太阳能和空气能复合热泵系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，以太阳能和空气能作为热源，将低温热能储存在相变蓄能模块之中，通过高温水源热泵获得高温热能为建筑供暖。本发明专利技术提供的技术方案在满足高温散热器供暖要求的前提之下，不仅提升了空气源热泵的工作效率，延长了空气源热泵的使用寿命，还通过利用太阳能有效降低了系统运行费用，可以广泛应用于寒冷地区清洁能源的供暖改造。本发明专利技术提供的技术方案节能环保无污染、操作灵活方便、安全可靠，具有较强的针对性、实用性和推广价值。

Solar air hybrid heat pump system and its working method

【技术实现步骤摘要】
太阳能和空气能复合热泵系统及其工作方法
本专利技术涉及暖通空调
，尤其涉及一种太阳能和空气能复合热泵系统及其工作方法。
技术介绍
目前，我国北方地区尤其是农村大多使用燃煤锅炉供暖，产生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和粉尘颗粒，空气污染严重。空气源热泵作为一种清洁能源供暖技术，利用逆卡诺循环原理，消耗少量的电能，从空气中吸收低温热能，通过压缩机转变为高温热能，为建筑供暖。空气源热泵具有节能环保、适用范围广、安装方便等优点，但也存在着一些技术缺陷：运行效率随着环境温度的降低下降比较快，从而导致运行费用比较高，而且空气源热泵出水温度比较低，不适用于末端采用高温散热器供暖的建筑使用。太阳能既是一次能源，又是可再生能源，具有资源丰富、无污染、不需运输、使用成本低等特点。太阳能集热器是太阳能热利用系统的关键部件，通过太阳能选择性吸热涂层将太阳能转化为热能，而且储存起来。太阳能集热器主要分为全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和平板型太阳能集热器，其中全玻璃真空管集热器具有对太阳光的透过率和吸收率高、热反射率低、对流热损小以及全年使用时间长等特点，尤其适合在北方寒冷地区使用。
技术实现思路
为解决现有技术存在的局限和缺陷，本专利技术提供一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，包括空气源热泵、全玻璃真空管式太阳能集热器、相变蓄能模块、高温水源热泵、太阳能集热循环泵、热源侧循环泵、供热循环泵以及高温散热器；所述空气源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的一端连接，所述高温水源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的另一端连接，所述太阳能集热循环泵的一端与所述相变蓄能模块连接，所述太阳能集热循环泵的另一端与所述全玻璃真空管式太阳能集热器的一端连接，所述全玻璃真空管式太阳能集热器的另一端与所述相变蓄能模块连接，所述供热循环泵的一端与所述高温水源热泵连接，所述供热循环泵的另一端与所述高温散热器的一端连接，所述高温散热器的另一端与所述高温水源热泵连接；所述全玻璃真空管式太阳能集热器用于制备第一低温热能，通过所述相变蓄能模块内部设置的换热盘管将所述第一低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；所述空气源热泵用于制备第二低温热能，通过循环介质将所述第二低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；所述相变蓄能模块用于储存所述第一低温热能、所述第二低温热能以及稳定所述高温水源热泵的工作状况；所述高温水源热泵通过压缩机将所述相变蓄能模块之中储存的低温热能提升为高温热能。可选的，所述相变蓄能模块为水平放置的罐状结构，所述相变蓄能模块包括多个蓄能棒，所述蓄能棒封装在所述相变蓄能模块的内部，而且相互之间通过支架保持预设的间距；所述蓄能棒的构成材料包括聚乙烯，所述蓄能棒的两端封装，内部填充有固液转化相变温度为20℃的相变材料。可选的，所述相变蓄能模块还包括多个换热盘管，所述换热盘管沿着所述罐状结构的内壁同层分组设置。可选的，所述蓄能棒的间距的范围为3-5cm。可选的，所述相变材料的填充率的范围为94-97％。可选的，所述换热盘管的构成材料为紫铜。可选的，所述相变蓄能模块与所述全玻璃真空管式太阳能集热器的连接接口位于罐体上方，所述相变蓄能模块与所述空气源热泵、所述高温水源热泵的管路连接使用下进上出的方式。本专利技术还提供一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统的工作方法，所述热泵系统包括上述任一所述的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，所述工作方法包括：当所述热泵系统开始供暖时，所述热源侧循环泵启动，循环介质依次流经所述空气源热泵、所述相变蓄能模块和所述高温水源热泵；所述空气源热泵的出水温度高于相变材料固液转化相变温度时，所述相变蓄能模块储存热量；所述空气源热泵的出水温度低于相变材料固液转化相变温度时，所述相变蓄能模块释放热量；当进水温度低于10℃时，所述相变蓄能模块的相变材料全部由液态转变为固态，所述相变蓄能模块释放热量，所述空气源热泵开始工作；当进水温度高于25℃时，所述相变蓄能模块的相变材料全部由固态转变为液态，所述相变蓄能模块储存热量，所述空气源热泵停止工作。本专利技术具有下述有益效果：本专利技术提供了一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，以太阳能和空气能作为热源，将低温热能储存在相变蓄能模块之中，通过高温水源热泵获得高温热能为建筑供暖。本专利技术提供的技术方案在满足高温散热器供暖要求的前提之下，不仅提升了空气源热泵的工作效率，延长了空气源热泵的使用寿命，还通过利用太阳能有效降低了系统运行费用，可以广泛应用于寒冷地区清洁能源的供暖改造。本专利技术提供的技术方案节能环保无污染、操作灵活方便、安全可靠，具有较强的针对性、实用性和推广价值。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统的结构示意图。其中，附图标记为：1、空气源热泵；2、全玻璃真空管式太阳能集热器；3、相变蓄能模块；4、高温水源热泵；5、太阳能集热循环泵；6、热源侧循环泵；7、供热循环泵；8、高温散热器。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的太阳能和空气能复合热泵系统及其工作方法进行详细描述。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统主要由全玻璃真空管式太阳能集热器2、空气源热泵1、相变蓄能模块3和水源热泵组成，本实施例将太阳能作为第一热源，通过全玻璃真空管式太阳能集热器2制备低温热能，通过换热盘管储存在相变蓄能模块3之中。本实施例将空气能作为第二热源，通过空气源热泵1制备低温热能，通过循环介质储存在相变蓄能模块3之中。相变蓄能模块3起到储存低温热能和稳定高温水源热泵4工况的作用，高温水源热泵4通过压缩机将相变蓄能模块3之中储存的低温热能提升为高温热能，制备最高65-70℃的热水用于建筑内高温散热器8的供暖。本实施例提供的技术方案在满足高温散热器8供暖要求的前提之下，不仅提升了空气源热泵1的工作效率，延长了空气源热泵1的使用寿命，还通过利用太阳能有效降低了系统运行费用，可以广泛应用于寒冷地区清洁能源的供暖改造。本实施例提供的相变蓄能模块3，内部除了换热盘管，还填充了大量封装而且保留一定间隙的PE蓄能棒，这些PE蓄能棒内含相变蓄热材料。复合热泵系统供暖时，热源侧循环泵6启动，循环介质依次流经空气源热泵1、相变蓄能模块3和高温水源热泵4。优选的，所述循环介质为水。相变蓄能模块3内置的相变蓄热材料的固液转化相变温度为20℃，作为提升空气源热泵1效率、稳定高温水源热泵4工况的设备，在复合热泵系统之中处于自生态运行模式，空气源热泵1出水温度高于相变材料的固液转化相变温度时储存热量，空气源热泵1出水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，其特征在于，包括空气源热泵、全玻璃真空管式太阳能集热器、相变蓄能模块、高温水源热泵、太阳能集热循环泵、热源侧循环泵、供热循环泵以及高温散热器；/n所述空气源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的一端连接，所述高温水源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的另一端连接，所述太阳能集热循环泵的一端与所述相变蓄能模块连接，所述太阳能集热循环泵的另一端与所述全玻璃真空管式太阳能集热器的一端连接，所述全玻璃真空管式太阳能集热器的另一端与所述相变蓄能模块连接，所述供热循环泵的一端与所述高温水源热泵连接，所述供热循环泵的另一端与所述高温散热器的一端连接，所述高温散热器的另一端与所述高温水源热泵连接；/n所述全玻璃真空管式太阳能集热器用于制备第一低温热能，通过所述相变蓄能模块内部设置的换热盘管将所述第一低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；/n所述空气源热泵用于制备第二低温热能，通过循环介质将所述第二低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；/n所述相变蓄能模块用于储存所述第一低温热能、所述第二低温热能以及稳定所述高温水源热泵的工作状况；/n所述高温水源热泵通过压缩机将所述相变蓄能模块之中储存的低温热能提升为高温热能。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，其特征在于，包括空气源热泵、全玻璃真空管式太阳能集热器、相变蓄能模块、高温水源热泵、太阳能集热循环泵、热源侧循环泵、供热循环泵以及高温散热器；
所述空气源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的一端连接，所述高温水源热泵分别与所述相变蓄能模块和所述热源侧循环泵的另一端连接，所述太阳能集热循环泵的一端与所述相变蓄能模块连接，所述太阳能集热循环泵的另一端与所述全玻璃真空管式太阳能集热器的一端连接，所述全玻璃真空管式太阳能集热器的另一端与所述相变蓄能模块连接，所述供热循环泵的一端与所述高温水源热泵连接，所述供热循环泵的另一端与所述高温散热器的一端连接，所述高温散热器的另一端与所述高温水源热泵连接；
所述全玻璃真空管式太阳能集热器用于制备第一低温热能，通过所述相变蓄能模块内部设置的换热盘管将所述第一低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；
所述空气源热泵用于制备第二低温热能，通过循环介质将所述第二低温热能储存在所述相变蓄能模块之中；
所述相变蓄能模块用于储存所述第一低温热能、所述第二低温热能以及稳定所述高温水源热泵的工作状况；
所述高温水源热泵通过压缩机将所述相变蓄能模块之中储存的低温热能提升为高温热能。


2.根据权利要求1所述的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，其特征在于，所述相变蓄能模块为水平放置的罐状结构，所述相变蓄能模块包括多个蓄能棒，所述蓄能棒封装在所述相变蓄能模块的内部，而且相互之间通过支架保持预设的间距；
所述蓄能棒的构成材料包括聚乙烯，所述蓄能棒的两端封装，内部填充有固液转化相变温度为20℃的相变材料。


3.根据权利要求2所述的适用于高温散热器供暖的太阳能和空气能复合热泵系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：付文彪，岳丛俊，刘文辉，苏鹏程，李文俊，刘雄伟，师云涛，
申请(专利权)人：山西省交通科技研发有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14