本發(fā)明涉及一種太陽能儲熱系統(tǒng)及其使用方法，特別是涉及一種太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)及其除霜方法。

背景技術(shù)：

空氣源熱泵是近年來全世界倍受關(guān)注的節(jié)能技術(shù)，歐盟、日本等國家早已將其列入可再生能源技術(shù)，美國能源部將空氣源熱泵應(yīng)用列為21世紀(jì)最具節(jié)能潛力的15項空調(diào)技術(shù)措施之一，我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年正式將其納入可再生能源利用技術(shù)范疇，空氣源熱泵已成為我國重要的建筑能源形式，并廣泛用于我國寒冷和夏熱冬冷地區(qū)，目前空氣源熱泵已在京津冀地區(qū)“煤改電”中廣泛應(yīng)用，可見空氣源熱泵作為高效的可再生能源利用技術(shù)，在我國具有廣闊的應(yīng)用空間和價值，空氣源熱泵以環(huán)境空氣為低溫?zé)嵩?，我國gb12021.3-2010等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其在名義工況(室外環(huán)境空氣的干球溫度7℃，濕球溫度6℃)下運行時，每消耗1度電，應(yīng)從環(huán)境空氣中吸取1.9-2.6倍的低位熱量，并為用戶提供2.9-3.6倍的高位熱量，目前在名義工況下，空氣源熱泵的性能令人滿意，但在冬季夜晚實際運行過程中，由于室外環(huán)境溫度經(jīng)常低于0℃，導(dǎo)致室外換熱器表面會出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，尤其是在冬季氣候潮濕地區(qū)，空氣中濕度大，結(jié)霜容易，空氣源熱泵面臨頻繁結(jié)霜的問題，不僅造成換熱效果不好，而且除霜導(dǎo)致耗能增加，嚴(yán)重制約了空氣源熱泵在我國的應(yīng)用與發(fā)展，目前空氣源熱泵除霜最成熟的技術(shù)就是反向除霜，即通過四通換向閥轉(zhuǎn)換制熱流程，將室內(nèi)換熱器作為蒸發(fā)器，室外換熱器作為冷凝器，工質(zhì)在室內(nèi)蒸發(fā)吸收室內(nèi)空氣的高溫?zé)崮埽?jīng)過壓縮機升壓升溫以后，在室外的換熱器中冷凝放熱來融化換熱器表面的結(jié)霜，這種方法需要消耗大量的室內(nèi)熱量進(jìn)行室外換熱器的除霜，而且頻繁的除霜會造成室內(nèi)供熱不足，導(dǎo)致建筑能耗大幅增加，也就導(dǎo)致空氣源熱泵節(jié)能減排效果降低，優(yōu)勢降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)及其除霜方法，其可以利用清潔、可再生的太陽能全天候快速高效除霜，降低系統(tǒng)能耗，滿足極端天氣下的除霜需求，保證供暖舒適性，更好的服務(wù)于北方“煤改電”。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)，其包括太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)、高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)、空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)包括儲熱泵、儲熱管道、太陽能集熱器，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)包括高溫相變大容量儲熱器、除霜管道、除霜泵、室外蒸發(fā)器，室外蒸發(fā)器包含蒸發(fā)除霜管排，蒸發(fā)除霜管排包括內(nèi)蒸發(fā)管排、除霜管排、外蒸發(fā)管排，空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)包括室內(nèi)冷凝器、補氣增焓壓縮機、室外蒸發(fā)器、主回路管道、主回路節(jié)流閥、經(jīng)濟(jì)器、旁路管道、旁路節(jié)流閥，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)與高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)之間通過高溫相變大容量儲熱器連接，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)與空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)之間通過室外蒸發(fā)器連接，儲熱泵、太陽能集熱器和高溫相變大容量儲熱器通過儲熱管道依次連接，高溫相變大容量儲熱器、除霜泵和室外蒸發(fā)器通過除霜管道依次連接，除霜管道通過室外蒸發(fā)器中的蒸發(fā)除霜管排中的除霜管排與室外蒸發(fā)器相連，室內(nèi)冷凝器、經(jīng)濟(jì)器、主回路節(jié)流閥、室外蒸發(fā)器和補氣增焓壓縮機通過主回路管道依次連接，主回路管道通過室外蒸發(fā)器中的蒸發(fā)除霜管排中的內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排與室外蒸發(fā)器相連，室內(nèi)冷凝器、旁路節(jié)流閥、經(jīng)濟(jì)器和補氣增焓壓縮機通過旁路管道依次連接，室外蒸發(fā)器中包含蒸發(fā)除霜管排，除霜管排被安置在內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排之間交替排列。

優(yōu)選地，所述高溫相變大容量儲熱器有效儲存太陽能集熱器所聚集的清潔可再生能源。

優(yōu)選地，所述高溫相變大容量儲熱器進(jìn)行太陽能的大量存儲與釋放。

優(yōu)選的，所述空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)使用的是補氣增焓熱泵系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述室外蒸發(fā)器中的內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中間安裝有除霜管排，管道成等邊三角形排列。

本發(fā)明還提供一種太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)的除霜方法，其包括以下步驟：

步驟一：有太陽時，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)工作，儲熱泵通過儲熱管道將來自高溫相變大容量儲熱器的低溫傳熱工質(zhì)持續(xù)的輸送到太陽能集熱器；

步驟二：太陽能集熱器吸收來自太陽的熱能，并將吸收的太陽能傳遞到低溫傳熱工質(zhì)上，低溫傳熱工質(zhì)在太陽能集熱器處大量地吸收太陽能后變成高溫傳熱工質(zhì)，并在儲熱泵的輸送下通過儲熱管道返回高溫相變大容量儲熱器中；

步驟三：高溫相變大容量儲熱器中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生相變將來自高溫傳熱工質(zhì)的大量熱量存儲起來，高溫傳熱工質(zhì)降溫變成低溫傳熱工質(zhì)再由儲熱泵通過儲熱管道輸送到太陽能集熱器中形成一個太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)；

步驟四：空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行供熱時，補氣增焓壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體通過主回路管道流入室內(nèi)冷凝器中；

步驟五：高溫高壓制冷劑氣體在室內(nèi)冷凝器中冷凝放熱，將熱量釋放到室內(nèi)用于供熱，冷凝后在室內(nèi)冷凝器中形成低溫高壓制冷劑液體，室內(nèi)冷凝器中的低溫高壓制冷劑液體一部分通過主回路管道流入經(jīng)濟(jì)器，另一部分通過旁路管道先流經(jīng)旁路節(jié)流閥降壓后變成制冷劑氣液混合物后也流入經(jīng)濟(jì)器；

步驟六：通過主回路管道流入經(jīng)濟(jì)器的低溫高壓制冷劑液體與通過旁路管道流入經(jīng)濟(jì)器的制冷劑氣液混合物進(jìn)行熱交換，旁路管道中的制冷劑氣液混合物在經(jīng)濟(jì)器中吸熱變?yōu)橹评鋭怏w，通過旁路管道流入補氣增焓壓縮機的中壓腔內(nèi)，主回路管道中的低溫高壓制冷劑液體在經(jīng)濟(jì)器中放熱變?yōu)檫^冷的制冷劑液體；

步驟七：過冷的制冷劑液體流經(jīng)主回路節(jié)流閥降壓后通過主回路管道進(jìn)入室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排的內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中，制冷劑液體在內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中吸收低溫環(huán)境中的熱量蒸發(fā)變?yōu)榈蛪簹怏w，低壓氣體通過主回路管道被補氣增焓壓縮機吸入壓縮，在被壓縮進(jìn)入中壓腔時和通過旁路管道流入補氣增焓壓縮機中壓腔內(nèi)的制冷劑氣體混合，進(jìn)一步被壓縮以后變成高溫高壓制冷劑氣體被補氣增焓壓縮機通過主回路管道排入室內(nèi)冷凝器中，形成一個空氣源熱泵系統(tǒng)供熱循環(huán)；

步驟八：在極端天氣條件下，空氣源熱泵系統(tǒng)供熱時，會在室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排表面結(jié)霜，這時空氣源熱泵系統(tǒng)停止供熱，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)工作；

步驟九：高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)開始進(jìn)行除霜工作，高溫相變大容量儲熱器中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生相變將存儲的熱量釋放出來，由除霜泵通過除霜管道將高溫除霜工質(zhì)輸送到蒸發(fā)器中的除霜排管，放熱溫度可以達(dá)到80℃以上；

步驟十：高溫除霜工質(zhì)通過除霜管道進(jìn)入室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排的除霜管排中，在除霜管排中釋放熱量融化蒸發(fā)除霜管排表面的霜層同時降低溫度，低溫除霜工質(zhì)再由除霜泵通過除霜管道送到高溫相變大容量儲熱器中形成一個高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)。

優(yōu)選地，所述步驟八極端天氣條件下空氣源熱泵的正常運轉(zhuǎn)采用多種能源技術(shù)相互耦合和優(yōu)勢互補。

優(yōu)選地，所述步驟三高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，有專門的高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)以及除霜管排、管路專用。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

一、本發(fā)明通過使用太陽能集熱器和高溫相變大容量儲熱器進(jìn)行太陽能的相變儲熱，將高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽的熱能用來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，有效地利用了清潔、可再生的太陽能，降低了對電能的消耗，實現(xiàn)了節(jié)能減排的效果。

二、本發(fā)明通過使用太陽能集熱器和高溫相變大容量儲熱器進(jìn)行太陽能的大量存儲與釋放，儲熱密度高，儲熱量大，可以實現(xiàn)全天候除霜，即使連續(xù)的下雪和陰雨天也能滿足除霜需求。

三、本發(fā)明通過使用高溫相變大容量儲熱器進(jìn)行太陽能的相變放熱，放熱溫度可達(dá)80℃以上(比普通的儲熱水箱溫度高30-40度)，除霜速度更快，除霜效果更好。

四、本發(fā)明通過使用高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽能來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，避免了使用反向除霜從室內(nèi)吸收熱量，降低了室內(nèi)溫度的變化，有效地維持室內(nèi)供暖溫度的平穩(wěn)，保證了空氣源熱泵系統(tǒng)供暖的舒適性。

五、本發(fā)明通過使用高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽能來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，避免了反向除霜熱泵機組流程的轉(zhuǎn)換，保證了系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行，降低了系統(tǒng)的運行能耗。

六、本發(fā)明通過在室外蒸發(fā)器中排蒸發(fā)管排和除霜管排交替排列，管道成等邊三角形排布，來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，可以實現(xiàn)更好的除霜效果。

七、本發(fā)明通過使用高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽能來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，有專門的高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)以及除霜管排、管路專用，避免了反向除霜中四通換向閥的使用可能帶來的問題。

八、本發(fā)明通過耦合多種能源技術(shù)，實現(xiàn)極端天氣條件下空氣源熱泵的正常運轉(zhuǎn)，更好的服務(wù)于北方“煤改電”。

附圖說明

圖1為本發(fā)明太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)除霜排管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1至圖2所示，本發(fā)明太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)包括太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)、高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)、空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)包括儲熱泵3、儲熱管道4、太陽能集熱器5，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)包括高溫相變大容量儲熱器6、除霜管道7、除霜泵8、室外蒸發(fā)器9，室外蒸發(fā)器9包含蒸發(fā)除霜管排10，蒸發(fā)除霜管排10包括內(nèi)蒸發(fā)管排16、除霜管排17、外蒸發(fā)管排18，空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)包括室內(nèi)冷凝器1、補氣增焓壓縮機2、室外蒸發(fā)器9、主回路管道11、主回路節(jié)流閥12、經(jīng)濟(jì)器13、旁路管道14、旁路節(jié)流閥15，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)與高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)之間通過高溫相變大容量儲熱器6連接，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)與空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)之間通過室外蒸發(fā)器9連接，儲熱泵3、太陽能集熱器5和高溫相變大容量儲熱器6通過儲熱管道4依次連接，高溫相變大容量儲熱器6、除霜泵8和室外蒸發(fā)器9通過除霜管道7依次連接，除霜管道7通過室外蒸發(fā)器9中的蒸發(fā)除霜管排10中的除霜管排17與室外蒸發(fā)器9相連，室內(nèi)冷凝器1、經(jīng)濟(jì)器13、主回路節(jié)流閥12、室外蒸發(fā)器9和補氣增焓壓縮機2通過主回路管道11依次連接，主回路管道11通過室外蒸發(fā)器9中的蒸發(fā)除霜管排10中的內(nèi)蒸發(fā)管排16和外蒸發(fā)管排18與室外蒸發(fā)器9相連，室內(nèi)冷凝器1、旁路節(jié)流閥15、經(jīng)濟(jì)器13和補氣增焓壓縮機2通過旁路管道14依次連接，室外蒸發(fā)器9中包含蒸發(fā)除霜管排10，除霜管排17被安置在內(nèi)蒸發(fā)管排16和外蒸發(fā)管排18之間交替排列。

高溫相變大容量儲熱器6有效儲存太陽能集熱器所聚集的清潔可再生能源，這樣除霜速度更快，除霜效果更好。

高溫相變大容量儲熱器6進(jìn)行太陽能的大量存儲與釋放，這樣儲熱密度高，儲熱量大，可以實現(xiàn)全天候除霜，即使連續(xù)的下雪和陰雨天也能滿足除霜需求。

空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)使用的是補氣增焓熱泵系統(tǒng)，這樣能夠保證空氣源熱泵系統(tǒng)在低溫工況下正常工作。

室外蒸發(fā)器9中的內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中間安裝有除霜管排，管道成等邊三角形排列，這樣能夠有效利用高溫相變大容量儲熱器中存儲的熱量除霜。

本發(fā)明太陽能高溫相變大容量儲熱空氣源熱泵系統(tǒng)的除霜方法包括以下步驟：

步驟一：有太陽時，太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)系統(tǒng)工作，儲熱泵通過儲熱管道將來自高溫相變大容量儲熱器的低溫傳熱工質(zhì)持續(xù)的輸送到太陽能集熱器；

步驟二：太陽能集熱器吸收來自太陽的熱能，并將吸收的太陽能傳遞到低溫傳熱工質(zhì)上，低溫傳熱工質(zhì)在太陽能集熱器處大量地吸收太陽能后變成高溫傳熱工質(zhì)，并在儲熱泵的輸送下通過儲熱管道返回高溫相變大容量儲熱器中；

步驟三：高溫相變大容量儲熱器中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生相變將來自高溫傳熱工質(zhì)的大量熱量存儲起來，高溫傳熱工質(zhì)降溫變成低溫傳熱工質(zhì)再由儲熱泵通過儲熱管道輸送到太陽能集熱器中形成一個太陽能高溫相變大容量儲熱循環(huán)；

步驟四：空氣源熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行供熱時，補氣增焓壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體通過主回路管道流入室內(nèi)冷凝器中；

步驟五：高溫高壓制冷劑氣體在室內(nèi)冷凝器中冷凝放熱，將熱量釋放到室內(nèi)用于供熱，冷凝后在室內(nèi)冷凝器中形成低溫高壓制冷劑液體，室內(nèi)冷凝器中的低溫高壓制冷劑液體一部分通過主回路管道流入經(jīng)濟(jì)器，另一部分通過旁路管道先流經(jīng)旁路節(jié)流閥降壓后變成制冷劑氣液混合物后也流入經(jīng)濟(jì)器；

步驟六：通過主回路管道流入經(jīng)濟(jì)器的低溫高壓制冷劑液體與通過旁路管道流入經(jīng)濟(jì)器的制冷劑氣液混合物進(jìn)行熱交換，旁路管道中的制冷劑氣液混合物在經(jīng)濟(jì)器中吸熱變?yōu)橹评鋭怏w，通過旁路管道流入補氣增焓壓縮機的中壓腔內(nèi)，主回路管道中的低溫高壓制冷劑液體在經(jīng)濟(jì)器中放熱變?yōu)檫^冷的制冷劑液體；

步驟七：過冷的制冷劑液體流經(jīng)主回路節(jié)流閥降壓后通過主回路管道進(jìn)入室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排的內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中，制冷劑液體在內(nèi)蒸發(fā)管排和外蒸發(fā)管排中吸收低溫環(huán)境中的熱量蒸發(fā)變?yōu)榈蛪簹怏w，低壓氣體通過主回路管道被補氣增焓壓縮機吸入壓縮，在被壓縮進(jìn)入中壓腔時和通過旁路管道流入補氣增焓壓縮機中壓腔內(nèi)的制冷劑氣體混合，進(jìn)一步被壓縮以后變成高溫高壓制冷劑氣體被補氣增焓壓縮機通過主回路管道排入室內(nèi)冷凝器中，形成一個空氣源熱泵系統(tǒng)供熱循環(huán)；

步驟八：在極端天氣條件下，空氣源熱泵系統(tǒng)供熱時，會在室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排表面結(jié)霜，這時空氣源熱泵系統(tǒng)停止供熱，高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)工作；

步驟九：高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)開始進(jìn)行除霜工作，高溫相變大容量儲熱器中的相變儲熱介質(zhì)發(fā)生相變將存儲的熱量釋放出來，由除霜泵通過除霜管道將高溫除霜工質(zhì)輸送到蒸發(fā)器中的除霜排管，放熱溫度可以達(dá)到80℃以上；

步驟十：高溫除霜工質(zhì)通過除霜管道進(jìn)入室外蒸發(fā)器的蒸發(fā)除霜管排的除霜管排中，在除霜管排中釋放熱量融化蒸發(fā)除霜管排表面的霜層同時降低溫度，低溫除霜工質(zhì)再由除霜泵通過除霜管道送到高溫相變大容量儲熱器中形成一個高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)。

所述步驟八極端天氣條件下空氣源熱泵的正常運轉(zhuǎn)采用多種能源技術(shù)相互耦合和優(yōu)勢互補。

所述步驟三高溫相變大容量儲熱器存儲的太陽進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，有專門的高溫相變大容量放熱除霜循環(huán)系統(tǒng)以及除霜管排、管路專用，這樣避免了電反向除霜中四通換向閥的使用可能帶來的問題。

綜上所述，本發(fā)明可以利用清潔、可再生的太陽能全天候快速高效除霜，降低系統(tǒng)能耗，滿足極端天氣下的除霜需求，保證供暖舒適性，更好的服務(wù)于北方“煤改電”。本發(fā)明實現(xiàn)在有太陽時大量的吸收太陽的熱能并將其存儲在高溫相變大容量儲熱器中，在室外蒸發(fā)器結(jié)霜時釋放存儲在高溫相變大容量儲熱器中的太陽能來進(jìn)行室外蒸發(fā)器的除霜，放熱溫度可以高達(dá)80℃以上，可以有效地利用清潔可再生的太陽能進(jìn)行長時間的除霜，提高除霜速度，增強除霜效果，降低系統(tǒng)整體能耗，維持室內(nèi)供暖溫度穩(wěn)定，保證系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行。

以上所述的具體實例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。