CN112833588A - 一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***及其控制方法，***由光电单元、光热单元、蒸汽压缩循环单元、热水单元及控制单元组成，光电单元为光热单元、蒸汽压缩循环单元及热水单元供电，***充分利用太阳能，通过光伏光热阵列模块吸热，实现循环水的一次加热升温，进而在循环水泵的作用下输送至所述蒸发器作为低品位热源，通过蒸汽压缩循环对循环水进行二次升温，***所有用电设备及用电器件所需电完全可由光伏光热阵列模块产生的电进行提供，无需其他能源输入，可实现***冷、热、电多联供的零电耗运行，同时彻底克服了一般空气源热水***冬季蒸发器结霜问题。

Description

一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***及其控制方法
技术领域
本发明涉及热泵的技术领域，具体涉及一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***及其控制方法。
背景技术
太阳能取之不尽、用之不竭，是最环保的可再生能源之一，可光伏发电，也可通过光热转换产生热量，然而太阳能受天气影响，存在非连续不稳定的问题，单独利用具有一定的局限性，仍需其他热源辅助以满足全天候供暖和热水供应。
热泵具有节能、环保、性能可靠等优点，在供热采暖中逐渐获得广泛应用，但在室外低温条件下，常用的空气源热泵能效衰减明显、结霜问题严重，难以稳定地满足供热需求。
充分利用太阳能进行光伏发电及制热的同时，通过热泵实现供热采暖的零能耗运行，对于建设绿色低碳型城市和环境友好型社会具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***及其控制方法，***充分利用太阳能，通过光伏光热阵列模块吸热，实现循环水的一次加热升温，进而在循环水泵的作用下输送至所述蒸发器作为低品位热源，通过蒸汽压缩循环对循环水进行二次升温，***所有用电设备及用电器件所需电完全可由光伏光热阵列模块产生的电进行提供，无需其他能源输入，可实现***冷、热、电多联供的零电耗运行，同时彻底克服了一般空气源热水***冬季蒸发器结霜问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***，包括光电单元、光热单元、蒸汽压缩循环单元、热水单元及控制单元；
S1、所述光电单元包括光伏光热阵列模块、蓄电池、直流负载、逆变器及交流负载，所述光伏光热阵列模块与所述蓄电池相连接，所述蓄电池与所述直流负载相连接，所述蓄电池还通过所述逆变器与所述交流负载相连接；
S2、所述光热单元包括光伏光热阵列模块、循环水泵、第一阀门、储热水箱、第二阀门、第三阀门、蒸发器及第四阀门，其中所述光伏光热阵列模块、所述循环水泵、所述第一阀门、所述储热水箱及所述第二阀门通过管道依次连接形成独立供热回路，所述光伏光热阵列模块、所述循环水泵、所述第三阀门、所述蒸发器及所述第四阀门通过管道依次连接形成联合供热回路；
S3、所述蒸汽压缩循环单元包括通过管道依次连接的蒸发器、压缩机、储热水箱及节流装置；
S4、所述热水单元包括有热水泵、膨胀水箱及储热水箱，所述膨胀水箱、所述热水泵及所述储热水箱之间通过管道连接形成；
S5、所述光电单元为所述光热单元、所述蒸汽压缩循环单元及所述热水单元供电，所述光电单元通过所述光伏光热阵列模块与所述光热单元相连接，所述光热单元通过所述蒸发器及所述储热水箱与所述蒸汽压缩循环单元相连接，所述热水单元通过所述储热水箱与所述光热单元、所述蒸汽压缩循环单元相连接。
通过采用上述技术方案，当***运行太阳能独立供热模式时，光伏光热阵列模块产生的热水直接输送至储热水箱当中，无需借助热泵循环单元进行加热，且太阳能取之不尽用之不竭，降低了***的运行能耗；同时，光伏光热阵列模块产生的直流电通过光电单元进行储存并用于光热单元、蒸汽压缩循环单元及热水单元，***无需外接能源，起到了节能作用。当太阳辐照不能独立满足供热需求时，通过将光伏光热阵列模块产生的水作为蒸汽压缩循环单元的低品位热源，供制冷剂吸收热量，使得蒸汽压缩循环单元对低品位热源起到进一步利用，实现太阳能低品位能的充分利用，提高了***对能源的利用率，且避免了空气源热水***能效衰减明显、结霜的问题，提高了***的稳定性。
本发明进一步设置为：所述节流装置、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门及所述第四阀门均通过电线与所述蓄电池相连接；所述压缩机、所述循环水泵及所述热水泵均通过电线与所述蓄电池或者所述逆变器相连接。
通过采用上述技术方案，使得光电单元的电，既可通过直流电形式输出，也可通过交流电形式输出，更适应于***当中的各器件应用，提升了***的适应能力。
本发明进一步设置为：所述蒸发器的相邻通道分别流经制冷剂和水，且制冷剂流向与水流向总体上相反，所述蒸发器的外侧包裹有隔绝热量散失的保温棉。
通过采用上述技术方案，蒸发器的外侧包裹有隔绝热量散失的保温棉，起到隔绝蒸发器的热量散失作用。
本发明进一步设置为：所述储热水箱的内部设置有冷凝管和加热管，所述冷凝管和所述加热管形状均呈盘管设置，所述冷凝管和所述加热管的轴向方向与所述储热水箱的轴向方向相同。
通过采用上述技术方案，提升了冷凝管、加热管与储热水箱水体的接触面积，便于储热水箱的水体充分吸收冷凝器和加热管所释放的热量，减少了能量的损耗。
本发明进一步设置为：所述控制单元通过控制所述循环水泵、所述压缩机、所述节流装置、所述热水泵、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门及所述第四阀门的状态可切换太阳能独立供热和联合供热模式两种模式。
优选地，在太阳能独立供热模式下，开启所述循环水泵、所述第一阀门、所述第二阀门及所述热水泵，关闭所述第三阀门及所述第四阀门，关闭所述压缩机及所述节流装置，所述光伏光热阵列模块吸收热量对循环水进行加热升温，升温之后的循环水通过所述循环水泵输送至所述储热水箱当中，所述储热水箱当中的循环水将热量传递给热水单元当中的热水，热水在所述热水泵的作用下被输送至用户，完成太阳能独立供热。
优选地，当太阳辐照不能独立满足供热需求时，***运行联合供热模式，开启所述循环水泵、所述压缩机、所述节流装置及所述热水泵，开启所述第三阀门及所述第四阀门，关闭所述第一阀门及所述第二阀门，所述光伏光热阵列模块吸热产生的循环水通过所述循环水泵输送至所述蒸发器作为所述蒸汽压缩循环单元的低品位热源，所述蒸发器当中的制冷剂吸收循环水的热量气化，气化后的制冷剂气体经过所述压缩机压缩输送至所述冷凝管中，所述冷凝管中的制冷剂气体通过相变冷凝将热量传递至所述储热水箱当中的水，所述储热水箱当中的水将吸收的热量传递至所述热水单元当中的热水，热水在所述热水泵的作用下被输送至用户，完成联合供热。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明充分利用太阳能，通过光伏光热阵列模块吸热，实现循环水的一次加热升温，进而在循环水泵的作用下输送至蒸发器作为低品位热源，通过蒸汽压缩循环对循环水进行二次升温，相对于电热水***、空气能热水***，耗电量大幅度降低，同时彻底克服了一般空气源热水***冬季蒸发器结霜问题；
2.通过光伏光热阵列模块产生的直流电蓄存与蓄电池当中，蓄电池当中的直流电直接被***当中的直流负载使用，或者经过逆变器转换为交流电被***当中的交流负载使用；
3.本发明充分利用太阳能，同时通过蒸汽压缩循环对水进行品质提升，节能效果显著，***所有用电设备及用电器件所需电完全可由光伏光热阵列模块产生的电进行提供，无需其他能源输入，实现***冷、热、电多联供的零电耗运行。
附图说明
图1为本实施例的***示意图；
图2为本实施例的两种运行模式下的循环水泵、压缩机、节流装置、热水泵及阀门切换图。
附图标记：1、光伏光热阵列模块；2、蓄电池；3、直流负载；4、逆变器；5、交流负载；6、循环水泵；7、蒸发器；8、压缩机；9、储热水箱；10、节流装置；11、热水泵；12、膨胀水箱；a、第一阀门；b、第二阀门；c、第三阀门；d、第四阀门。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明公开的一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***，包括有光电单元、光热单元、蒸汽压缩循环单元、热水单元及控制单元；
光电单元包括光伏光热阵列模块1、蓄电池2、直流负载3、逆变器4及交流负载5，光伏光热阵列模块1与蓄电池2相连接，蓄电池2与直流负载3相连接，蓄电池2还通过逆变器4与交流负载5相连接；
光热单元包括光伏光热阵列模块1、循环水泵6、第一阀门a、储热水箱9、第二阀门b、第三阀门c、蒸发器7及第四阀门d，其中光伏光热阵列模块1、循环水泵6、第一阀门a、储热水箱9及第二阀门b通过管道依次连接形成独立供热回路，光伏光热阵列模块1、循环水泵6、第三阀门c、蒸发器7及第四阀门d通过管道依次连接形成联合供热回路；
蒸汽压缩循环单元包括通过管道依次连接的蒸发器7、压缩机8、储热水箱9及节流装置10；
热水单元包括有热水泵11、膨胀水箱12及储热水箱9，膨胀水箱12、热水泵11及储热水箱9之间通过管道连接形成；
光电单元为光热单元、蒸汽压缩循环单元及热水单元供电，光电单元通过光伏光热阵列模块1与光热单元相连接，光热单元通过蒸发器7及储热水箱9与蒸汽压缩循环单元相连接，热水单元通过储热水箱9与光热单元、蒸汽压缩循环单元相连接。
节流装置10、第一阀门a、第二阀门b、第三阀门c及第四阀门d均通过电线与蓄电池2相连接；压缩机8、循环水泵6及热水泵11均通过电线与蓄电池2或者逆变器4相连接。
蒸发器7的相邻通道分别流经制冷剂和水，且制冷剂流向与水流向总体上相反，蒸发器7的外侧包裹有隔绝热量散失的保温棉。
储热水箱9的内部设置有冷凝管和加热管，冷凝管和加热管形状均呈盘管设置，冷凝管和加热管的轴向方向与储热水箱9的轴向方向相同。
控制单元通过控制循环水泵6、压缩机8、节流装置10、热水泵11、第一阀门a、第二阀门b、第三阀门c及第四阀门d的状态可切换太阳能独立供热和联合供热模式两种模式。
基于绿色能源利用的楼宇多联供***控制方法，包括如下步骤：
在太阳能独立供热模式下，开启循环水泵6、第一阀门a、第二阀门b及热水泵11，关闭第三阀门c及第四阀门d，关闭压缩机8及节流装置10，光伏光热阵列模块1吸收热量对循环水进行加热升温，升温之后的循环水通过循环水泵6输送至储热水箱9当中，储热水箱9当中的循环水将热量传递给热水单元当中的热水，热水在热水泵11的作用下被输送至用户，完成太阳能独立供热。
当太阳辐照不能独立满足供热需求时，***运行联合供热模式，开启循环水泵6、压缩机8、节流装置10及热水泵11，开启第三阀门c及第四阀门d，关闭第一阀门a及第二阀门b，光伏光热阵列模块1吸热产生的循环水通过循环水泵6输送至蒸发器7作为蒸汽压缩循环单元的低品位热源，蒸发器7当中的制冷剂吸收循环水的热量气化，气化后的制冷剂气体经过压缩机8压缩输送至冷凝管中，冷凝管中的制冷剂气体通过相变冷凝将热量传递至储热水箱9当中的水，储热水箱9当中的水将吸收的热量传递至热水单元当中的热水，热水在热水泵11的作用下被输送至用户，完成联合供热。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：包括光电单元、光热单元、蒸汽压缩循环单元、热水单元及控制单元；
S1、所述光电单元包括光伏光热阵列模块(1)、蓄电池(2)、直流负载(3)、逆变器(4)及交流负载(5)，所述光伏光热阵列模块(1)与所述蓄电池(2)相连接，所述蓄电池(2)与所述直流负载(3)相连接，所述蓄电池(2)还通过所述逆变器(4)与所述交流负载(5)相连接；
S2、所述光热单元包括光伏光热阵列模块(1)、循环水泵(6)、第一阀门(a)、储热水箱(9)、第二阀门(b)、第三阀门(c)、蒸发器(7)及第四阀门(d)，其中所述光伏光热阵列模块(1)、所述循环水泵(6)、所述第一阀门(a)、所述储热水箱(9)及所述第二阀门(b)通过管道依次连接形成独立供热回路，所述光伏光热阵列模块(1)、所述循环水泵(6)、所述第三阀门(c)、所述蒸发器(7)及所述第四阀门(d)通过管道依次连接形成联合供热回路；
S3、所述蒸汽压缩循环单元包括通过管道依次连接的蒸发器(7)、压缩机(8)、储热水箱(9)及节流装置(10)；
S4、所述热水单元包括有热水泵(11)、膨胀水箱(12)及储热水箱(9)，所述膨胀水箱(12)、所述热水泵(11)及所述储热水箱(9)之间通过管道连接形成；
S5、所述光电单元为所述光热单元、所述蒸汽压缩循环单元及所述热水单元供电，所述光电单元通过所述光伏光热阵列模块(1)与所述光热单元相连接，所述光热单元通过所述蒸发器(7)及所述储热水箱(9)与所述蒸汽压缩循环单元相连接，所述热水单元通过所述储热水箱(9)与所述光热单元、所述蒸汽压缩循环单元相连接。
2.根据权利要求1所述的基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：所述节流装置(10)、所述第一阀门(a)、所述第二阀门(b)、所述第三阀门(c)及所述第四阀门(d)均通过电线与所述蓄电池(2)相连接；所述压缩机(8)、所述循环水泵(6)及所述热水泵(11)均通过电线与所述蓄电池(2)或者所述逆变器(4)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：所述蒸发器(7)的相邻通道分别流经制冷剂和水，且制冷剂流向与水流向总体上相反，所述蒸发器(7)的外侧包裹有隔绝热量散失的保温棉。
4.根据权利要求1所述的基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：所述储热水箱(9)的内部设置有冷凝管和加热管，所述冷凝管和所述加热管形状均呈盘管设置，所述冷凝管和所述加热管的轴向方向与所述储热水箱(9)的轴向方向相同。
5.根据权利要求4所述的基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：所述控制单元通过控制所述循环水泵(6)、所述压缩机(8)、所述节流装置(10)、所述热水泵(11)、所述第一阀门(a)、所述第二阀门(b)、所述第三阀门(c)及所述第四阀门(d)的状态可切换太阳能独立供热和联合供热模式两种模式。
6.一种基于绿色能源利用的楼宇多联供***控制方法,所述方法应用于所述权利要求5的基于绿色能源利用的楼宇多联供***，其特征是：在太阳能独立供热模式下，开启所述循环水泵(6)、所述第一阀门(a)、所述第二阀门(b)及所述热水泵(11)，关闭所述第三阀门(c)及所述第四阀门(d)，关闭所述压缩机(8)及所述节流装置(10)，所述光伏光热阵列模块(1)吸收热量对循环水进行加热升温，升温之后的循环水通过所述循环水泵(6)输送至所述储热水箱(9)当中，所述储热水箱(9)当中的循环水将热量传递给热水单元当中的热水，热水在所述热水泵(11)的作用下被输送至用户，完成太阳能独立供热。
7.根据权利要求6所述的基于绿色能源利用的楼宇多联供***控制方法，其特征是：当太阳辐照不能独立满足供热需求时，***运行联合供热模式，开启所述循环水泵(6)、所述压缩机(8)、所述节流装置(10)及所述热水泵(11)，开启所述第三阀门(c)及所述第四阀门(d)，关闭所述第一阀门(a)及所述第二阀门(b)，所述光伏光热阵列模块(1)吸热产生的循环水通过所述循环水泵(6)输送至所述蒸发器(7)作为所述蒸汽压缩循环单元的低品位热源，所述蒸发器(7)当中的制冷剂吸收循环水的热量气化，气化后的制冷剂气体经过所述压缩机(8)压缩输送至所述冷凝管中，所述冷凝管中的制冷剂气体通过相变冷凝将热量传递至所述储热水箱(9)当中的水，所述储热水箱(9)当中的水将吸收的热量传递至所述热水单元当中的热水，热水在所述热水泵(11)的作用下被输送至用户，完成联合供热。
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