以太阳能‑岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种以太阳能‑岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，包括地埋管换热器、太阳能集热器、低温水箱、蒸发器、冷凝器、热回收换热装置和压缩机，在低温水箱、蒸发器和热回收换热装置内分别设有换热盘管；低温水箱换热盘管通过管道接地埋管换热器；低温水箱通过管道接蒸发器换热盘管；蒸发器通过管道依次接压缩机和热回收换热装置并通过节流阀和蒸发器接回形成回路；在与压缩机连接的管道和与节流阀连接的管道之间设有风冷冷凝器。太阳能集热器两端分别通过三通阀连接在低温水箱换热盘管出水口和地埋管换热器进水口相连的管道上。本发明专利技术解决了空气源热泵机组冬季在寒冷地区运行时低能效和结霜问题。

Total heat recovery air source heat pump system with solar heat source for rock and soil

The invention discloses a solar soil for low heat source heat recovery air source heat pump system, including heat exchanger, solar collector, cryogenic tank, evaporator, condenser, heat recovery heat exchanger and the compressor in low temperature water tank, evaporator and heat recovery device are respectively provided with a heat exchanger in the heat exchanger coil; low temperature water tank heat exchanger through pipe heat exchanger; low temperature water tank through the pipeline is connected with the evaporator heat exchanger; evaporator through pipes are sequentially connected with the compressor and the heat recovery heat exchanger and the throttle valve and evaporator to form a loop; air-cooled condenser is arranged between the pipe connected with the compressor and connected with the throttle valve pipe. The two ends of the solar heat collector are respectively connected with a pipeline connected with a water inlet pipe of the heat exchange coil pipe of the low temperature water tank and a water inlet of the buried pipe heat exchanger through a three-way valve. The invention solves the problems of low energy efficiency and frosting of air source heat pump unit when running in cold area in winter.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供热技术改进，特别涉及一种以太阳能-岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，属于热交换

技术介绍
目前，普通的室内供暖和制冷需求往往采用同一套系统进行，最典型的即为目前常见的冷热一体机空调，其结构见图5。在夏天制冷模式下，蒸发器5内的液态制冷剂吸收空气热量后发生相变，变为低温低压的气态制冷剂，通过压缩机9后变为高温高压的液态制冷剂，然后再通过冷凝器6和大气进行热交换，得到温度降低的液态制冷剂并通过节流阀8流回蒸发器，如此往复循环实现制冷。在冬天供暖模式下，冷凝器和蒸发器角色转换，冷凝器变为蒸发器吸收空气热量，蒸发器变为冷凝器向室内放出热量，从而实现供暖。即供暖模式下，热源为空气，这种采用空气源热泵供暖模式在寒冷地区（如中国北方）存在一些不足，这是因为这些地方冬季室外温度很低，蒸发器在吸收空气热量的时候经常出现机组结霜现象，为了消除结霜，机组需要转换工作模式，由供暖切换为制冷，使蒸发器又回到冷凝器状态以放热，通过放热除却机组上的霜层。制冷意味着就要吸收室内的热量，从而将供暖模式下吸收的热量又要向外排放部分，导致机组制热COP （性能系数）较低。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种以太阳能-岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，本系统通过改变现有的供暖模式，解决了空气源热泵机组冬季在寒冷地区运行时低能效和结霜问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：以太阳能-岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，其特征在于：包括埋设于地层的地埋管换热器、低温水箱、蒸发器、冷凝器、热回收换热装置和压缩机，地埋管换热器埋设于地层用于与土壤换热，在低温水箱、蒸发器和热回收换热装置内分别设有换热盘管；低温水箱换热盘管的进水口和出水口分别通过管道接地埋管换热器的出水口和进水口，以将地埋管换热器吸收的地热传递给低温水箱；在低温水箱换热盘管连接地埋管换热器之间的管道上设有循环泵；低温水箱的进水口和出水口分别通过管道接蒸发器换热盘管出水口和进水口；在两连接管道上分别设有开关阀，在其中一条管道上设有循环泵；两开关阀与蒸发器换热盘管之间的管道上设有冷冻水管道，冷冻水管道用于接用户的进出水，冷冻水管道上也设有开关阀；蒸发器的制冷剂出口通过管道依次接压缩机和热回收换热装置进口，热回收换热装置出口通过管道依次接节流阀和蒸发器的制冷剂进口；热回收换热装置内的换热盘管两端分别接用户，以将用户送入热回收换热装置换热盘管内的冷水加热后送回用户；在热回收换热装置与压缩机连接的管道和热回收换热装置与节流阀连接的管道之间设有风冷冷凝器，风冷冷凝器两端分别通过三通阀Ⅰ连接在对应的管道上。还包括太阳能集热器，太阳能集热器的进水口和出水口分别通过三通阀Ⅱ、三通阀Ⅲ连接在低温水箱换热盘管出水口和地埋管换热器进水口相连的管道上；在地埋管换热器出水口与低温水箱换热盘管进水口之间的管道上设有三通阀Ⅳ，在低温水箱换热盘管出水口和地埋管换热器进水口相连的管道上还设有三通阀Ⅴ，三通阀Ⅴ比三通阀Ⅱ、三通阀Ⅲ更靠拢地埋管换热器，三通阀Ⅳ和三通阀Ⅴ剩余端子之间通过管道直接连接。低温水箱换热盘管竖直设置且上端为换热盘管出水口；低温水箱出水口设置在低温水箱顶部，低温水箱进水口设置在低温水箱底部；在低温水箱内位于进水口与换热盘管下端之间设置有水平挡板，以减小温度相对较低的进水对水箱内温度造成较大的波动。所述热回收换热装置为水冷冷凝器。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术充分利用了以太阳能-岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统的制冷+热回收模式，通过少量太阳能集热器和地埋管换热器使低温水箱内的低温水整个供暖季维持在不低于10℃的状态，带热回收的空气源热泵机组通过运行制冷+热回收模式，实现寒冷地区空气源热泵机组COP 值在 4.6-6.2 之间高效运行，很好的解决了空气源热泵机组冬季在寒冷地区运行时低能效和结霜问题。同时，通过少量太阳能平板集热装置和地埋管换热器获取低温水的方式简单易行，而且，相对于传统的太阳能平板集热直供末端或地源热泵供暖系统成本大幅降低。附图说明图1-本专利技术结构示意图。图2-本专利技术太阳能集热器和地埋管换热器联合制热模式示意图。图3-本专利技术地埋管换热器单独制热模式示意图。图4-本专利技术太阳能集热器单独制热模式示意图。图5-本专利技术制冷模式示意图（现有结构制冷模式也是这样）。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术以太阳能-岩土能为低位热源（低位热源就是指水温相对较低的热源）的全热回收空气源热泵系统，包括埋设于地层的地埋管换热器2、低温水箱3、蒸发器5、冷凝器6、热回收换热装置7和压缩机9，地埋管换热器2埋设于地层用于吸收地热（岩土能），在低温水箱3、蒸发器5和热回收换热装置7内分别设有换热盘管。低温水箱换热盘管的进水口和出水口分别通过管道接地埋管换热器的出水口和进水口，以将地埋管换热器吸收的地热传递给低温水箱；在低温水箱换热盘管连接地埋管换热器2之间的管道上设有循环泵4。低温水箱换热盘管和地埋管换热器的连接实现第一步换热，用于加热低温水箱内的水，使低温水箱内的水温不低于10℃即可。低温水箱3的进水口和出水口分别通过管道接蒸发器换热盘管出水口和进水口；在两连接管道上分别设有开关阀12，在其中一条管道上同样设有循环泵4，用于在低温水箱3和蒸发器5之间实现水的循环。两开关阀与蒸发器换热盘管之间的管道上设有冷冻水管道，冷冻水管道用于接用户的进出水，冷冻水管道上也设有开关阀12。低温水箱3和蒸发器换热盘管连接实现第二步换热，用于加热蒸发器内的制冷剂，以利用制冷剂完成第三次（最后一次）换热。蒸发器的制冷剂出口通过管道依次接压缩机9和热回收换热装置7进口，热回收换热装置7出口通过管道依次接节流阀8和蒸发器5的制冷剂进口；热回收换热装置7内的换热盘管两端分别接用户，以将用户送入热回收换热装置换热盘管内的冷水加热后送回用户。蒸发器5和热回收换热装置7连接实现第三步换热，用于给用户提供热水。热回收换热装置7为水冷冷凝器。在热回收换热装置7与压缩机9连接的管道和热回收换热装置7与节流阀8连接的管道之间设有风冷冷凝器6，风冷冷凝器6两端分别通过三通阀Ⅰ11-1连接在对应的管道上。风冷冷凝器在制冷模式下才使用，此时蒸发器5、压缩机9、风冷冷凝器6和节流阀8共同构成制冷系统，见图5。此时蒸发器左边与低温水箱连接的那组开关阀12关闭，竖直方向的那组开关阀12打开即可。为了充分利用太阳能，以对地热热源进行有效补充，本专利技术还还包括太阳能集热器1，太阳能集热器1的进水口和出水口分别通过三通阀Ⅱ11-2、三通阀Ⅲ11-3连接在低温水箱3换热盘管出水口和地埋管换热器2进水口相连的管道上；在地埋管换热器2出水口与低温水箱3换热盘管进水口之间的管道上设有三通阀Ⅳ11-4，在低温水箱3换热盘管出水口和地埋管换热器2进水口相连的管道上还设有三通阀Ⅴ11-5，三通阀Ⅴ11-5比三通阀Ⅱ11-2、三通阀Ⅲ11-3更靠拢地埋管换热器2，三通阀Ⅳ11-4和三通阀Ⅴ11-5剩余端子之间通过管道直接连接。在太阳能充足可用的情况下，太阳能集热器1的出水进入地埋管进行换热，再进入低温水箱3进行换热，最后回到太阳能集热器（寒本文档来自技高网...

【技术保护点】
以太阳能‑岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，其特征在于：包括埋设于地层的地埋管换热器、低温水箱、蒸发器、冷凝器、热回收换热装置和压缩机，地埋管换热器埋设于地层用于与土壤换热，在低温水箱、蒸发器和热回收换热装置内分别设有换热盘管；低温水箱换热盘管的进水口和出水口分别通过管道接地埋管换热器的出水口和进水口，以将地埋管换热器吸收的地热传递给低温水箱；在低温水箱换热盘管连接地埋管换热器之间的管道上设有循环泵；低温水箱的进水口和出水口分别通过管道接蒸发器换热盘管出水口和进水口；在两连接管道上分别设有开关阀，在其中一条管道上设有循环泵；两开关阀与蒸发器换热盘管之间的管道上设有冷冻水管道，冷冻水管道用于接用户的进出水，冷冻水管道上也设有开关阀；蒸发器的制冷剂出口通过管道依次接压缩机和热回收换热装置进口，热回收换热装置出口通过管道依次接节流阀和蒸发器的制冷剂进口；热回收换热装置内的换热盘管两端分别接用户，以将用户送入热回收换热装置换热盘管内的冷水加热后送回用户；在热回收换热装置与压缩机连接的管道和热回收换热装置与节流阀连接的管道之间设有风冷冷凝器，风冷冷凝器两端分别通过三通阀Ⅰ连接在对应的管道上。...

【技术特征摘要】
1.以太阳能-岩土能为低位热源的全热回收空气源热泵系统，其特征在于：包括埋设于地层的地埋管换热器、低温水箱、蒸发器、冷凝器、热回收换热装置和压缩机，地埋管换热器埋设于地层用于与土壤换热，在低温水箱、蒸发器和热回收换热装置内分别设有换热盘管；低温水箱换热盘管的进水口和出水口分别通过管道接地埋管换热器的出水口和进水口，以将地埋管换热器吸收的地热传递给低温水箱；在低温水箱换热盘管连接地埋管换热器之间的管道上设有循环泵；低温水箱的进水口和出水口分别通过管道接蒸发器换热盘管出水口和进水口；在两连接管道上分别设有开关阀，在其中一条管道上设有循环泵；两开关阀与蒸发器换热盘管之间的管道上设有冷冻水管道，冷冻水管道用于接用户的进出水，冷冻水管道上也设有开关阀；蒸发器的制冷剂出口通过管道依次接压缩机和热回收换热装置进口，热回收换热装置出口通过管道依次接节流阀和蒸发器的制冷剂进口；热回收换热装置内的换热盘管两端分别接用户，以将用户送入热回收换热装置换热盘管内的冷水加热后送回用户；在热回收换热装置与压缩机连接的管道和热回收换热装置与节流阀连接的管道之间设有风冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，彭远玲，黎家荣，郑绍华，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50