基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法技术

本发明专利技术提供了一种基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，包括热泵子系统、一级喷气增焓子系统、二级喷气增焓子系统、储能子系统、光伏发电子系统和市电系统。其实现方法采用“交流市电+光伏直流”双电源输入，且光伏优先的供电模式，实现最大程度省电；热泵系统根据指令实现制冷或制热，并且根据实际负荷需求选择相应的喷气增焓子系统，夏季制冷时，蓄冷冷水用于降低机组冷凝温度，提高EER和制冷效果；制热时，蓄热热水用于二级有源喷气增焓的外部热源热量，提高热泵COP和制热量，解决极低温环境热泵不能适用的技术瓶颈问题；并且在负荷较高时将储存的冷热源进行释放，以提高热泵制冷能效比和制热性能系数。高热泵制冷能效比和制热性能系数。高热泵制冷能效比和制热性能系数。

【技术实现步骤摘要】
基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法


[0001]本专利技术涉及热泵
，具体而言，涉及一种基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法。

技术介绍

[0002]“光储直柔”(Photovoltaics,Energy storage,Direct current and Flexibility,PEDF)是指通过光伏等可再生能源发电、储能、直流配电和柔性用能来构建适应“双碳”目标需求的新型建筑能源系统，是建筑领域面向“碳达峰、碳中和”重大需求、实现技术创新突破的重要途径，将成为建筑及相关部门实现“双碳”目标的重要支撑技术，已受到全球关注和世界各国政府的支持。但是现有的供暖热源主要采用燃煤锅炉和天然气，无法与光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑衔接，阻碍了建筑领域“双碳”目标的实施。采用热泵取代传统的燃煤和天然气采暖设备，成为大势所趋，是全球实现“双碳”战略目标的重要举措之一。
[0003]基于“光储直柔”的冷热源热泵系统研究，目前主要集中在太阳能光伏/光热热泵的性能和提高能效的技术措施等方面。太阳能热泵经历了光热和光伏两个阶段。对前者，主要包括热泵辅助太阳能热水器和太阳能辅助热泵，对热泵辅助太阳能热水器，该系统是热泵系统与太阳能集热系统彼此独立，热泵系统仅作为太阳能集热系统不能满足供热需求时的辅助热源；对太阳能辅助热泵，该系统是把太阳能吸热板用作蒸发器，吸收太阳能，提高蒸发温度，从而提高制热量和能效。从应用类型来看，包括直接膨胀式、间接膨胀式和复合式，节能效果明显，但该系统不能用于制冷，仅制热，无法实现冷/热双储。如果要实现制冷功能，系统上需要设计两个蒸发器，其中翅片式蒸发器用于制冷。对光伏热泵，太阳能光伏板发电，驱动热泵机组。
[0004]光伏/光热太阳能空调降低了能耗，但是太阳能的分散性和不稳定性等特点，导致利用率低、难以与热泵系统匹配。喷气增焓技术由于结构简单，增加的成本低，得以商业化应用。
[0005]目前热泵上使用的喷气增焓技术是基于系统内部制冷剂的热量交换，是通过提高过冷度以吸收更多的空气能，并提高压缩功，从而提高热泵性能。其喷气增焓方式包括液喷射、气喷射和两相喷射。从喷气增焓装置来看，包括经济器喷射和闪蒸罐喷射。
[0006]对液喷射，研究认为该喷射对热泵性能的提升效果几乎可以忽略，但可以实现控温，降低压缩机排气温度，提高压缩机适用范围，保障热泵在低温环境下安全运行。
[0007]对经济器气喷射和闪蒸罐气喷射，能提高热泵性能，但是提升幅度有限，尤其是能效。当环境温度更低，如低于
‑
25℃时，即使采用喷气增焓，制热效果难以保证，甚至热泵无法使用。
[0008]为解决以上问题，本专利技术提出基于“光储直柔”的多能源互补两级喷气增焓热泵，实现冷/热双储。该技术方案为推进“碳达峰、碳中和”的实施做出贡献，具有重要的意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的问题是：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，通过在系统中设计冷/热双储的自给式储能装置，提高热泵制冷能效比和制热性能，并且最大程度达到省电的效果。
[0010]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，所述热泵包括热泵子系统，热泵子系统包括频压缩机、油分离器、四通阀、室外换热器、主电子膨胀阀、储液罐、液管截止阀、第一分歧管、第二分歧管、气管截止阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、第一电磁阀、换热器以及第一水泵，所述压缩机的出口经所述油分离器后连接至所述四通阀的入口，所述四通阀的第一出口连接至所述室外换热器的一端，所述室外换热器的另一端经所述主电子膨胀阀后连接至储液罐的一端，所述储液罐的另一端依次经过液管截止阀、第一分歧管、第一电子膨胀阀后连接至所述换热器的第一入口，所述换热器的第一出口依次经过电磁阀、第二分歧管、气液截止阀后连接至所述四通阀的第二入口，所述四通阀的第二出口经过气液分离器后连接至所述压缩机的回油口，其特征在于：
[0011]所述热泵还包括一级喷气增焓子系统、二级喷气增焓子系统、储能子系统以及供电电源系统；
[0012]所述储能子系统包括储能水箱、第二电子膨胀阀、第二电磁阀和第三水泵，所述第二电子膨胀阀的一端与第一分歧管连接，另一端连接至储能水箱，所述第二电磁阀的一端与储能水箱连接，另一端连接至第二分歧管，所述第三水泵连接在室外换热器与储能水箱之间；
[0013]所述一级喷气增焓子系统包括第一过冷电子膨胀阀、第一经济器和第一喷射管，所述第一经济器的第一入口与所述储液器的出口连接，所述第一经济器的第一出口连接至所述液管截止阀，所述第一经济器的第一出口经第一喷射管后连接至压缩机，所述第一过冷电子膨胀阀的一端与所述第一经济器的第二出口连接，另一端连接至所述第一经济器的第二入口；
[0014]所述二级喷气增焓子系统包括第二过冷电子膨胀阀、第二经济器、第二水泵以及第二喷射管，所述第二过冷电子膨胀阀的一端与所述储液罐的一端连接，另一端连接至第二经济器的第一入口，所述第二经济器的第一出口经第二喷射管连接至压缩机，所述第二经济器的第二出口、第二出口均连接至所述储能水箱；
[0015]供电电源系统包括光伏发电子系统和市电系统；
[0016]所述热泵的运行模式包括制冷模式和制热模式，其具体实现方法如下：
[0017]a:开机，机组根据线控器收到的相关指令运行，线控器与热泵的控制器电讯连接；
[0018]b:当机组收到制冷指令运行后，所述控制器对负荷源进行判定，无冷负荷时，热泵子系统运行制冷，并且经所述换热器产生的冷水能够存储至所述储能水箱；当有冷负荷时，热泵子系统制冷运行，经所述换热器产生的冷水输送至房间末端；当冷负荷较高时，在制冷运行的同时，所述第三水泵用于把储能水箱中的冷水输送到室外换热器；
[0019]当机组收到制热指令运行后，所述控制器对负荷源进行判定，在无热负荷或者热负荷较低时，热泵子系统运行制热，并且热水能够储存在储能水箱中，并且制热时运行一级喷气增焓子系统，经过液管截止阀的制冷剂，一部分制冷剂经过过冷电子膨胀阀节流进入第一经济器中和主循环回路中的制冷剂在第一经济器中换热；热负荷较高时，热泵子系统
运行制热，同时运行二级喷气增焓子系统，第二水泵能够用于把储能水箱中的热水输送到所述第二经济器中与喷射制冷剂换热，把低品位热源热量以喷气增焓的方式转化为制热量；
[0020]制冷或制热模式运行过程中，当光伏发电功率高于机器运行功率时，热泵运行所需电能由光伏发电供应；当光伏发电功率低于机器运行需要的功率时，热泵运行所需电能由光伏发电供应，同时市电系统进行补充。
[0021]本专利技术与现有技术相比，有益之处在于：
[0022]本专利技术属于热泵系统领域，设计光伏发电驱动的两级喷气增焓空气源热泵系统，“光伏直流+交流市电”双电源输入，且光伏优先、市电补充的供电模式，实现最大程度省电；为提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，所述热泵包括热泵子系统，所述热泵子系统包括频压缩机、油分离器(2)、四通阀(3)、室外换热器(4)、主电子膨胀阀(5)、储液罐(6)、液管截止阀(7)、第一分歧管(8)、第二分歧管(9)、气管截止阀(10)、气液分离器(11)、第一电子膨胀阀(13)、第一电磁阀(14)、换热器(15)以及第一水泵(16)，所述压缩机的出口经所述油分离器(2)后连接至所述四通阀(3)的入口，所述四通阀(3)的第一出口连接至所述室外换热器(15)(4)的一端，所述室外换热器(15)(4)的另一端经所述主电子膨胀阀(5)后连接至储液罐(6)的一端，所述储液罐(6)的另一端依次经过液管截止阀(7)、第一分歧管(8)、第一电子膨胀阀(13)后连接至所述换热器(15)的第一入口，所述换热器(15)的第一出口依次经过电磁阀、第二分歧管(9)、气液截止阀后连接至所述四通阀(3)的第二入口，所述四通阀(3)的第二出口经过气液分离器(11)后连接至所述压缩机的回油口，其特征在于：所述热泵还包括一级喷气增焓子系统、二级喷气增焓子系统、储能子系统以及供电电源系统；所述储能子系统包括储能水箱(21)、第二电子膨胀阀(22)、第二电磁阀(23)及第三水泵(24)，所述第二电子膨胀阀(22)的一端与第一分歧管(8)连接，另一端连接至储能水箱(21)，所述第二电磁阀(23)的一端与储能水箱(21)连接，另一端连接至第二分歧管(9)，所述第三水泵(24)连接在室外换热器(4)与储能水箱(21)之间；所述一级喷气增焓子系统包括第一过冷电子膨胀阀(31)、第一经济器(32)和第一喷射管(33)，所述第一经济器(32)的第一入口与所述储液器的出口连接，所述第一经济器(32)的第一出口连接至所述液管截止阀(7)，所述第一经济器(32)的第一出口经第一喷射管(33)后连接至压缩机，所述第一过冷电子膨胀阀(31)的一端与所述第一经济器(32)的第二出口连接，另一端连接至所述第一经济器(32)的第二入口；所述二级喷气增焓子系统包括第二过冷电子膨胀阀(41)、第二经济器(42)、第二水泵(43)以及第二喷射管(44)，所述第二过冷电子膨胀阀(41)的一端与所述储液罐(6)的一端连接，另一端连接至第二经济器(42)的第一入口，所述第二经济器(42)的第一出口经第二喷射管(44)连接至压缩机，所述第二经济器(42)的第二出口、第二出口均连接至所述储能水箱(21)；供电电源系统包括光伏发电子系统和市电系统；所述热泵的运行模式包括制冷模式和制热模式，其具体实现方法如下：a:开机，机组根据线控器收到的相关指令运行，线控器与热泵的控制器电讯连接；b:当机组收到制冷指令运行后，所述控制器对负荷源进行判定，无冷负荷时，热泵子系统运行制冷，并且经所述换热器(15)产生的冷水能够存储至所述储能水箱(21)；有冷负荷时，热泵子系统制冷运行，经所述换热器(15)产生的冷水输送至房间末端；当冷负荷较高时，在制冷运行的同时，所述第三水泵(24)用于把储能水箱(21)中的冷水输送到室外换热器(4)；当机组收到制热指令运行后，所述控制器对负荷源进行判定，在无热负荷或者热负荷较低时，热泵子系统运行制热，并且热水能够储存在储能水箱(21)中，并且制热时运行一级喷气增焓子系统，经过液管截止阀(7)的制冷剂，一部分制冷剂经过过冷电子膨胀阀节流进入第一经济器(32)中和主循环回路中的制冷剂在第一经济器(32)中换热；热负荷较高时，
热泵子系统运行制热，同时运行二级喷气增焓子系统，第二水泵(43)能够用于把储能水箱(21)中的热水输送到所述第二经济器(42)中与喷射制冷剂换热，把低品位热源热量以喷气增焓的方式转化为制热量；制冷或制热模式运行过程中，当光伏发电功率高于机器运行功率时，热泵运行所需电能由光伏发电子系统供应；当光伏发电功率低于机器运行需要的功率时，热泵运行所需电能由光伏发电子系统供应，同时市电系统进行补充。2.根据权利要求1所述的基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，其特征在于：所述制冷模式包括常规制冷模式、全蓄冷模式、部分蓄冷模式和高效制冷模式，常规制冷模式时：压缩机排出的高温气态冷媒经过油分离器(2)和四通阀(3)，进入到换热器(15)，和空气进行交换热量，放出热量后的制冷剂经过电子膨胀阀、储液罐(6)、第一经济器(32)，进入到电子膨胀阀进行节流，节流后的制冷剂进入到换热器(15)，制冷剂和水换热，吸收水的热量，产生冷水；吸收热量后的制冷剂经过第一电磁阀(14)、第二分歧管(9)、气管截止阀(10)回到四通阀(3)，再进入气液分离器(11)，最终回到压缩机(1)，完成制冷循环，过程中产生的冷水经过第一水泵(16)泵送到房间末端和空气换热，吸收空气中的热量，降低空气温度，交换热量后的水回到换热器(15)，不断循环；全蓄冷模式时：压缩机排出的高温气态冷媒经过油分离器(2)和四通阀(3)，进入到换热器(15)，和空气进行交换热量，放出热量的制冷剂经过电子膨胀阀、储液罐(6)、第一经济器(32)、液管截止阀(7)和分歧管，进入到第二电子膨胀阀(22)进行节流，节流后的制冷剂进入到蓄能水箱，制冷剂和水换热，吸收水的热量，产生冷水；吸收热量后的制冷剂经过电磁阀、第二分歧管(9)、气管截止阀(10)，回到四通阀(3)，再进入气液分离器(11)，最终回到压缩机，完成蓄冷循环；储能水箱(21)中产生的冷水在第三水泵(24)的泵送下，在换热器(15)、水管和储能水箱(21)中循环，降低水温，实现蓄冷；部分蓄冷模式时：制冷产生冷水时，实现过程同热泵常规制冷，部分蓄冷时，其实现过程同全蓄冷运行；高效制冷模式时：该运行模式下，热泵产生冷水的过程同常规制冷，同时第二水泵(43)把储能水箱(21)中的冷水泵送到室外换热器(4)中和室外换热器(4)的制冷剂交换热量。3.根据权利要求2所述的基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，其特征在于：开机后，制冷模式下机组根据设定条件进行运行模式判定，当无冷负荷需求时，热泵处于待机状态，则采用光伏发电子系统驱动进行全蓄冷模式运行，在该运行模式下，市电切断，靠太阳能发电驱动压缩机(1)做功，进行蓄冷；当机组收到制冷运行指令时，以制冷运行优选的原则，进行制冷运行，制冷运行设定时间后进行判定，如果同时满足以下条件则进行部分蓄冷模式运行，即制冷产生冷水的同时，进行蓄冷运行；1)室外环境温度Tao<Tao,s1,Tao,s1为用户设定温度；2)储能水箱(21)中的当前水温T
tank,cur
和水箱设定温度T
tank,set1
满足：T
tank,cur
>T
tank,set1
+设定值1；3)热泵回水温度T
w,in
与用户设定出水温度T
set,c
满足：T
w,in
>T
set,c
+设定值1；4)光伏发电子系统的功率高于机组实际运行的功率的X1％以上；5)压缩机(1)当前运行频率INV_F
cur
<(1
‑
ζ
c
)
×
INV_F
max
，INV_F
max
为控制器中设定的最大
运行频率，ζ
c
为蓄冷比，ζ
c
＝Q
c,s
/Q
c
，其中Q
c
为机组额定制冷量，Q
C,s
＝ρ
×
V
×
C
p
×
(T
c,o
‑
T
c,tar
)式中：ρ和C
p
分别为水的密度1000kg/m3和比热4180J/kg.℃；T
c,0
为夏季时机器启动制冷前的储能水箱(21)中的水温，T
c,tar
为蓄冷目标温度，机组控制程序中可自定义设定。4.根据权利要求3所述的基于“光储直柔”的多能源互补热泵冷热双储的实现方法，其特征在于：部分蓄冷模式运行过程中满足以下条件之一时，部分蓄冷停止，切换为常规制冷或高能效制冷运行模式，1...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂虬，袁晓军，朱伯永，邓晨冕，
申请(专利权)人：浙江中广电器集团股份有限公司宁波市海智普智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：