一種復合太陽能空氣源熱泵制造技術

一種復合太陽能空氣源熱泵，屬于供熱領域。本發明專利技術包括空氣源熱泵循環系統、空氣源熱管循環系統、太陽能熱泵循環系統、太陽能熱管循環系統、太陽能空氣源熱泵并聯循環系統、太陽能空氣源熱管并聯循環系統、太陽能空氣源熱泵串聯循環系統和太陽能空氣源熱管串聯循環系統。該發明專利技術可根據太陽能輻射條件及室外氣溫的變化，實現多種模式的切換運行，達到充分利用各種品位的太陽能和空氣熱能的目的；有效降低制熱系統的初投資，提高不同輻射強度的太陽能和不同溫度品位的空氣熱能的利用效率和利用程度；克服了傳統太陽能熱水器在太陽能不足時不能實現可靠供應熱水、空氣源熱泵通常只能利用空氣熱能而無法有效利用太陽輻射能的缺陷。

【技術實現步驟摘要】
一種復合太陽能空氣源熱泵
本專利技術涉及一種復合太陽能空氣源熱泵，能充分利用太陽能和空氣熱能等可再生能源，根據太陽能輻射條件及室外氣溫，通過太陽能的熱管循環、熱泵循環，空氣源的熱管循環、熱泵循環及其聯合循環系統的合理切換，來實現高效供熱和供生活熱水。該技術特別適用于冬季供熱和全年供生活熱水，也可用于土壤源熱泵系統的補熱，屬于供熱領域。
技術介紹
全球建筑供熱和生活熱水能耗很大，發達國家較高的生活水平以及生活習慣造成了巨大的熱水需求和能源消耗，而發展中國家則隨著城鎮化的發展和生活水平的提高會保持熱水能耗的高速增長。傳統的供熱系統主要基于化石燃料燃燒的方式，不僅效率低、而且污染嚴重；而生活熱水系統則主要采用燃氣熱水器和電熱水器，存在能源品位浪費的問題。供熱和生活熱水越來越成為節能減排、治理霧霾的重點關注領域之一。近年來，太陽能熱水器和空氣源熱泵熱水器得到了較大的發展。但是，當太陽輻射不足時，太陽能熱水器或供熱系統的制熱效果將大打折扣，通常需要一套備份系統來保障陰雨天氣以及太陽輻射較差時候的供熱可靠性，降低了其節能效果。此外，太陽能集熱器較高的初投資和較大的安裝面積要求也是制約其進一步大面積推廣應用的障礙。對于空氣源熱泵熱水器或供熱系統，由于其制熱效率和制熱量均會隨外界氣溫的降低而不斷衰減，也就降低了其低溫下的制熱可靠性。目前的空氣源熱泵只能利用空氣中的熱能，無法有效利用太陽輻射能，而實際上冬季很多時候氣溫雖然很低，但太陽輻射強度仍足以制取所需要的熱水。鑒于太陽能熱水器無法充分利用低輻射太陽能、空氣源熱泵無法利用太陽輻射能的問題，將太陽能和熱泵技術相結合的技術方案得到了越來越多的青睞。目前這類技術方案主要分為三類:(I)太陽輻射不夠強時，將太陽能集熱器制取的低溫熱水作為水源熱泵的蒸發側熱源，提高集熱器的效率和熱泵的效率，太陽輻射強的時候則切換到太陽能直接制熱(如專利CN201220382850.9)。該類方案只是提高了太陽能集熱器的效率，沒有解決無太陽能時的制熱問題；(2)采用直膨式的太陽能集熱器，即制冷劑直接通入太陽能集熱器中，這樣可以實現太陽能直接制熱和太陽能熱泵制熱模式，能減少一定的壓縮機電耗(如專利CN201110388936.2)，但仍然沒有解決無太陽能時的制熱問題；(3)采用一個直膨式太陽能集熱器和一個風冷蒸發器，太陽能輻射足夠的時候太陽能直接制熱，沒有太陽或輻射較弱的條件下運行空氣源熱泵模式(如專利CN201120054202.6)，但是該類方案不能利用低輻射下的太陽能，也不能實現空氣熱能的直接制熱以及太陽能和空氣熱能的聯合制熱，對太陽能和空氣熱能的有效利用程度還不夠高。值得注意的是，當一些情況下需要的熱水溫度較低或外溫很高時(例如夏天外溫30°C時，制取10?20°C的低溫熱水，用于空氣熱能的跨季節蓄存)，外界的空氣熱能也能夠直接制熱，而目前均是通過空氣源熱泵來實現的，導致制熱的能耗偏高。總而言之，目前的太陽能熱泵和空氣源熱泵技術方案在以更高的效率更加充分地利用不同輻射強度的太陽能和不同溫度品位的空氣熱能方面還存在較大的改進空間。如果結合太陽能和空氣熱能的各自特性以及用戶的熱負荷需求特征構建出更加合理的技術方案和運行方法，則能大幅提高太陽能和空氣熱能的利用效率和利用程度。
技術實現思路
基于上述問題，本專利技術提出一種復合太陽能空氣源熱泵，將太陽能利用技術和空氣熱能利用技術有機結合，實現這兩種可再生能源的優勢互補，有效降低制熱系統的初投資。根據太陽能輻射條件及室外氣溫的變化，在太陽能的熱管循環、熱泵循環和空氣源的熱管循環、熱泵循環及其聯合循環系統之間進行合理的切換，來實現高效供熱和供生活熱水。本專利技術的第一種技術方案如下:一種復合太陽能空氣源熱泵，包括空氣源熱泵和太陽能集熱器；所述空氣源熱泵包含由壓縮機、冷凝器、第一節流閥和風冷蒸發器依次構成空氣源熱泵循環系統；其特征在于:所述復合太陽能空氣源熱泵還包括第一三通閥、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門和第二節流閥；所述第一三通閥的入口分別和壓縮機的出口和風冷蒸發器的出口相連，第一三通閥的出口與冷凝器相連，所述第二閥門與第一節流閥并聯，風冷蒸發器、第一三通閥、冷凝器、第四閥門和第二閥門依次構成空氣源熱管循環系統；所述第五閥門、太陽能集熱器和第一閥門依次相連，并與第一三通閥和冷凝器依次構成太陽能熱管循環系統；所述第二節流閥與第五閥門并聯，第二節流閥、太陽能集熱器、第一閥門、壓縮機、第一三通閥和冷凝器依次構成太陽能熱泵循環系統；所述太陽能熱泵循環系統與空氣源熱泵循環系統構成太陽能空氣源熱泵并聯循環系統；所述太陽能熱管循環系統與空氣源熱管循環系統構成太陽能空氣源熱管并聯循環系統；所述第三閥門的入口與太陽能集熱器的出口相連，第三閥門的出口與第二閥門的入口相連；所述壓縮機、第一三通閥、冷凝器、第二節流閥、太陽能集熱器、第三閥門、第一節流閥和風冷蒸發器依次構成太陽能空氣源熱泵串聯循環系統；所述第一三通閥、冷凝器、第五閥門、太陽能集熱器、第三閥門、第二閥門和風冷蒸發器依次構成太陽能空氣源熱管串聯循環系統。本專利技術的第二種技術方案如下:一種復合太陽能空氣源熱泵，包括空氣源熱泵和太陽能集熱器；所述空氣源熱泵包含由壓縮機、冷凝器、第一節流閥和風冷蒸發器依次構成空氣源熱泵循環系統；其特征在于:所述復合太陽能空氣源熱泵還包括第一三通閥、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門和第二節流閥；所述第一三通閥的入口分別和壓縮機的出口和太陽能集熱器的出口相連，第一三通閥的出口與冷凝器相連，太陽能集熱器、第一三通閥、冷凝器、第四閥門和第二閥門依次構成太陽能熱管循環系統；所述第二節流閥與第二閥門并聯，太陽能集熱器、壓縮機、第一三通閥、冷凝器、第四閥門和第二節流閥依次構成太陽能熱泵循環系統；所述第五閥門與第一節流閥并聯，第五閥門、風冷蒸發器、第一閥門、第一三通閥和冷凝器依次構成空氣源熱管循環系統；所述太陽能熱泵循環系統與空氣源熱泵循環系統構成太陽能空氣源熱泵并聯循環系統；所述太陽能熱管循環系統與空氣源熱管循環系統構成太陽能空氣源熱管并聯循環系統；所述第三閥門的入口與風冷蒸發器的出口相連，第三閥門的出口與第二閥門的入口相連；所述壓縮機、第一三通閥、冷凝器、第一節流閥、風冷蒸發器、第三閥門、第二節流閥和太陽能集熱器依次構成太陽能空氣源熱泵串聯循環系統；所述第一三通閥、冷凝器、第五閥門、風冷蒸發器、第三閥門、第二閥門和太陽能集熱器依次構成太陽能空氣源熱管串聯循環系統。上述兩種技術方案中，所述太陽能集熱器為直膨式太陽能集熱器；所述冷凝器為水冷或風冷式換熱器。在上述兩種技術方案中，可采用第二三通閥來代替第四閥門，所述第二三通閥的入口與冷凝器的出口相連，第二三通閥的出口分別與第一節流閥和第二節流閥的入口相連。在第一種技術方案中，可采用第三三通閥來代替第一閥門和第三閥門，所述第三三通閥的入口與太陽能集熱器的出口相連，第三三通閥的出口分別與第二閥門的入口和風冷蒸發器的出口相連。在第二種技術方案中，可采用第三三通閥來代替第一閥門和第三閥門，所述第三三通閥的入口與風冷蒸發器的出口相連，第三三通閥的出口分別與第二閥門的入口和太陽能集熱器的出口相連。本專利技術與現有熱水制取系統相本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合太陽能空氣源熱泵，包括空氣源熱泵和太陽能集熱器(13)；所述空氣源熱泵包含由壓縮機(2)、冷凝器(6)、第一節流閥(7)和風冷蒸發器(3)構成的空氣源熱泵循環系統；其特征在于：所述復合太陽能空氣源熱泵還包括第一三通閥(1)、第一閥門(5)、第二閥門(8)、第三閥門(9)、第四閥門(10)、第五閥門(12)和第二節流閥(11)；所述第一三通閥(1)的入口分別和壓縮機(2)的出口和風冷蒸發器(3)的出口相連，第一三通閥(1)的出口與冷凝器(6)相連，所述第二閥門(8)與第一節流閥(7)并聯；所述風冷蒸發器(3)、第一三通閥(1)、冷凝器(6)、第四閥門(10)和第二閥門(8)依次構成空氣源熱管循環系統；所述第五閥門(12)、太陽能集熱器(13)和第一閥門(5)依次相連，并與第一三通閥(1)和冷凝器(6)依次構成太陽能熱管循環系統；所述第二節流閥(11)與第五閥門(12)并聯，第二節流閥(11)、太陽能集熱器(13)、第一閥門(5)、壓縮機(2)、第一三通閥(1)和冷凝器(6)依次構成太陽能熱泵循環系統；所述太陽能熱泵循環系統與空氣源熱泵循環系統構成太陽能空氣源熱泵并聯循環系統；所述太陽能熱管循環系統與空氣源熱管循環系統構成太陽能空氣源熱管并聯循環系統；所述第三閥門(9)的入口與太陽能集熱器(13)的出口相連，第三閥門(9)的出口與第二閥門(8)的入口相連；所述壓縮機(2)、第一三通閥(1)、冷凝器(6)、第二節流閥(11)、太陽能集熱器(13)、第三閥門(9)、第一節流閥(7)和風冷蒸發器(3)依次構成太陽能空氣源熱泵串聯循環系統；所述第一三通閥(1)、冷凝器(6)、第五閥門(12)、太陽能集熱器(13)、第三閥門(9)、第二閥門(8)和風冷蒸發器(3)依次構成太陽能空氣源熱管串聯循環系統。...

【技術特征摘要】
1.一種復合太陽能空氣源熱泵，包括空氣源熱泵和太陽能集熱器(13);所述空氣源熱泵包含由壓縮機(2)、冷凝器(6)、第一節流閥(7)和風冷蒸發器(3)構成的空氣源熱泵循環系統；其特征在于:所述復合太陽能空氣源熱泵還包括第一三通閥(I)、第一閥門(5)、第二閥門(8)、第三閥門(9)、第四閥門(10)、第五閥門(12)和第二節流閥(11);所述第一三通閥(1)的入口分別和壓縮機(2)的出口和風冷蒸發器(3)的出口相連，第一三通閥(I)的出口與冷凝器(6)相連，所述第二閥門(8)與第一節流閥(7)并聯；所述風冷蒸發器(3)、第一三通閥(1)、冷凝器(6)、第四閥門(10)和第二閥門(8)依次構成空氣源熱管循環系統；所述第五閥門(12)、太陽能集熱器(13)和第一閥門(5)依次相連，并與第一三通閥(I)和冷凝器(6)依次構成太陽能熱管循環系統；所述第二節流閥(11)與第五閥門(12)并聯，第二節流閥(11)、太陽能集熱器(13)、第一閥門(5)、壓縮機(2)、第一三通閥(I)和冷凝器(6)依次構成太陽能熱泵循環系統；所述太陽能熱泵循環系統與空氣源熱泵循環系統構成太陽能空氣源熱泵并聯循環系統；所述太陽能熱管循環系統與空氣源熱管循環系統構成太陽能空氣源熱管并聯循環系統；所述第三閥門(9)的入口與太陽能集熱器(13)的出口相連，第三閥門(9)的出口與第二閥 門(8)的入口相連；所述壓縮機(2)、第一三通閥(I)、冷凝器出)、第二節流閥(11)、太陽能集熱器(13)、第三閥門(9)、第一節流閥(7)和風冷蒸發器(3)依次構成太陽能空氣源熱泵串聯循環系統；所述第一三通閥(I)、冷凝器(6)、第五閥門(12)、太陽能集熱器(13)、第三閥門(9)、第二閥門⑶和風冷蒸發器(3)依次構成太陽能空氣源熱管串聯循環系統。2.一種復合太陽能空氣源熱泵，包括空氣源熱泵和太陽能集熱器(13);所述空氣源熱泵所包含的壓縮機(2)、冷凝器(6)、第一節流閥(7)和風冷蒸發器(3)依次構成空氣源熱泵循環系統；其特征在于:所述復合太陽能空氣源熱泵還包括第一三通閥(I)、第一閥門(5)、第二閥門(8)、第三閥門(9)、第四閥門(10)、第五閥門(12)和第二節流閥(11);所述第一三通閥(I)的入口分別和壓縮機(2)的出口和太陽能集熱器(13)的出口相連，第一三通閥(I)的出口與冷凝器(6)相連，太陽能...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李先庭，吳偉，王寶龍，冉思源，張朋磊，石文星，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11