一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱泵采暖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱泵采暖系統(tǒng)，旨在克服現(xiàn)有太陽能水源熱泵采暖系統(tǒng)水箱蓄熱能力不強，極端天氣時系統(tǒng)循環(huán)水易結(jié)冰、運行可靠性低等缺點。本實用新型采用相變蓄能水箱增加蓄熱能力，開發(fā)圓柱體相變單元強化換熱效果，采用雙蒸發(fā)器(水冷式蒸發(fā)器和風(fēng)冷式蒸發(fā)器)，在水箱蓄熱能力不足或陰冷天氣條件而導(dǎo)致水冷模式系統(tǒng)的能效值低于同工況下風(fēng)冷模式的能效值時，系統(tǒng)能切換至風(fēng)冷蒸發(fā)器模式以維持系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。本實用新型開發(fā)一套智能控制算法，根據(jù)系統(tǒng)能效和集熱器出水水溫進(jìn)行自動控制。該系統(tǒng)是一種技術(shù)可行，控制方便，節(jié)約運行費用，運行效率高的供熱系統(tǒng)。特別適用于氣候干燥，太陽能比較富余的區(qū)域。
【專利說明】
一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱泵采暖系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于土木工程類建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，中國經(jīng)濟迅速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，能源消耗量越來越大。為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，堅持走可持續(xù)發(fā)展的道路。在我國推行新能源以及新型節(jié)能材料的應(yīng)用已經(jīng)刻不容緩。
[0003]太陽能作為一種自然能源，以其儲量豐富且無污染性顯示了其獨特的優(yōu)勢，已被國際社會公認(rèn)為未來最具競爭力的能源之一。將太陽能利用與建筑節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，可以降低能源消耗，減少環(huán)境污染，是建筑節(jié)能的一個重要途徑。
[0004]相變儲能技術(shù)則是利用相變材料在相變過程中會吸收會釋放大量的潛熱的優(yōu)點來進(jìn)行能量儲存的技術(shù)，近些年，相變儲能技術(shù)在建筑節(jié)能和暖通空調(diào)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到重視。
[0005]熱栗系統(tǒng)是通過消耗一部分高品位的能源作為驅(qū)動能源，從低溫?zé)嵩次崃繉⑵涮嵘礁呶荒茉?，具有很高的能效比，將熱栗技術(shù)與太陽能技術(shù)有機結(jié)合能夠達(dá)到更加節(jié)能的目的，因此帶蓄熱水箱的太陽能水源熱栗系統(tǒng)在近些年得到了充分的研究。然而由于常規(guī)蓄熱水箱蓄熱能力較小，太陽能又具有不穩(wěn)定性和間歇性，當(dāng)太陽能強度不足時會造成水箱蓄存能力不足，造成系統(tǒng)較低的能效比。當(dāng)冬天室外溫度很低而水箱蓄熱能力不足時，如果繼續(xù)從水源熱栗取熱，則有可能造成系統(tǒng)循環(huán)水結(jié)冰，影響系統(tǒng)的正常使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于:為解決以上問題提出一種可行性高，控制方便，節(jié)約運行費用，運行效率高的供熱系統(tǒng)。
[0007]本實用新型所采用的技術(shù)方案是這樣的:
[0008]—種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，包括太陽能熱水系統(tǒng)和雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)，
[0009]所述太陽能熱水系統(tǒng)包括太陽能集熱器、第一循環(huán)水栗、第一截止閥、第二循環(huán)水栗、第二截止閥、第三截止閥、第七截止閥、第一調(diào)節(jié)閥、第四截止閥、相變蓄能水箱，所述太陽能集熱器、第一循環(huán)水栗、第一截止閥、第二循環(huán)水栗、第二截止閥、調(diào)節(jié)閥、第四截止閥依次連接形成環(huán)形的水循環(huán)系統(tǒng)。相變蓄能水箱一端連接第七截止閥，第七截止閥的另一端連接在第四截止閥與第一調(diào)節(jié)閥之間，相變蓄能水箱的另一端連接在第一截止閥與第二循環(huán)水栗之間;第三截止閥與第二循環(huán)水栗和第二截止閥串聯(lián)后的管路并聯(lián)；
[0010]所述雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)包括室外水冷蒸發(fā)器、風(fēng)冷蒸發(fā)器、壓縮機、風(fēng)冷冷凝器、節(jié)流閥、第五截止閥、第六截止閥；所述水冷蒸發(fā)器、第五截止閥、壓縮機、風(fēng)冷冷凝器和節(jié)流閥依次連接形成環(huán)形的熱栗循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)冷蒸發(fā)器和第六截止閥串聯(lián)后與水冷蒸發(fā)器和第五截止閥串聯(lián)后的管路并聯(lián)；
[0011]在所述風(fēng)冷蒸發(fā)器、風(fēng)冷冷凝器、水冷蒸發(fā)器和太陽能集熱器端均設(shè)置有溫度傳感器，該系統(tǒng)由智能控制器根據(jù)所述溫度傳感器所測得的溫度統(tǒng)一控制。
[0012]優(yōu)選地，所述相變蓄能水箱內(nèi)相變單元呈圓柱體結(jié)構(gòu)，能夠使熱水與相變材料換熱充分，充分利用了相變材料儲熱能力強的特點；且圓柱體相變單元的組成成分的相變溫度應(yīng)該與太陽能熱水系統(tǒng)在常規(guī)天氣時的水溫相適應(yīng)，通常為50度左右。
[0013]優(yōu)選地，所述第一調(diào)節(jié)閥為可以控制流量的電動比例調(diào)節(jié)閥；所述第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥、第五截止閥、第六截止閥、第七截止閥均為電磁閥。
[0014]優(yōu)選地，所述太陽能熱水系統(tǒng)中的熱媒為鹽水或添加了防凍液的水。
[0015]與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0016]將圓柱體相變蓄熱單元放置于太陽能水源熱栗熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的蓄水箱中，使相變材料能夠與系統(tǒng)中的循環(huán)水進(jìn)行充分換熱，有效利用了相變材料儲熱能力強的特點來克服太陽能的不穩(wěn)定性和間歇性。并且系統(tǒng)中的各種閥門及設(shè)備均由自控裝置根據(jù)循環(huán)水溫度進(jìn)行統(tǒng)一控制，實現(xiàn)了控制智能化，使系統(tǒng)大部分時間保持高效運行，大大節(jié)約了運行能耗。此外，熱栗系統(tǒng)還采用雙蒸發(fā)器，由自控裝置根據(jù)COP和水溫控制切換運行模式，最大程度節(jié)約能耗。特殊天氣下采用風(fēng)冷蒸發(fā)器，避免水源熱栗在極端工況下結(jié)冰，大大增大了系統(tǒng)運行可靠性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖中標(biāo)記:1、太陽能集熱器;2、第一循環(huán)水栗;3、第二循環(huán)水栗;4、相變蓄能水箱；41、相變單元;5、水冷蒸發(fā)器;6、風(fēng)冷蒸發(fā)器;7、壓縮機;8、風(fēng)冷冷凝器;9、節(jié)流閥；10、第一截止閥；11、第四截止閥；12、第七截止閥；13、第一調(diào)節(jié)閥；14、第二截止閥；15、第三截止閥；16、第五截止閥；17、第六截止閥；
[0019]圖2為本實用新型相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3為本實用新型相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)的相變儲能模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本實用新型的技術(shù)方案。
[0022]如圖1-2所示，一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，包括太陽能熱水系統(tǒng)和雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)，所述太陽能熱水系統(tǒng)包括太陽能集熱器1、第一循環(huán)水栗2、第一截止閥1、第二循環(huán)水栗3、第二截止閥14、第三截止閥15、第七截止閥12、第一調(diào)節(jié)閥13、第四截止閥11、相變蓄能水箱4，所述太陽能集熱器1、第一循環(huán)水栗2、第一截止閥10、第二循環(huán)水栗3、第二截止閥14、調(diào)節(jié)閥13、第四截止閥11依次連接形成環(huán)形的水循環(huán)系統(tǒng)。相變蓄能水箱4 一端連接第七截止閥12，第七截止閥12的另一端連接在第四截止閥11與第一調(diào)節(jié)閥13之間，相變蓄能水箱4的另一端連接在第一截止閥10與第二循環(huán)水栗3之間；第三截止閥15與第二循環(huán)水栗3和第二截止閥14串聯(lián)后的管路并聯(lián)；
[0023]所述雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)包括室外水冷蒸發(fā)器5、風(fēng)冷蒸發(fā)器6壓縮機7、風(fēng)冷冷凝器8、節(jié)流閥9、第五截止閥16、第六截止閥17;所述水冷蒸發(fā)器5、第五截止閥16、壓縮機7、風(fēng)冷冷凝器8和節(jié)流閥9依次連接形成環(huán)形的熱栗循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)冷蒸發(fā)器6和第六截止閥17串聯(lián)后與水冷蒸發(fā)器5和第五截止閥16串聯(lián)后的管路并聯(lián)；
[0024]在所述風(fēng)冷蒸發(fā)器6、風(fēng)冷冷凝器8、水冷蒸發(fā)器5和太陽能集熱器I端均設(shè)置有溫度傳感器，該系統(tǒng)由智能控制器根據(jù)所述溫度傳感器所測得的溫度統(tǒng)一控制。
[0025]檢測風(fēng)冷蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)口溫度T1、風(fēng)冷冷凝器回風(fēng)口溫度T2、水冷蒸發(fā)器進(jìn)水口溫度T3，太陽能集熱器出水口溫度T4，水冷蒸發(fā)器出水口溫度!^，計算風(fēng)冷蒸發(fā)器模式和水冷蒸發(fā)器模式的COP值，優(yōu)先選擇COP較高的模式運行。
[0026]當(dāng)白天太陽能比較充足，采用水冷蒸發(fā)器模式時，太陽能集熱器I出水口溫度T4較高，此處溫度傳感器測得后反饋給智能控制器，當(dāng)此溫度值高于相變溫度!^時，大循環(huán)啟動，即除第二截止閥14和第六截止閥17關(guān)閉外，其余截止閥全開啟。第一循環(huán)水栗2啟動，第二循環(huán)水栗3關(guān)閉，循環(huán)水在第一循環(huán)水栗2的驅(qū)動作用下從太陽能集熱器I流出到達(dá)分流點a，此時智能控制器會根據(jù)水冷蒸發(fā)器出口水溫!^控制第一調(diào)節(jié)閥13對進(jìn)入兩條支路的流量比例進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)夜晚或者陰雨天日照強度不足時，太陽能集熱器I的出水口溫度T4較低，當(dāng)?shù)陀谙嘧儨囟萒stJt，開啟閥門第一截止閥10、第四截止閥11、第三截止閥15、第五截止閥16，關(guān)閉閥門第七截止閥12、第二截止閥14、第六截止閥17;第一循環(huán)水栗2關(guān)閉，第二循環(huán)水栗3開啟。智能控制器檢測水冷蒸發(fā)器出口水溫T5，控制第一調(diào)節(jié)閥13，實現(xiàn)水冷蒸發(fā)器供水量隨動調(diào)節(jié)。
[0027]當(dāng)白天太陽能不足或夜間相變儲能水箱供熱量不足時，采用水冷蒸發(fā)器模式系統(tǒng)COP值會降低，當(dāng)其低于當(dāng)前工況下風(fēng)冷蒸發(fā)器模式的COP值時，關(guān)閉閥門第一截止閥10、第四截止閥11、第七截止閥12、第二截止閥14、第三截止閥15、第五截止閥16，第一循環(huán)水栗2、第二循環(huán)水栗3均關(guān)閉；第六截止閥17開啟，將室外蒸發(fā)器切換成風(fēng)冷蒸發(fā)器6，即將系統(tǒng)切換成風(fēng)冷蒸發(fā)器模式，以保證整個系統(tǒng)的高效運行。
[0028]此外當(dāng)極端天氣(連續(xù)較長時間無日照)出現(xiàn)時，太陽能集熱器I出水口溫度T4很低，當(dāng)?shù)陀谀嘲踩O(shè)置溫度時，關(guān)閉閥門第一截止閥10、第四截止閥11、第七截止閥12、第二截止閥14、第三截止閥15、第五截止閥16，第一循環(huán)水栗2、第二循環(huán)水栗3均關(guān)閉；第六截止閥17開啟，將室外蒸發(fā)器切換成風(fēng)冷蒸發(fā)器6，即將系統(tǒng)切換成風(fēng)冷蒸發(fā)器模式，以保證整個系統(tǒng)的高效運行;所述安全設(shè)置溫度具體數(shù)值必須根據(jù)實際運行時測試數(shù)據(jù)分析得到。
[0029]參見圖3，本實用新型采用的相變材料為圓柱體相變單元，以便熱水與相變材料充分換熱。當(dāng)日照充足時，熱水從水箱下部進(jìn)人相變蓄熱水箱4再從上部流出；當(dāng)日照不足時，熱水從水箱上部進(jìn)入水箱與圓柱形相變單元換熱后從下部流出。
[0030]本實用新型將相變蓄能裝置加入相變水箱，應(yīng)用到了太陽能熱栗采暖系統(tǒng)中，并且采用了雙蒸發(fā)器系統(tǒng)根據(jù)不能模式下系統(tǒng)的能耗系數(shù)選擇運行模式，節(jié)約能耗。同時能避免極端天氣時系統(tǒng)供熱效果不佳造成的熱不舒適，確保系統(tǒng)運行的安全可靠。采用了與太陽能熱水系統(tǒng)水溫相適應(yīng)的相變材料作為相變材料，并制成圓柱體相變單元，充分利用了相變材料儲能效率高的特性。并且將系統(tǒng)中的各項閥門和設(shè)備與自動控制系統(tǒng)結(jié)合，以此實現(xiàn)了智能控制。系統(tǒng)始終在最佳性能模式下運行，相比純風(fēng)冷熱栗系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的平均C0P，相比普通太陽能水源熱栗系統(tǒng)，由于相變儲能水箱較高的蓄熱能力，可以在夜間或日照不太充足的時候依然使系統(tǒng)中的水保持較高的溫度，使系統(tǒng)絕大部分時間處于高效運行狀態(tài)，并且避免了極端天氣下水源熱栗結(jié)冰，提升了系統(tǒng)運行的可靠性。
【主權(quán)項】
1.一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，其特征在于:包括太陽能熱水系統(tǒng)和雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)， 所述太陽能熱水系統(tǒng)包括太陽能集熱器、第一循環(huán)水栗、第一截止閥、第二循環(huán)水栗、第二截止閥、第三截止閥、第七截止閥、第一調(diào)節(jié)閥、第四截止閥、相變蓄能水箱，所述太陽能集熱器、第一循環(huán)水栗、第一截止閥、第二循環(huán)水栗、第二截止閥、調(diào)節(jié)閥、第四截止閥依次連接形成環(huán)形的水循環(huán)系統(tǒng);相變蓄能水箱一端連接第七截止閥，第七截止閥的另一端連接在第四截止閥與第一調(diào)節(jié)閥之間，相變蓄能水箱的另一端連接在第一截止閥與第二循環(huán)水栗之間；第三截止閥與第二循環(huán)水栗和第二截止閥串聯(lián)后的管路并聯(lián)； 所述雙蒸發(fā)器熱栗采暖系統(tǒng)包括室外水冷蒸發(fā)器、風(fēng)冷蒸發(fā)器、壓縮機、風(fēng)冷冷凝器、節(jié)流閥、第五截止閥、第六截止閥；所述水冷蒸發(fā)器、第五截止閥、壓縮機、風(fēng)冷冷凝器和節(jié)流閥依次連接形成環(huán)形的熱栗循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)冷蒸發(fā)器和第六截止閥串聯(lián)后與水冷蒸發(fā)器和第五截止閥串聯(lián)后的管路并聯(lián)； 在所述風(fēng)冷蒸發(fā)器、風(fēng)冷冷凝器、水冷蒸發(fā)器和太陽能集熱器端均設(shè)置有溫度傳感器，該系統(tǒng)由智能控制器根據(jù)所述溫度傳感器所測得的溫度統(tǒng)一控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，其特征在于:所述相變蓄能水箱內(nèi)相變單元呈圓柱體結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，其特征在于:所述第一調(diào)節(jié)閥為可以控制流量的電動比例調(diào)節(jié)閥;所述第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥、第五截止閥、第六截止閥、第七截止閥均為電磁閥。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲能雙蒸發(fā)器太陽能熱栗采暖系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能熱水系統(tǒng)中的熱媒為鹽水或添加了防凍液的水。
【文檔編號】F24J2/46GK205641103SQ201620490469
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】張泉, 沙正勇, 凌偉, 崔兵, 吳東波, 王加強
【申請人】香江科技股份有限公司