一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，包括：太陽能集熱器、乙二醇環(huán)路、水環(huán)路a、水-醇換熱器、蓄熱水池、水環(huán)路b、水-水熱泵、水-水換熱器、水環(huán)路c、空氣源熱泵、供暖空調(diào)末端；蓄熱水池設置在地面以下，蓄熱水池的體積適合在地質(zhì)條件不能使用土壤源蓄熱的地區(qū)使用。其有益效果是:實現(xiàn)采用太陽能、空氣源熱泵、水源熱泵及蓄熱水池，為建筑采暖提供清潔能源，以及緩解能源枯竭、減少污染排放和應用氣候變化。
【專利說明】一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能熱利用領域，特別是一種能夠?qū)⑻柲苻D換為熱能后存儲起來的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]由于我國的地理位置與氣候特點，絕大部分建筑都需要使用供暖空調(diào)系統(tǒng)，城市建筑的快速發(fā)展給地源熱泵系統(tǒng)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應用帶來了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?jù)統(tǒng)計，建筑能耗在我國能源總消費中所占的比例已經(jīng)達到27.6%，且仍持續(xù)增長。目前我國城鎮(zhèn)民用建筑運行耗電占我國總發(fā)電量的25%左右，北方地區(qū)城鎮(zhèn)供暖消耗的燃煤占我國非發(fā)電用煤量的15%?20%，這些數(shù)值僅為建筑運行所消耗的能源。
[0003]建筑物使用過程消耗的能源占其全生命過程消耗總能源的80%以上?，F(xiàn)在中國城鎮(zhèn)建筑運行能耗由北方地區(qū)冬季采暖能耗、住宅和一般公共建筑除采暖外的能耗、大型公共建筑能耗構成，占社會總能耗的20%?22%。建筑能耗受單位面積能耗和建筑總量影響，隨著建筑總量的增加而增加。在美國、歐洲和日本等發(fā)達國家，建筑運行能耗水平已經(jīng)處于制造大國時期的20%?25%。
[0004]在建筑能耗中，暖通空調(diào)與熱水系統(tǒng)所占的比例接近60%，而且隨著人民生活水平的提高還有繼續(xù)上升的趨勢。
[0005]嚴寒地區(qū)冬季供暖期長、熱負荷很大，而夏季空調(diào)期相對較短，冷負荷較小，土壤的平均溫度較低，在我國有些地區(qū)的地質(zhì)條件不適合甚至無法使用土壤源熱泵系統(tǒng)進行供暖、空調(diào)。而單獨使用空氣源熱泵也不能滿足在嚴寒采暖季的供熱需求。
[0006]目前，我國大部分的建筑供暖的能量來源為燃燒化石能源，使碳排放增加，環(huán)境污染和氣候變化進一步加劇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決地質(zhì)條件不適用使用土壤源熱泵、常規(guī)的空氣源熱泵系統(tǒng)在嚴寒地區(qū)難以應用，以及緩解能源枯竭、減少污染排放和應用氣候變化等問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:本發(fā)明提供一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，包括:太陽能集熱器、乙二醇環(huán)路、水環(huán)路a、水-醇換熱器、蓄熱水池、水環(huán)路b、水-水熱泵、水-水換熱器、水環(huán)路C、空氣源熱泵、供暖空調(diào)末端；蓄熱水池設置在地面以下，蓄熱水池的體積適合在地質(zhì)條件不能使用土壤源蓄熱的地區(qū)使用；太陽能集熱器通過乙二醇環(huán)路連通水-醇換熱器，組成環(huán)形通路；水-醇換熱器通過水環(huán)路a與蓄熱水池連通，組成水循環(huán)通路；蓄熱水池、水-水熱泵、水-水換熱器通過水環(huán)路a相互連通；水-水熱泵、水-水換熱器、空氣源熱泵、供暖空調(diào)末端通過水環(huán)路c相互連通；供暖空調(diào)末端采用風機盤管或者地板輻射盤管。
[0008]本發(fā)明提供一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)在一年中不同階段有以下幾種運行方式: 太陽能-水池蓄熱模式:非供暖期、供暖期系統(tǒng)停止供暖或者是供暖期系統(tǒng)運行空氣源熱泵進行供暖時，太陽能集熱器通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路、水-醇換熱器和水環(huán)路a，將熱量傳送到蓄熱水池中儲存，待夜間或者是陰雨天時，空氣源熱泵性能較差時，利用水-水熱泵進行供暖。
[0009]蓄熱水池直接供暖模式:根據(jù)蓄熱水池內(nèi)溫度分層現(xiàn)象，供暖時從蓄熱水池上層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池下層水位；供冷時從蓄熱水池下層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池上層水位；水池直接供暖模式運行在供暖剛開始時，此時蓄熱水池由于季節(jié)性蓄熱作用，水溫較高，可以直接用于供暖；水池直接供冷運行在系統(tǒng)剛開始供冷時，此時蓄熱水池內(nèi)水由于冬季供暖的取熱作用，水溫較低，可以直接用于供冷；蓄熱水池中的熱量通過水環(huán)路b、水-水換熱器、水環(huán)路c傳送至供暖空調(diào)末端。
[0010]水源熱泵供暖模式；運行在供暖的中期，空氣源熱泵性能低下時，或者是供暖末期蓄熱水池內(nèi)溫度依然較高時，或者在水-水熱泵在空調(diào)期內(nèi)蓄熱水池溫度較高，蓄熱水池直接供冷難以保證空調(diào)需求時；蓄熱水池中的熱量通過水環(huán)路b、水-水熱泵、水環(huán)路c傳送至供暖空調(diào)末端。
[0011]空氣源熱泵供暖模式:當供暖初期室外溫度還相對較高時，可以利用空氣源熱泵進行供暖；在夏季當蓄熱水池內(nèi)溫度較高，水-水熱泵供冷COP值較低時，運行空氣源熱泵進行供冷；熱量通過水環(huán)路C在空氣源熱泵與供暖空調(diào)末端之間傳送。
[0012]空氣源熱泵供冷的同時進行太陽能-水池蓄熱:當室外溫度相對較高且太陽能集熱器有效集熱時運行該模式；太陽能集熱器通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路、水-醇換熱器和水環(huán)路a，將熱量傳送到蓄熱水池中儲存；同時，冷量通過水環(huán)路c在空氣源熱泵與供暖空調(diào)末端之間傳送。
[0013]水源熱泵供暖、太陽能-水池蓄熱:當室外氣溫較低，空氣源熱泵運行效果較差時，若蓄熱水池內(nèi)水溫也較低，不足以達到直接供暖的要求，同時太陽能集熱器有效集熱時，運行該模式；太陽能集熱器通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路、水-醇換熱器和水環(huán)路a，將熱量傳送到蓄熱水池中儲存；蓄熱水池中的熱量通過水環(huán)路b、水-水熱泵、水環(huán)路c傳送至供暖空調(diào)末端。
[0014]水池直接供暖同時進行太陽能-水池蓄熱模式:當蓄熱水池內(nèi)的溫度較高，達到直接供冷的要求，若此時太陽能集熱器有效集熱，運行該模式；太陽能集熱器通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路、水-醇換熱器和水環(huán)路a，將熱量傳送到蓄熱水池中儲存；蓄熱水池中的熱量通過水環(huán)路b、水-水換熱器、水環(huán)路c傳送至供暖空調(diào)末端。
[0015]本發(fā)明提供的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其有益效果是:在不適用使用土壤源熱泵、常規(guī)的空氣源熱泵系統(tǒng)在嚴寒地區(qū)難以應用的地區(qū)，實現(xiàn)采用太陽能、空氣源熱泵、水源熱泵及蓄熱水池，為建筑采暖提供清潔能源，以及緩解能源枯竭、減少污染排放和應用氣候變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結構原理示意圖。
[0017]圖中標號說明如下:
10-太陽能集熱器、11-乙二醇環(huán)路、12水環(huán)路a、60-水-醇換熱器、20-蓄熱水池、21-水環(huán)路b、30-水-水熱泵、70-水-水換熱器、31-水環(huán)路c、40-空氣源熱泵、50-供暖
空調(diào)末端。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，包括:太陽能集熱器10、乙二醇環(huán)路11、水環(huán)路al2、水-醇換熱器60、蓄熱水池20、水環(huán)路b21、水-水熱泵30、水-水換熱器70、水環(huán)路c31、空氣源熱泵40、供暖空調(diào)末端50 ；
蓄熱水池20設置在地面以下，蓄熱水池20的體積相對較小，適合在地質(zhì)條件不能使用土壤源蓄熱的地區(qū)使用。
[0019]太陽能集熱器10通過乙二醇環(huán)路11連通水-醇換熱器60，組成環(huán)形通路；水-醇換熱器60通過水環(huán)路al2與蓄熱水池20連通，組成水循環(huán)通路。
[0020]蓄熱水池20、水-水熱泵30、水-水換熱器70通過水環(huán)路al2相互連通；水-水熱泵30、水-水換熱器70、空氣源熱泵40、供暖空調(diào)末端50通過水環(huán)路c31相互連通；供暖空調(diào)末端50采用風機盤管或者地板輻射盤管。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)在一年中不同階段有以下幾種運行方式:
太陽能-水池蓄熱模式:非供暖期、供暖期系統(tǒng)停止供暖或者是供暖期系統(tǒng)運行空氣源熱泵進行供暖時，太陽能集熱器10通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路11、水-醇換熱器60和水環(huán)路al2，將熱量傳送到蓄熱水池20中儲存，待夜間或者是陰雨天時，空氣源熱泵40性能較差時，利用水-水熱泵30進行供暖。
[0022]蓄熱水池直接供暖模式:根據(jù)蓄熱水池20內(nèi)溫度分層現(xiàn)象，供暖時從蓄熱水池20上層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池20下層水位；供冷時從蓄熱水池20下層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池20上層水位；水池直接供暖模式運行在供暖剛開始時，此時蓄熱水池20由于季節(jié)性蓄熱作用，水溫較高，可以直接用于供暖；水池直接供冷運行在系統(tǒng)剛開始供冷時，此時蓄熱水池20內(nèi)水由于冬季供暖的取熱作用，水溫較低，可以直接用于供冷；蓄熱水池20中的熱量通過水環(huán)路b21、水-水換熱器70、水環(huán)路c31傳送至供暖空調(diào)末端50。
[0023]水源熱泵供暖模式；運行在供暖的中期，空氣源熱泵40性能低下時，或者是供暖末期蓄熱水池20內(nèi)溫度依然較高時，或者在水-水熱泵30在空調(diào)期內(nèi)蓄熱水池20溫度較高，蓄熱水池20直接供冷難以保證空調(diào)需求時；蓄熱水池20中的熱量通過水環(huán)路b21、水-水熱泵30、水環(huán)路c31傳送至供暖空調(diào)末端50。
[0024]空氣源熱泵供暖模式:當供暖初期室外溫度還相對較高時，可以利用空氣源熱泵40進行供暖；在夏季當蓄熱水池20內(nèi)溫度較高，水-水熱泵30供冷COP值較低時，運行空氣源熱泵40進行供冷；熱量通過水環(huán)路c31在空氣源熱泵40與供暖空調(diào)末端50之間傳送。
[0025]空氣源熱泵供冷的同時進行太陽能-水池蓄熱:當室外溫度相對較高且太陽能集熱器10有效集熱時運行該模式；太陽能集熱器10通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路11、水-醇換熱器60和水環(huán)路al2，將熱量傳送到蓄熱水池20中儲存；同時，冷量通過水環(huán)路c31在空氣源熱泵40與供暖空調(diào)末端50之間傳送。[0026]水源熱泵供暖、太陽能-水池蓄熱:當室外氣溫較低，空氣源熱泵40運行效果較差時，若蓄熱水池20內(nèi)水溫也較低，不足以達到直接供暖的要求，同時太陽能集熱器10有效集熱時，運行該模式；太陽能集熱器10通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路11、水-醇換熱器60和水環(huán)路al2，將熱量傳送到蓄熱水池20中儲存；蓄熱水池20中的熱量通過水環(huán)路b21、水-水熱泵30、水環(huán)路c31傳送至供暖空調(diào)末端50。
[0027]水池直接供暖同時進行太陽能-水池蓄熱模式:當蓄熱水池內(nèi)的溫度較高，達到直接供冷的要求，若此時太陽能集熱器10有效集熱，運行該模式；太陽能集熱器10通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路11、水-醇換熱器60和水環(huán)路al2，將熱量傳送到蓄熱水池20中儲存；蓄熱水池20中的熱量通過水環(huán)路b21、水-水換熱器70、水環(huán)路c31傳送至供暖空調(diào)末端50。
【權利要求】
1.一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，包括:太陽能集熱器(10)、乙二醇環(huán)路(11)、水環(huán)路a(12)、水-醇換熱器(60)、蓄熱水池(20)、水環(huán)路b (21)、水-水熱泵(30)、水-水換熱器(70)、水環(huán)路c (31)、空氣源熱泵(40)、供暖空調(diào)末端(50)；其特征在于:蓄熱水池(20)設置在地面以下；太陽能集熱器(10)通過乙二醇環(huán)路(11)連通水-醇換熱器(60)，組成環(huán)形通路；水-醇換熱器(60)通過水環(huán)路a (12)與蓄熱水池(20)連通，組成水循環(huán)通路；蓄熱水池(20)、水-水熱泵(30)、水-水換熱器(70)通過水環(huán)路a(12)相互連通；水-水熱泵(30)、水-水換熱器(70)、空氣源熱泵(40)、供暖空調(diào)末端(50)通過水環(huán)路c (31)相互連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:在非供暖期、供暖期系統(tǒng)停止供暖或者是供暖期系統(tǒng)運行空氣源熱泵進行供暖時，太陽能集熱器(10)通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路(11)、水-醇換熱器(60)和水環(huán)路a (12)，將熱量傳送到蓄熱水池(20)中儲存，待夜間或者是陰雨天時，空氣源熱泵(40)性能較差時，利用水-水熱泵(30)進行供暖。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)蓄熱水池(20)內(nèi)溫度分層現(xiàn)象，供暖時從蓄熱水池(20)上層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池(20)下層水位；供冷時從蓄熱水池(20)下層水位取水，將換熱后的水排至蓄熱水池(20)上層水位；水池直接供暖模式運行在供暖剛開始時，此時蓄熱水池(20)由于季節(jié)性蓄熱作用，水溫較高，可以直接用于供暖；水池直接供冷運行在系統(tǒng)剛開始供冷時，此時蓄熱水池(20)內(nèi)水由于冬季供暖的取熱作用，水溫較低，可以直接用于供冷；蓄熱水池(20)中的熱量通過水環(huán)路b (21)、水-水換熱器(70)、水環(huán)路c(31)傳送至供暖空調(diào)末端(50)。
4.根據(jù)權利要求1所 述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:運行在供暖的中期，空氣源熱泵(40)性能低下時，或者是供暖末期蓄熱水池(20)內(nèi)溫度依然較高時，或者在水-水熱泵(30)在空調(diào)期內(nèi)蓄熱水池(20)溫度較高，蓄熱水池(20)直接供冷難以保證空調(diào)需求時；蓄熱水池(20)中的熱量通過水環(huán)路b (21)、水-水熱泵(30)、水環(huán)路c (31)傳送至供暖空調(diào)末端(50);當供暖初期室外溫度還相對較高時，可以利用空氣源熱泵(40)進行供暖；在夏季當蓄熱水池(20)內(nèi)溫度較高，水-水熱泵(30)供冷COP值較低時，運行空氣源熱泵(40)進行供冷；熱量通過水環(huán)路c (31)在空氣源熱泵(40)與供暖空調(diào)末端(50)之間傳送。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:當室外溫度相對較高且太陽能集熱器(10)有效集熱時，太陽能集熱器(10)通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路(11)、水-醇換熱器(60)和水環(huán)路a(12)，將熱量傳送到蓄熱水池(20)中儲存；同時，冷量通過水環(huán)路c (31)在空氣源熱泵(40)與供暖空調(diào)末端(50)之間傳送。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:當室外氣溫較低，空氣源熱泵(40)運行效果較差時，若蓄熱水池(20)內(nèi)水溫也較低，不足以達到直接供暖的要求，同時太陽能集熱器(10)有效集熱時，太陽能集熱器(10)通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路(11)、水-醇換熱器(60)和水環(huán)路a (12)，將熱量傳送到蓄熱水池(20)中儲存；蓄熱水池(20)中的熱量通過水環(huán)路b (21)、水-水熱泵(30)、水環(huán)路C (31)傳送至供暖空調(diào)末端(50)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種采用太陽能蓄熱水池及熱泵的復合供暖空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:當蓄熱水池內(nèi)的溫度較高，達到直接供冷的要求，太陽能集熱器(10)有效集熱，太陽能集熱器(10)通過收集太陽熱量，通過乙二醇環(huán)路(11)、水-醇換熱器(60)和水環(huán)路a(12)，將熱量傳送到蓄熱水池(20)中儲存；蓄熱水池(20)中的熱量通過水環(huán)路b (21)、水-水換熱器(70)、 水環(huán)路c (31)傳送至供暖空調(diào)末端(50)。
【文檔編號】F25B27/00GK103644591SQ201310708498
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】林閩, 李衛(wèi)華, 張艷紅, 熱孜望, 阿不來提, 韓宇 申請人:新疆維吾爾自治區(qū)新能源研究所