太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統及應用技術方案

本發明專利技術提供一種太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統及應用，供熱系統包括空氣供暖系統、水暖系統、蒸汽鍋爐系統、無水地暖系統。在供熱系統中，蒸發器為太陽能集熱器，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、供熱溫度和供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且供熱溫度低于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，本供熱系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者供熱溫度大于等于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，本供熱系統不運行。其優點是：系統主動控制了太陽能集熱器不凝霜；供熱效率高、成本低，有利于太陽能熱泵供熱系統在北方地區冬季清潔供熱的推廣應用。

【技術實現步驟摘要】
太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統及應用
本專利技術涉及一種太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統及應用，屬于太陽能熱利用

技術介紹
應對霧霾等能源及環境問題，規模化開發利用非化石能源是大趨勢。以電供暖，清潔但電費高，也就是電取暖費高。天然氣供熱消耗的仍然是化石能源。太陽能無玻璃無保溫集熱器，在夏季供熱水有很好的效果，在冬季熱水溫度上不去甚至結冰，不能供熱水更不能用來供暖，太陽能無玻璃無保溫集熱器被全玻璃真空太陽集熱管集熱器淘汰。全玻璃真空太陽集熱管供暖存在效率低、成本高、居民不能承受的問題。空氣源熱泵供暖在不凝霜地區是非常有效的，在北方地區冬季供暖，由于除霜需要消耗大量電能，使得供暖系數COP在1.1左右，有的地區COP甚至低于1，供暖費用比電直接取暖費用還要高，制約了空氣源熱泵供暖在北方地區冬季供暖的應用。太陽能平板集熱器供暖，平板集熱器設置有保溫材料和透明蓋板，在北方地區冬季供暖的應用仍存在效率低、成本高、居民不能承受的問題。壓縮式太陽能熱泵供暖系統的基本部件是蒸發器、壓縮機、節流裝置和冷凝器，太陽能直接熱泵的集熱器作為熱泵蒸發器，將從太陽能獲得的熱量用于熱泵的蒸發端熱源，流入太陽能集熱器的液態工質，在太陽能集熱器中吸收來自太陽能的熱能后相變為氣態工質，氣態工質從太陽能集熱器輸出。太陽能熱泵供暖系統的壓縮機、節流裝置和冷凝器，與制冷和空氣源熱泵的壓縮機、節流裝置和冷凝器相同，技術非常成熟，不同太陽能集熱器分類出各種不同類型的太陽能熱泵供暖系統，因此太陽能集熱器是太陽能熱泵供暖系統的技術關鍵、也是供暖系統效率和成本的關鍵。國內太陽能熱泵供暖系統研究已經取得了成績，公開了1875條這方面的有關專利條目，這些有關專利條目均沒有主動控制太陽能集熱器不凝霜，這些太陽能熱泵供暖系統均存在效率低和成本高的共性問題，這些共性問題也制約了太陽能熱泵供暖系統的推廣應用。太陽能熱泵集熱器的效率隨著外界溫度降低而降低，在低溫天氣時熱泵制熱效果無法保證，無法滿足北方地區冬季供暖需求。高效率的太陽能熱泵供暖系統是很好的降成本方案，集熱器效率又是太陽能熱泵供暖系統效率的主要制約因數，因此，提高太陽能集熱器效率是非常重要的，是當前太陽能熱泵供暖技術的發展方向。空氣源熱泵蒸發器凝霜后，有些技術采用太陽能集熱器除霜，這些系統本質上是空氣源熱泵，不屬于太陽能熱泵，太陽能只是做為輔助除霜熱源，太陽能熱泵熱源主要來自于太陽能。太陽能熱泵供暖技術方面公開了9條無水地暖有關專利條目，空氣源熱泵無水地暖，冷凝器做為地暖盤管系統，不存在水地暖冷凍故障問題，但仍存在蒸發器凝霜的共性問題。壓縮式太陽能熱泵供暖系統基本部件：壓縮機、節流裝置和冷凝器的技術比較成熟，可以直接利用空調和空氣源熱泵的基本部件：壓縮機、節流裝置和冷凝器成熟技術。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種效率高、成本低的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統及應用。本專利技術提供的技術方案如下：本專利技術太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統（簡稱供熱系統），包括蒸發器、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機、節流裝置和冷凝器，其中：蒸發器為太陽能集熱器，其特征是：控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、供熱溫度和供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且供熱溫度低于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，供熱系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者供熱溫度大于等于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，供熱系統不運行。在本專利技術的供熱系統中，當太陽能集熱器溫度小于氣溫時，壓縮機停機，供熱系統不運行，不存在太陽能集熱器溫度小于氣溫的狀態，因此太陽能集熱器不存在凝霜條件，太陽能集熱器不凝霜，供熱系統主動控制了太陽能集熱器不凝霜。太陽能集熱器不凝霜，也就不存在太陽能集熱器或者蒸發器除霜問題，提高了供熱系統效率。在采暖季最低氣溫，設計太陽能集熱器面積剛好滿足需熱量，供熱系統運行時太陽能集熱器溫度略大于氣溫，太陽能集熱器向環境散熱不明顯，蒸發器（太陽能集熱器）不設置保溫和透光蓋板，裸露在大氣中，直接吸收太陽能，降低了太陽能集熱器成本。另一方面，蒸發器（太陽能集熱器）不設置透光蓋板，消除了透光蓋板的光反射和光損失，進一步提高了太陽能集熱器效率。所述太陽能集熱器可由鋁排管制成。壓縮機運行時，可工作在工頻狀態，也可以工作在變頻狀態。本專利技術的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統的應用包括空氣供暖系統、水暖系統、蒸汽鍋爐系統和無水地暖系統。本專利技術的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器空氣供暖系統（以下簡稱空氣供暖系統），包括蒸發器、壓縮機、節流裝置、冷凝器、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、室溫或供熱溫度傳感器、室溫或供熱溫度設定值裝置、風機，其中：蒸發器為太陽能集熱器，其特征是：控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、室溫或供熱溫度傳感器、室溫或供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、室溫或供熱溫度，以及室溫或供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且室溫或供熱溫度低于室溫或供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，空氣供暖系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者室溫或供熱溫度大于等于室溫或供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，空氣供暖系統不運行。在本專利技術的空氣供暖系統中，當太陽能集熱器溫度小于氣溫時，壓縮機停機，空氣供暖系統不運行，太陽能集熱器不存在凝霜條件，空氣供暖系統主動控制了太陽能集熱器不凝霜。太陽能集熱器不凝霜，也就不存在太陽能集熱器或者蒸發器除霜問題，提高了集熱器效率。蒸發器不設置保溫和透光蓋板，裸露在大氣中，直接吸收太陽能，降低了太陽能集熱器成本。空氣源熱泵蒸發器溫度必須低于氣溫，蒸發器才能吸收空氣中的熱能，這也是空氣源熱泵蒸發器凝霜的原因；空氣供暖系統運行時，太陽能集熱器溫度始終大于等于氣溫，根據熱力學第二定律，空氣供暖系統效率要大于空氣源熱泵效率。本專利技術的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器水暖系統（以下簡稱水暖系統），包括蒸發器、壓縮機、節流裝置、冷凝器盤管、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、畜熱水溫或供熱溫度傳感器、畜熱水溫或供熱溫度設定值裝置、畜熱水箱，其中：蒸發器為太陽能集熱器，其特征是：控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、畜熱水溫或供熱溫度傳感器、畜熱水溫或供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、畜熱水溫或供熱溫度，以及畜熱水溫或供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且畜熱水溫或供熱溫度低于畜熱水溫或供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，水暖系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者畜熱水溫或供熱溫度大于等于畜熱水溫或供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，水暖系統不運行。本專利技術的水暖系統與空氣供暖系統相同：太陽能集熱器溫度小于氣溫時，壓縮機停機，水暖系統不運行，太陽能集熱器不存在凝霜條件，水暖系統主動控制了太陽能集熱器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統，包括蒸發器、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機、節流裝置和冷凝器，其中：蒸發器為太陽能集熱器，其特征是：控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、供熱溫度和供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且供熱溫度低于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，供熱系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者供熱溫度大于等于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，供熱系統不運行；在供熱系統中，當太陽能集熱器溫度小于氣溫時，壓縮機停機，供熱系統不運行，不存在太陽能集熱器溫度小于氣溫的狀態，太陽能集熱器不存在凝霜條件，太陽能集熱器不凝霜，供熱系統主動控制太陽能集熱器不凝霜；供熱系統的蒸發器不設置保溫和透光蓋板，裸露在大氣中，直接吸收太陽能。

【技術特征摘要】
1.太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統，包括蒸發器、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機、節流裝置和冷凝器，其中：蒸發器為太陽能集熱器，其特征是：控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、供熱溫度傳感器、供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、供熱溫度和供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且供熱溫度低于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，供熱系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者供熱溫度大于等于供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機停機，供熱系統不運行；在供熱系統中，當太陽能集熱器溫度小于氣溫時，壓縮機停機，供熱系統不運行，不存在太陽能集熱器溫度小于氣溫的狀態，太陽能集熱器不存在凝霜條件，太陽能集熱器不凝霜，供熱系統主動控制太陽能集熱器不凝霜；供熱系統的蒸發器不設置保溫和透光蓋板，裸露在大氣中，直接吸收太陽能。2.根據權利要求1所述的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統，其特征是：所述太陽能集熱器可由鋁排管制成。3.根據權利要求1所述的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統，其特征是：壓縮機運行時，工作在工頻狀態，或工作在變頻狀態。4.根據權利要求1所述的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統的應用，其特征是：包括空氣供暖系統、水暖系統、蒸汽鍋爐系統和無水地暖系統。5.根據權利要求4所述的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統的應用，其特征是：所述空氣供暖系統包括蒸發器、壓縮機、節流裝置、冷凝器、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、室溫或供熱溫度傳感器、室溫或供熱溫度設定值裝置、風機，其中：蒸發器為太陽能集熱器，控制器通過信號線與太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、室溫或供熱溫度傳感器、室溫或供熱溫度設定值裝置、壓縮機相聯，控制器通過太陽能集熱器溫度、氣溫、室溫或供熱溫度，以及室溫或供熱溫度設定值控制壓縮機的啟動、停機；當太陽能集熱器溫度大于等于氣溫并且室溫或供熱溫度低于室溫或供熱溫度設定值時控制器控制壓縮機啟動，空氣供暖系統運行；當太陽能集熱器溫度小于氣溫或者室溫大于等于室溫設定值時控制器控制壓縮機停機，空氣供暖系統系統不運行。6.根據權利要求4所述的太陽能熱泵無玻璃無保溫不凝霜集熱器供熱系統的應用，其特征是：所述水暖系統包括蒸發器、壓縮機、節流裝置、冷凝器盤管、控制器、太陽能集熱器溫度傳感器、氣溫傳感器、畜熱水溫或供熱溫度傳感器、畜熱水溫或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏毅立，
申請(專利權)人：包頭市愛能控制工程有限責任公司，
類型：發明
國別省市：內蒙古,15