專利名稱：一種環(huán)保、節(jié)能的供熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用太陽能等自然資源進(jìn)行供熱的方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，環(huán)境和能耗問題是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素，溫室效應(yīng)和 臭氧層破壞的環(huán)境問題也越來越受到人們的重視。
熱水與我們的生活密切相關(guān)，由于受到能源與環(huán)保的限制，傳統(tǒng)熱水供應(yīng)都 存在某些地方的不足。目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的熱水器有三大類燃煤、油、氣熱水器， 電熱水器，太陽能熱水器。燃煤熱水鍋爐，由于煤的燃燒不充分及嚴(yán)重污染大氣 的問題，在很多大、中城市已經(jīng)被國(guó)家明令禁止使用了。燃?xì)鉄崴髟谑褂脮r(shí)要 排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有不完全燃燒的產(chǎn)物一氧化碳，
容易發(fā)生中毒事故，其加熱效率約為80%。電熱水器，其加熱效率大約為95%，電
能浪費(fèi)大。雖然電熱水器上裝有漏電保護(hù)，但在使用電熱水器時(shí)容易發(fā)生觸電事 故。太陽能熱水器，屬于環(huán)保、節(jié)能產(chǎn)品，但受天氣的影響較大，使用的區(qū)域和 時(shí)間受到很大限制。
此外，市場(chǎng)上也有熱泵熱水器，但這些熱泵熱水器的工質(zhì)一般為R22、 R410A 等傳統(tǒng)工質(zhì)，不僅會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)和破壞臭氧層，且這些工質(zhì)要生產(chǎn)6(TC以上的 熱水會(huì)使壓縮機(jī)排氣壓力過高、EER過低，因此供熱水的溫度受到限制。另外在 寒冷地區(qū)，環(huán)境溫度很低時(shí)，熱泵蒸發(fā)器容易結(jié)霜，出水溫度不能滿足要求，熱 泵效率低，甚至熱泵不能工作，因此熱泵熱水器使用的地域范圍受到很大限制。
二氧化碳作為天然工質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)在于ODP為零，GWP值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CFCS和HFCS， 符合環(huán)保要求；絕熱指數(shù)大，壓縮機(jī)排氣溫度較高，滿足制取較高溫度熱水的要 求；具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性，且無回收問題；良好的安全性和化學(xué)穩(wěn)定性，安全無毒， 不可燃，在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；此外由于C02具有良好的流動(dòng)和傳熱 特性，可顯著減小壓縮機(jī)與系統(tǒng)的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。
與傳統(tǒng)熱水器相比，跨臨界二氧化碳熱泵熱水器主要有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 加熱一定量的熱水，能耗僅是電加熱熱水器和燃?xì)鉄崴鞯膌/4;
2、 可以制取9(TC高溫?zé)崴?，而傳統(tǒng)熱泵熱水器一般制取熱水不超過6CTC;
3、 在寒冷地區(qū)，C02熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境下能夠維持較高的供熱量，大大節(jié)
約輔助加熱設(shè)備所耗費(fèi)的能量，而傳統(tǒng)熱泵在低溫環(huán)境下的使用受到很大限制。
另一方面，太陽能作為一種潔凈的能源，既是一次能源，又是可再生能源， 有著礦物質(zhì)能源無可比擬的優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是結(jié)合跨臨界二氧化碳循環(huán)和太陽能加熱各自的優(yōu)勢(shì)，提供 一種環(huán)保、節(jié)能的穩(wěn)定供熱方法。
本發(fā)明的發(fā)明人針對(duì)目前使用的各種供熱方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到將二氧 化碳熱泵技術(shù)和太陽能技術(shù)兩者結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)既能克服傳統(tǒng)供熱的缺點(diǎn)，又能 發(fā)揮其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了供熱系統(tǒng)的實(shí)用性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案如下
一種環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特點(diǎn)是利用跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)輔助太 陽能加熱系統(tǒng)，通過熱水循環(huán)系統(tǒng)相互連接。
本發(fā)明所述的跨臨界二氧化碳循環(huán)是指二氧化碳在低于臨界壓力的條件下 在蒸發(fā)器中吸熱，在高于臨界壓力的條件下在氣體冷卻器內(nèi)放熱的循環(huán)。
本發(fā)明所述的太陽能加熱是指利用乙二醇溶液在太陽能集熱器內(nèi)吸收太陽 能熱量，在盤管換熱器B和盤管換熱器C中放熱的系統(tǒng)。
上述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，所說的跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)包括用管
道依次連接的節(jié)流閥(l)、蒸發(fā)器(2)、壓縮機(jī)(3)和氣體冷卻器(4)。優(yōu)選的方案
是，蒸發(fā)器上還裝有電加熱融霜裝置?？缗R界二氧化碳熱泵系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)為 二氧化碳。
上述的二環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，所說的熱水循環(huán)系統(tǒng)包括用管道依次連
接的熱水箱(5)、泵A(6)、止回閥A(7)、盤管換熱器A(8)，及進(jìn)水三通閥A(9) 和出水截止闊(IO)。
上述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，所說的太陽能加熱系統(tǒng)包括用管道依次連 接的泵B(ll)、止回閥B(12)、太陽能集熱器(13)、三通閥B(14)、盤管換熱器 B(15)、三通閥C(16)，及與盤管換熱器B(15)并聯(lián)的盤管換熱器C(17)。太陽能 加熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)為乙二醇。優(yōu)選的方案是，在太陽能集熱器的進(jìn)出口處還 安裝有溫差控制器，在太陽能集熱器的出口處安裝有溫度控制器。
上述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)通過蒸發(fā)器(2) 與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器C(17)相連接，跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)通過氣 體冷卻器(4)與熱水循環(huán)系統(tǒng)的盤管換熱器A (8)相連接，熱水循環(huán)系統(tǒng)通過熱水 箱(5)與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器B(15)相連接。
本發(fā)明的有益效果 首先能把跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)與太陽能熱水技術(shù)結(jié)合起來，提供四種制
取熱水模式太陽能加熱系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水、太陽能加熱系統(tǒng)與跨臨界二氧化碳 熱泵系統(tǒng)同時(shí)制取熱水、跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水、太陽能或電加 熱輔助加熱蒸發(fā)器跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)制取熱水。因此，該系統(tǒng)可以滿足各 種不同的氣候區(qū)全年有效的工作。特別是嚴(yán)寒地區(qū)，可以利用太陽能加熱系統(tǒng)加 熱跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，達(dá)到有效融霜的目的，保證了跨臨界二氧 化碳熱泵系統(tǒng)在低溫下的穩(wěn)定運(yùn)行。
例如，在陽光充足、太陽輻射強(qiáng)度很大的時(shí)段，太陽能加熱系統(tǒng)單獨(dú)制取熱 水即可滿足需求；在陽光充足、太陽輻射強(qiáng)度不是很大的時(shí)段，可啟動(dòng)跨臨界 二氧化碳熱泵系統(tǒng)作為太陽能加熱系統(tǒng)的輔助，兩系統(tǒng)同時(shí)制取熱水；在陽光 不充足及沒有陽光的時(shí)段，太陽能系統(tǒng)無法有效工作，跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng) 單獨(dú)運(yùn)行制取熱水；在寒冷的冬季，運(yùn)行跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)，有充足陽光 時(shí)，利用太陽能加熱系統(tǒng)加熱蒸發(fā)器；陽光不充足時(shí)，利用電加熱器加熱蒸發(fā)器， 從而防止了蒸發(fā)器在低溫條件下結(jié)霜的問題。
另外，本發(fā)明還可以通過檢測(cè)太陽能集熱器進(jìn)出口處乙二醇溶液的溫差A(yù)t、 出口處乙二醇溶液的溫度t。ut，來判斷三通閥B、三通閥C的開啟方向及跨臨界 二氧化碳熱泵系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)的啟停情況，使系統(tǒng)可以在各種制熱模式中 自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明充分利用跨臨界二氧化碳熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，即使在嚴(yán)寒地區(qū)，也可以 制取50tT9(rC的熱水。更重要的是，本發(fā)明采用自然工質(zhì)二氧化碳以及可再生 能源太陽能可以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的效果。


圖1為本發(fā)明的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法的具體應(yīng)用原理圖之一。圖1中各個(gè)部件名稱分別為l-節(jié)流閥；2-蒸發(fā)器；3_壓縮機(jī)；4-氣體冷卻 器；5-熱水箱；6、 11-泵A和泵B; 7、 12-止回閥A和止回閥B; 8、 15、 17-盤 管換熱器A、盤管換熱器B、盤管換熱器C; 9、 14、 16-三通閥A、三通閥B、三
通閥C; 10-出水截止閥；13-太陽能集熱器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，是利用跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)輔助
太陽能加熱系統(tǒng)，通過熱水循環(huán)系統(tǒng)相互連接。其具體實(shí)施方式
見實(shí)施例l: 實(shí)施例1
跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)用管道依次連接的節(jié)流閥1、蒸發(fā)器2、壓縮機(jī)
3和氣體冷卻器4。優(yōu)選的方案是，蒸發(fā)器上還裝有電加熱融霜裝置?？缗R界二
氧化碳熱泵系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)為二氧化碳。
熱水循環(huán)系統(tǒng)用管道依次連接的熱水箱5、泵A6、止回閥A7、盤管換熱 器A8，及進(jìn)水三通閥A9和出水截止閥10。
太陽能加熱系統(tǒng)用管道依次連接的泵Bll、止回閥B12、太陽能集熱器13、 三通閥B14、盤管換熱器B15、三通閥C16,及與盤管換熱器B15并聯(lián)的盤管換 熱器C17。太陽能加熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)為乙二醇。優(yōu)選的方案是，在太陽能集 熱器的進(jìn)出口處還安裝有溫差控制器，在太陽能集熱器的出口處安裝有溫度控制 器。
將跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)通過蒸發(fā)器2與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器 C17相連接，跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)通過氣體冷卻器4與熱水循環(huán)系統(tǒng)的盤管 換熱器A8相連接，熱水循環(huán)系統(tǒng)通過熱水箱5與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器B15相連接。
把跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)與太陽能熱水系統(tǒng)合理的結(jié)合起來。通過檢測(cè)太 陽能集熱器進(jìn)出口處乙二醇溶液的溫差A(yù)t、出口處乙二醇溶液的溫度t。"，來判 斷三通閥B、三通閥C的開啟方向，從而在不同的氣候條件下實(shí)現(xiàn)跨臨界二氧化 碳熱泵系統(tǒng)、太陽能加熱系統(tǒng)的自動(dòng)啟停，使系統(tǒng)可以在各種制熱模式中自動(dòng)轉(zhuǎn) 換。給太陽能集熱器進(jìn)出口處溫差控制器設(shè)定一個(gè)對(duì)比溫差值m。當(dāng)At〉m時(shí)， 說明太陽能加熱系統(tǒng)可以有效工作。給太陽能集熱器的出口處溫度控制器設(shè)定兩 個(gè)對(duì)比溫度值t,、 t2(t, H2);當(dāng)Ut 〉t2時(shí)，說明系統(tǒng)處于非寒冷季節(jié)；當(dāng)t。》
U寸，說明太陽能單獨(dú)制取熱水可滿足需求；當(dāng)t2〈t。ut〈ti時(shí)，說明單靠太陽能不
能滿足制取所需熱水要求。
本發(fā)明進(jìn)水管用三通閥9與熱水箱5和盤管換熱器A8相連接。在跨臨界二 氧化碳熱泵系統(tǒng)運(yùn)行階段，如圖1所示，三通閥A14的i、 g兩通道接通，補(bǔ)給 水先通過盤管換熱器A8加熱在進(jìn)入熱水箱頂部；在跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)沒 有運(yùn)行階段，三通閥A14的h、 g兩通道接通，補(bǔ)給水直接進(jìn)入熱水箱底部。
具體運(yùn)行方式如下
(1) 太陽能加熱系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水模式當(dāng)溫差控制器、溫度控制器檢測(cè)得A
t〉m、 t。ut〉 t,時(shí)，說明陽光充足，太陽能加熱系統(tǒng)可以有效工作且太陽能單獨(dú)制 取熱水可以滿足需求。此時(shí)，如圖所示，三通閥B14的a、 c兩通道接通，三通 閥C16的d、 e兩通道接通。同時(shí)溫度控制器控制跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)停止 運(yùn)行。于是實(shí)現(xiàn)太陽能加熱系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水。
(2) 太陽能加熱系統(tǒng)與跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)同時(shí)制取熱水模式當(dāng)溫差控 制器檢測(cè)得At〉m、但溫度控制器檢測(cè)得t2〈t。ut〈t,時(shí)，說明陽光充足，太陽能系統(tǒng)可以有效工作但不能滿足熱水需求。此時(shí)，如圖所示，三通閥B14的a、 c兩 通道接通，三通閥C16的d、 e兩通道接通。同時(shí)溫度控制器控制跨臨界二氧化 碳熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行。于是實(shí)現(xiàn)太陽能加熱系統(tǒng)與跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)同時(shí) 制取熱水。
(3) 跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水模式當(dāng)溫差控制器檢測(cè)得At〈m、 溫度控制器檢測(cè)得t。ut 〉t2時(shí)，說明陽光不足或沒有陽光，太陽能加熱系統(tǒng)無法 有效工作，但處于非寒冷季節(jié)。此時(shí)，溫差控制器控制泵B11停止運(yùn)行，太陽能 加熱系統(tǒng)停止運(yùn)行。同時(shí)溫差控制器控制跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行。于 是實(shí)現(xiàn)跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水。
(4) 冬季運(yùn)行模式當(dāng)溫度控制器檢測(cè)得t。ut "2時(shí)，說明處于寒冷季節(jié)，即 跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)容易結(jié)霜。當(dāng)溫差控制器檢測(cè)得At〉m時(shí)，說明陽光充 足，此時(shí)，如圖所示，三通閥B的a、 b兩通道接通，三通閥C的d、 f兩通道接 通，實(shí)現(xiàn)太陽能加熱系統(tǒng)給蒸發(fā)器2加熱除霜。則實(shí)現(xiàn)太陽能輔助加熱蒸發(fā)器而 跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)制取熱水。當(dāng)溫差控制器檢測(cè)得At〈m時(shí)，說明陽光不 充足，太陽能無法有效工作，此時(shí)開啟電加熱裝置加熱蒸發(fā)器除霜。從而滿足在 冬季環(huán)境低溫情況下，實(shí)現(xiàn)提供5CrC 9(TC的熱水。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，利用跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)輔助太陽能加熱系統(tǒng)供熱，并通過熱水循環(huán)系統(tǒng)相互連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，跨臨界二氧化碳 熱泵系統(tǒng)通過其蒸發(fā)器(2)與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器C(17)相連接，跨 臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)通過其氣體冷卻器(4)與熱水循環(huán)系統(tǒng)的盤管換熱器 A(8)相連接，熱水循環(huán)系統(tǒng)通過熱水箱(5)與太陽能加熱系統(tǒng)的盤管換熱器 B(15)相連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，可提供如下的四 種供熱方式太陽能加熱系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水、太陽能加熱系統(tǒng)與跨臨界二氧 化碳熱泵系統(tǒng)同時(shí)制取熱水、跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)單獨(dú)制取熱水、太陽 能或電加熱輔助加熱蒸發(fā)器跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)制取熱水。
4. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，跨臨界二氧化碳 熱泵系統(tǒng)包括用管道依次連接的節(jié)流閥(l)、蒸發(fā)器(2)、壓縮機(jī)(3)和氣體 冷卻器(4)。
5. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，熱水循環(huán)系統(tǒng)包 括用管道依次連接的熱水箱(5)、泵A(6)、止回閥A(7)、盤管換熱器A(8)， 及進(jìn)水三通閥A(9)和出水截止閥(10)。
6. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，太陽能加熱系統(tǒng) 包括用管道依次連接的泵B(ll)、止回閥B(12)、太陽能集熱器(13)、三通 閥B(14)、盤管換熱器B(15)、三通閥C(16)，及與盤管換熱器B(15)并聯(lián)的 盤管換熱器C(17)。
7. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，太陽能加熱系統(tǒng) 內(nèi)循環(huán)的工質(zhì)為乙二醇。
8. 如權(quán)利要求4所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，蒸發(fā)器上還裝有 電加熱融霜裝置。
9. 如權(quán)利要求5所述的環(huán)保、節(jié)能的供熱方法，其特征在于，在太陽能集熱器 的進(jìn)出口處還安裝有溫差控制器，在太陽能集熱器的出口處安裝有溫度控制器o
全文摘要
本發(fā)明涉及利用太陽能等自然資源進(jìn)行供熱的方法技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述的環(huán)保、節(jié)能的穩(wěn)定供熱方法，利用跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)輔助太陽能加熱系統(tǒng)供熱，并通過熱水循環(huán)系統(tǒng)相互連接。本發(fā)明能把跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)與太陽能熱水技術(shù)結(jié)合起來，提供四種制取熱水模式，可以滿足不同氣候區(qū)域的全年熱水供應(yīng)。即使在嚴(yán)寒地區(qū)，也可以制取50℃～90℃的熱水，保證了跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)在低溫下的穩(wěn)定運(yùn)行。更重要的是，本發(fā)明采用自然工質(zhì)二氧化碳以及可再生能源太陽能可以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的效果。
文檔編號(hào)F24J2/00GK101338955SQ200810043740
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者靜 呂, 周傳煜, 楊大章, 王偉峰 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)