不足以达到直接供暖的要求，同时太阳能集热器有效集热时，运行该模式；太阳能集热器通过收集太阳热量，通过乙二醇环路、水-醇换热器和水环路a，将热量传送到蓄热水池中储存；蓄热水池中的热量通过水环路b、水-水热泵、水环路c传送至供暖空调末端；
水池直接供暖同时进行太阳能-水池蓄热模式：当蓄热水池内的温度较高，达到直接供暖的要求，若此时太阳能集热器有效集热，运行该模式；太阳能集热器通过收集太阳热量，通过乙二醇环路、水-醇换热器和水环路a，将热量传送到蓄热水池中储存；蓄热水池中的热量通过水环路b、水-水换热器、水环路c传送至供暖空调末端。
本发明提供的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其有益效果是:在不适用使用土壤源热泵、常规的空气源热泵***在严寒地区难以应用的地区，实现采用太阳能、空气源热泵、水源热泵及蓄热水池，为建筑采暖提供清洁能源，以及缓解能源枯竭、减少污染排放和应用气候变化。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图中标号说明如下：
10-太阳能集热器、11-乙二醇环路、12水环路a、13第一循环泵、60-水-醇换热器、20-蓄热水池、21-水环路b、22第二循环泵、30-水-水热泵、70-水-水换热器、31-水环路c、40-空气源热泵、50-供暖空调末端。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，包括：太阳能集热器10、乙二醇环路11、水环路a12、第一循环泵13、水-醇换热器60、蓄热水池20、水环路b21、第二循环泵22、水-水热泵30、水-水换热器70、水环路c31、空气源热泵40、供暖空调末端50；
蓄热水池20设置在地面以下，蓄热水池20的体积相对较小，适合在地质条件不能使用土壤源蓄热的地区使用；
太阳能集热器10通过乙二醇环路11、第一循环泵13、连通水-醇换热器60，组成闭合环形通路；水-醇换热器60通过水环路a12、第二循环泵22与蓄热水池20连通，组成水循环通路；
当太阳能集热器10吸收太阳能且环路中的介质被加热时，启动第一循环泵13和第二循环泵22；第一循环泵13通过乙二醇介质将热量送至水-醇换热器60，第二循环泵22将蓄热水池20下层的低温水循环到水-醇换热器60进行换热，实现将热量贮存在蓄热水池20的目的。
蓄热水池20、水-水热泵30、水-水换热器70通过水环路a12相互连通；水-水热泵30、水-水换热器70、空气源热泵40、供暖空调末端50通过水环路c31相互连通；供暖空调末端50采用风机盘管或者地板辐射盘管；
如图1所示，本发明提供一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***在一年中不同阶段有以下几种运行方式：
太阳能-水池蓄热模式：非供暖期、供暖期***停止供暖或者是供暖期***运行空气源热泵进行供暖时，太阳能集热器10通过收集太阳热量，通过乙二醇环路11、第一循环泵13、水-醇换热器60和水环路a12，第二循环泵22将热量传送到蓄热水池20中储存，待夜间或者是阴雨天时，空气源热泵40性能较差时，利用水-水热泵30进行供暖；
蓄热水池直接供暖模式：根据蓄热水池20内温度分层现象，供暖时从蓄热水池20上层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池20下层水位；供冷时从蓄热水池20下层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池20上层水位；水池直接供暖模式运行在供暖刚开始时，此时蓄热水池20由于季节性蓄热作用，水温较高，可以直接用于供暖；水池直接供冷运行在***刚开始供冷时，此时蓄热水池20内水由于冬季供暖的取热作用，水温较低，可以直接用于供冷；蓄热水池20中的热量通过水环路b21、水-水换热器70、水环路c31传送至供暖空调末端50；
水源热泵供暖模式；运行在供暖的中期，空气源热泵40性能低下时，或者是供暖末期蓄热水池20内温度依然较高时，或者在水-水热泵30在空调期内蓄热水池20温度较高，蓄热水池20直接供冷难以保证空调需求时；蓄热水池20中的热量通过水环路b21、水-水热泵30、水环路c31传送至供暖空调末端50；
空气源热泵供暖模式：当供暖初期室外温度还相对较高时，可以利用空气源热泵40进行供暖；在夏季当蓄热水池20内温度较高，水-水热泵30供冷COP值较低时，运行空气源热泵40进行供冷；热量通过水环路c31在空气源热泵40与供暖空调末端50之间传送；
空气源热泵供冷的同时进行太阳能-水池蓄热：当室外温度相对较高且太阳能集热器10有效集热时运行该模式；太阳能集热器10通过收集太阳热量，通过乙二醇环路11、水-醇换热器60和水环路a12，将热量传送到蓄热水池20中储存；同时，冷量通过水环路c31在空气源热泵40与供暖空调末端50之间传送；
水源热泵供暖、太阳能-水池蓄热：当室外气温较低，空气源热泵40运行效果较差时，若蓄热水池20内水温也较低，不足以达到直接供暖的要求，同时太阳能集热器10有效集热时，运行该模式；太阳能集热器10通过收集太阳热量，通过乙二醇环路11、水-醇换热器60和水环路a12，将热量传送到蓄热水池20中储存；蓄热水池20中的热量通过水环路b21、水-水热泵30、水环路c31传送至供暖空调末端50；
水池直接供暖同时进行太阳能-水池蓄热模式：当蓄热水池内的温度较高，达到直接供热的要求，若此时太阳能集热器10有效集热，运行该模式；太阳能集热器10通过收集太阳热量，通过乙二醇环路11、水-醇换热器60和水环路a12，将热量传送到蓄热水池20中储存；蓄热水池20中的热量通过水环路b21、水-水换热器70、水环路c31传送至供暖空调末端50。

Claims (7)

1.一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，包括：太阳能集热器(10)、乙二醇环路(11)、水环路a(12)、第一循环泵(13)、水-醇换热器(60)、蓄热水池(20)、水环路b(21)、第二循环泵(22)、水-水热泵(30)、水-水换热器(70)、水环路c(31)、空气源热泵(40)、供暖空调末端(50)；其特征在于：蓄热水池(20)设置在地面以下；太阳能集热器(10)通过乙二醇环路(11)、第一循环泵(13)、连通水-醇换热器(60)，组成闭合环形通路；水-醇换热器(60)通过水环路a(12)、第二循环泵(22)、蓄热水池(20)连通，组成水循环通路；蓄热水池(20)、水-水热泵(30)、水-水换热器(70)通过水环路a(12)相互连通；水-水热泵(30)、水-水换热器(70)、空气源热泵(40)、供暖空调末端(50)通过水环路c(31)相互连通。
2.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：在非供暖期、供暖期***停止供暖或者是供暖期***运行空气源热泵进行供暖时，太阳能集热器(10)通过收集太阳热量，通过乙二醇环路(11)、水-醇换热器(60)和水环路a(12)，启动第一循环泵(13)和第二循环泵(22)将热量传送到蓄热水池(20)中储存，待夜间或者是阴雨天时，空气源热泵(40)性能较差时，利用水-水热泵(30)进行供暖。
3.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：根据蓄热水池(20)内温度分层现象，供暖时从蓄热水池(20)上层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池(20)下层水位；供冷时从蓄热水池(20)下层水位取水，将换热后的水排至蓄热水池(20)上层水位；水池直接供暖模式运行在供暖刚开始时，此时蓄热水池(20)由于季节性蓄热作用，水温较高，可以直接用于供暖；水池直接供冷运行在***刚开始供冷时，此时蓄热水池(20)内水由于冬季供暖的取热作用，水温较低，可以直接用于供冷；蓄热水池(20)中的热量通过水环路b(21)、水-水换热器(70)、水环路c(31)传送至供暖空调末端(50)。
4.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：运行在供暖的中期，空气源热泵(40)性能低下时，或者是供暖末期蓄热水池(20)内温度依然较高时，或者在水-水热泵(30)在空调期内蓄热水池(20)温度较高，蓄热水池(20)直接供冷难以保证空调需求时；蓄热水池(20)中的热量通过水环路b(21)、水-水热泵(30)、水环路c(31)传送至供暖空调末端(50)；
空气源热泵供暖模式：当供暖初期室外温度还相对较高时，可以利用空气源热泵(40)进行供暖；在夏季当蓄热水池(20)内温度较高，水-水热泵(30)供冷COP值较低时，运行空气源热泵(40)进行供冷；热量通过水环路c(31)在空气源热泵(40)与供暖空调末端(50)之间传送。
5.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：当室外温度相对较高且太阳能集热器(10)有效集热时，太阳能集热器(10)通过收集太阳热量，通过乙二醇环路(11)、水-醇换热器(60)和水环路a(12)，将热量传送到蓄热水池(20)中储存；同时，冷量通过水环路c(31)在空气源热泵(40)与供暖空调末端(50)之间传送。
6.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：当室外气温较低，空气源热泵(40)运行效果较差时，若蓄热水池(20)内水温也较低，不足以达到直接供暖的要求，同时太阳能集热器(10)有效集热时，太阳能集热器(10)通过收集太阳热量，通过乙二醇环路(11)、水-醇换热器(60)和水环路a(12)，将热量传送到蓄热水池(20)中储存；蓄热水池(20)中的热量通过水环路b(21)、水-水热泵(30)、水环路c(31)传送至供暖空调末端(50)。
7.根据权利要求1所述的一种采用太阳能蓄热水池及热泵的复合供暖空调***，其特征在于：当蓄热水池内的温度较高，达到直接供暖的要求，太阳能集热器(10)有效集热，太阳能集热器(10)通过收集太阳热量，通过乙二醇环路(11)、水-醇换热器(60)和水环路a(12)，将热量传送到蓄热水池(20)中储存；蓄热水池(20)中的热量通过水环路b(21)、水-水换热器(70)、水环路c(31)传送至供暖空调末端(50)。
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