CN103994526A - 一种使用热泵空调和太阳能的冷暖*** - Google Patents

Abstract

本发明是一种使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：包括太阳能单元、热泵空调单元、水罐、和末端供冷供热单元；所述太阳能单元包括：太阳能集热器，与所述太阳能集热器连接的进水管路和出水管路，所述进水管路和出水管路***设置电伴热带，所述电伴热带连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路上分别设置切断阀，所述进水管路的切断阀下游设置电磁阀，所述出水管路的切断阀下游设置单向阀，所述单向阀下游设置太阳能循环泵，所述太阳能集热器上设置集热器温度探头，所述集热器温度探头连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路在所述太阳能集热器的末端连接一放气管。

Description

一种使用热泵空调和太阳能的冷暖***

技术领域

本发明是一种供冷供热***，特别是一种使用热泵空调为冷热源、热泵空调和太阳能为热源，采用辐射供暖、风机盘管供冷的一种使用热泵空调和太阳能的冷暖******。

背景技术

现有的热泵空调和太阳能供冷供热***，存在以下问题：1)不能优先利用太阳能供暖；2)***蓄热量不够，不能有效补充冬季夜晚最冷时间供热量不足；3)热泵空调外机与室内末端直连，连续制热运行时冷媒温度上不去，热泵不能产生足够热量；4)热泵化霜时从室内抽取热量，会造成室内温度下降；5)***过于复杂使用压力水箱，成本高；6)各个末端水流量不平衡，各房间冷热分配不均匀；7)制冷制热转换复杂。

从使用效果看，虽然热泵可以在-15℃稳定制热，可许多采暖***在-5℃时却不能达到正常采暖要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，实现以下功能：优先使用太阳能供热；增加相变蓄热材料把白天产生的热量移到晚上使用；室外机和末端分别控制，只有供水温度达到要求后末端才供热；化霜热量使用水罐的蓄热量；末端水流量与外机无关，可以最大限度扩大使用面积；***同时供冷供热。

为实现上述目的，本发明由以下技术方案来实现：

一种使用热泵空调和太阳能的冷暖***，包括太阳能单元、热泵空调单元、水罐、和末端供冷供热单元；

所述太阳能单元包括：太阳能集热器，与所述太阳能集热器连接的进水管路和出水管路，所述进水管路和出水管路***设置电伴热带，所述电伴热带连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路上分别设置切断阀，所述进水管路的切断阀下游设置电磁阀，所述出水管路的切断阀下游设置单向阀，所述单向阀下游设置太阳能循环泵，所述太阳能集热器上设置集热器温度探头，所述集热器温度探头连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路在所述太阳能集热器的末端连接一放气管；

所述热泵空调单元包括：热泵空调外机，所述热泵空调外机连接氟水换热器，所述氟水换热器连接热泵循环水泵、所述热泵循环水泵连接在所述太阳能单元的进水管路上；

水罐包括：水罐外壳，所述水罐外壳内设置水罐保温层，所述水罐外壳内部设置相变桶，所述相变桶和所述水罐保温层之间形成水罐内筒，所述水罐外壳上设置冷热源进水口、冷热源出水口、末端回水口及末端出水口，所述冷热源进水口与所述太阳能单元的进水管路连通，所述冷热源出水口与所述太阳能单元的出水管路连通；

所述末端供冷供热单元包括风盘供冷单元及辐射供暖单元，所述风盘供冷单元及辐射供暖单元通过管路与所述水罐的末端出水口与末端回水口连接。

本发明的积极效果如下：

1)***中增加常压水罐，常压水罐布置在冷热源与末端之间，使用水和相变蓄热材料对不同时间供热和散热之间的不平衡进行合理调配，保证***供热量平稳；

2)热泵采暖运行温度低于太阳能运行温度，保证可以优先使用太阳能供热；

3)当末端散热量大于热源供热量造成水罐温度过低时，暂时停止末端运行，待水罐温度升高后再运行末端；

4)冬季辐射末端供热、夏季风机盘管供冷使用同一个控制器，使用方便；

5)水罐为常压水罐，***部件少，安装简单，***成本低，控制部件少。

本发明优先使用太阳能采暖；可以避免散热量大于供热量而使热泵空调外机处于非正常工作状态；可以供热供冷一体化运行；可以把白天产生的热量转移到夜间使用；使用常压水罐降低***成本。综上所述，本发明可以提高热泵空调和太阳能冷暖***的效率和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施方式***结构图；

图2是本发明水罐的一种实施方式结构图。

图中：

1太阳能集热器         2放气管

3集热器温度探头       4电伴热带

5热泵空调外机         6热泵空调控制器

7氟水换热器           8热泵循环泵

9***控制器           10风机盘管

11自动排气阀          12集中控制器

13房间控制器          14电热阀

15集水器              16辐射盘管

17分水器              18，18’冷暖转换阀

19电磁阀              20单向阀

21末端循环泵          22相变桶

23水罐内桶            24水罐保温层

25水罐外壳            26太阳能循环泵

27切断阀              28切断阀

29电磁阀              30单向阀

31太阳能控制器        32水罐液位计

33溢流水管            34热泵温度探头

35太阳能水温探头       36末端水温探头

37末端出水口          38末端回水口

39冷热源出水口        40冷热源进水口

41补水阀

具体实施方式

如图1、图2所示，太阳能单元部分，由太阳能集热器1、放气管2、集热器温度探头3、电伴热带4、电磁阀29、太阳能水温探头35、太阳能循环泵26、单向阀30和太阳能控制器31组成，水管路连接从冷热源出水口39沿上述路径至冷热源进水口40。

热泵空调单元，由热泵空调外机5、氟水换热器7、热泵循环水泵8、热泵水温探头34和热泵空调控制器6组成，冷热源出水口39沿上述路径至冷热源进水口40。

水罐部分由水罐内桶23、水罐保温层24、水罐外壳25、相变桶22、水罐液位计32、溢流水管33、冷热源出水口39、冷热源进水口40、末端出水口37和末端进水口38组成。

辐射供暖部分由末端循环泵21、单向阀20、分水器17、集水器15、辐射盘管16、电热阀14、集中控制器12、房间温控器13、末端水温探头36和***控制器9组成，水管路连接从末端出水口37沿上述路径至末端回水38。

风盘部分由末端循环泵21、冷热转换阀18、风机盘管10、自动排气阀11、电磁阀19组成，水管路连接从末端出水口37沿上述路径至末端回水38。

补水阀41与热泵循环泵8和太阳能循环泵26的进口相连。

太阳能控制器31通过控制线连接太阳能水温探头35、太阳能循环泵26、电磁阀29、电伴热带4和集热器温度探头3。热泵空调控制器6通过控制线连接热泵空调外机5、热泵空调水温探头34和热泵循环水泵8。***控制器9通过控制线连接末端水温探头36、末端循环泵21、冷热转换阀18、电磁阀19和集中控制器12。集中控制器12通过控制线与电热阀14、房间温控器13连接。房间控制器13与风机盘管10连接。

热泵空调外机6，可以是冷热兼供的空气源、地源或水源空调外机。

辐射盘管16，可以安装在地面，也可以安装在墙壁或天花，可以是管道盘管、也可以是毛细管网或辐射板。

房间温控器13有多个，唯一对应安装在同房间的风机盘管10和辐射盘管16及对应的电热阀14。

相变桶23是指包裹在满足相变温度要求的无机或有机相变材料安装在金属或塑料壳内部。

集中控制器12可以一个或多个。

***控制器9连接末端水温探头36，显示水罐内水温，控制冷热转换阀门，根据供热/冷模式切换阀门位置，并控制末端循环泵开启/关闭。每个房间温度控制器连接对应风机盘管，并连接到集中控制器，集中控制器与每一路辐射盘管上的电热阀相连，集中控制器并与***控制器相连接。

太阳能控制器31连接太阳能循环泵26、集热器温度探头3、太阳能水温探头35、电磁阀29和电伴热带4。冬季制热根据集热器温度探头3和太阳能水温探头35的温差，控制太阳能循环泵26运行，把热量从集热器转移到水罐内。

热泵空调和太阳能冷暖***运行前，由进水阀向水罐和***中注水。对高于溢流水管33的太阳能单元和风盘单元的管道，开启太阳能循环泵26和末端循环泵21将其充满水。根据水罐液位计高度开关补水阀，将水位控制在适当范围内。如果***中出现问题，有可能会造成管内水位升高，多余的水会从溢流水管33中泻出。

热泵空调和太阳能的冷暖***在使用时，***控制器9应人工设定冷热模式(供暖、供冷)。供热时，由太阳能单元和热泵空调组合供热，供冷时由热泵空调供冷。根据模式确定冷热转换阀的位置。

供暖时，太阳能单元和热泵空调产生的热量除当时末端辐射盘管散热外，剩余部分通过提高水罐水温度和使相变蓄热材料相变的方式把热储存在水罐内，供今后散热大于供热时使用。当散热大于供热时，水罐温度逐步降低，当其低于最低设定温度，末端循环泵21停止运行，不再散热。而热泵空调外机5和太阳能集热器1的全部热量都为水罐加热。当水罐温度高于设定温度时，热泵停止运行，而太阳能则可以继续提高水罐水温不受限制，保证太阳能产生的热量都可以储存下来。也就是水罐温度中：太阳能运行温度＞热泵运行温度＞相变温度点＞最低保持温度。

供暖时，冷暖转换阀门18切换为热水，当房间控制器13温度低于设定温度时，打开房间对应的电热阀，而当有任何房间温控器13处于开启时，末端循环泵21都会打开运行，直到水罐温度过低，不适合热泵空调外机正常运行为止，此时末端循环泵21停止运行，直至水罐温度升高超过设定温度为止。

供冷时，太阳能单元部分不再工作。热泵空调处于供冷模式。热泵空调外机5和热泵循环泵8运转，把冷量传递到水罐内，直至水罐温度低于设定温度，热泵空调外机5和热泵循环泵8停止运行。尔后由于风机盘管供冷会提高水罐水温，会造成空调外机和热泵水泵再次运转。

供冷时，冷暖转换阀门18切换为冷水，当房间控制器13温度高于设定温度时，打开房间对应风机盘管，而当有任何房间控制器13处于开启时，末端循环泵21都打开开始运行。

太阳能控制器、热泵空调控制器和***控制器是独立的，应分别设置不同的运行参数进行控制。

制热时，太阳能控制器31按设定的集热器与太阳能水温温差，开启太阳能循环泵26把热量从太阳能集热器1转移到水罐内。在其他季节，关闭太阳能控制器31，并手动关闭供回水管道，避免热量传入罐内。

热泵空调控制器根据冬季或夏季使用制热或制冷模式，设置不同的水温，当罐内热泵温度探头34温度低于(冬季)或高于(夏季)设定温度时，开始运行，把热量或冷量传入罐内。

***控制器具有制冷制热设置功能，制热时将水导入辐射盘管，制冷时将水导入风机盘管。当有任何一个房间的室内温控器设定温度得不到满足时，就会输出信号到***控制器，控制器开启末端循环泵21。但如果制热时末端水温探头36低于设定时，则末端循环泵21不运行，直至水温高于设定才运行。

每个房间控制器13都与风机盘管10连接控制，同时传递信号到集中控制器12和***控制器9。集中控制器12与每路电热阀14连接，对应制热时房间控制器13的开启或关闭相应的电热阀14。

辐射供暖部分，在冬季使用，采用辐射盘管供热，采用冷热转换阀门18自动切换水流，水罐中的热水通过末端循环泵21输送到辐射盘管，房间控制器控制每路辐射盘管的电热阀开/停运行。

风盘供冷部分，在夏季使用，采用风机盘管供冷，采用冷热转换阀门18自动切换水流，水罐中的冷水通过末端循环泵21输送到风机盘管，房间控制器13控制每路风机盘管的风机和水阀开/停运行。当末端循环停止后，电磁阀19同时关闭，风机盘管的水不能回流到水罐中。

热泵空调单元，在冬季时***制热，热量由氟水换热器7经热泵循环泵8输送至水罐。在夏季***制冷，冷量由氟水换热器7经热泵循环泵8输送至水罐。

太阳能单元，冬季采暖季节当太阳能集热器1上方的集热器温度探头3与太阳能水温探头35温差大于设定数值时，太阳能循环泵26运行，热量从太阳能集热器1转移到水罐。当太阳能循环泵26停止时，电磁阀29同时关闭，太阳能集热器1中水的不能回流到水罐。而当冬季夜晚低温时，室外管道外部安装电伴热带4工作，防止结冰。当夏季不使用时，关闭两个切断阀(27，28)，太阳能热量不会进入夏季的含低温水的水罐。

水罐部分，中心部分安装相变桶22。桶内相变材料相变温度点在30℃以上。热泵空调外机5的设定运行温度比较低(比如40℃)，当水罐温度高于这个设定温度后就会停止，而太阳能则不受此限制，可以继续向水罐中传递热量。而热泵空调外机5设置的温度也可以保证全天剩余时间的供热。水罐部分在正常工作时，供回水温度应在热泵空调外机5正常工作范围内，这样就会使供热量稳定。如果回水温度太低，则会造成外机内氟的压力在正常范围之外，制热量将会大幅度减少，进而供水温度不能保证要求。

本发明中，使用相变温度点合理(如32℃)的相变蓄热材料，这样就会保证水罐水温稳定，不会太低。另外控制上也设定当水罐温度低于一定数值(如30℃)时，室内末端水泵停止运行，以便让热泵空调外机工作产生的热全部用于提高水罐温度，使其保持在合理范围内。

其整个***的工作原理如下：

冬季采暖时，冷热转换阀18切换为热水，使用辐射盘管供热。每路辐射盘管对应电热阀14开启的条件是室内温度低于设定温度。而末端循环泵21开启的条件是：末端水温探头36高于设定温度(如30℃)和至少有一个房间控制器13处于开启状态。

冬季太阳能循环泵26运行的条件是：集热器温度探头3温度高于太阳能水温探头35温度数度(如8℃)。

冬季热泵空调外机热泵运行的条件是：热泵温度探头34温度低于设定温度(如40℃)。而运行时，热泵循环泵8先于热泵空调外机5打开，而后于热泵空调外机5停止。

在正常工作模式下，当回水温度低于某个温度时，热泵空调外机5不能正常供热，因此水罐应保持一个最低的温度(如30℃)以上。为防止低温夜晚热泵空调外机5制热量不足，水罐中增加相变蓄热体，相变蓄热体储存的热量比同体积的水要大数倍，可降低水罐体积，增大总蓄热量。由于有足够的蓄热，虽然夜晚温度低热泵空调制热量减少，但向室内的总供热量仍可以保持一定的稳定。

当热泵空调外机5化霜时，从水罐中吸收热量，水罐中的水温度会在化霜时降低，但至于不降低室内房间温度。

夏季供冷时，冷热转换阀18切换为冷水，室内采用风机盘管供冷。每个风机盘管运行的条件是房间温度高于设定温度，而末端水泵开启的条件是：至少有一个房间温控器处于开启状态。

夏季供冷时，太阳能单元处于手动关闭状态，不得进行循环以避免损失水罐中的冷量。夏季不用的时候打开电磁阀29，由于有放气管，太阳能集热器中的水可以下泄到水罐内。

夏季热泵空调外机供冷运行的条件是：热泵温度探头31温度低于设定温度(如9℃)。而运行时，热泵循环泵8先于热泵空调外机5打开，而后于热泵空调外机5停止。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (9)

1.一种使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：包括太阳能单元、热泵空调单元、水罐、和末端供冷供热单元；

所述太阳能单元包括：太阳能集热器，与所述太阳能集热器连接的进水管路和出水管路，所述进水管路和出水管路***设置电伴热带，所述电伴热带连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路上分别设置切断阀，所述进水管路的切断阀下游设置电磁阀，所述出水管路的切断阀下游设置单向阀，所述单向阀下游设置太阳能循环泵，所述太阳能集热器上设置集热器温度探头，所述集热器温度探头连接太阳能控制器，所述进水管路和出水管路在所述太阳能集热器的末端连接一放气管；

所述热泵空调单元包括：热泵空调外机，所述热泵空调外机连接氟水换热器，所述氟水换热器连接热泵循环水泵、所述热泵循环水泵连接在所述太阳能单元的进水管路上；

水罐包括：水罐外壳，所述水罐外壳内设置水罐保温层，所述水罐外壳内部设置相变桶，所述相变桶和所述水罐保温层之间形成水罐内筒，所述水罐外壳上设置冷热源进水口、冷热源出水口、末端回水口及末端出水口，所述冷热源进水口与所述太阳能单元的进水管路连通，所述冷热源出水口与所述太阳能单元的出水管路连通，所述水罐内设置太阳能水温探头、热泵水温探头和末端水温探头；

所述末端供冷供热单元包括风盘供冷单元及辐射供暖单元，所述风盘供冷单元及辐射供暖单元通过管路与所述水罐的末端出水口与末端回水口连接。

2.根据权利要求1所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述水罐是常压的。

3.根据权利要求1或2所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述相变桶安装在所述水罐中心，所述相变桶内部充满的有机或无机相变材料，所述有机或无机相变材料可以取出更换。

4.根据权利要求1所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述氟水换热器安装在所述热泵空调外机之外，其形式可以是板式、套管式换热器或管壳式。

5.根据权利要求1所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述太阳能集热器是平板式或真空管式。

6.根据权利要求1所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述风盘供冷单元包括冷暖转换阀、与所述冷热转换阀通过管路连接的电磁阀，与所述电磁阀通过管路连接的风机盘管、及连接在所述风机管盘末端的自动放气阀。

7.根据权利要求6所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述风机管盘可以有一个或多个，其中每一所述风机管盘连接一房间控制器。

8.根据权利要求1所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述辐射供暖部分包括：末端循环泵，设置在所述末端循环泵下游的单向阀，设置在所述单向阀下游的冷暖转换阀，所述冷暖转换阀下游连接分水器，所述分水器连接辐射盘管，所述辐射盘管连接集水器，所述辐射管盘管路上连接电热阀。

9.根据权利要求8所述的使用热泵空调和太阳能的冷暖***，其特征在于：所述辐射盘管是地板盘管、毛细管网或吊顶或墙面辐射板。