CN114440492A - 自然能耦合一体化热泵装置 - Google Patents

自然能耦合一体化热泵装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114440492A
CN114440492A CN202011230092.4A CN202011230092A CN114440492A CN 114440492 A CN114440492 A CN 114440492A CN 202011230092 A CN202011230092 A CN 202011230092A CN 114440492 A CN114440492 A CN 114440492A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar
heat
heat pump
evaporator
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011230092.4A
Other languages
English (en)
Inventor
尹丽媛
张二保
田琦
李侃
邵欢
乔红
王耀翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Nuclear Seventh Research And Design Institute Co ltd
Original Assignee
China Nuclear Seventh Research And Design Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Nuclear Seventh Research And Design Institute Co ltd filed Critical China Nuclear Seventh Research And Design Institute Co ltd
Priority to CN202011230092.4A priority Critical patent/CN114440492A/zh
Publication of CN114440492A publication Critical patent/CN114440492A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/40—Solar heat collectors combined with other heat sources, e.g. using electrical heating or heat from ambient air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

本发明属于冷暖调节技术领域，具体涉及一种自然能耦合一体化热泵装置，是将太阳能、空气能以及地热能等自然能进行耦合的多能互补集成装置，通过控制策略提升机组冬夏整体运行性能，解决土壤源热泵冬夏不平衡、空气源热泵易结霜及能效低等问题。在此基础上提高太阳能—空气源侧换热面积以提高太阳能利用率，并将风机位置进行改进的同时增设均流板以提高太阳能—空气能侧换热器的性能。

Description

自然能耦合一体化热泵装置
技术领域
本发明属于冷暖调节技术领域，具体涉及一种自然能耦合一体化热泵装置。
背景技术
随着国内外经济技术的不断发展，以及人民对生活水平的要求不断提高，我们熟知的空调***的简单供冷供暖已经不能满足人们的生活需求以及社会对节能减排发展的新要求。空调技术的发展使用户对空调***有了较低初投资、节约运行费用、高效运行、节约能源、保护环境等性能要求，同时也对***运行的稳定性以及用户个性化温度控制等提出了要求。
目前土壤源热泵技术已取得很大进展，土壤源热泵******具有土壤温度全年波动较小，数值相对稳定；土壤具有良好的蓄热性能，全年运行的土壤源热泵可以对埋管区域热平衡自然补偿；运行费用低，运行效率高，和空调***相比对环境的热、噪污染小等优点，得到了一定程度的应用。但是，使用土壤源热泵也具有一定的局限，如土壤热导率小，负荷较大时所需埋管面积过大；换热性能和初投资受土壤物性参数的影响大；冬夏取能不平衡易导致土壤热量失衡等。针对冬夏用能不平衡的情况目前使用较多耦合太阳能集热***的土壤源热泵，这种***加入了太阳能集热器，在一定程度上补充了从土壤中提取的热量。但是这种由于加入了太阳能集热***，使热泵***变得体积庞大，运行复杂，布置灵活性差。所以找到一种合理的热量补充方式对于土壤源热泵有重大意义。
空气源热泵利用电能驱动，利用空气中的热量，实现了热量从低温处向高温处的转移，节能清洁是其显著特点。目前，限制空气源热泵发展的原因主要有较低的室外温度以及结霜。对于空气源热泵而言，除霜方式大致有逆循环除霜、热气旁通除霜、电加热除霜、外加太阳能***、储热除霜等。使用这些方法会不同程度的降低室内热舒适，冷剂压力也会发生较大波动从而使***稳定性下降、压力变化对压缩机的冲击使压缩机寿命降低、而采用电加热方式能量损失大除霜效率低、外加太阳能***使***变得庞大和复杂、蓄热除霜需要提供额外的储能装置使***复杂、***运行自控可靠性低等。
针对于低温空气源热泵的研究，目前主要有双级压缩热泵***、复叠式***、采用新型制冷剂等。双级压缩热泵***有效地解决了压缩比过大、排气温度过高、***COP值低等问题，但其需要压缩机工艺改进、成本较高。复叠式***极低的环境温度下，仍有较高的性能系数，但是***蒸发器表面会有结霜现象，这对***传热以及循环制冷剂流量等均有不利的影响。
太阳能作为一种可再生清洁能源，其总量巨大，有着巨大的利用空间。太阳光除去被大气层反射，直射在地球表面的功率为1.2×105TW。2012年全球一次能源消耗量共433EJ，折合为13.75TW，每年太阳能可供应功率是全球消耗量的8700倍，也可以说地球一个小时接收的太阳能就可以满足人类一年的能源需求。我国的太阳能资源丰富，年辐射总量每年可达3340～8360MJ/m2，相当于2.4万吨标准煤，年日照小时数大于2000小时的地区占总国土面积2/3以上。世界太阳能利用总量为172.4G，而我国太阳能热利用总量为101GW，占59％，居世界第一位。如梁海洲.制冷空调能耗及减排节能技术的分析[J].科技创新与应用,2017(11):108-109。我国当前建筑能耗在总能耗中占25％，而空调能耗是建筑能耗中的主要能耗之一，几乎占65％左右，如果将空调能效提升10％，则可以节约的发电量能够达到37GW。所以提高空调***能效以及空调***中可再生能源的利用率，将对节能减排做出突出贡献。
太阳能选择性吸收涂层的吸收光谱与太阳发射光谱相匹配，它能极大地提高太阳能集热器的集热效率和利用效率，太阳光辐射的能量主要分布在波长为0.25～3μm的光谱区内，即太阳辐射能主要分布在可见光和近红外区，而物体受热发生黑体辐射的能量主要分布在波长为2～100μm的光谱区中，主要在远红外区。为了能够充分利用太阳能，人们设计出了选择性吸收的太阳能涂层材料，满足以下2个条件：太阳光谱内的吸光程度高，即有尽可能高的吸收率；辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失，即有尽可能低的发射率。目前常用的太阳能选择吸收性涂层有电镀黑镍涂层、黑铬涂层、黑钴涂层；采用阳极氧化法制备的涂层有铝阳极氧化涂；通过磁控溅射的TiNOx复合层涂层；以及通过强磁凝聚的铬原子单层太能选择吸收膜。
现有成熟的太阳能与空气源热泵联合除霜技术有太阳能蓄热增强空气源热泵除霜***，新型间联式太阳能空气源热泵除霜技术等。如吴娟，龙新峰.太阳能热化学储能研究进展[J].化工进展，2014，33(12):3238-3245。冉思源，李先庭，徐伟.新型间联式太阳能空气源热泵用于供热效果分析[J].暖通空调，2016,(12):8-14。其中采用了真空管或平板太阳能集热器，大大提高了太阳能的利用率，但是太阳能的使用具有时间上的局限性，因此是不稳定的。
中国专利CN207196759U公开了一种太阳能与土壤源热泵结合的新型能源空调，其发明是通过如下技术方案实现的：换热竖管，热竖管的一侧连接有冷凝器，冷凝器的一侧连接有节流阀，冷凝器的另一侧连接有蒸发器，蒸发器的一侧连接有储热装置，储热装置的一侧连接有用户终端，储热装置的一侧连接有给水泵，储热装置电性连接有蓄电池，蓄电池的侧部设置有控制器，蓄电池电性连接有太阳能板。将太阳能与土壤源热泵空调相结合，通过设置太阳能板，将太阳能转换为电能收集起来，优先的使用土壤源热泵，以使空调进行正常的运行，当土壤温度变化不及空调使用时，将使用太阳能储存的电能来进行辅助加热制冷，以供空调的正常运行。但是这种集热装置室外部分包括太阳能板及土壤源热泵，为补充土壤源能量的不足所需太阳能板面积过大，且通过太阳能板发点再辅助加热制冷能量转化次数过多，效率低下。
中国专利CN208332748U公开了一种太阳能空气源双源热泵机组，包括：压缩机、膨胀阀、双源翅片式蒸发器、冷凝器、轴流风机、四通阀、气液分离器、贮液器、单向阀组、制冷剂分配器和热管型太阳能集热器。压缩机通过相应排气管路与四通阀的入口相连，四通阀的出口通过排气管路与冷凝器相连，冷凝器通过制冷剂出液管经单向阀组连接贮液器和膨胀阀，单向阀组经过制冷剂分配器与双源翅片式蒸发器相连，双源翅片式蒸发器的出气管与四通阀的另一个入口相连，四通阀中间出口通过制冷剂回气管经气液分离器与压缩机相连，以形成制冷剂循环；双源翅片式蒸发器通过热管管路与热管型太阳能集热器相连，组成热管循环。但是这种循环通过热管形式将蒸发器与太阳能集热器相连，换热形式复杂导致制冷剂状态复杂，影响换热效果。
中国专利CN206514380U公开了一种利用太阳能、空气能、土壤源热泵耦合供热***，属于能源与环境技术领域。该利用太阳能、空气能、土壤源热泵耦合供热***，包括热管式太阳能真空管加热热水***，空气能、地热能耦合热泵***，地源储热换热循环***和供暖***。首先通过单晶硅或多晶硅太阳能电池板将太阳能转变成电量输出并储存，电池板的余热通过余热回收***对储热水箱中的冷水进行加热以供热水或供暖，空气能和地热能则在太阳辐射不足时辅助加热热水；其次夏季可回收利用空调供冷时的冷凝排热，实现能量的高效利用。太阳辐射较强时，地源补热泵则将多余的热量通过地埋管储存于地下，提高土壤温度，以便冬季取热。这种***高效结合了土壤源、空气能、太阳能的优势，但是其***包括三大部分，***形式复杂，占地面积过大。
发明内容
本发明的目的是提供一种自然能耦合一体化热泵装置，是将太阳能、空气能以及地热能等自然能进行耦合的多能互补集成装置，通过控制策略提升机组冬夏整体运行性能，解决土壤源热泵冬夏不平衡、空气源热泵易结霜及能效低等问题。在此基础上提高太阳能—空气源侧换热面积以提高太阳能利用率，并将风机位置进行改进的同时增设均流板以提高太阳能—空气能侧换热器的性能。
本发明的内容如下：
自然能耦合一体化热泵，包括太阳能耦合空气源—土壤源热泵一体化室外机、TiO2涂料太阳能反射遮阳帘，所述太阳能耦合空气源—土壤源热泵一体化室外机主要由太阳能集热蒸发器和土壤源集热蒸发器两部分组成；其中太阳能集热换热器又由太阳能集热蒸发器和动力控制部分两大部分组成，太阳能集热换热器主体外部框架结构为涂有TiO2太阳能反射涂料的Q235A钢板，太阳能集热蒸发器部分机身正面及上方装5mm厚的正面透明聚碳酸酯，正面透明聚碳酸酯挡板开有条缝型排风口，动力控制部分外壳材料均为涂有TiO2太阳能反射涂料的Q235A钢板；轴流风机B置于太阳能集热蒸发器背部；其中土壤源集热蒸发器，主体为埋地铜盘管，埋地铜盘管与太阳能集热蒸发器并联，并在出入口两侧设置调节阀。
所述太阳能集热蒸发器，其中制冷剂通道部分为铜管，翅片为铝制薄片，通强磁凝聚方法在铜管及铝翅片表面形成单层铬原子的太阳能选择吸收层，其中太阳能集热蒸发器在太阳能集热换热器机箱内部，表面平行于正面的透明聚碳酸酯挡板；轴流式风机位于直吹太阳能集热蒸发器背部，出口气流经均流板至太阳能集热蒸发器。
所述轴流风机出口气体均流板，由聚丙烯材料制成，置于轴流风机与太阳能集热蒸发器之间。
所述室外机上部及前方透明挡板由透明聚碳酸酯板制成，前方透明挡板上布置均匀开孔。
所述TiO2涂料太阳能反射遮阳挡帘是表面涂有TiO2太阳能反射涂料的伸缩铝合金遮阳帘，遮阳帘通过电动屈伸臂及电动执行机构可沿平行于地面方向伸缩.
TiO2涂料太阳能反射遮阳帘在***需要供热时收起，在夏季伸出，同时拉伸长度，使太阳能反射遮阳帘阴影可完全遮挡太阳能集热换热器上部和正面的透明聚碳酸酯板。
所述热泵供暖以及制冷***，是构件压缩机、室外机、室内末端组成的热泵***。整个供暖***循环回路连接顺序依次是，涡旋压缩机、四通换向阀、调节阀、室内末端、调节阀、电子膨胀阀、调节阀、太阳能集热蒸发器的埋地铜盘管、调节阀四通换向阀、涡旋压缩机。
制冷***循环回路连接顺序依次是涡旋压缩机、四通换向阀、调节阀、太阳能集热蒸发器的埋地铜盘管、调节阀、电子膨胀阀、调节阀、室内末端、调节阀、四通换向阀、调节阀、涡旋压缩机。
本发明的有益效果如下：
实施本发明提供的一种自然能耦合一体化热泵，包括太阳能耦合空气源热泵室外机、电动遮阳帘、土壤源蒸发集热器以及室内不同形式末端。本发明应用于夏季时，包括太阳能耦合空气源热泵室外机、电动遮阳帘、土壤源蒸发集热器以及室内不同形式末端。本发明应用于冬季供暖时，包括太阳能耦合空气源热泵室外机、土壤源蒸发集热器以及室内不同形式末端。使用太阳能、空气能、土壤源等自然能的形式，通过控制进行耦合，可以将三者优势互补，在保证满足用户需求的基础上实现了减少化石能源的使用和***高效运行，同时也降低了***整体的运行费用。
实施上述一体化***中太阳能耦合空气源热泵室外机结构如图3、图4所示，太阳能集热蒸发器增大了蒸发器接受太阳辐射面积更利于太阳能的吸收，蒸发器为单排；设置均流板具有良好的气流组织形式增强了蒸发器换热效果。室外机机壳使用太阳能耦合空气源热泵室外机外壳、透明聚碳酸酯板，外壳使用Q235钢板涂有TiO2太阳能反射涂料，保障外壳坚固的同时减少了外壳吸热从而降低机组内部温度，5mm厚透明聚碳酸酯板具有较高的透光性和较低的反射率，有利于太阳能的吸收利用，同时在硬度和抗老化性能方面都有一定的优势。电动遮阳帘在夏季制冷不需要太阳能时放下，伸缩调节可在不同太阳高度角时较好的遮挡太阳光。
实施上述一体化***中，在蒸发器铜管及翅片表面以物理方法强磁凝聚的方式添加铬原子单层太阳能选择吸收膜，复合层具有约0.93的太阳能吸收率、小于0.05的法向太阳能发射率，采用强磁凝聚时对环境无污染，铬原子单层太阳能选择吸收膜吸收太阳辐射以提高蒸发温度提高***COP。太阳能集热蒸发器总传热系数为260W·m-2·K-1。太阳辐射为0W/m2升至700W/m2，***COP从3.5增加到3.9，增长近了10％，增幅明显。
实施上述一体化***中，土壤源蒸发集热器，土壤源热泵夏季对土壤放热、冬季再从土壤取热。土壤源热泵***集成太阳能耦合空气源热泵***，更有利于土壤冬夏的取热平衡，同时两种***共同作用，，克服了空气源热泵易结霜、低温时性能低等问题。
附图说明
图1为本发明的自然能耦合一体化热泵结构示意图；
图2为本发明的铬原子单层太阳能选择吸收性涂料结构示意图；
图3为本发明的自然能热泵室外机外部结构示意图；
图4为本发明的自然能热泵室外机内部结构示意图；
图5为本发明的土壤源蒸发集热器示意图。
图中：1：涡旋压缩机；2：四通换向阀；3：轴流风机A；4：均流板；5：太阳能集热蒸发器；6：调节阀；7：电子膨胀阀；8：室内不同形式末端；9：土壤源集热蒸发器；10：太阳能耦合空气源热泵室外机；11：铬原子单层太阳能选择吸收膜；12：蒸发器铜管；13：太阳能耦合空气源热泵室外机外壳；14：透明聚碳酸酯板；15：阀件管路安装区；16：压缩机安装区；17：制冷剂出口；18：制冷剂入口；19：TiO2涂料太阳能反射遮阳帘；20：建筑外墙；21：三角支架；22：太阳能集热蒸发器；23：均流板；24：轴流风机B；25：土壤源蒸发集热器；26：蒸发器管路；27：土壤；28：地面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，各部件之间均由铜管连接，连接方式均为焊接。涡旋压缩机1排气口与四通换向阀2之间用铜管连接，四通换向阀2其他三侧铜管分别连接涡旋压缩机1吸气口、太阳能集热蒸发器5以及***末端8，太阳能集热蒸发器5另一侧连接调节阀6，经铜管连接电子膨胀阀7，电子膨胀阀7通过铜管与室内不同形式末端8连接，室内不同形式末端通过铜管与四通换向阀2连接。
如图2所示，太阳能集热蒸发器5材料为蒸发器铜管12，铬原子单层太阳能选择吸收膜11通过强磁凝聚方式附着在蒸发器铜管12及翅片表面。
所述太阳能耦合空气源热泵室外机构件如图3、图4所示，太阳能耦合空气源热泵室外机外壳13与透明聚碳酸酯板14之间通过螺纹间接固定(其中正面的透明聚碳酸酯板上设置密集条缝出风口)，放置在三角支架21上，三角支架21通过膨胀螺栓固定在建筑外墙20。TiO2涂料太阳能反射遮阳帘19通过膨胀螺栓固定在建筑外墙20。室外机内部，轴流风机24、均流板23、太阳能集热蒸发器22均通过螺纹连接固定在太阳能耦合空气源热泵室外机外壳13表面。
所述土壤源集热蒸发器9材料也为铜管两侧分别通过铜管与太阳能集热蒸发器5两侧的调节阀6连接。土壤侧蒸发器管路26埋深100m，直接与回填土27接触。
冬季工况下，在室外温度处于-5℃～5℃的剧烈结霜工况时，关闭太阳能集热蒸发器支路电磁阀及闸阀，打开土壤源蒸发集热支路上的电磁阀及闸阀，此时的运行模式等同于地源热泵运行模式。当室外温度继续降低至-5℃以下时，制冷剂利用分流三通分为两路，一路经过膨胀阀，以电磁阀调节太阳能集热蒸发器支路流量，吸收空气能和太阳能进行蒸发，蒸发后进入喷气增焓压缩机低压缸；另一路的制冷剂经过膨胀阀节流后，利用电磁阀调节地源侧流量，进入土壤源蒸发集热器，吸收土壤中的浅层地热能蒸发后通过补气回路进入喷气增焓压缩机，与低压缸处制冷剂混，继续压缩通过分流三通进入两个蒸发器进行蒸发，完成制热循环。
夏季工况下，在室外温度高于35℃时，关闭太阳能集热换热器支路电磁阀及闸阀，打开土壤源换热集热支路上的电磁阀及闸阀，此时的运行模式等同于地源热泵运行模式。当室外温度降低至35℃以下时，后进入两个支路，制冷剂利用分流三通分为两路，一路经过膨胀阀进入地源侧冷凝器，另一部分流体进入空气侧冷凝器。以电磁阀调节每个支路流量，随着室外温度的降低增加空气源支路流量比例。一路的制冷剂进入地源侧冷凝器，把热量释放到土壤中冷凝；另一路制冷剂进入空气侧冷凝器，在风机的作用下吸收空气侧的能量冷凝，两部分流体冷凝温度相同。两部分流体在膨胀阀处节流后通过三通合流后进入蒸发器蒸发，送入喷气增焓压缩机，压缩至高温高压蒸汽再进入两个冷凝器进行冷凝，完成制冷循环。
实施例2：
如附图1所述一种自然能耦合一体化热泵。用户为太原胜利东街某居住建筑，案例建筑总建筑面积386.5㎡，层数为1层，冬季室内供暖设计温度18℃。建筑热负荷13.45kW，在室外安装均流自然能***，室外墙面安装太阳能空气源耦合热泵室外机，并在空地位置敷设土壤源热泵埋管，制热输入功率为3.53kW。***运行时，太阳光照射在通过强磁凝聚附着空气侧蒸发器表面的铬原子太阳能选择吸收膜，表面涂料太阳能吸收量为1.12kW，提高了蒸发温度，同时提高了***的抗结霜能力。同时风机直吹假设均流板，太阳能集热蒸发器迎面风速达2m/s，且气流组织均匀，提高了蒸发器换热能力。
在室外气温为-5℃、相对湿度32％工况下，只开启土壤源蒸发集热器时14.10kW，可以满足冬季供暖保障需求，此时***制热能效比为3.99。在室外气温低于-5℃或室外气温在-5-3℃之间且相对湿度大于65％的工况条件下，太阳能耦合空气源热泵***由于室外温度过低和结霜性能下降，难以满足用户供热需求，此时开启土壤源热泵，土壤源热泵与太阳能耦合空气源热泵共同作用采暖。冬季季节平均***制热量14.52kW，***COPh为4.12。
别墅内供暖方式采用直接膨胀式***供热。直接膨胀式***不需要过高的热源温度，***冷凝温度约为36℃，若为地板辐射采暖，地板温度约为28℃，在室外气温在-10℃左右时，室内平均温度也可控制在18-20℃之间。
在夏季制冷时，将遮阳板放下，避免太阳光直射换热器表面，夏季室外干球温度为32℃，相对湿度68％。同时开启太阳能耦合空气源热泵和土壤源热泵，***运行制冷量12.50kW，制冷效能比4.84。在制冷期间本发明平均用电负荷为8.9W/m2，现有技术平均用电负荷12kW,节能25％，节能效果显著。
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 (8)

1.自然能耦合一体化热泵，包括太阳能耦合空气源—土壤源热泵一体化室外机、TiO2涂料太阳能反射遮阳帘，其特征在于：
所述太阳能耦合空气源—土壤源热泵一体化室外机主要由太阳能集热蒸发器和土壤源集热蒸发器两部分组成；其中太阳能集热换热器又由太阳能集热蒸发器和动力控制部分两大部分组成，太阳能集热换热器主体外部框架结构为涂有TiO2太阳能反射涂料的Q235A钢板，太阳能集热蒸发器部分机身正面及上方装5mm厚的正面透明聚碳酸酯，正面透明聚碳酸酯挡板开有条缝型排风口，动力控制部分外壳材料均为涂有TiO2太阳能反射涂料的Q235A钢板；轴流风机B置于太阳能集热蒸发器背部；其中土壤源集热蒸发器，主体为埋地铜盘管，埋地铜盘管与太阳能集热蒸发器并联，并在出入口两侧设置调节阀。
2.如权利要求1所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：所述太阳能集热蒸发器，其中制冷剂通道部分为铜管，翅片为铝制薄片，通强磁凝聚方法在铜管及铝翅片表面形成单层铬原子的太阳能选择吸收层，其中太阳能集热蒸发器在太阳能集热换热器机箱内部，表面平行于正面的透明聚碳酸酯挡板；轴流式风机位于直吹太阳能集热蒸发器背部，出口气流经均流板至太阳能集热蒸发器。
3.如权利要求1所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：所述轴流风机出口气体均流板，由聚丙烯材料制成，置于轴流风机与太阳能集热蒸发器之间。
4.如权利要求1所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：所述室外机上部及前方透明挡板由透明聚碳酸酯板制成，前方透明挡板上布置均匀开孔。
5.如权利要求1所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：所述TiO2涂料太阳能反射遮阳挡帘是表面涂有TiO2太阳能反射涂料的伸缩铝合金遮阳帘，遮阳帘通过电动屈伸臂及电动执行机构可沿平行于地面方向伸缩。
6.如权利要求5所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：TiO2涂料太阳能反射遮阳帘在***需要供热时收起，在夏季伸出，同时拉伸长度，使太阳能反射遮阳帘阴影可完全遮挡太阳能集热换热器上部和正面的透明聚碳酸酯板。
7.如权利要求1所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：所述热泵供暖以及制冷***，是构件压缩机、室外机、室内末端组成的热泵***。整个供暖***循环回路连接顺序依次是，涡旋压缩机、四通换向阀、调节阀、室内末端、调节阀、电子膨胀阀、调节阀、太阳能集热蒸发器的埋地铜盘管、调节阀四通换向阀、涡旋压缩机。
8.如权利要求7所述的自然能耦合一体化热泵，其特征在于：制冷***循环回路连接顺序依次是涡旋压缩机、四通换向阀、调节阀、太阳能集热蒸发器的埋地铜盘管、调节阀、电子膨胀阀、调节阀、室内末端、调节阀、四通换向阀、调节阀、涡旋压缩机。
CN202011230092.4A 2020-11-06 2020-11-06 自然能耦合一体化热泵装置 Pending CN114440492A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011230092.4A CN114440492A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 自然能耦合一体化热泵装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011230092.4A CN114440492A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 自然能耦合一体化热泵装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114440492A true CN114440492A (zh) 2022-05-06

Family

ID=81360705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011230092.4A Pending CN114440492A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 自然能耦合一体化热泵装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114440492A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201081470Y (zh) * 2007-08-16 2008-07-02 天津泰达热泵工程技术有限公司 一种太阳能辅助土壤源热泵供热***的优化控制装置
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合***
CN105066511A (zh) * 2015-09-07 2015-11-18 太原理工大学 太阳能耦合空气源热泵一体化空调***及其供暖制冷方法
CN105066446A (zh) * 2015-09-07 2015-11-18 太原理工大学 太阳能耦合空气源热泵一体化生活热水***及其制热方法
CN206514380U (zh) * 2017-01-10 2017-09-22 昆明理工大学 一种利用太阳能、空气能、土壤源热泵耦合供热***
CN110736125A (zh) * 2019-10-21 2020-01-31 扬州大学 一种直膨式太阳能-空气-土壤复合源热泵及其运行调节方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201081470Y (zh) * 2007-08-16 2008-07-02 天津泰达热泵工程技术有限公司 一种太阳能辅助土壤源热泵供热***的优化控制装置
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合***
CN105066511A (zh) * 2015-09-07 2015-11-18 太原理工大学 太阳能耦合空气源热泵一体化空调***及其供暖制冷方法
CN105066446A (zh) * 2015-09-07 2015-11-18 太原理工大学 太阳能耦合空气源热泵一体化生活热水***及其制热方法
CN206514380U (zh) * 2017-01-10 2017-09-22 昆明理工大学 一种利用太阳能、空气能、土壤源热泵耦合供热***
CN110736125A (zh) * 2019-10-21 2020-01-31 扬州大学 一种直膨式太阳能-空气-土壤复合源热泵及其运行调节方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1235007C (zh) 直膨式太阳能热泵空调及热水***
CN100422663C (zh) 多热源多功能太阳能热泵
US10260763B2 (en) Method and apparatus for retrofitting an air conditioning system using all-weather solar heating
WO2019024061A1 (zh) 一种可利用太阳辐射和天空冷辐射实现昼夜分时热电冷供应的 pvt 热泵***
CN207865758U (zh) 一种蓄热式太阳能低温空气源热泵***
CN201954760U (zh) 太阳能热泵复合热水装置
CN213901222U (zh) 一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***
CN109520052B (zh) 一种适合于既有居住建筑节能改造的可再生能源热泵***
CN106016825A (zh) 太阳能、空气源热泵双热源三联供***
CN110030762A (zh) 太阳能-空气源耦合热源多功能热泵***
CN113719883A (zh) 一种利用太阳能热泵供暖的节能***
Wang et al. Vapor compression multifunctional heat pumps in China: A review of configurations and operational modes
CN110762658A (zh) 一种结合太阳能冷暖两联双供***及其控制方法
CN110762892A (zh) 一种结合太阳能冷暖两联双供***
CN106288077B (zh) 一种太阳能空调装置
CN208720537U (zh) 一种复叠式太阳能热水机组
CN104633987B (zh) 带自驱动分离热管储能装置的太阳能热泵供热***及控制方法
CN105509363A (zh) 高效清洁多能源综合利用冷热联供***
CN211119816U (zh) 一种太阳能空调热泵***和空调器
CN205403227U (zh) 高效清洁多能源综合利用冷热联供***
CN112443879A (zh) 一种相变太阳墙辅助的空气源热泵***及室内供热方法
CN216924815U (zh) 一种高效利用太阳能空气能的双源热泵
CN211011985U (zh) 一种结合太阳能冷暖两联双供***
CN114623625A (zh) 一种带有太阳能-空气能一体化集热蒸发器的热泵***
CN114440492A (zh) 自然能耦合一体化热泵装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination