一种太阳能热水热泵系统技术方案

一种太阳能热水热泵系统，该系统可利用热泵将太阳能供热与集中供热系统中的二次热网的回水结合，该系统包括：包括太阳能供热子系统，热水箱，阀门，水泵，热泵，温度传感器，压力传感器，控制装置；该系统用于提供生活热水，利用太阳能加热自来水，再利用热网回水和热泵进一步提升生活热水温度。这种太阳能结合热泵方式可在利用太阳能的基础上，保证在太阳能波动或不足时的热水供热温度，同时降低了热网回水温度；不仅保证了太阳能供热的稳定性还能兼顾提高集中供热的经济性。

【技术实现步骤摘要】

一种新型太阳能热水热泵系统，用于提供生活热水。该系统利用太阳能加热自来水，再利用热网回水和热泵进一步提升生活热水温度。这种太阳能结合热泵方式可在利用太阳能的基础上，保证在太阳能波动或不足时的热水供热温度，同时降低了热网回水温度。不仅保证了太阳能供热的稳定性还能兼顾提高集中供热的经济性。
技术介绍
在太阳能丰富的地区，我国已经普遍开始推广家用太阳能热水器提供热水。家用太阳能热水器的性能随太阳能的提供时段具有波动性和间歇性。在连续阴雨天气或晚间，家用热水器的存储水量往往不能充分满足家用热水需求。另一方面，在中国北方城镇普遍采用区域集中供热系统。集中供热系统中，二次热网的回水温度普遍在40～60℃之间，很适合与热泵结合提升家用生活热水的温度。将太阳能供热与热泵、热网回水结合，可在利用太阳能的基础上，保证在太阳能波动或不足时的热水供热温度，同时降低热网回水温度，提高供热经济性。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种太阳能热水热泵系统，其特征在于，该系统可利用热泵将太阳能供热与集中供热系统中的二次热网的回水结合，该系统包括：包括太阳能供热子系统，热水箱，阀门，水泵，热泵，温度传感器，压力传感器，控制装置；太阳能供热子系统包括热水侧和冷水侧，其中，热水侧的设备包括太阳能热水集热器，循环水泵和换热器热水管路；冷水侧的设备包括抽水水泵、阀门和换热器冷水管路；系统将太阳能供热、热泵及热网回水整合在一起，提供生活热水同时降低热网回水温度；经过本系统处理后，当本地太阳能不充分时，提供的生活热水温度也能稳定在50-60℃；多个太阳能供热子系统的热水共用一个热水箱；该热水箱的容量根据太阳能热水产热水量设计确定；该热水箱采用保温材料覆盖；热水箱尽量放置在热网回水管道附近；热水箱内的设置压力采用大气压太阳能集热器在建筑物屋顶接受阳光辐射得到热量，太阳能集热器内的循环水经过加热后温度升高，进入换热器，在换热器内，热水侧循环水被冷水侧的生活用水冷却，冷却后的循环水被循环水泵增压后再次进入太阳能集热器，循环水往复循环流动，将太阳能热量传递给生活用水供水；抽水泵提取外界的生活用水，生活用水进入太阳能供热子系统的换热器冷水侧，生活用水在换热器中被高温循环水加热，然后进入热水箱，抽水泵放置在换热器下游，防止换热器管道压力过高；换热器上游放置一个开关阀门，在停止工作时关断阀门；热水箱连接多个抽水管路，各路抽水管路中的生活用水通过抽水泵进入热水箱，热水箱的出水口连接一台增压泵，增压泵连接热水箱和热泵的冷凝器入口及旁通管，热水箱顶部安装排汽阀，热水箱内安装温度传感器、水位传感器和压力传感器，当热水箱内的水温达到设定值时，增压泵将水箱内的热水泵入热泵冷凝器或旁通管，当热水箱内水位低于预警水位时，增压泵停止工作，当热水箱内水位高于预警水位时，打开排水阀，降低水位，当热水箱内压力大于设定值时，开启排汽阀；热泵的热源为热网回水，热泵的冷源为热水箱提供的生活供水，当太阳能充足时，热水箱中的生活用水温度若已经达到生活热水所需温度，则开启旁通管阀门，直接提供生活热水；当太阳能不充足时，热水箱温度中的生活用水温度达不到生活热水所需温度，则开启热泵冷凝器阀门，将生活用水引入热泵冷凝器中，作为热泵的冷源；利用增压泵将供热回水管中的回水引入到热泵的蒸发器中，作为热泵的热源；热泵的作用是将热网中的回水热量传递给生活用水，将生活用水加热为生活热水；当太阳能不充分时，热水箱内的水温较低；生活供水的温度T1,in也较低；为了保证不受军团菌等感染，生活热水的设定温度T1,out一般在50～60℃；进一步的，当供热区域内有多个建筑时，可在每个建筑屋顶放置太阳能集热器，各自组成一套太阳能供热子系统，若干套太阳能供热子系统可组成一个大型的太阳能供热系统。进一步的，热泵可采用供热行业内所常采用的电力热泵、蒸汽型热泵等类型；热泵的能效指标一般根据其COP(coefficientofperformance)来衡量；根据热泵机械行业内的普遍定义，COP可表示为生活热水获得的热量Q1与压缩机耗功W的比值；COP＝Q1/W(1)若不考虑环境散热损失，生活热水所获得的热量Q1是热网回水中提取的热量Q2与压缩机功耗W的和；Q1＝Q2+W(2)生活热水所获得的热量Q1是进入热泵冷凝器的生活供水温度T1,in和离开热泵冷凝器的生活热水温度T1,out的函数；其中，是生活供水在热泵冷凝器的质量流量，kg/s；Cp是水的比热容，J/kg；ΔT1是出、进口水温的温差，℃；热网回水中提取的热量Q2是热网回水进入热泵蒸发器的温度T2,in和离开热泵蒸发器的温度T2,out的函数；其中，是热网回水在热泵蒸发器的质量流量，kg/s；Cp是水的比热容，J/kg；ΔT1是进、出口水温的温差，℃；热泵的COP值不能超过理论逆卡诺循环的COP值；理论逆卡诺循环的COP值如式(5)所示；因此，在一定的压缩机功耗W的条件下，较高的温度T2,in或较低的温度T1,in都可提高热泵的COP值；其中，COPc为理论逆卡诺循环的COP值；T1为热源温度；T2为冷源温度。进一步的，为了进一步节能，减少压缩机的功耗；可采用热网的回水作为热泵的冷源，提供充足的热量；由于供热回水温度较高，接近生活热水的设定温度，将热泵的COP值设置为5.0；热泵蒸发器采用水作为介质。进一步的，在太阳能集热器的出口安装温度传感器；当集热器的出口水温大于设定温度时，增加循环水泵的循环水量；当集热器出口水温小于设定温度时，减小循环水泵的循环水量；在换热器的冷水侧出口安装传感器；当冷水侧出口的生活用水温度大于设定温度时，增加抽水泵的循环水量；当冷水侧出口的生活用水温度小于设定温度时，减少抽水泵的循环水量；当太阳能供热子系统停止工作时，关闭抽水管路上的阀门；多套抽水管路连接到热水箱；热水箱采用水位控制方法；根据水箱设定的水位，控制抽水泵流量，根据生活热水的需求量，控制热泵凝汽器入口前的增压泵流量；根据生活热水的设定温度，控制热泵设备的启停和压缩机功率大小。进一步的，当采用在多个建筑的屋顶安装太阳能集热器时；将有多套太阳能供热子系统组成一套太阳能供热系统构成太阳能热水热泵系统的供热子系统，多套太阳能供热子系统共用一个热水箱；多套太阳能供热子系统采用并联方式运行。进一步的，在一座建筑物的屋顶布置太阳能集热器；太阳能集热器的面积为500m2。进一步的，在太阳能集热器中，温度较低的循环水进入集热器，经过阳光辐射加热后，温度较高的循环水离开集热器；温度传感器T1监测集热器出口处的循环水温度；循环水离开集热器后进入换热器的热水侧；经过换热后，循环水温度降低；循环水离开换热器后进入循环水泵Pump1加压；加压后的循环水流入太阳能集热器1号中；在温度传感器T1处，如果集热器出口的水温低于设定温度，则通过调整循环泵Pump1的工作频率来降低循环水量；如果高于设定温度，则增加循环水量；利用T1温度值调整循环水量；抽水管路中，生活用水的温度较低，往往源于自来水；在中国北方冬季供热期间，设生活用水的温度为5℃。进一步的，忽略散热损失时，根据能量守恒定律，太阳能集热器提供给循环水的热量等于抽水获得的热量；则有公式为：其中，为太阳能供热子系统的循环水流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能热水热泵系统，其特征在于，该系统可利用热泵将太阳能供热与集中供热系统中的二次热网的回水结合，该系统包括：包括太阳能供热子系统，热水箱，阀门，水泵，热泵，温度传感器，压力传感器，控制装置；太阳能供热子系统包括热水侧和冷水侧，其中，热水侧的设备包括太阳能热水集热器，循环水泵和换热器热水管路；冷水侧的设备包括抽水水泵、阀门和换热器冷水管路；本系统将太阳能供热、热泵及热网回水整合在一起，提供生活热水同时降低热网回水温度；经过本系统处理后，当本地太阳能不充分时，提供的生活热水温度也能稳定在50‑60℃；多个太阳能供热子系统的热水共用一个热水箱；该热水箱的容量根据太阳能热水产热水量设计确定；该热水箱采用保温材料覆盖；热水箱尽量放置在热网回水管道附近；热水箱内的设置压力采用大气压太阳能集热器在建筑物屋顶接受阳光辐射得到热量，太阳能集热器内的循环水经过加热后温度升高，进入换热器，在换热器内，热水侧循环水被冷水侧的生活用水冷却，冷却后的循环水被循环水泵增压后再次进入太阳能集热器，循环水往复循环流动，将太阳能热量传递给生活用水供水；抽水泵提取外界的生活用水，生活用水进入太阳能供热子系统的换热器冷水侧，生活用水在换热器中被高温循环水加热，然后进入热水箱，抽水泵放置在换热器下游，防止换热器管道压力过高；换热器上游放置一个开关阀门，在停止工作时关断阀门；热水箱连接多个抽水管路，各路抽水管路中的生活用水通过抽水泵进入热水箱，热水箱的出水口连接一台增压泵，增压泵连接热水箱和热泵的冷凝器入口及旁通管，热水箱顶部安装排汽阀，热水箱内安装温度传感器、水位传感器和压力传感器，当热水箱内的水温达到设定值时，增压泵将水箱内的热水泵入热泵冷凝器或旁通管，当热水箱内水位低于预警水位时，增压泵停止工作，当热水箱内水位高于预警水位时，打开排水阀，降低水位，当热水箱内压力大于设定值时，开启排汽阀；热泵的热源为热网回水，热泵的冷源为热水箱提供的生活供水，当太阳能充足时，热水箱中的生活用水温度若已经达到生活热水所需温度，则开启旁通管阀门，直接提供生活热水；当太阳能不充足时，热水箱温度中的生活用水温度达不到生活热水所需温度，则开启热泵冷凝器阀门，将生活用水引入热泵冷凝器中，作为热泵的冷源；利用增压泵将供热回水管中的回水引入到热泵的蒸发器中，作为热泵的热源；热泵的作用是将热网中的回水热量传递给生活用水，将生活用水加热为生活热水；当太阳能不充分时，热水箱内的水温较低；生活供水的温度T1,in也较低；为了保证不受军团菌等感染，生活热水的设定温度T1,out一般在50～60℃。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能热水热泵系统，其特征在于，该系统可利用热泵将太阳能供热与集中供热系统中的二次热网的回水结合，该系统包括：包括太阳能供热子系统，热水箱，阀门，水泵，热泵，温度传感器，压力传感器，控制装置；太阳能供热子系统包括热水侧和冷水侧，其中，热水侧的设备包括太阳能热水集热器，循环水泵和换热器热水管路；冷水侧的设备包括抽水水泵、阀门和换热器冷水管路；本系统将太阳能供热、热泵及热网回水整合在一起，提供生活热水同时降低热网回水温度；经过本系统处理后，当本地太阳能不充分时，提供的生活热水温度也能稳定在50-60℃；多个太阳能供热子系统的热水共用一个热水箱；该热水箱的容量根据太阳能热水产热水量设计确定；该热水箱采用保温材料覆盖；热水箱尽量放置在热网回水管道附近；热水箱内的设置压力采用大气压太阳能集热器在建筑物屋顶接受阳光辐射得到热量，太阳能集热器内的循环水经过加热后温度升高，进入换热器，在换热器内，热水侧循环水被冷水侧的生活用水冷却，冷却后的循环水被循环水泵增压后再次进入太阳能集热器，循环水往复循环流动，将太阳能热量传递给生活用水供水；抽水泵提取外界的生活用水，生活用水进入太阳能供热子系统的换热器冷水侧，生活用水在换热器中被高温循环水加热，然后进入热水箱，抽水泵放置在换热器下游，防止换热器管道压力过高；换热器上游放置一个开关阀门，在停止工作时关断阀门；热水箱连接多个抽水管路，各路抽水管路中的生活用水通过抽水泵进入热水箱，热水箱的出水口连接一台增压泵，增压泵连接热水箱和热泵的冷凝器入口及旁通管，热水箱顶部安装排汽阀，热水箱内安装温度传感器、水位传感器和压力传感器，当热水箱内的水温达到设定值时，增压泵将水箱内的热水泵入热泵冷凝器或旁通管，当热水箱内水位低于预警水位时，增压泵停止工作，当热水箱内水位高于预警水位时，打开排水阀，降低水位，当热水箱内压力大于设定值时，开启排汽阀；热泵的热源为热网回水，热泵的冷源为热水箱提供的生活供水，当太阳能充足时，热水箱中的生活用水温度若已经达到生活热水所需温度，则开启旁通管阀门，直接提供生活热水；当太阳能不充足时，热水箱温度中的生活用水温度达不到生活热水所需温度，则开启热泵冷凝器阀门，将生活用水引入热泵冷凝器中，作为热泵的冷源；利用增压泵将供热回水管中的回水引入到热泵的蒸发器中，作为热泵的热源；热泵的作用是将热网中的回水热量传递给生活用水，将生活用水加热为生活热水；当太阳能不充分时，热水箱内的水温较低；生活供水的温度T1,in也较低；为了保证不受军团菌等感染，生活热水的设定温度T1,out一般在50～60℃。2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水热泵系统，其特征是：当供热区域内有多个建筑时，可在每个建筑屋顶放置太阳能集热器，各自组成一套太阳能供热子系统，若干套太阳能供热子系统可组成一个大型的太阳能供热系统。3.根据权利要求1所述的一种太阳能热水热泵系统，其特征是：热泵可采用供热行业内所常采用的电力热泵、蒸汽型热泵等类型；热泵的能效指标一般根据其COP(coefficientofperformance)来衡量；根据热泵机械行业内的普遍定义，COP可表示为生活热水获得的热量Q1与压缩机耗功W的比值；COP＝Q1/W(1)若不考虑环境散热损失，生活热水所获得的热量Q1是热网回水中提取的热量Q2与压缩机功耗W的和；Q1＝Q2+W(2)生活热水所获得的热量Q1是进入热泵冷凝器的生活供水温度T1,in和离开热泵冷凝器的生活热水温度T1,out的函数；其中，是生活供水在热泵冷凝器的质量流量，kg/s；Cp是水的比热容，J/kg；ΔT1是出、进口水温的温差，℃；热网回水中提取的热量Q2是热网回水进入热泵蒸发器的温度T2,in和离开热泵蒸发器的温度T2,out的函数；其中，是热网回水在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海珠，范圣权，李晓萍，杨彩霞，李以通，陈晨，张成昱，魏兴，王磊，胡晓辰，林丽霞，刘亮，吴雄，
申请(专利权)人：中国建筑科学研究院天津分院，
类型：发明
国别省市：天津;12