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一种复合太阳能空气源热泵制造技术

技术编号:10452207 阅读:182 留言:0更新日期:2014-09-18 16:59
一种复合太阳能空气源热泵,属于供热领域。本实用新型专利技术包括空气源热泵循环系统、空气源热管循环系统、太阳能热泵循环系统、太阳能热管循环系统、太阳能空气源热泵并联循环系统、太阳能空气源热管并联循环系统、太阳能空气源热泵串联循环系统和太阳能空气源热管串联循环系统。该实用新型专利技术可根据太阳能辐射条件及室外气温的变化,实现多种模式的切换运行,达到充分利用各种品位的太阳能和空气热能的目的;有效降低制热系统的初投资,提高不同辐射强度的太阳能和不同温度品位的空气热能的利用效率和利用程度;克服了传统太阳能热水器在太阳能不足时不能实现可靠供应热水、空气源热泵通常只能利用空气热能而无法有效利用太阳辐射能的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种复合太阳能空气源热泵
本技术涉及一种复合太阳能空气源热泵,能充分利用太阳能和空气热能等可 再生能源,根据太阳能辐射条件及室外气温,通过太阳能的热管循环、热泵循环,空气源的 热管循环、热泵循环及其联合循环系统的合理切换,来实现高效供热和供生活热水。该技术 特别适用于冬季供热和全年供生活热水,也可用于土壤源热泵系统的补热,属于供热领域。
技术介绍
全球建筑供热和生活热水能耗很大,发达国家较高的生活水平以及生活习惯造成 了巨大的热水需求和能源消耗,而发展中国家则随着城镇化的发展和生活水平的提高会保 持热水能耗的高速增长。传统的供热系统主要基于化石燃料燃烧的方式,不仅效率低、而且 污染严重;而生活热水系统则主要采用燃气热水器和电热水器,存在能源品位浪费的问题。 供热和生活热水越来越成为节能减排、治理雾霾的重点关注领域之一。 近年来,太阳能热水器和空气源热泵热水器得到了较大的发展。但是,当太阳辐射 不足时,太阳能热水器或供热系统的制热效果将大打折扣,通常需要一套备份系统来保障 阴雨天气以及太阳辐射较差时候的供热可靠性,降低了其节能效果。此外,太阳能集热器较 高的初投资和较大的安装面积要求也是制约其进一步大面积推广应用的障碍。对于空气源 热泵热水器或供热系统,由于其制热效率和制热量均会随外界气温的降低而不断衰减,也 就降低了其低温下的制热可靠性。目前的空气源热泵只能利用空气中的热能,无法有效利 用太阳辐射能,而实际上冬季很多时候气温虽然很低,但太阳辐射强度仍足以制取所需要 的热水。 鉴于太阳能热水器无法充分利用低辐射太阳能、空气源热泵无法利用太阳辐射能 的问题,将太阳能和热泵技术相结合的技术方案得到了越来越多的青睐。目前这类技术方 案主要分为三类:(1)太阳辐射不够强时,将太阳能集热器制取的低温热水作为水源热泵 的蒸发侧热源,提高集热器的效率和热泵的效率,太阳辐射强的时候则切换到太阳能直接 制热(如专利CN201220382850. 9)。该类方案只是提高了太阳能集热器的效率,没有解决无 太阳能时的制热问题;(2)采用直膨式的太阳能集热器,即制冷剂直接通入太阳能集热器 中,这样可以实现太阳能直接制热和太阳能热泵制热模式,能减少一定的压缩机电耗(如 专利CN201110388936. 2),但仍然没有解决无太阳能时的制热问题;(3)采用一个直膨式太 阳能集热器和一个风冷蒸发器,太阳能辐射足够的时候太阳能直接制热,没有太阳或辐射 较弱的条件下运行空气源热泵模式(如专利CN201120054202. 6),但是该类方案不能利用 低辐射下的太阳能,也不能实现空气热能的直接制热以及太阳能和空气热能的联合制热, 对太阳能和空气热能的有效利用程度还不够高。 值得注意的是,当一些情况下需要的热水温度较低或外温很高时(例如夏天外温 30°C时,制取10?20°C的低温热水,用于空气热能的跨季节蓄存),外界的空气热能也能够 直接制热,而目前均是通过空气源热泵来实现的,导致制热的能耗偏高。 总而言之,目前的太阳能热泵和空气源热泵技术方案在以更高的效率更加充分地 利用不同辐射强度的太阳能和不同温度品位的空气热能方面还存在较大的改进空间。如果 结合太阳能和空气热能的各自特性以及用户的热负荷需求特征构建出更加合理的技术方 案和运行方法,则能大幅提高太阳能和空气热能的利用效率和利用程度。
技术实现思路
基于上述问题,本技术提出一种复合太阳能空气源热泵,将太阳能利用技术 和空气热能利用技术有机结合,实现这两种可再生能源的优势互补,有效降低制热系统的 初投资。根据太阳能辐射条件及室外气温的变化,在太阳能的热管循环、热泵循环和空气源 的热管循环、热泵循环及其联合循环系统之间进行合理的切换,来实现高效供热和供生活 热水。 本技术的第一种技术方案如下: -种复合太阳能空气源热泵,包括空气源热泵和太阳能集热器;所述空气源热泵 包含由压缩机、冷凝器、第一节流阀和风冷蒸发器依次构成空气源热泵循环系统;其特征在 于:所述复合太阳能空气源热泵还包括第一三通阀、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四 阀门、第五阀门和第二节流阀;所述第一三通阀的入口分别和压缩机的出口和风冷蒸发器 的出口相连,第一三通阀的出口与冷凝器相连,所述第二阀门与第一节流阀并联,风冷蒸发 器、第一三通阀、冷凝器、第四阀门和第二阀门依次构成空气源热管循环系统;所述第五阀 门、太阳能集热器和第一阀门依次相连,并与第一三通阀和冷凝器依次构成太阳能热管循 环系统;所述第二节流阀与第五阀门并联,第二节流阀、太阳能集热器、第一阀门、压缩机、 第一三通阀和冷凝器依次构成太阳能热泵循环系统;所述太阳能热泵循环系统与空气源热 泵循环系统构成太阳能空气源热泵并联循环系统;所述太阳能热管循环系统与空气源热管 循环系统构成太阳能空气源热管并联循环系统;所述第三阀门的入口与太阳能集热器的出 口相连,第三阀门的出口与第二阀门的入口相连;所述压缩机、第一三通阀、冷凝器、第二节 流阀、太阳能集热器、第三阀门、第一节流阀和风冷蒸发器依次构成太阳能空气源热泵串联 循环系统;所述第一三通阀、冷凝器、第五阀门、太阳能集热器、第三阀门、第二阀门和风冷 蒸发器依次构成太阳能空气源热管串联循环系统。 本技术的第二种技术方案如下: 一种复合太阳能空气源热泵,包括空气源热泵和太阳能集热器;所述空气源热泵 包含由压缩机、冷凝器、第一节流阀和风冷蒸发器依次构成空气源热泵循环系统;其特征在 于:所述复合太阳能空气源热泵还包括第一三通阀、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四 阀门、第五阀门和第二节流阀;所述第一三通阀的入口分别和压缩机的出口和太阳能集热 器的出口相连,第一三通阀的出口与冷凝器相连,太阳能集热器、第一三通阀、冷凝器、第四 阀门和第二阀门依次构成太阳能热管循环系统;所述第二节流阀与第二阀门并联,太阳能 集热器、压缩机、第一三通阀、冷凝器、第四阀门和第二节流阀依次构成太阳能热泵循环系 统;所述第五阀门与第一节流阀并联,第五阀门、风冷蒸发器、第一阀门、第一三通阀和冷凝 器依次构成空气源热管循环系统;所述太阳能热泵循环系统与空气源热泵循环系统构成太 阳能空气源热泵并联循环系统;所述太阳能热管循环系统与空气源热管循环系统构成太阳 能空气源热管并联循环系统;所述第三阀门的入口与风冷蒸发器的出口相连,第三阀门的 出口与第二阀门的入口相连;所述压缩机、第一三通阀、冷凝器、第一节流阀、风冷蒸发器、 第三阀门、第二节流阀和太阳能集热器依次构成太阳能空气源热泵串联循环系统;所述第 一三通阀、冷凝器、第五阀门、风冷蒸发器、第三阀门、第二阀门和太阳能集热器依次构成太 阳能空气源热管串联循环系统。 上述两种技术方案中,所述太阳能集热器为直膨式太阳能集热器;所述冷凝器为 水冷或风冷式换热器。 在上述两种技术方案中,可采用第二三通阀来代替第四阀门,所述第二三通阀的 入口与冷凝器的出口相连,第二三通阀的出口分别与第一节流阀和第二节流阀的入口相 连。 在第一种技术方案中,可采用第三三通阀来代替第一阀门和第三阀门,所述第 三三通阀的入口与太阳能集热器的出口相连,第三三本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种复合太阳能空气源热泵,包括空气源热泵和太阳能集热器(13);所述空气源热泵包含由压缩机(2)、冷凝器(6)、第一节流阀(7)和风冷蒸发器(3)构成的空气源热泵循环系统;其特征在于:所述复合太阳能空气源热泵还包括第一三通阀(1)、第一阀门(5)、第二阀门(8)、第三阀门(9)、第四阀门(10)、第五阀门(12)和第二节流阀(11);所述第一三通阀(1)的入口分别和压缩机(2)的出口和风冷蒸发器(3)的出口相连,第一三通阀(1)的出口与冷凝器(6)相连,所述第二阀门(8)与第一节流阀(7)并联;所述风冷蒸发器(3)、第一三通阀(1)、冷凝器(6)、第四阀门(10)和第二阀门(8)依次构成空气源热管循环系统;所述第五阀门(12)、太阳能集热器(13)和第一阀门(5)依次相连,并与第一三通阀(1)和冷凝器(6)依次构成太阳能热管循环系统;所述第二节流阀(11)与第五阀门(12)并联,第二节流阀(11)、太阳能集热器(13)、第一阀门(5)、压缩机(2)、第一三通阀(1)和冷凝器(6)依次构成太阳能热泵循环系统;所述太阳能热泵循环系统与空气源热泵循环系统构成太阳能空气源热泵并联循环系统;所述太阳能热管循环系统与空气源热管循环系统构成太阳能空气源热管并联循环系统;所述第三阀门(9)的入口与太阳能集热器(13)的出口相连,第三阀门(9)的出口与第二阀门(8)的入口相连;所述压缩机(2)、第一三通阀(1)、冷凝器(6)、第二节流阀(11)、太阳能集热器(13)、第三阀门(9)、第一节流阀(7)和风冷蒸发器(3)依次构成太阳能空气源热泵串联循环系统;所述第一三通阀(1)、冷凝器(6)、第五阀门(12)、太阳能集热器(13)、第三阀门(9)、第二阀门(8)和风冷蒸发器(3)依次构成太阳能空气源热管串联循环系统。...

【技术特征摘要】
1. 一种复合太阳能空气源热泵,包括空气源热泵和太阳能集热器(13);所述空气源热 泵包含由压缩机(2)、冷凝器(6)、第一节流阀(7)和风冷蒸发器(3)构成的空气源热泵循 环系统;其特征在于:所述复合太阳能空气源热泵还包括第一三通阀(1)、第一阀门(5)、第 二阀门(8)、第三阀门(9)、第四阀门(10)、第五阀门(12)和第二节流阀(11);所述第一三 通阀(1)的入口分别和压缩机(2)的出口和风冷蒸发器(3)的出口相连,第一三通阀(1)的 出口与冷凝器(6)相连,所述第二阀门(8)与第一节流阀(7)并联;所述风冷蒸发器(3)、第 一三通阀(1)、冷凝器(6)、第四阀门(10)和第二阀门(8)依次构成空气源热管循环系统; 所述第五阀门(12)、太阳能集热器(13)和第一阀门(5)依次相连,并与第一三通阀(1)和 冷凝器(6)依次构成太阳能热管循环系统;所述第二节流阀(11)与第五阀门(12)并联, 第二节流阀(11)、太阳能集热器(13)、第一阀门(5)、压缩机(2)、第一三通阀(1)和冷凝器 (6)依次构成太阳能热泵循环系统;所述太阳能热泵循环系统与空气源热泵循环系统构成 太阳能空气源热泵并联循环系统;所述太阳能热管循环系统与空气源热管循环系统构成太 阳能空气源热管并联循环系统;所述第三阀门(9)的入口与太阳能集热器(13)的出口相 连,第三阀门(9)的出口与第二阀门(8)的入口相连;所述压缩机(2)、第一三通阀(1)、冷 凝器(6)、第二节流阀(11)、太阳能集热器(13)、第三阀门(9)、第一节流阀(7)和风冷蒸发 器(3)依次构成太阳能空气源热泵串联循环系统;所述第一三通阀(1)、冷凝器¢)、第五阀 门(12)、太阳能集热器(13)、第三阀门(9)、第二阀门⑶和风冷蒸发器(3)依次构成太阳 能空气源热管串联循环系统。2. -种复合太阳能空气源热泵,包括空气源热泵和太阳能集热器(13);所述空气源 热泵所包含的压缩机(2)、冷凝器(6)、第一节流阀(7)和风冷蒸发器(3)依次构成空气源 热泵循环系统;其特征在于:所述复合太阳能空气源热泵还包括第一三通阀(1)、第一阀门 (5)、第二阀门(8)、第三阀门(9)、第四阀门(10)、第五阀门(12)和第二节流阀(11);所述 第一三通阀(1)的入口分别和压缩机(2)的出口和太阳能集热器(13)的出口相连,第一三 通阀(1)的出口与冷凝器(6)相连,太阳能集热...

【专利技术属性】
技术研发人员:李先庭吴伟王宝龙冉思源张朋磊石文星
申请(专利权)人:清华大学
类型:新型
国别省市:北京;11

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