一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统技术方案

本发明专利技术属于可再生能源综合利用领域，提出了一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统。该系统包括太阳能集热子系统、地道风子系统和空气循环热泵子系统，通过地道风子系统对空气洗涤、预热及加湿，利用太阳能集热子系统辅助供热，采用电驱动涡轮增压器产生高温空气实现冬季供暖。本发明专利技术改善了空气循环热泵系统的室外换热条件，增加了潜热换热，提高了换热效率；空气循环热泵中压气装置和膨胀装置直接采用电动涡轮增压器中的压气机和涡轮膨胀机，简化了空气循环热泵设备；采用太阳能集热装置制取和储存生活热水，用以热水喷淋装置的热水供应和辅助空气循环热泵为室内供热。热。热。

【技术实现步骤摘要】
一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统


[0001]本专利技术涉及可再生能源综合利用领域，尤其涉及一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统。

技术介绍

[0002]我国地热能及太阳能资源丰富，具有很大的开发潜力，同时热泵技术近几年愈发成熟，具有高效、节能、可同时满足制冷与供热等优点，例如专利CN110594852A公开的一种新型空气源热泵系统，其采用地道风装置预热空气，用以解决空气源热泵冬季除霜的问题。但以上采取的方案采用传统的制冷剂，会存在破坏环境，导致全球气候变暖的问题，因此寻找一种绿色的制冷剂对于环境保护具有十分重要的意义。空气循环热泵是以空气作为制冷剂，无毒且容易获取，解决污染环境问题的同时，也解决了室内热负荷与传统热泵供热量不匹配的问题。
[0003]对于传统的地道风与空气源热泵耦合系统，虽然能够有效地解决除霜问题，但是仍需考虑空气入口的除湿处理，而对于空气循环热泵采用以空气为循环制冷剂，则能够完全避免除湿问题。例如专利CN109186116A公开的以鼓风机为驱动设备的空气循环热泵，其采用涡轮增压器代替压气机和涡轮机，避免除湿的同时，也能够有效地解决室外温度对能效影响大、除霜等问题。但该循环采用鼓风机为驱动设备带动涡轮增压器工作，存在设备复杂化、换热方式单一，制热效率偏低等问题。

技术实现思路

[0004]针对地道风与传统空气源热泵耦合系统存在冬季需要对入口空气除湿、室内热负荷与传统热泵供热量不匹配，以及空气循环热泵供热效率偏低、设备复杂等问题，提出了一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统，通过地道风装置对空气预热、加湿，利用太阳能辅助供热，并采用电驱动涡轮增压器实现冬季供暖的新型空气循环热泵系统。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统，包括太阳能集热子系统、地道风子系统和空气循环热泵子系统；太阳能集热子系统主要由太阳能热水器1、储热水箱2、循环水泵8、阀门及若干管道组成；空气循环热泵子系统主要由电动涡轮增压器
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压气机3、电动涡轮增压器
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涡轮膨胀机4、回热器5、换热器6、风机盘管7、循环水泵8、阀门及若干管道组成；地道风子系统主要由地道风管9、热水喷淋装置11、过滤网12、风帽13、集水槽14、阀门及若干管道组成，其中地道风管9包括进风管段、地下管段及出风管段，三管段依次相连；进风管段上部安装有风帽13，中部安装有过滤网12和热水喷淋装置11；地下管段埋于地下，在其底部设有集水槽14，用于收集空气中的颗粒污染物和易溶于水的气体污染物；出风管段位于地面上方。
[0007]补水箱18分别连接太阳能热水器1和储热水箱2的进水口；太阳能热水器1的出水口分别连接储热水箱2的进水口以及过三通阀a15连接至热水出口管道10的入口；热水出口
管道10的出口连接至热水喷淋装置11的进水口。
[0008]储热水箱2的一路出水管过三通阀a15并入至热水出口管道10；储热水箱2的另一路出水管过三通阀b16分别与换热器6的水侧出口、风机盘管7的入口相连，风机盘管7经循环水泵8和三通阀c17后分别连接至储热水箱2的进水口和换热器6的水侧入口。
[0009]换热器6的空气侧出口与回热器5一进气端相连，回热器5一出气端与涡轮增压器
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涡轮膨胀机4进气口相连，涡轮增压器
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涡轮膨胀机4出气口直接接入室外环境；出风管段与回热器5的另一进气端相连；回热器5的另一出气端与电动涡轮增压器
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压气机3入口相连，电动涡轮增压器
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压气机3出口与换热器6空气侧入口相连。
[0010]来自地道风管9的被预热加湿空气经过回热器5再次被预热，通过电动涡轮增压器
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压气机3后，变成高温空气被送入换热器6，通过与换热器6水侧进行换热，换热降温后的空气进入回热器5预热来自地道风管9的空气后，再进入电动涡轮增压器
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涡轮膨胀机4，通过电动涡轮增压器
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涡轮膨胀机4后被排入室外。
[0011]所述电动涡轮增压器
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压气机3外壳和电动机产生的热损失通过外加热回收箱回收并加热来自回热器5的空气，再进入电动涡轮增压器
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压气机3。
[0012]所述地道风管9传输来自室外的空气，通过热水喷淋装置11对空气洗涤及加湿，加湿后的空气再流经地下管段与土壤换热，被预热后的空气经过出风管段进入回热器5。
[0013]所述地道风管9可设置为水平、竖直或倾斜地道。
[0014]所述空气循环热泵子系统和太阳能集热子系统在白天联合向风机盘管7供热，其中太阳能热水器1制取热水用于地道风管9的热水喷淋装置11和储热水箱2；在夜间太阳能热水器1停止制取热水，储热水箱2和空气循环热泵子系统联合向风机盘管7供热，同时储热水箱2向热水喷淋装置11提供热水。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0016]1.地热能是在地表以下一定深度范围内，由于地面温度波衰减和延迟的作用，温度常年维持近似恒定的可再生能源，冬季以地道风为低位热源的空气循环热泵能够有效地抑制热量的衰减，其热泵性能系数可以大大提高。在实际应用中，由于空气循环热泵系统室外换热条件的改善，热泵性能系数COP值可以得到较大提高，这种方法不仅具有明显的节能效果，同时也有利于我国地热资源的开发利用。从保护大气环境、减少二氧化碳排放和可再生能源利用的角度来说，这不仅对我国现阶段有巨大的利用价值，对于将来仍具有实际意义。
[0017]2.不用考虑除霜问题，采用空气作为循环介质，无腐蚀性，免费使用，一般工作状态下没有相变，工作范围宽；以空气作为循环载冷剂，避免了除湿问题，工作环境温度较空气源热泵更低，更加适用于严寒地区冬季供暖。
[0018]3.室外空气流经地道与土壤换热，进入回热器后再次被预热，提高了低位热源温度，空气循环热泵制热性能系数COP得到了提高；空气在进入空气循环热泵之前经过了洗涤和加湿，避免了杂质腐蚀设备影响换热效果，同时加湿后的空气增加了潜热换热，提高了换热效率。
[0019]4.空气循环热泵子系统中压气装置和膨胀装置直接采用电动涡轮增压器中的压气机和涡轮膨胀机，避免了膨胀装置难以小型化的问题，大大简化了空气循环热泵设备，更利于实际应用。
[0020]5.采用太阳能集热装置可以合理使用太阳能制取和储存生活热水，利用制取的热水配合空气循环热泵给室内供热，提高了能源利用率，更加节能。
附图说明
[0021]图1是一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统示意图；
[0022]图2是地道风管空气加湿处理局部示意图；
[0023]图3是地道风管排污处理局部示意图。
[0024]图中：1
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太阳能热水器；2
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储热水箱；3
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电动涡轮增压器<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统，其特征在于，该采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统包括太阳能集热子系统、地道风子系统和空气循环热泵子系统；太阳能集热子系统主要由太阳能热水器(1)、储热水箱(2)、循环水泵(8)、阀门及若干管道组成；空气循环热泵子系统主要由电动涡轮增压器
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压气机(3)、电动涡轮增压器
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涡轮膨胀机(4)、回热器(5)、换热器(6)、风机盘管(7)、循环水泵(8)、阀门及若干管道组成；地道风子系统主要由地道风管(9)、热水喷淋装置(11)、过滤网(12)、风帽(13)、集水槽(14)、阀门及若干管道组成，其中地道风管(9)包括进风管段、地下管段及出风管段，三管段依次相连；进风管段上部安装有风帽(13)，中部安装有过滤网(12)和热水喷淋装置(11)；地下管段埋于地下，在其底部设有集水槽(14)，用于收集空气中的颗粒污染物和易溶于水的气体污染物；出风管段位于地面上方；补水箱(18)分别连接太阳能热水器(1)和储热水箱(2)的进水口；太阳能热水器(1)的出水口分别连接储热水箱(2)的进水口以及过三通阀a(15)连接至热水出口管道(10)的入口；热水出口管道(10)的出口连接至热水喷淋装置(11)的进水口；储热水箱(2)的一路出水管过三通阀a(15)并入至热水出口管道(10)；储热水箱(2)的另一路出水管过三通阀b(16)分别与换热器(6)的水侧出口、风机盘管(7)的入口相连，风机盘管(7)经循环水泵(8)和三通阀c(17)后分别连接至储热水箱(2)的进水口和换热器(6)的水侧入口；换热器(6)的空气侧出口与回热器(5)一进气端相连，回热器(5)一出气端与涡轮增压器
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涡轮膨胀机(4)进气口相连，涡轮增压器
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涡轮膨胀机(4)出气口直接接入室外环境；出风管段与回热器(5)的另一进气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树刚，朱伟男，王继红，吴小舟，张腾飞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：