CN107036155B - 一种双热源热泵-太阳能联合供暖***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双热源热泵‑太阳能联合供暖***及方法，***包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能。本发明通过采用双热源热泵与太阳能联合供暖的方式解决了空气源热泵在供暖工程中容易结露，换热效率低的难题，使得煤改电的策略得以顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于家用供暖领域，具体是一种双热源热泵-太阳能联合供暖***及方法。
背景技术
近些年来北方城市的供暖得到了越来越好的发展，然而北方的农村地区供暖问题一直停滞不前，还是采用较为传统普通煤炉进行采暖，卫生条件较差，生活质量得不到提升。因此，寻求一种适用于农村且节能、环保供暖方式是农村供暖问题的关键所在。
冬季采暖化石能源燃烧是导致雾霾的主要原因之一，因此改变北方农村传统的采暖方式，“煤改电”是改善空气质量的必经之路。然而如果直接用电进行取暖，直接将高品位电力转化为低品位热量则会浪费资源。因此考虑到农宅中部分采用土煤炉进行取暖，因此发展热泵供暖应该是解决北方农村供暖问题的最好方式。在北方，单一热源的热泵***由于深冬温度较低会出现结霜、运行效率下降等一系列问题，因此，有必要对单一热源的热泵***进行技术改进。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种双热源热泵-太阳能联合供暖***，具有能耗低、制热效率高，节能能源、保护环境的优势。
本发明采用下面的技术方案：
一种双热源热泵-太阳能联合供暖***，包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能。
进一步的，所述双热源热泵机组包括热泵冷凝器，连接在热泵冷凝器一端的热泵压缩机，连接在热泵冷凝器另一端的热泵膨胀阀；所述热泵压缩机通过第一球阀分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***，所述热泵膨胀阀通过第二球阀也分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***。
进一步的，所述第一球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V3和与热泵水源蒸发***相连的球阀V4。
进一步的，所述第二球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V5和与热泵水源蒸发***相连的球阀V6。
进一步的，所述热泵空气源蒸发***采用热泵空气源蒸发器，所述热泵水源蒸发***采用热泵水源蒸发器。
进一步的，所述太阳能***包括太阳能集热器、蓄热水箱以及蓄热水箱侧盘管，太阳能集热器将太阳的能量转化为热能，通过蓄热水箱侧盘管对蓄热水箱中的水进行储存热量并保存在所述蓄热水箱之中，为用户侧装置提供热能。
进一步的，所述蓄热水箱还设有蓄热水箱末端侧盘管。
进一步的，所述热泵冷凝器的控制端连接有第一温控阀V1和球阀V2，所述第一温控阀V1通过第二温控阀V7与蓄热水箱末端侧盘管的一端相连；所述球阀V2通过球阀V8与蓄热水箱末端侧盘管的另一端相连；所述热泵水源蒸发***的控制端通过球阀V9和球阀V10与蓄热水箱相连。
进一步的，所述用户侧装置包括输水管、风机盘管***或地暖***。
本发明还提供了一种技术方案，一种双热源热泵-太阳能联合供暖方法，采用双热源热泵-太阳能联合供暖***，所述双热源热泵-太阳能联合供暖***包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能；
当室外温度高于设定值时，采用太阳能***向用户侧装置提供热能；
当室外温度低于设定值时，采用双热源热泵机组交替向用户侧装置提供热能。
本发明的工作流程：
本发明有五个工作状态：晴天制热水状态、阴天供热水状态、初冬供暖状态、中冬供暖状态、深冬供暖状态。
晴天时太阳光照充足，太阳能集热器6将从太阳中汲取的能量转化为热能，通过蓄热水箱侧盘管8对蓄热水箱7进行储存热量并保存在水箱之中，通过生活热水给水管11供给用户生活热水。
当连续阴雨天气出现时，仅依靠太阳能加热蓄热水箱7无法满足用户的生活热水的需求时，水源热泵作为辅助热源加热蓄热水箱供给用户生活热水。此时第一温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10开启；球阀14-V3、V5关闭。
初冬供暖状态：当室内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度高于50℃时，此时室外温度不是特别低，室内所需热负荷不高，蓄热水箱7可以直接通过蓄热水箱末端测盘管7对室内进行供暖，仅仅依靠蓄热水箱就可以完全承担室内负荷。此时第二温控阀V7、球阀V8开启；第一温控阀V1、球阀V2、V3、V4、V5、V6、V9、V10关闭。
中冬供暖状态：当室内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度低于50℃，室外温度高于-5℃时，空气源热泵自动开启，通过吸收环境空气中的低位热能，利通过少量电能驱动压缩机运转进行供暖，从而满足农宅冬季采暖的需求。此时第一温控阀V1、球阀V2、V3、V5开启；第一温控阀V7、球阀V4、V6、V8、V9、V10关闭。
深冬供暖状态：当室外冬季温度低于-5℃时，鉴于在低温环境下，空气源热泵可能会出现结霜、运行效率下降等一系列问题，而采暖效果不佳。则开启阀门第一温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10；关闭第二温控阀V7、球阀V3、V5、V8，使得热泵的热源转变为蓄热水箱10中的热水，使得热泵机组可以在较高的温度下运行，进而使制冷剂在相对较高的温度中吸热蒸发，提高供暖效果，保证室内温度。
本发明的有益效果：本发明采用清洁能源的同时，保证了供暖需求，改善了机组的制热性能系数，提高了换热效率，而且保证了用户一年四季的热水供应。通过采用双热源热泵与太阳能联合供暖的方式解决了空气源热泵在供暖工程中容易结露，换热效率低的难题，使得煤改电的策略得以顺利进行。
附图说明
图1是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***的结构示意图。
图2是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***运行状态示意图a。
图3是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***运行状态示意图b。
图4是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***运行状态示意图c。
图5是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***运行状态示意图d。
图6是本发明的双热源热泵-太阳能联合供暖***运行状态示意图e。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种典型实施例是一种双热源热泵-太阳能联合供暖***，包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能。
双热源热泵机组包括热泵冷凝器，连接在热泵冷凝器一端的热泵压缩机，连接在热泵冷凝器另一端的热泵膨胀阀；所述热泵压缩机通过第一球阀分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***，所述热泵膨胀阀通过第二球阀也分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***。热泵空气源蒸发***采用热泵空气源蒸发器，热泵水源蒸发***采用热泵水源蒸发器。
第一球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V3和与热泵水源蒸发***相连的球阀V4。
第二球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V5和与热泵水源蒸发***相连的球阀V6。
太阳能***包括太阳能集热器、蓄热水箱以及蓄热水箱侧盘管，太阳能集热器将太阳的能量转化为热能，通过蓄热水箱侧盘管对蓄热水箱中的水进行储存热量并保存在所述蓄热水箱之中，为用户侧装置提供热能，蓄热水箱还设有蓄热水箱末端侧盘管。
热泵冷凝器的控制端连接有第一温控阀V1和球阀V2，所述第一温控阀V1通过第二温控阀V7与蓄热水箱末端侧盘管的一端相连；所述球阀V2通过球阀V8与蓄热水箱末端侧盘管的另一端相连；所述热泵水源蒸发***的控制端通过球阀V9和球阀V10与蓄热水箱相连。
用户侧装置可以是输水管、风机盘管***或地暖***。
本发明的再一实施例是一种采用双热源热泵-太阳能联合供暖***的供暖方法，具体的，采用双热源热泵-太阳能联合供暖***，所述双热源热泵-太阳能联合供暖***包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组包括热泵冷凝器，连接在热泵冷凝器一端的热泵压缩机，连接在热泵冷凝器另一端的热泵膨胀阀；所述热泵压缩机通过球阀V3和球阀V4分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***，所述热泵膨胀阀通过球阀V5和球阀V6也分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***；
所述太阳能***具有蓄热水箱，蓄热水箱包括蓄热水箱侧盘管和有蓄热水箱末端侧盘管；
所述热泵冷凝器的控制端连接有第一温控阀V1和球阀V2，所述第一温控阀V1通过第二温控阀V7与蓄热水箱末端侧盘管的一端相连；所述球阀V2通过球阀V8与蓄热水箱末端侧盘管的另一端相连；所述热泵水源蒸发***的控制端通过球阀V9和球阀V10与蓄热水箱相连；
如图2-6所示：
当室外温度高于第一设定温度时，对应晴天制热水状态，采用太阳能***加热水源，向用户侧装置提供热能。太阳能集热器6将从太阳中汲取的能量转化为热能，通过太阳能-蓄热水箱侧盘管8对蓄热水箱7进行储存热量并保存在水箱之中，通过生活热水给水管11供给用户生活热水。
当室外温度低于第一设定温度，同时高于第二设定温度时，对应连续阴雨天气出现；仅依靠太阳能加热蓄热水箱7无法满足用户的生活热水的需求时，水源热泵作为辅助热源加热蓄热水箱供给用户生活热水，第一温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10开启；球阀V3、V5关闭。
当室外温度低于第二设定温度，同时高于第三设定温度时，对应初冬供暖状态，内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度高于50℃时，此时室外温度不是特别低，室内所需热负荷不高，蓄热水箱7可以直接通过蓄热水箱-末端测盘管7对室内进行供暖，仅仅依靠蓄热水箱就可以完全承担室内负荷。蓄热水箱通过蓄热水箱-末端测盘管向用户侧装置提供热能，第二温控阀V7、球阀1V8开启；第一温控阀V1、球阀1V2、V3、V4、V5、V6、V9、V10关闭。
当室外温度低于第三设定温度，同时高于第四设定温度时，对应中冬供暖状态，室内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度低于50℃，室外温度高于-5℃时，空气源热泵自动开启，通过吸收环境空气中的低位热能，利通过少量电能驱动压缩机运转进行供暖，从而满足农宅冬季采暖的需求，第一温控阀V1、球阀V2、V3、V5开启；第二温控阀V7、球阀1V4、V6、V8、V9、V10关闭。
当室外温度低于第四设定温度，同时高于第五设定温度时，对应深冬供暖状态，室外冬季温度低于-5℃时，鉴于在低温环境下，空气源热泵可能会出现结霜、运行效率下降等一系列问题，而采暖效果不佳，开启第一类温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10；关闭第一类温控阀V7、球阀V3、V5、V8，使得双热源热泵机组的热源转变为蓄热水箱中的热水，使得双热源热泵机组可以在较高的温度下运行，进而使制冷剂在相对较高的温度中吸热蒸发，提高供暖效果，保证室内温度。
本发明的有益效果是采用清洁能源的同时，保证了供暖需求，改善了机组的制热性能系数，提高了换热效率，而且保证了用户一年四季的热水供应。通过采用双热源热泵与太阳能联合供暖的方式解决了空气源热泵在供暖工程中容易结露，换热效率低的难题，使得煤改电的策略得以顺利进行。
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 (5)
1.一种双热源热泵-太阳能联合供暖***，其特征在于：包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能；
所述双热源热泵机组包括热泵冷凝器，连接在热泵冷凝器一端的热泵压缩机，连接在热泵冷凝器另一端的热泵膨胀阀；所述热泵压缩机通过第一球阀分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***，所述热泵膨胀阀通过第二球阀也分别连接热泵空气源蒸发***、热泵水源蒸发***；
所述第一球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V3和与热泵水源蒸发***相连的球阀V4；
所述第二球阀包括与热泵空气源蒸发***相连的球阀V5和与热泵水源蒸发***相连的球阀V6；
所述太阳能***包括太阳能集热器、蓄热水箱以及蓄热水箱侧盘管，所述蓄热水箱还设有蓄热水箱末端侧盘管；
所述热泵冷凝器的控制端连接有第一温控阀V1和球阀V2，所述第一温控阀V1通过第二温控阀V7与蓄热水箱末端侧盘管的一端相连； 所述球阀V2通过球阀V8与蓄热水箱末端侧盘管的另一端相连；所述热泵水源蒸发***的控制端通过球阀V9和球阀V10与蓄热水箱相连；
双热源热泵机组交替向用户侧装置提供热能；
本***包括五个工作状态：晴天制热水状态、阴天供热水状态、初冬供暖状态、中冬供暖状态、深冬供暖状态；
当室外温度高于第一设定温度时，对应晴天制热水状态，采用太阳能***加热水 源，向用户侧装置提供热能，太阳能集热器将从太阳中汲取的能量转化为热能，通过太阳能-蓄热水箱侧盘管对蓄热水箱进行储存热量并保存在水箱之中，通过生活热水给水管供给用户生活热水；
当室外温度低于第一设定温度，同时高于第二设定温度时，对应连续阴雨天气出 现，仅依靠太阳能加热蓄热水箱无法满足用户的生活热水的需求时，水源热泵作为辅助热源加热蓄热水箱供给用户生活热水，第一温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10开启，球阀V3、V5 关闭；
当室外温度低于第二设定温度，同时高于第三设定温度时，对应初冬供暖状态，内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度高于50℃时，蓄热水箱通过蓄热水箱-末端测盘管对室内进行供暖，依靠蓄热水箱承担室内负荷，蓄热水箱通过蓄热水箱-末端测盘管向用户侧装置提供热能，第二温控阀V7、球阀V8开启；第一温控阀V1、球阀V2、V3、V4、V5、V6、V9、V10关闭；
当室外温度低于第三设定温度，同时高于第四设定温度时，对应中冬供暖状态，室内温度低于18℃并且蓄热水箱中的温度低于50℃，室外温度高于-5℃时，空气源热泵自动开启，通过吸收环境空气中的低位热能，少量电能驱动压缩机运转进行供暖，第一温控阀V1、球阀V2、V3、V5开启；第二温控阀V7、球阀V4、V6、 V8、V9、V10关闭；
当室外温度低于第四设定温度，同时高于第五设定温度时，对应深冬供暖状态，室外冬季温度低于-5℃时，开启第一类温控阀V1、球阀V2、V4、V6、V9、V10，关闭第一类温控阀V7、球阀V3、V5、V8，双热源热泵机组的热源转变为蓄热水箱中的热水，双热源热泵机组在较高温度下运行。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述热泵空气源蒸发***采用热泵空气源蒸发器，所述热泵水源蒸发***采用热泵水源蒸发器。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：太阳能集热器将太阳的能量转化为热能，通过蓄热水箱侧盘管对蓄热水箱中的水进行储存热量并保存在所述蓄热水箱之中，为用户侧装置提供热能。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述用户侧装置包括输水管、风机盘管***或地暖***。
5.一种双热源热泵-太阳能联合供暖方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的双热源热泵-太阳能联合供暖***，所述双热源热泵-太阳能联合供暖***包括双热源热泵机组、太阳能***以及用户侧装置；所述太阳能***与用户侧装置相连，用于将太阳能转换为热能，加热水源，向用户侧装置提供热能；所述双热源热泵机组与用户侧装置相连，具有双热源热泵，用于辅助上述太阳能***，为用户侧装置提供热能；
当室外温度高于设定值时，采用太阳能***向用户侧装置提供热能；
当室外温度低于设定值时，采用双热源热泵机组交替向用户侧装置提供热能。
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- 2017-06-20 CN CN201710469795.4A patent/CN107036155B/zh active Active
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