专利名称：太阳能热泵热水系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能热水供应系统技术领域，特别是涉及一种太阳能热泵热水系统。
背景技术：
随着经济的发展，人民生活水平的提高，生活热水的使用量越来越大，生活热水已经成为建筑耗能的重要方面。太阳能作为一种绿色能源近年来得到了很大推广，但太阳能的应用受天气影响明显，利用太阳能加热生活热水没有切实的保障，人们对此提出不少改进方案，目前一般采用对太阳能加热水箱增加专门的电辅助加热或燃气辅助加热设备的改进办法，由于采用专门的电辅助加热或燃气辅助加热设备，设备成本及运行费用都较高。因此，设计一种新型的，既能保证使用效果，又能使能源节约最大化的系统显得尤为重要。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有的太阳能热水供应系统的不足，若要增加专门的电辅助加热或燃气辅助加热设备，设备复杂、投资大的缺陷，而提出的一种根据天气预报及逐时负荷预测确定利用太阳能、高效热泵及低谷电优化组合的节能型太阳能热泵热水系统，该系统既能保证热水供应的质量，又能根据不同环境条件及负荷条件，采用不同的加热方式，有利于节约能源。本实用新型所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现一种太阳能热泵热水系统，包括太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱、热泵、电加热器，所述太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱依次连接，所述热泵分别与热水制备水箱和用户用水水箱连接，所述电加热器连接在热水制备水箱上，所述热水制备水箱和用户用水水箱均连接自来水管。所述太阳能集热器与热水制备水箱间、热泵与热水制备水箱间、热泵与用户用水水箱间为双向管路，其中太阳能集热器与热水制备水箱间的一套管路用于输送热水制备水箱中的冷水至太阳能集热器，在此管路上连有第一阀门和第一水泵，另一套管路用于输送太阳能集热器中已加热的热水至热水制备水箱，在此管路上连有第二阀门；热泵与热水制备水箱间的一套管路用于输送热水制备水箱中的热水至热泵，在此管路上连有第六阀门和第五水泵，另一套管路用于输送经热泵释放热量后的水至热水制备水箱，在此管路上装有第十阀门；热泵与用户用水水箱间的一套管路用于输送经热泵制备的热水于用户用水水箱，在此管路上连接有第十一阀门，另一套管路用于输送从用户用水水箱至热泵的来水，在此管路上连有第七阀门和第四水泵；所述热水制备水箱与用户用水水箱间为单向管路，在此管路上装有第三阀门和第二水泵，所述用户用水水箱与用户间为双向管路，一套管路用于向用户供热水，在此管路上装有第四阀门和第三水泵，另一套管路用于输送用户回水至水箱，在此管路上装有第五阀门。所述第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵和第五水泵的两端间均连接止回阀。所述热水制备水箱2和用户用水水箱均安装温度传感器和液位传感器，所述热水制备水箱和用户用水水箱连接自来水的管路上分别装有第八阀门和第九阀门。所述各阀门为手动闸阀、碟阀或电磁阀。在白天有太阳能时，热水制备水箱与用户供水水箱之间的阀门关闭，太阳能集热器加热系统与热水供应系统各自独立工作。太阳能集热器对热水制备水箱中的水加热，用户用水水箱对用户供应前一天储存的热水并适时检测用户供水水箱的水位、水温以便对用户供水水箱予以补充。当晚间没有太阳能时，关闭太阳能集热器侧的循环水泵，此时只有热水供应系统工作。在低谷电时刻前一段时间，热水供应系统停止工作，热水制备水箱与用户用水水箱之间的阀门打开，对热水制备水箱水温进行检测，若水温低于用户需要的温度而高于某一指定温度(该温度根据环境条件与负荷预测相结合，并结合当地低谷电价计算求得，此时单位热量制备价格最低)时则将热水制备水箱中的水利用水泵输送到用户用水水箱，由热泵继续加热升温，直至满足第二天的使用要求。若水温低于某一指定温度时，由电加热器加热至指定温度后方由水泵全部输送到用户用水水箱，再由热泵继续加热，直至满足使用要求。若水温高于用户所需温度，则可将热水制备水箱中部分热水输送至用户用水水箱，在水箱中加入冷水混合至用户所需水温。因热泵供热系数较高，相比电加热器加热又可节约大量电费。因为热泵在低温时供热系数小于电加热器，所以当温度较低时，可以先用电加热器加热至指定温度后，再由热泵进行加热更节约电费，且还可充分利用低谷电，节省运行费用明显。第二天，将热水制备水箱与用户用水水箱之间的阀门关闭，太阳能集热器加热系统与热水供应系统再次独立工作，如此循环。由于采用了如上技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有如下特点成本低廉，设备简易，充分利用太阳能，根据不同情况下辅助采用高效热泵及电加热器的低谷供热措施，有利于节约能源。
图1为本实用新型结构组成框图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。如图1所示，本实用新型主要由太阳能集热器1、热水制备水箱2、用户用水水箱 3、热泵4、电加热器5、温度传感器11、液位传感器12、安装在各管路上的第一至第十一阀门 K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11 以及第一至第五水泵 6、7、8、9、10 组成。本实用新型的运行分四种模式第一种模式为白天有太阳能可以利用时，热水制备水箱2与用户用水水箱3各自独立工作，并适时检测用户供水水箱3的水位、水温，以便对用户供水水箱3予以补充。第二种模式为低谷电价时间段开始前一段时间，测定热水制备水箱2的温度，若高于某一指定温度(该温度根据环境条件与负荷预测相结合，并结合当地低谷电价计算求得，此时单位热量制备价格最低)，将热水制备水箱2中的水通过第二水泵7转移到用户用水水箱3。第三种模式是当热水制备水箱2中的水低于某一指定温度时，在低谷电价时间段由电加热器5对热水制备水箱2中的水加热至该指定温度后转移至用户用水水箱3。第四种模式是在低谷电价时间段由热泵4利用低谷电对用户用水水箱3中的水继续加热直至满足第二天使用温度要求。本实用新型的这四种模式即可满足几乎任何天气情况。白天天气晴朗，日照充足，室外温度较高时，热水制备水箱2中水的温度达到或超过用户所需水温，则夜间只需将热水制备水箱2中的水转移至用户用水水箱3中即可。当白天日照不充足，天气情况不理想时，夜间低谷电价时刻利用热泵4对转移至用户用水水箱3 的水继续加热，直至满足要求。当天气情况很差时，如冬天连续阴雨天时，水温未达到指定温度，热泵4此时的效率较低，晚间先利用低谷电用电加热器5进行加热至指定温度，然后用第二水泵7转移到用户用水水箱3中，再由热泵4加热至满足要求。在第一种运行模式下，第三阀门K3关闭，第二水泵7不运行，热水制备水箱2与用户用水水箱3各自独立工作，并适时检测用户供水水箱3的水位、水温，以便对用户供水水箱3予以补充。第一阀门Kl、第二阀门K2打开，第一水泵6运行，太阳能集热器1对热水制备水箱2中的水加热。第六阀门K6、第七阀门K7、第十阀门K10、第十一阀门Kll关闭，第四水泵9、第五水泵10不运行，热泵4不工作，第四阀门K4、第五阀门K5打开，第三水泵8运行，用户用水水箱3向用户供应热水。此时整个系统一边利用太阳能蓄热，一边对用户供应热水。若遇到白天无太阳能可用时，第一水泵6不运行以免耗费不必要的电能。在第二种运行模式下，第三阀门K3打开，第二水泵7运行，第一阀门K1、第二阀门 K2、第六阀门K6、第七阀门K7、第四阀门K4、第五阀门K5关闭，热水制备水箱2中的水转移至用户用水水箱3。在此模式下，若热水制备水箱2中的水温超过用户使用要求，则只将部分水转移至用户用水水箱3中，打开第九阀门K9将冷热水混合至用户所需水温；若热水制备水箱2的水温等于或低于用户要求，高于指定温度时则将热水制备水箱2的水全部转移至用户用水水箱3中，转移完成后，第二水泵7停止运行，关闭第三阀门K3，打开第八阀门 K8，热水制备水箱2中充水，充满后关闭第八阀门K8。当热水制备水箱2中的温度低于指定温度时，先在热水制备水箱2中由电加热器5加热至指定温度后，将热水制备水箱2的水全部转移至用户用水水箱3中，转移完成后，第二水泵7停止运行，关闭第三阀门K3，打开第八阀门K8，热水制备水箱2中充水，充满后关闭阀门K8。在第三种运行模式下，阀门全部关闭，利用低谷电由电加热器5在热水制备水箱2 中进行加热，加热至指定温度后，第三阀门K3打开，第二水泵7运行，第一阀门Kl、第二阀门 K2、第四阀门K4、第五阀门K5、第六阀门K6、第七阀门K7关闭，热水制备水箱2中的水转移至用户用水水箱3。若热水制备水箱2中温度高于指定温度，则不需要第三种模式。在第四种运行模式下，第六阀门K6、第七阀门K7、第十阀门K10、第十一阀门Kll打开，其余阀门关闭。第四水泵9、第五水泵10运行，热泵4开始工作，由热泵4经第四水泵9 及第五水泵10继续对用户用水水箱3中的水加热，直至达到所需水温。若在第二种模式下热水制备水箱2温度高于用户使用要求的情况下，则不需要第四种模式。图1中第一水泵6、第二水泵7、第三水泵8、第四水泵9和第五水泵10两端分别连接第五止回阀17、第一止回阀13、第二止回阀14、第三止回阀15、第四止回阀16，以旁通保护各水泵，防止运行过程中突然停电而引起水流对泵进行的冲击，损坏水泵。温度传感器 11与液位传感器12用来检测热水制备水箱2、用户用水水箱3内的水温和水量。以上实施步骤中，整个系统控制简便，因此采用手动控制或自动控制都容易实现。若手动控制，各阀门可采用手动阀闸或蝶阀，按照上述具体实施方式
进行操作即可。若为自动控制，各阀门可采用电磁阀等电控阀门，对系统内各参数的检测采用传感器，各对应阀门、水泵热泵等设备进行联动控制，控制平台可采用微机等，这样整个系统可全自动运行。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种太阳能热泵热水系统，其特征在于，包括太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱、热泵、电加热器，所述太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱依次连接，所述热泵分别与热水制备水箱和用户用水水箱连接，所述电加热器连接在热水制备水箱上，所述热水制备水箱和用户用水水箱均连接自来水管。
2.如权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述太阳能集热器与热水制备水箱间、热泵与热水制备水箱间、热泵与用户用水水箱间为双向管路，其中太阳能集热器与热水制备水箱间的一套管路用于输送热水制备水箱中的冷水至太阳能集热器，在此管路上连有第一阀门和第一水泵，另一套管路用于输送太阳能集热器中已加热的热水至热水制备水箱，在此管路上连有第二阀门；热泵与热水制备水箱间的一套管路用于输送热水制备水箱中的热水至热泵，在此管路上连有第六阀门和第五水泵，另一套管路用于输送经热泵释放热量后的水至热水制备水箱，在此管路上装有第十阀门；热泵与用户用水水箱间的一套管路用于输送经热泵制备的热水于用户用水水箱，在此管路上连接有第十一阀门，另一套管路用于输送从用户用水水箱至热泵的来水，在此管路上连有第七阀门和第四水泵； 所述热水制备水箱与用户用水水箱间为单向管路，在此管路上装有第三阀门和第二水泵， 所述用户用水水箱与用户间为双向管路，一套管路用于向用户供热水，在此管路上装有第四阀门和第三水泵，另一套管路用于输送用户回水至水箱，在此管路上装有第五阀门。
3.如权利要求2所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述第一水泵、第二水泵、 第三水泵、第四水泵和第五水泵的两端间均连接止回阀。
4.如权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述热水制备水箱和用户用水水箱均安装温度传感器和液位传感器，所述热水制备水箱和用户用水水箱连接自来水的管路上分别装有第八阀门和第九阀门。
5.如权利要求2或4所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述各阀门为手动闸阀、碟阀或电磁阀。
专利摘要本实用新型公开的一种太阳能热泵热水系统，该系统主要包括太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱、热泵、电加热器这几大部分，所述太阳能集热器、热水制备水箱、用户用水水箱依次连接，所述热泵分别与热水制备水箱和用户用水水箱连接，所述电加热器连接在热水制备水箱上，所述热水制备水箱和用户用水水箱均连接自来水管。当白天有太阳时，充分利用太阳能给水加热；如果白天水没有加热到足够的温度，可以辅助高效热泵给水加热，将水加热到足够的温度；如果连续阴雨天气，没有充足的太阳能，热泵效率降低，还可以在低谷电价时间段，辅助用电加热器给水加热，将水加热到足够的温度。不管遇到什么样的天气情况，本实用新型都可以提供足够的用户所需热水。本实用新型设备结构简单，成本低廉，利用太阳能、高效热泵及低谷电的优化组合，还具有节能环保的特点。
文档编号F24J2/00GK201992737SQ201120095288
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者于树轩, 于美, 刘小微, 戴祚晟, 李志伟, 李晓菲, 林原培, 王为, 章学来 申请人:上海海事大学