CN106225043A - 热泵***和供暖*** - Google Patents

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王兴越
张禄
王海云
马振华
李艳鸣
李连香
张伟华
金峰
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Beijing Lead Electric Equipment Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Beijing Electric Power Co Ltd
Beijing Lead Electric Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种热泵***和供暖***，热泵***包括地源热泵，包括第一换热器和第二换热器，第二换热器为释放热量的换热器；储能部，包括用于存储热量的储能材料，储能部与第二换热器连接；供热部，包括用热单元和第三换热器，第三换热器与储能部连接。本发明的热泵***通过地源热泵将电能转化为热能提供给用热单元，并且在热泵和用热单元之间还设置储能部，储能部能够在热泵工作时储存一部分热量，当热泵停机后，用热单元可以从储能部获得储存的热能，这样不仅能够提高热泵***供热的可靠性，而且还能够灵活的指定生热、供热策略，起到节能的效果。

Description

热泵***和供暖***
技术领域
本发明涉及热泵设备领域，具体而言，涉及一种热泵***和供暖***。
背景技术
随着节能减排工作的推广，供热煤改电的工作也在加速进行。
现有的电采暖设备均为实时供热***，即需要24小时不间断供热，这样给电网增加了负担，并且很多情况下产生的热量没有被使用，导致白白浪费了电力，增加了能耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热泵***和供暖***，以解决现有技术中的电采暖设备浪费电力、增加能耗的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热泵***，包括：地源热泵，包括第一换热器和第二换热器，第二换热器为释放热量的换热器；储能部，包括用于存储热量的储能材料，储能部与第二换热器连接；供热部，包括用热单元和第三换热器，第三换热器与储能部连接。
进一步地，储能材料为相变储能材料。
进一步地，相变储能材料包括以下任意一项或多项的组合：腊、热熔盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐和碳酸盐。
进一步地，相变储能材料的相变温度小于或等于100摄氏度。
进一步地，第二换热器设置在储能材料内部。
进一步地，第三换热器设置在储能材料内部。
进一步地，第三换热器设置在储能材料内部，第二换热器的至少一部分设置在第三换热器的内部。
进一步地，储能材料内设置有套管，第二换热器的至少一部分为套管的内层管，第三换热器的至少一部分为套管的外层管。
进一步地，用热单元包括室内换热器、热水器和热风机中的任意一项或多项。
进一步地，热泵***还包括第四换热器、第一三通阀、第二三通阀和四通阀，第一三通阀连接第二换热器的入口端、第四换热器的出口端和地源热泵的冷媒管路；第二三通阀连接第二换热器的出口端、第四换热器的入口端和地源热泵的冷媒管路；四通阀分别连接地源热泵的压缩机的出口端、第一三通阀、压缩机的入口端和第一换热器，四通阀包括第一状态和第二状态；当四通阀处于第一状态时，压缩机的出口端和第一三通阀连通，且压缩机的入口端和第一换热器连通，第一三通阀连通压缩机的出口端和第二换热器的入口端，第二三通阀连通第一换热器和第二换热器的出口端，第一换热器为吸收热量的换热器，第二换热器为释放热量的换热器；当四通阀处于第二状态时，压缩机的出口端和第一换热器连通，且压缩机的入口端与第一三通阀连通，第一三通阀连通压缩机的入口端和第四换热器的出口端，第二三通阀连通第一换热器和第四换热器的入口端，第一换热器为释放热量的换热器，第四换热器为吸收热量的换热器。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种供暖***，包括热源和室内换热器，供暖***还包括上述的热泵***，热泵***的地源热泵和/或储能部为供暖***的热源，室内换热器为热泵***的供热部的用热单元。
应用本发明的技术方案，热泵***通过地源热泵将电能转化为热能提供给用热单元，并且在热泵和用热单元之间还设置储能部，储能部能够在热泵工作时储存一部分热量，当热泵停机后，用热单元可以从储能部获得储存的热能，这样不仅能够提高热泵***供热的可靠性，而且还能够灵活的指定生热、供热策略，起到节能的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的热泵***的一种实施例的结构示意图；以及
图2示出了根据本发明的热泵***的另一种实施例的结构示意图。
图中附图标记：100、地源热泵；110、第一换热器；120、第二换热器；130、压缩机；140、膨胀阀；150、气液分离器；160、四通阀；171、第一三通阀；172、第二三通阀；200、储能部；300、第三换热器；400、用热单元；410、室内换热器；420、热水器；421、花洒；422、第二阀门；430、泵体；440、双向电动阀；450、热风机；451、第一阀门。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的一个方面，提供了一种热泵***，如图1和2所示，该供热***包括地源热泵100，包括第一换热器110和第二换热器120，第二换热器120为释放热量的换热器；储能部200，包括用于存储热量的储能材料，储能部200与第二换热器120连接；供热部，包括用热单元400和第三换热器300，第三换热器300与储能部200连接。
本发明的热泵***通过地源热泵100将电能转化为热能提供给用热单元400，并且在热泵和用热单元400之间还设置储能部200，储能部200能够在热泵工作时储存一部分热量，当热泵停机后，用热单元400可以从储能部200获得储存的热能，这样不仅能够提高热泵***供热的可靠性，而且还能够灵活的指定生热、供热策略，起到节能的效果。
例如本发明的热泵***用于居民供暖中，居民用电存在用电高峰期和低谷期，例如工作日日间为用电低谷期，而夜晚则为用电高峰期，由于本发明的热泵***可以通过储能部200储存一部分热能，即可以在用电低谷期打开热泵，将电能转化为热能储存到储能部200中，用电高峰时期则关闭热泵，通过储能部200中储存的热量为居民供热，因此平衡了用电，实现了“削峰填谷”，减少了供电高峰期对电网的负担。
此外，现在多数地区已经开始实行峰谷阶梯电价，即用电高峰时间段内的电价高于用电低谷时间段内的电价，因此通过热泵***的上述操作，还能够为用户节省电费开支。
地源热泵基于逆卡诺循环原理，是一种利用浅表地热资源也称地能，包括地下水、土壤或地表水等即可供热又可制冷的高效、节能、环保的空调***。地源热泵通过少量的高品位能源如电能，实现由低温位热能向高温位热能转移。冬季把地能中的热量取出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。地源热泵的一个特点是一个年度形成一个冷热循环。
用于住宅的地源热泵主要包括压缩机、与压缩机串联的气液分离器、以及依次串联的室内换热器、膨胀阀和室外换热器。
制冷模式：地源热泵***在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤中，通过风机盘管，以13度以下的冷风的形式为房间供冷。
制热模式：地源热泵***在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由室外地能换热***吸收地下水或土壤中的热量，通过水源热泵机组***内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收，在地下的热量不断转移至室内的过程中，以室内采暖空调末端***向室内供暖。
优选地，储能材料为相变储能材料。
相变储能材料是一种相变温度在预定范围之内的材料，其通过相变从而储存热量，相变储能材料通过相变在温度不增加的情况下储存热量，因此热量散失的速度较慢，能够较好的储存热量，储热效率高。例如相变温度为65摄氏度的相变储能材料，当热泵将固体的相变储能材料加热到65摄氏度时，相变储能材料开始转化为液态，同时继续吸收热量，在相变过程中相变储能材料的温度不变，但能够吸收大量的热量，最终相变储能材料完全转化为液态后，温度才会继续升高。
此外，相变储能材料还具有无衰减、寿命长的特点，即能够仿佛多次通过相变储热和放热，而储热量基本不变。
优选地，相变储能材料包括以下任意一项或多项的组合：腊、热熔盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐和碳酸盐。
当用于居民供暖及生活供热领域时，优选地，相变储能材料的相变温度小于或等于100摄氏度。相变储能材料的相变温度应当与用热单元400的用热温度相适配，一般略高于用热温度即可，并且温度越低，热量的发散速度越慢，越有利于热量的存储。
优选地，第二换热器120设置在储能材料内部。更优选地，第三换热器300设置在储能材料内部。第二换热器120和第三换热器300均设置在储能材料的内部，因此其能够更好的与储能材料之间实现换热。
在本发明的一些实施例中，第二换热器120为板式换热器。
此外，第二换换热器与第三换热器300接触，这样能够使得热量不经过储能材料即可以直接从第二换热器120传递到第三换热器300。
这样设置的目的，也在于使得热泵发出的热量优先供给用热单元400，余热则被储能部200吸收储存。
在本发明的另一些实施例中，优选地，第三换热器300设置在储能材料内部，第二换热器120的至少一部分设置在第三换热器300的内部。
第二换热器120设置在第三换热器300的内部，是为了使得第三换热器300更好的接收第二换热器120的热量。
在一种具体的实施例中，储能材料内设置有套管，第二换热器120的至少一部分为套管的内层管，第三换热器300的至少一部分为套管的外层管。
优选地，用热单元400包括室内换热器410、热水器420和热风机450中的任意一项或多项。当用于居民供暖时，室内换热器410可以为暖气装置，即第三换热器300的换热媒介为水。此外，热水器420和热风机450均可以利用相变储能材料中的热量作为热源。
优选地，热泵***还包括第四换热器、第一三通阀171、第二三通阀172和四通阀160，第一三通阀171连接第二换热器120的入口端、第四换热器的出口端和地源热泵100的冷媒管路；第二三通阀172连接第二换热器120的出口端、第四换热器的入口端和地源热泵100的冷媒管路；四通阀160分别连接地源热泵100的压缩机130的出口端、第一三通阀171、压缩机130的入口端和第一换热器110，四通阀160包括第一状态和第二状态；当四通阀160处于第一状态时，压缩机130的出口端和第一三通阀171连通，且压缩机130的入口端和第一换热器110连通，第一三通阀171连通压缩机130的出口端和第二换热器120的入口端，第二三通阀172连通第一换热器110和第二换热器120的出口端，第一换热器110为吸收热量的换热器，第二换热器120为释放热量的换热器；当四通阀160处于第二状态时，压缩机130的出口端和第一换热器110连通，且压缩机130的入口端与第一三通阀171连通，第一三通阀171连通压缩机130的入口端和第四换热器的出口端，第二三通阀172连通第一换热器110和第四换热器的入口端，第一换热器110为释放热量的换热器，第四换热器为吸收热量的换热器。
第四换热器并未在图中示出，第一三通阀171、第二三通阀172和四通阀160配合，可以使得本发明的热泵***在夏天时实现制冷功能，即第四换热器可以作为设置在用户室内的冷风换热器。
在图1示出的实施例中，地源热泵100包括压缩机130、第一换热器110、第二换热器120、膨胀阀140和气液分离器150，这些部件组成了地源热泵100的制热回路，当地源热泵100的制热回路运行时，第二换热器120为储能部200供热。储能部200通过相变储能材料储存热量。储能部200还通过第三换热器300与用热单元400连接，即可以使得用热单元400使用储能部200储存的热量。
地源热泵100还包括四通阀160、第一三通阀171、第二三通阀172和未在图1中示出的第四换热器，通过第一三通阀171和第二三通阀172，地源热泵100可以选择接入第二换热器120或第四换热器，并且通过四通阀160的换向，可以使得冷媒在第一换热器110内换向流动，即使得第一换热器110变换为吸收热量的换热器或发散热量的换热器，这样就使得地源热泵100还包括了制冷回路。地源热泵100的制冷回路不包括第二换热器120，而是接入第四换热器，第四换热器的作用是为客户提供制冷功能。
在图2示出的实施例中，地源热泵100部分的结构与图1示出的实施例类似，但省略了第一三通阀171和第二三通阀172，因此图2中的地源热泵与图1中的地源热泵的结构和工作过程均相似，这里就不再重复阐述。
现在农村进行供暖煤改电工作，可以应用本发明提供的相变储能装置，从而实现节能减排、降低污染物排放的目的。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种供暖***，如图1和2所示，该供暖***包括热源和室内换热器410，供暖***还包括上述的热泵***，热泵***的地源热泵100和/或储能部200为供暖***的热源，室内换热器410为热泵***的供热部的用热单元400。
通过供暖回路，热泵发热供给用户，并且在热泵与用户之间还设置有采用相变储能材料的储能部200，能够储存一部分热量，以便更加灵活的指定供暖策略。
在图1示出的实施例中，用热单元400为一个包括室内换热器410和热水器420的供暖回路，该供暖回路通过第三换热器300与储能部200连接，从而可以从储能部200的相变储能材料中获得热量。
在该供暖回路的主管路中设置有设置有双向电动阀440和泵体430，双向电动阀440可以控制供暖回路的整体连通或断开，泵体430提供动力，使得管路中的热水流过多个室内换热器410，从而为用户提供供暖。此外，供暖回路中还连接有热水器420，即通过供暖回路中的水为热水器420的水箱内的水提供热量，加热后的水可以通过花洒421提供给用户，实现了热水服务。
相比图1示出的实施例，在图2示出的实施例中用热单元400还包括热风机450，并且图2中给出了详细的热水器420接入供暖回路的方式。在该实施例中，热风机450内的热管通过第一阀门451与供暖回路的主管路连接，热水器420的水箱内的热管则通过第二阀门422与供暖回路的主管路连接，且热风机450、热水器420和多个室内换热器410均为并联设置。
需要指出的是，在图1和图2示出的实施例中，泵体430设置在供暖回路的主管路的出口端，并通过双向电动阀440与第三换热器300连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种热泵***，其特征在于，包括：
地源热泵(100)，包括第一换热器(110)和第二换热器(120)，所述第二换热器(120)为释放热量的换热器；
储能部(200)，包括用于存储热量的储能材料，所述储能部(200)与所述第二换热器(120)连接；
供热部，包括用热单元(400)和第三换热器(300)，所述第三换热器(300)与所述储能部(200)连接。
2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述储能材料为相变储能材料。
3.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述相变储能材料包括以下任意一项或多项的组合：腊、热熔盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐和碳酸盐。
4.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述相变储能材料的相变温度小于或等于100摄氏度。
5.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述第二换热器(120)设置在所述储能材料内部。
6.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述第三换热器(300)设置在所述储能材料内部。
7.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述第三换热器(300)设置在所述储能材料内部，所述第二换热器(120)的至少一部分设置在所述第三换热器(300)的内部。
8.根据权利要求7所述的热泵***，其特征在于，所述储能材料内设置有套管，所述第二换热器(120)的至少一部分为所述套管的内层管，所述第三换热器(300)的至少一部分为所述套管的外层管。
9.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述用热单元(400)包括室内换热器(410)、热水器(420)和热风机(450)中的任意一项或多项。
10.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括第四换热器、第一三通阀(171)、第二三通阀(172)和四通阀(160)，
所述第一三通阀(171)连接所述第二换热器(120)的入口端、所述第四换热器的出口端和所述地源热泵(100)的冷媒管路；
所述第二三通阀(172)连接所述第二换热器(120)的出口端、所述第四换热器的入口端和所述地源热泵(100)的冷媒管路；
所述四通阀(160)分别连接所述地源热泵(100)的压缩机(130)的出口端、所述第一三通阀(171)、所述压缩机(130)的入口端和所述第一换热器(110)，所述四通阀(160)包括第一状态和第二状态；
当所述四通阀(160)处于第一状态时，所述压缩机(130)的出口端和所述第一三通阀(171)连通，且所述压缩机(130)的入口端和所述第一换热器(110)连通，第一三通阀(171)连通所述压缩机(130)的出口端和所述第二换热器(120)的入口端，第二三通阀(172)连通所述第一换热器(110)和所述第二换热器(120)的出口端，所述第一换热器(110)为吸收热量的换热器，所述第二换热器(120)为释放热量的换热器；
当所述四通阀(160)处于第二状态时，所述压缩机(130)的出口端和所述第一换热器(110)连通，且所述压缩机(130)的入口端与所述第一三通阀(171)连通，第一三通阀(171)连通所述压缩机(130)的入口端和所述第四换热器的出口端，第二三通阀(172)连通所述第一换热器(110)和所述第四换热器的入口端，所述第一换热器(110)为释放热量的换热器，所述第四换热器为吸收热量的换热器。
11.一种供暖***，包括热源和室内换热器(410)，其特征在于，所述供暖***还包括权利要求1至9中任一项所述的热泵***，所述热泵***的地源热泵(100)和/或储能部(200)为所述供暖***的热源，所述室内换热器(410)为所述热泵***的供热部的用热单元(400)。
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