一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统技术方案

一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括储热水箱、恒温水箱、太阳能集热器、空气源热泵、集热循环泵、回水循环泵、信号采集器、电磁阀、连接管道以及控制器；信号采集器包括温度传感器、水位传感器以及流量传感器；系统的典型特征在于：只使用一个水泵就能完成制热水工作所需的涉及两个水箱各自的水循环和相互之间的热水抽送；使得能够根据太阳光照的不同情况有选择的使两个加热装置即空气源热泵和太阳能集热器单独或者联合进行制热水工作。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统
本技术方案涉及太阳能热水器领域，尤其涉及一种太阳能和空气源热泵联合集热系统。
技术介绍
随着社会的发展和科技的进步，人类对能源的需求逐渐趋向高水平和高质量。自然界赋予我们的一次性能源如石油煤炭是有限的，况且，各种一次性能源所带来的污染问题摆在人们面前并得到了世界各国的高度重视。生物质能、潮汐能、风能和太阳能等可再生能源越来越受到人们的关注，人们很自然地把部分目光投向了人类赖以生存的太阳。许多利用太阳能的产品应运而生，太阳能热水器其中之一，太阳能热水器以其节约能源且对环境无污染的特点，自问世以来一直深受广大个人和单位用户的欢迎。太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大，资源丰富，绿色环保，是可再生能源应用的主要应用方向之一。但太阳能也具有一些固有的缺点：(1)太阳能的能流密度低，即使在太阳能资源较丰富的沙漠地区，考虑到太阳集热系统的效率和热损失，每平米集热器面积实际采集到的年平均太阳能辐射照度不到1OOW，而且因地而异，因时而变。(2)太阳能具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持常量，如果遇上连续的阴雨天气太阳能的供应就会中断。此外，太阳能是一种辐射能，具有即时性，太阳能自身不易储存，必须即时转换成其它形式能量才能利用和储存。空气源热泵技术是可再生能源应用的另一个主要应用方向之一，利用空气热能资源进行供热，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内也得到了日益广泛的应用。但是空气源热泵的运转本身需要耗费电能。因此，将太阳能和空气热源这两种可再生和可持久利用的能源结合起来，利用各自的优点，综合利用加热生产和生活用水是当然之选。但是，两者结合涉及到如何做到高效节能和及时足量供应热水问题，因此必须合理考虑储热水箱和水循环管路的设计安排。以期实现高效节能和供热水时效的双重目的。本专利技术正是基于此目的而提出的技术方案。
技术实现思路
本技术方案的目的在于提供一种太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括系统的组成和管路(水流通路)连接方式，具体方案如下：一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括储热水箱、恒温水箱、太阳能集热器、空气源热泵、集热循环泵、回水循环泵、信号采集器、电磁阀、连接管道以及控制器；其中，储热水箱用于接收自来水管送入的冷水并将其暂存至其被加热到第一目标温度为止；恒温水箱用于接收和储存来自储热水箱的热水并对各楼层供应热水；太阳能集热器用于收集太阳能以加热流经它的水；空气源热泵采用压缩机换热方法用于收集空气热能并对流经它的水进行加热；集热循环泵用于实现水循环或者将储热水箱中的热水抽送到恒温水箱中、或者将将恒温水箱中的因自然散热导致低于第二目标温度的热水抽送到储热水箱中；回水循环泵用于对各楼层的供热水管加压使供热水管中的水能够回流到恒温水箱以阻止供热水管中的水因长时间自然散热而降温过多变成冷水；信号采集器包括温度传感器、水位传感器以及流量传感器；其中，温度传感器用于采集储热水箱、恒温水箱、太阳能集热器以及回水管的水温信息；水位传感器用于采集储热水箱、恒温水箱的水位信息；流量传感器用于采集恒温水箱对各楼层的供热水总流量；连接管道用于对储热水箱、恒温水箱、太阳能集热器、空气源热泵、集热循环泵、回水循环泵以及各楼层的供热水管之间的管路连接；电磁阀用于控制连接管道的水路通断；控制器与信号采集器通过信号线连接，以信号采集器提供的信号作为输入并以适当的控制策略对空气源热泵、集热循环泵、回水循环泵以及电磁阀进行控制。更具体的，温度传感器共有五个，编号为零至四号，包括放置于恒温水箱内底部的零号温度传感器、放置于储热水箱内底部的三号温度传感器、放置于太阳能集热器的进水端的一号温度传感器和出水端的二号温度传感器、以及放置于回水管上的四号温度传感器；水位传感器共有两个，编号为零号和一号，包括设置于储热水箱内的一号水位传感器和设置于恒温水箱内的零号水位传感器；电磁阀共有七个，编号为零至六号，包括零号电磁阀、一号电磁阀、二号电磁阀、三号电磁阀、四号电磁阀、五号电磁阀和六号电磁阀；连接管道具有十一条，编号为一至十一号，包括一号连接管道、二号连接管道、三号连接管道、四号连接管道、五号连接管道、六号连接管道、七号连接管道、八号连接管道、九号连接管道、十号连接管道和十一号连接管道，其中十一号连接管道又称为回水管。所有的水泵即集热循环泵和回水循环泵的两端即出水端和进水端都配套附装有截止阀和压力表，在出水端都附装有止回阀，为叙述方便，在下一段管路连接方式的描述中就不再提及这些水泵的附属装置了。具体的管路连接方式如下：储热水箱顶部的冷水入口通过零号电磁阀连接自来水进水管，储热水箱顶部的第一热水入口通过二号连接管道接太阳能集热器的出水端，储热水箱底部的热水出口依序通过四号连接管道、一号电磁阀和五号连接管道接三号电磁阀的下端和集热循环泵的进水端，三号电磁阀的上端则通过九号连接管道接恒温水箱底部的热水出口；集热循环泵的出水端通过六号连接管道接空气源热泵的进水口；空气源热泵的出水口则通过七号连接管道连至三条支路：第一支路是依序通过五号电磁阀和八号连接管道至太阳能集热器的进水端，第二支路是依序通过二号电磁阀和三号连接管道至储热水箱顶部的第二热水入口，第三支路是依序通过四号电磁阀和一号连接管道至恒温水箱顶部的热水入口；恒温水箱底部的供水出口依序通过回水循环泵、十号连接管道连接至各楼层的供热水管，其中，恒温水箱底部的供水出口连接回水循环泵的进水端，回水循环泵的出水端与十号连接管道相连；恒温水箱顶部的回水入口依序通过六号电磁阀和回水管连接至各楼层的供热水管。以上管路连接方式的典型特征是：两个水箱即储热水箱和恒温水箱中的水从各自水箱的底部的热水出口流出后分别经由受两个电磁阀即一号电池阀和三号电磁阀分别控制通断的两条管道通路即四号连接管道和五号连接管道共同构成的管道通路以及九号连接管道构成的管道通路汇合至管道三叉连接点后再流经集热循环泵和空气源热泵，之后受三个电磁阀即二号电磁阀、四号电磁阀和五号电磁阀控制进入三条支路即第一支路、第二支路和第三支路之一，最终再进入两个水箱之一；这种管路连接方式能够实现：只使用一个水泵即集热循环泵就能完成制热水工作所需的涉及两个水箱即储热水箱和恒温水箱各自的水循环和相互之间的热水抽送；使得能够根据太阳光照的不同情况有选择的使两个加热装置即空气源热泵和太阳能集热器单独或者联合进行制热水工作。实施本技术方案的有益效果是：只需使用一个水泵即能完成制热水工作所需的各种水循环和水的抽送转移。使作为主要制热设备的太阳能集热器与作为辅助制热设备的空气源热泵可以单独或者联合完成制热工作，兼顾节能效率和加热速度。附图说明图1是本技术方案的设备组成及管路连接示意图，图中的箭头指示方向为管路中的水流方向。具体实施方式下面结合附图，更具体的说明本技术方案。一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括储热水箱W1、恒温水箱W0、太阳能集热器H1、空气源热泵P1、集热循环泵B1、回水循环泵B0、信号采集器、电磁阀、连接管道以及控制器；其中，储热水箱W1用于接收自来水管送入的冷水并将其暂存至其被加热到第一目标温度为止；恒温水箱W0用于接收和储存来自储热水箱W1的热水并对各楼层供应热水；太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括储热水箱W1、恒温水箱W0、太阳能集热器H1、空气源热泵P1、集热循环泵B1、回水循环泵B0、信号采集器、电磁阀、连接管道以及控制器；信号采集器包括温度传感器、水位传感器以及流量传感器Q0；电磁阀共有七个，编号为零至六号，包括零号电磁阀D0、一号电磁阀D1、二号电磁阀D2、三号电磁阀D3、四号电磁阀D4、五号电磁阀D5和六号电磁阀D6；连接管道具有十一条，编号为一至十一号，包括一号连接管道、二号连接管道、三号连接管道、四号连接管道、五号连接管道、六号连接管道、七号连接管道、八号连接管道、九号连接管道、十号连接管道和十一号连接管道，其中十一号连接管道又称为回水管；其特征在于：管路连接方式使两个水箱即储热水箱W1和恒温水箱W0中的水从各自水箱的底部的热水出口流出后分别经由受两个电磁阀即一号电池阀D1和三号电磁阀D3分别控制通断的两条管道通路即四号连接管道和五号连接管道共同构成的管道通路以及九号连接管道构成的管道通路汇合至管道三叉连接点后再流经集热循环泵B1和空气源热泵P1，之后受三个电磁阀即二号电磁阀D2、四号电磁阀D4和五号电磁阀D5控制进入三条支路即第一支路、第二支路和第三支路之一，最终再进入两个水箱之一；具体的管路连接方式是：储热水箱W1顶部的冷水入口通过零号电磁阀D0连接自来水进水管，储热水箱W1顶部的第一热水入口通过二号连接管道接太阳能集热器H1的出水端，储热水箱W1底部的热水出口依序通过四号连接管道、一号电磁阀D1和五号连接管道接三号电磁阀D3的下端和集热循环泵B1的进水端，三号电磁阀D3的上端则通过九号连接管道接恒温水箱W0底部的热水出口；集热循环泵B1的出水端通过六号连接管道接空气源热泵P1的进水口；空气源热泵P1的出水口则通过七号连接管道连至三条支路：第一支路是依序通过五号电磁阀D5和八号连接管道至太阳能集热器H1的进水端，第二支路是依序通过二号电磁阀D2和三号连接管道至储热水箱W1顶部的第二热水入口，第三支路是依序通过四号电磁阀D4和一号连接管道至恒温水箱W0顶部的热水入口；恒温水箱W0底部的供水出口依序通过回水循环泵B0、十号连接管道连接至各楼层的供热水管，其中，恒温水箱W0底部的供水出口连接回水循环泵B0的进水端，回水循环泵B0的出水端与十号连接管道相连；恒温水箱W0顶部的回水入口依序通过六号电磁阀D6和回水管连接至各楼层的供热水管。...

【技术特征摘要】
1.一种高效的太阳能和空气源热泵联合集热系统，包括储热水箱（W1）、恒温水箱(W0)、太阳能集热器(H1)、空气源热泵(P1)、集热循环泵(B1)、回水循环泵(B0)、信号采集器、电磁阀、连接管道以及控制器；信号采集器包括温度传感器、水位传感器以及流量传感器(Q0)；电磁阀共有七个，编号为零至六号，包括零号电磁阀(D0)、一号电磁阀(D1)、二号电磁阀(D2)、三号电磁阀(D3)、四号电磁阀(D4)、五号电磁阀(D5)和六号电磁阀(D6)；连接管道具有十一条，编号为一至十一号，包括一号连接管道、二号连接管道、三号连接管道、四号连接管道、五号连接管道、六号连接管道、七号连接管道、八号连接管道、九号连接管道、十号连接管道和十一号连接管道，其中十一号连接管道又称为回水管；其特征在于：管路连接方式使两个水箱即储热水箱(W1)和恒温水箱(W0)中的水从各自水箱的底部的热水出口流出后分别经由受两个电磁阀即一号电池阀(D1)和三号电磁阀(D3)分别控制通断的两条管道通路即四号连接管道和五号连接管道共同构成的管道通路以及九号连接管道构成的管道通路汇合至管道三叉连接点后再流经集热循环泵(B1)和空气源热泵(P1)，之后受三个电磁阀即二号电磁阀(D2)、四号电磁阀(D4)和五号电磁阀(D5)控制进入三条支路即第一支路、...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓东，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35