一种太阳能空气能高效循环采暖系统的制作方法

本发明涉及太阳能热利用技术领域，特别是涉及一种太阳能空气能高效循环采暖系统。

背景技术：

现有的“太阳能+空气源热泵”在某些地区采暖项目上有应用，系统大多采用一个水箱，水箱白天储热太阳能的热量，当水箱内的水温达到采暖温度需求时，可以用来供暖。当水箱内的水温达不到采暖温度时，空气源热泵加热水箱内的水，等水温达到供热温度，继续供热。但空气源热泵的cop是随温度的降低而下降的，所以在夜间热泵cop偏低的时候，室外环境也比较冷，会造成室内的温度偏低。如北京工业大学（申请号：202011074660.6）。白天光照充足时，太阳能供暖装置足够承担用户的供暖需求，此时空气源热泵供暖回路处于关闭状态。

采暖对热水器水箱内的水温有一定的要求，现在的厂家一般采用将太阳能热水器的水箱直径减小，以减小单只真空管对应的水量，借此来获得更高温的热水，以用来采暖。如河北道荣新能源科技有限公司（申请号：201920494951.7）内胆直径为250-300mm。热水器采用水箱侧面各有2个进出水口，水口采用上下布置，水箱出水采用下水口，这样在采暖时，循环回来的热水在水箱底部，容易再次被抽走进入采暖循环，造成热水在水箱的上层，而循环采暖水温度偏低，不能起到采暖的效果。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种太阳能空气能高效循环采暖系统，以解决现有技术的不足。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，影响实际中的使用，本发明提出一种设计合理，能有效的获取热水的太阳能空气能高效循环采暖系统，已解决现有技术的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种太阳能空气能高效循环采暖系统，包括太阳能集热系统、储热水箱、空气源热泵、控制中心和采暖末端，其特点是：所述太阳能集热系统连接有采暖进液管路和采暖出液管路，采暖进液管路与采暖末端的出液口相连，采暖出液管路与采暖末端的进液口相连；在采暖出液管路上沿水流方向分别设有电动三通阀ⅰ、循环泵ⅰ、电动三通阀ⅱ；

所述储热水箱设有内胆，所述内胆通过热泵循环管路与空气源热泵连通，热泵循环管路上设有循环泵ⅱ；所述内胆上设有进水口和出水口，进水口上连接有进水管路，进水管路通过电动三通阀ⅲ与采暖进液管路相连，在电动三通阀ⅲ与太阳能集热系统之间的采暖进液管路上设有电动三通阀ⅳ；所述出水口上连接有出水管路，出水管路与电动三通阀ⅰ相连；所述内胆内设有换热器，换热器的进液端与电动三通阀ⅱ连通，出液端与电动三通阀ⅳ连通；

在储热水箱和太阳能集热系统内均装有水温水位传感器，在室内设有室内温度传感器，所述水温水位传感器、室内温度传感器、四个电动三通阀和循环泵均与控制中心相连；

当室内需要采暖时，并且太阳能集热系统的水温水位传感器测量到温度达到采暖温度时，控制中心控制打开电动三通阀ⅰ、循环泵ⅰ和电动三通阀ⅱ，太阳能集热系统内的液体通过采暖进液管路和采暖出液管路与采暖末端循环实现采暖运行；如果室内温度达到预期，通过电动三通阀ⅱ和电动三通阀ⅳ的切换，将太阳能集热系统和换热器实现一个闭路循环，通过换热器加热储热水箱内胆内的液体，将热量储存在水箱内；

控制中心可以具有物联网功能，可以联网预知当天及第二天的气温状况，白天在使用太阳能集热系统进行采暖的时候，控制中心控制空气源热泵同时工作给储热水箱内液体进行加热，并根据当天晚上及第二天的天气状况，计算室内供暖所需要的热量，将储热水箱的温度加热到适当温度，如外界温度较低而且风比较大，需将水箱的水温加热到60-65℃；如外界温度适中而且风比较小，需将水箱的水温加热到55-60℃；如外界温度较高，需将水箱的水温加热到45-55℃；当太阳能集热系统内的液体温度下降，达不到采暖要求后，而室内温度低于设定温度时，打开电动三通阀ⅰ、循环泵ⅰ、电动三通阀ⅱ和电动三通阀ⅲ，储热水箱与采暖末端之间通过进水管路、出水管路、采暖进液管路和采暖出液管路连通，储热水箱与采暖末端循环实现采暖运行；

太阳能集热系统与储热水箱之间构成一个防冻循环系统，当夜晚气温降低，管路内温度的达到设定温度后，一般设定为0-4℃，控制中心启动循环泵ⅰ，将太阳能集热系统内的液体通过换热器与储热水箱内的热水进行热交换，循环时间一般设定为3-5分钟，使管路里的水加热实现防冻。

本采暖系统内的循环介质可以为水或者防冻液。

控制中心为现有技术中公开的任何一种适用于本系统的控制中心。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述太阳能集热系统为联箱式太阳能集热器。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述太阳能集热系统由至少一台真空管直插式集热器构成，所述真空管直插式集热器包括储水箱，储水箱的两侧分别设有进液接口和出液接口，采暖进液管路与进液接口相连，采暖出液管路与出液接口相连，进液接口和出液接口分别设在储水箱上部的1/3-2/3处，进液接口和出液接口中均装有循环管接头，在储水箱内侧设有与循环管接头配合的水流导流装置。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述水流导流装置包括倾斜设置的导流板，导流板为弧形板，其一端面与储热水箱端盖相接，导流板与储热水箱端盖之间构成v形水流涡旋腔，所述进液接口或者出液接口均处于水流涡旋腔中，出液接口处的水流涡旋腔开口向上设置，进液接口处的水流涡旋腔开口向下设置；导流板上靠近自由端处的板面上设有若干进出孔，进出孔可以增加水流速度；所述储热水箱内设有上置式水温水位传感器，水温水位传感器的末端设在出液接口处的水流涡旋腔中，能准确的检测到采暖水的温度。进水时，因为开口方向向下，冷水会流到水箱底部，出水时，因为开口方向向上，优先将上部的热水取出。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述导流板自由端部距储热水箱内壁的距离为储热水箱直径的2/3-1/5。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述水流导流装置包括与进液接口上的循环管接头相连的进水导流管，以及与出液接口上的循环管接头相连的出水导流管，进水导流管和出水导流管均为弧形管，进水导流管向下弯曲设置，出水导流管向上弯曲设置。使用进水导流管和出水导流管可以调整进出水方向，进水时，导流管方向向下，冷水流到水箱底部。出水时，导流管方向向上，优先将上部的热水取出。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述进水导流管和出水导流管均为喇叭形，在进水导流管和出水导流管的管壁上设有若干筛孔，筛孔的直径由其根部向端口方向逐渐增大设置；所述进水导流管和出水导流管的端部距储热水箱内壁的距离为储热水箱直径的2/3-1/5。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述储热水箱内设有上置式或下置式水温水位传感器，水温传感器的位置位于水箱内部3/5-3/4处，距离出水导流管20-40cm，以更精确地感知实际采暖水的温度。

本系统通过4个电动三通阀控制管路的循环方向，使系统实现5种功能的循环方式，可以有最大限度的利用太阳能，具体的循环模式如下；

太阳能采暖循环模式，当室内温度传感器测量的温度低需要采暖时，并且太阳能集热系统的温度达到采暖温度时，控制中心打开电动三通阀ⅰ、循环泵ⅰ和电动三通阀ⅱ，太阳能集热系统内的液体通过采暖进液管路和采暖出液管路与采暖末端循环实现采暖运行。

太阳能热量储存模式，如果室内温度传感器测量的室内温度达到或者高于设定温度，控制中心通过电动三通阀ⅱ和电动三通阀ⅳ的切换，将太阳能集热系统和换热器实现一个闭路循环，通过换热器加热储热水箱内胆内的液体，将热量储存在水箱内。

空气源热泵储热模式，白天在使用太阳能集热系统进行采暖的时候，空气源热泵同时工作给储热水箱内液体进行加热，提高储热水箱内的液体基础温度，从而提高热泵的效率。

热泵供暖模式，当太阳能集热系统内的液体温度下降，达不到采暖要求后，打开电动三通阀ⅰ、循环泵ⅰ、电动三通阀ⅱ和电动三通阀ⅲ，储热水箱与采暖末端之间通过进水管路、出水管路、采暖进液管路和采暖出液管路连通，储热水箱与采暖末端循环实现采暖运行；

太阳能防冻循环模式，太阳能集热系统与储热水箱之间构成一个防冻循环系统，管路内温度的达到设定温度后，一般设定为0-4℃，控制中心启动循环泵ⅰ，将太阳能集热系统内的液体通过换热器与储热水箱内的热水进行热交换，循环时间一般设定为3-5分钟，使管路里的水加热实现防冻，从而不需要在管路上增加防冻电伴热带。

太阳能集热系统为联箱式太阳能集热器或者至少一台真空管直插式集热器，使用真空管直插式集热器时，通过将进液接口和出液接口分别设在储热水箱的两侧，并且使进出水口处于水箱上部的1/3-2/3处，同时在进出水口处设置水流导流装置，这样在采暖时，循环回来的热水流到水箱底部，上层的热水被优先取出进行采暖，从而提高了采暖的效果。

与现有技术相比，本系统通过4个电动三通阀控制管路的循环方向，使系统实现5种功能循环方式，可以有最大限度的利用太阳能，保证空气源热泵最高的cop，节约电能，保证采暖效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1为本发明采暖系统的一种结构示意图；

图2为本发明热量储存模式的一种结构示意图；

图3为本发明空气源热泵利用和供暖模式的一种结构示意图；

图4为本发明防冻循环模式的一种结构示意图；

图5为本发明的导流板为喇叭形弧形管的储热水箱主视图；

图6为本发明的导流板为等径弧形管的储热水箱主视图；

图7为本发明的导流板为弧形板的储热水箱主视图；

图8为本发明的采暖循环进水口处弧形板导流板的侧视图；

图9为本发明的采暖循环出水口处弧形板导流板的侧视图；

图10为本发明的防旋转部件安装示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、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，进一步阐述本发明。

参见图1，一种太阳能空气能高效循环采暖系统，包括太阳能集热系统1、储热水箱7、空气源热泵11、控制中心和采暖末端13，采暖末端13可以为暖气片或者地暖。所述太阳能集热系统1连接有采暖进液管路15和采暖出液管路2，采暖进液管路15与采暖末端13的出液口相连，采暖出液管路2与采暖末端13的进液口相连；在采暖出液管路2上沿水流方向分别设有电动三通阀ⅰ3、循环泵ⅰ4、电动三通阀ⅱ5。

所述储热水箱7设有内胆，内胆上连有排气管，所述内胆通过热泵循环管路10与空气源热泵11连通，热泵循环管路10上设有循环泵ⅱ；所述内胆上设有进水口和出水口，进水口上连接有进水管路9，进水管路9通过电动三通阀ⅲ14与采暖进液管路15相连，在电动三通阀ⅲ14与太阳能集热系统1之间的采暖进液管路15上设有电动三通阀ⅳ12；所述出水口上连接有出水管路6，出水管路6与电动三通阀ⅰ3相连；所述内胆内设有换热器8，换热器8的进液端与电动三通阀ⅱ5连通，出液端与电动三通阀ⅳ12连通。在储热水箱7和太阳能集热系统1内均装有水温水位传感器，在室内设有室内温度传感器，所述水温水位传感器、室内温度传感器、四个电动三通阀和循环泵均与控制中心相连。

所述太阳能集热系统1为联箱式太阳能集热器，或者由两台真空管直插式集热器相互串联构成，所述真空管直插式集热器包括储水箱101，储水箱101的两侧分别设有进液接口102和出液接口107，同时储水箱101上设有上水管、排气管105和溢流管。采暖进液管路15与进液接口102相连，采暖出液管路2与出液接口107相连，进液接口2和出液接口107分别设在储水箱101上部的1/2处，进液接口102和出液接口107中均装有循环管接头108，在储水箱101内侧设有与循环管接头108配合的水流导流装置。

所述水流导流装置有两种结构，分别如下：

参见图7，所述水流导流装置包括倾斜设置的弧形导流板104，其一端面与储水箱101端盖相接，导流板104与储水箱101端盖之间构成v形水流涡旋腔，水流入时，水压突然降低，水流速加快；所述进液接口102或者出液接口107均处于水流涡旋腔中，出液接口107处的水流涡旋腔开口向上设置，被加热的水在储水箱101最上面液位时，水流温度高而且恒定，出水时，因为开口方向向上，优先将上部的热水取出，恒温的热水不断充满后流出。在进液接口102和出液接口107上预设上下标记，进液接口102一侧做向下标记，进液接口102处的水流涡旋腔开口向下设置。出液接口107一侧做向上标记，出液接口107处的水流涡旋腔开口向上安装，确保进液接口102和出液接口107处，水流方向正确。进水时，水流涡旋腔开口方向向下，冷水会流到储水箱101底部，水快速的充满储水箱101后吸收热量加热。

所述导流板104上靠近自由端处的板面上设有若干进出孔103，进出孔103可以增加水流速度。导流板104的自由端部距储水箱101内壁的距离为储水箱101直径的1/5。同时，所述储水箱101内设有上置式水温水位传感器109，水温水位传感器109的末端设在出液接口107处的水流涡旋腔中，能准确的检测到采暖水的温度。

参见图5、6、7、8、9、10，水流导流装置另一种结构为：所述水流导流装置包括与进液接口102上的循环管接头108相连的进水导流管110，以及与出液接口107上的循环管接头108相连的出水导流管111。进水导流管110和出水导流管111与循环管接头108采用定位螺纹连接；在进液接口102和出液接口107上预设上下标记，进液接口102一侧做向下标记，进水导流管110管口向下安装，出液接口107一侧做向上标记，进水导流管110管口向上安装，确保进液接口102和出液接口107处，水流方向正确。而进水导流管110和出水导流管111与循环管接头108也可以采用卡紧结构或者其它卡紧结构；再次进水导流管110和出水导流管111与循环管接头108还可以采用软连接悬浮结构，所述进水导流管110和出水导流管111在储水箱101壁上均装有防旋转部件，防旋转部件在发泡后实现管体的周向旋转，实现周向旋转限位。

所述进水导流管110和出水导流管111均为弧形管，进水导流管110向下弯曲设置，出水导流管111向上弯曲设置。所述进水导流管110和出水导流管111均为等径管口或喇叭形管口，在进水导流管110和出水导流管111的管壁上设有若干筛孔106，筛孔106的直径由其根部向端口方向逐渐增大设置。具体如上所述，筛孔106分布在等径管口或喇叭形管口处。进水时，水可以通过筛孔106分流，快速进入储水箱101；出水时，水通过筛孔106快速充满出水导流管111。所述进水导流管110和出水导流管111可以调整进出水方向，进水时，在进液接口102一侧做向下标记，进水导流管110管口向下安装，进水导流管110的喇叭口方向向下安装，冷水向下直接流入储水箱底部。出水时，出液接口107一侧做向上标记，出水导流管111喇叭口向上安装，以优先将上部的热水取出。

所述进水导流管110和出水导流管111的端部距储水箱101内壁的距离为储热水箱7直径的2/3-1/5。同时，所述储水箱101内设有上置式或下置式水温水位传感器109，水温水位传感器109的位置位于水箱内部3/5-3/4处，距离出水导流管20-40cm，以更精确地感知实际采暖水的温度。

本系统通过4个电动三通阀控制管路的循环方向，使系统实现5种功能的循环方式，可以有最大限度的利用太阳能，保证空气源热泵11最高的cop，节约电能，保证采暖效果。具体的循环模式如下；

采暖循环模式，当室内需要采暖时，并且太阳能集热系统1水箱内的水温水位传感器测量到的温度达到采暖温度时，采用暖气片的系统，当太阳能集热系统1的水温高于45-65℃时；采用地暖的系统，当太阳能集热系统1的水温高于35-55℃时，控制中心打开电动三通阀ⅰ3、循环泵ⅰ4和电动三通阀ⅱ5，太阳能集热系统1内的液体通过采暖进液管路15和采暖出液管路2与采暖末端13循环实现采暖运行。

热量储存模式，如果室内温度达到预期，通过电动三通阀ⅱ5和电动三通阀ⅳ12的切换，将太阳能集热系统1和换热器8实现一个闭路循环，通过换热器8加热储热水箱7内胆内的液体，将热量储存在水箱内。

空气源热泵11储热模式，控制中心可以具有物联网功能，可以联网预知当天及第二天的气温状况，白天在使用太阳能集热系统1进行采暖的时候，控制中心控制空气源热泵11同时工作给储热水箱7内液体进行加热，并根据当天晚上及第二天的天气状况，计算室内供暖所需要的热量，将储热水箱7的温度加热到适当温度，如外界温度较低而且风比较大，需将水箱的水温加热到60-65℃；如外界温度适中而且风比较小，需将水箱的水温加热到55-60℃；如外界温度较高，需将水箱的水温加热到45-55℃；提高储热水箱7内的液体基础温度，从而提高热泵的效率。

热泵供暖模式，当太阳能集热系统1内的液体温度下降，达不到采暖要求后，而室内温度低于设定温度时，打开电动三通阀ⅰ3、循环泵ⅰ4、电动三通阀ⅱ5和电动三通阀ⅲ14，储热水箱7与采暖末端13之间通过进水管路9、出水管路6、采暖进液管路15和采暖出液管路2连通，储热水箱7与采暖末端13循环实现采暖运行；

防冻循环模式，太阳能集热系统1与储热水箱7之间构成一个防冻循环系统，当夜晚气温降低管路内温度的达到设定温度后，一般设定为0-4℃，控制中心启动循环泵ⅰ4，将太阳能集热系统1内的液体通过换热器8与储热水箱7内的热水进行热交换，循环时间一般设定为3-5分钟，使管路里的水加热实现防冻，从而不需要在管路上增加防冻电伴热带。

另外太阳能集热系统1为联箱式太阳能集热器或者至少一台真空管直插式集热器，使用真空管直插式集热器时，通过将进液接口和出液接口分别设在储热水箱7的两侧，并且使进出水口处于水箱上部的1/3-2/3处，同时在进出水口处设置水流导流装置，这样在采暖时，循环回来的热水流到水箱底部，上层的热水被优先取出进行采暖，从而提高了采暖的效果。

本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。