混合能源采暖制冷系统的制作方法

本发明涉及太阳能技术以及热泵技术领域，尤其涉及一种混合能源采暖制冷系统。

背景技术：

在全球能源、环境压力日益严峻的今天，建筑物的制冷与采暖消耗着巨大的能源，传统化石能源(煤炭、石油、天然气)正面临人类的透支消费需求而日益枯竭、并且同时严重污染的人类的生产环境、人类经济生活正面临一个是否可以持续生存与发展的严峻能源、环境忧患的生存环境，清洁能源可循环利用与开发给人类的发展找到希望与生机，一场全球性的新能源革命在高速推进。

我国是能源消耗大国、特别建筑能耗日益严峻的今天，建筑发展的速度和数量却加快了脚步，建筑能耗在社会总能耗中的比例在我国已达到34％。全国每年建筑能耗约1.6亿吨～2.3亿吨标准煤，其中50％～60％用于建筑空调和采暖。同时，我国面临环境污染与能源枯竭的危机，开发新能源和采用节能技术是寻求解决建筑能耗的两大途径。

太阳能是绿色能源中最重要的能源。我国太阳能资源十分丰富，年日照时间为2500小时的地区占国土面积的2/3以上，华东地区高达2300--2600小时，开发利用太阳能潜力巨大。空气能热泵作为节能设备具有独特优势，它可以节省高能量能源(高碳能源)，降低化石类能源的消耗，减少环境污染。但是，太阳能因直接受太阳辐射的影响只能间歇运行或者配备辅助热源。

随着热水器系统的不断发展，超大采光面积、大吨位储水箱的大型太阳能热水工程有着越来越多的使用。目前市场上大型太阳能热水工程的控制系统大部分只具有温度和水位显示功能，而且分段显示，对温度的控制即使具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够发挥太阳能和空气源热泵各有优缺点的混合能源采暖制冷系统，所述系统取长补短地利用房顶屋面大面积铺设太阳能光伏发电板，将目前已经日益成熟的太阳能光伏发电能量转换到空气能热泵、制冷空调就解决了冬季采暖、夏季制冷的节能、环保大忧 患。

为实现上述目的，本发明提供了一种混合能源采暖制冷系统，包括：谷电锅炉、太阳能光伏发电模块板、储能水箱、平板太阳能集热器、具有制热功能和制冷功能的空气能热泵、远程智能控制系统、生活热水洗浴系统、以及水管系统；其中，远程智能控制系统控制谷电锅炉、太阳能光伏发电模块板、储能水箱、平板太阳能集热器、空气能热泵、生活热水洗浴系统、以及水管系统；其中，谷电锅炉在第一时段通过电网电能对水管系统接入的水进行加热；平板太阳能集热器在第二时段通过太阳能对水管系统接入的水进行加热；空气能热泵在第三时段通过空气能对水管系统接入的水进行加热。

在本发明的较佳实施方式中，第一时段、第二时段和第三时段之间存在重叠时段。

在本发明的较佳实施方式中，在第二时段和第三时段之间的重叠时段，空气能热泵采用平板太阳能集热器产生的热能作为低温热源。

在本发明的较佳实施方式中，经过加热的水通过水管系统存入储能水箱并随后提供给生活热水洗浴系统，或者经过加热的水通过水管系统直接提供给生活热水洗浴系统。

在本发明的较佳实施方式中，太阳能光伏发电模块板用于将太阳能转换成电能，并且利用产生的电能为空气能热泵供电。

在本发明的较佳实施方式中，太阳能光伏发电模块板利用产生的电能为工业环境及办公环境供电。

在本发明的较佳实施方式中，根据安装混合能源采暖制冷系统的地区的太阳辐射强度、平板太阳能集热器需要产生的热水平均耗热量、以及平板太阳能集热器的单位面积的日平均得热量来确定平板太阳能集热器的面积。

在本发明的较佳实施方式中，第一时段为电价较低的时段。

在本发明的较佳实施方式中，第二时段为太阳辐射强度大于预定强度的时段。

通过利用本发明，空气源热泵和太阳能热两种能源结合的综合系统在应用于建筑物供暖空调(及生活热水)时既可以直接将热泵系统作为太阳能热利用的辅助，也可以将太阳能产生的热能作为热泵循环的低温热源，从而最低限度地消耗常规能源，最大限度地利用绿色生态可再生能源(太阳能、空气低焓能)解决建筑物供暖、制冷消耗，实现建筑物的节能环保，同时满足室内较高的舒适性的要求。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统的系统框图。

图2是根据本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统的具体示例的示意图。

具体实施方式

随着人们对获取生活用热水的要求日趋提高，具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热。要解决这一问题，热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的选择方法。热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能，经过热泵做功，输出高位热能的设备，是一种节能、环保、清洁的采暖制冷和热水设备，是全世界倍受关注的新能源技术。其中，空气源热泵是以空气为热源，通过输入少量的高品位能源(电能)来实现低品位热能向高品位热能转移的热泵系统，但它在寒冷环境条件下不能高效、稳定、可靠地运行。

根据本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统以太阳能热水器作为主要热源，空气源热泵热水器为辅助加热设备，对它们进行微电脑智能化联动控制，以达到太阳能和空气能互补的目的，并开发远程监控软件，在监控室的计算机上能实时了解显示热水器的工状态，并对其进行控制。该系统能满足阴雨天及冬季使用热水的要求，确保365天全天候全自动供应足量热水。

下面将描述本发明的具体优选实施例。

图1是根据本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统的系统框图。

如图1所示，本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统包括：谷电锅炉10、太阳能光伏发电模块板20、储能水箱30、平板太阳能集热器40、具有制热功能和制冷功能的空气能热泵50、远程智能控制系统60、生活热水洗浴系统70、以及水管系统80。

其中，远程智能控制系统通过有限连接或者诸如WIFI之类的无线连接控制谷电锅炉10、太阳能光伏发电模块板20、储能水箱30、平板太阳能集热器40、空气能热泵50、生活热水洗浴系统70、以及水管系统80。

其中，谷电锅炉10在第一时段(电价较低的时段，例如晚上10点至第二天早6点)通过电网电能对水管系统80接入的水进行加热；平板太阳能集热器40在第二时段(例如，太阳辐射强度大于预定强度的时段)通过太阳能对水管系统80接入的水进行加热；空气能热泵50在第三时段通过空气能对水管系统80接入的水进行加热。

在优选实施例中，第一时段、第二时段和第三时段之间存在重叠时段。换言之，同一时刻下，谷电锅炉10、平板太阳能集热器40和空气能热泵50中的两个或者全部同时对水进行加热。

优选地，在第二时段和第三时段之间的重叠时段，空气能热泵采用平板太阳能集热器40产生的热能作为低温热源。

经过加热的水通过水管系统80存入储能水箱30并随后提供给生活热水洗浴系统70，或者经过加热的水通过水管系统80直接提供给生活热水洗浴系统70。

其中，太阳能光伏发电模块板20用于将太阳能转换成电能，并且利用产生的电能为空气能热泵50供电。

此外，太阳能光伏发电模块板20利用产生的电能为工业环境及办公环境供电。例如，太阳能光伏发电模块板20产生的电能可用于冬季采暖、夏季制冷、建筑物照明、办公用电。

优选地，根据安装混合能源采暖制冷系统的地区的太阳辐射强度、平板太阳能集热器40需要产生的热水平均耗热量、以及平板太阳能集热器40的单位面积的日平均得热量来确定平板太阳能集热器40的面积。

优选地，本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统还可包括：末端采暖散热器(低温节能、装饰性地脚线对流、辐射散热器)。

在太阳能—热泵中央热水系统中，太阳能直接加热可满足热水系统全年例如60％～80％的热量需求，其余例如20％～40％热量由太阳能辅助加热空气源热泵机组供应，即其所供应热量有65％以上来自集热器不能直接利用的太阳能和空气热能。在整个系统运行中，集热器吸收的太阳能的利用率接近100％，空气能热泵的电力消耗只占系统总能耗的7％～14％，较常规的热水系统可至少节能85％以上。

可以看出，在本发明的空气源热泵辅助供热太阳能热水系统包括太阳能热水子系统和空气源热泵子系统；太阳能热水子系统和空气源热泵子系统通过蓄热水箱进行有机耦合。此中央热水系统项目中各热水系统均独立控制，可灵活调节。控制系统通过PLC系统智能预设程序，控制太阳能与空气能热泵轮流开启，在保证正常用水情况下达到最节能运行。

储能水箱是对太阳能、空气能、谷电锅炉产生的热能进行储存的系统，内置温度感应器、流量控制、补水、溢水、过滤、净化、热交换功能，分高温区、低温区，属于“热能量仓库”。

在大部分日照良好的晴天，开启太阳能加热；当阴天或晚上，但太阳能不足以直接提供生活热水时，热泵机组启动，利用空气作为热源加热水箱内生活热水。此外，还可以充分利用峰谷电价差的政策优势，采取热泵热水机低谷电蓄热水方式，利用晚上的低谷电价时间(如：22：00—次日07：00)制取全天所需的生活热水。

图2是根据本发明优选实施例的混合能源采暖制冷系统的具体示例的示意图。在图2所示的示例中，可以采用下述配置：

1.太阳能光伏发电板112块X260W＝29.12KW

2.空气能热泵2台7.5HP(三联供热水模块机组(制冷、制热、生活热水)、能 效比COP3.2)。例如AOL-LSQF13R/R，制热量，每小时405升，电功率7.5KW，制冷量25KW,制热量18KW,冷媒：R22

3.太阳能集热板25块(平板集热器)制热、生活热水。

4.谷电锅炉100KW,(利用国家网电低谷电价加热储能)

5.智能控制系统(互联网+远程手机控制)

6.储能箱(20T储热水85°--95°)

7.生活热水洗浴系统设置

8.末端采暖系统---装饰性地脚线辐射对流散热器、

而且，优选地，可以实现下述配置：

(1)、手机遥控与触摸屏显示水温数字、9级水位显示、时间显示及各种工作状态。

(2)、五种上水方式：

①定时上水；

②低水位自动上水；

③手动随时上水；

④定温上水；

⑤恒温逐级上水。

(3)、三种加热方式：

①太阳能定温直热；

②空气能定温直热；

③电加热定温直热。

(4)、系统温差循环加温，达到设定温度可自动启动与停止。

(5)、高温保护：水箱温度可以控制在国家热水标准范围。

(6)、低温保护：防冻自动系统循环保护及管路电伴热带保护。

(7)、热水循环：具有全自动温控洗浴热水循环控制功能。

(1)、故障报警：

①液晶图形显示与声音报警。

②远程报警功能。

(2)、辅助能源设备：

①定时启动辅助能源设备。

②恒温控制辅助能源设备。

(3)、智能控制，不用人工操作：控制器全自动运行，可断电记忆－来电恢复、无人值守。

(4)、远程监控电脑采用图形化方式显示需要监测的各种参数及机组运行状态，并显示监测数据的历史曲线图，并生成系统工况参数报表。

在具体实施中，可以利用空气能热泵产生初级水温、出水温度为45—55℃，然后利用谷电锅炉夜间加热至85°以上热媒水介质与空气能热泵产生的低温水进行55°至65°(混水器温度流量配置)、(热感应智能数字化控制)满足散热器的进水温度。

利用大面积光伏电能(电量)29.12KW(铺设面积为230平方米)，最大输出量可以满足两台空气能热泵(热泵额定电功率11.5KW),其余光伏电能可以满足办公室用电及富余电量输送至国家电网，夏季可以满足整栋办公楼空调、照明及办公电脑、电器用电量。

全天用水量为40吨生活热水，满足车间员工热水洗浴。

由于系统由多种能源集成而成，特别是热媒形成由太阳能集热器、空气能、谷电锅炉共同产生热能，并且汇聚到储能箱，处于热能聚合状态，需要智能系统来根据气候、季节来平衡协调实现系统达到的热媒额定温度55°--60°。

空气能热泵机组时所产生的噪音小于48分贝，能效比COP3.2。在室外温度5°至15°可以产生热媒水温45°至50°热水通过与储能箱85°热水混和与智能温控阀输出55°至65°散热器采暖用水。如室外温度低至5°至-5度以下空气能效比会下降，此时由谷电锅炉作为热能量辅助加热系统对采暖系统进行供热满足采暖要求，

举例来说，由于上海属于华东地区全年平均温度为16.9°，年平均日照时间为2100小时，非常适宜太阳能光伏发电与三联空气源热泵的使用与推广，全年均可以有效利用太阳能光伏发电与太阳能、空气能热能应用，全天候产电与热水，不受台风或者阴雨天气影响

谷电锅炉100KW，利用晚上国家电网鼓励利用低谷电能制热、进行热能储存，晚上10点至第二天早6点可以生产85度热水18吨，晚上电力低谷期制取热水其成本为白天电价的50％。

例如，控制系统以HL公司的STM32ARM处理器为检测控制核心，具有结构简单，成本低，功能实用，使用方便等优点，实现了对水温、水温的连续测量与显示，上水与电辅热的自动控制。

根据系统时钟分时段上水与电辅热，大大提高了太阳能的利用率，节约了电能。STM32处理器通过以太网通信模块和网线与监控室的计算机通信上。

监控计算机可对工程现场的水位、水温、冷、热水流量信号进行实时监测、实时显示，可对现场的电加热、电磁阀和水泵等进行自动控制；还可对以

上各种参数和控制设备进行远程监控及自动故障诊断；对该系统集成能源的利用(太阳能光伏电能、空气能热能、低谷电能、储能源系统、生活热水洗浴、冬季采暖)形成清洁环保能源最大化的收集与利用，同时为今后积累丰富、成熟清洁能源利用技术成果普及与推广有建设性的意义。

可以看出，本发明有效地开发了太阳能光热能源的利用、为大面积推广普及积累可行性系统资源与数据，实现广泛应用清洁能源的制冷、制热、照明、生活热水、降低排放。

本发明能够将太阳能光伏发电、太阳能热水、空气能、谷电锅炉能源整合互相补，解决了清洁能源能量不稳定、随气候及昼夜变化而变化，以相对稳定能源作为辅助与补偿，充分利用了清洁绿色能源、同时又非常有效的解决环保、污染问题。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。