一种相变储能双蒸发器太阳能热泵采暖系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种相变储能双蒸发器太阳能热泵采暖系统，旨在克服现有太阳能水源热泵采暖系统水箱蓄热能力不强，极端天气时系统循环水易结冰、运行可靠性低等缺点。本实用新型采用相变蓄能水箱增加蓄热能力，开发圆柱体相变单元强化换热效果，采用双蒸发器(水冷式蒸发器和风冷式蒸发器)，在水箱蓄热能力不足或阴冷天气条件而导致水冷模式系统的能效值低于同工况下风冷模式的能效值时，系统能切换至风冷蒸发器模式以维持系统稳定高效运行。本实用新型开发一套智能控制算法，根据系统能效和集热器出水水温进行自动控制。该系统是一种技术可行，控制方便，节约运行费用，运行效率高的供热系统。特别适用于气候干燥，太阳能比较富余的区域。
【专利说明】
一种相变储能双蒸发器太阳能热泵采暖系统
技术领域
[0001]本实用新型属于土木工程类建筑环境与能源应用工程学科技术领域，具体涉及一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统。
【背景技术】
[0002]近年来，中国经济迅速发展，工业化进程加快，能源消耗量越来越大。为了响应国家“节能减排”的号召，坚持走可持续发展的道路。在我国推行新能源以及新型节能材料的应用已经刻不容缓。
[0003]太阳能作为一种自然能源，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势，已被国际社会公认为未来最具竞争力的能源之一。将太阳能利用与建筑节能技术相结合，可以降低能源消耗，减少环境污染，是建筑节能的一个重要途径。
[0004]相变储能技术则是利用相变材料在相变过程中会吸收会释放大量的潜热的优点来进行能量储存的技术，近些年，相变储能技术在建筑节能和暖通空调领域中的应用越来越受到重视。
[0005]热栗系统是通过消耗一部分高品位的能源作为驱动能源，从低温热源吸取热量将其提升到高位能源，具有很高的能效比，将热栗技术与太阳能技术有机结合能够达到更加节能的目的，因此带蓄热水箱的太阳能水源热栗系统在近些年得到了充分的研究。然而由于常规蓄热水箱蓄热能力较小，太阳能又具有不稳定性和间歇性，当太阳能强度不足时会造成水箱蓄存能力不足，造成系统较低的能效比。当冬天室外温度很低而水箱蓄热能力不足时，如果继续从水源热栗取热，则有可能造成系统循环水结冰，影响系统的正常使用。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于:为解决以上问题提出一种可行性高，控制方便，节约运行费用，运行效率高的供热系统。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是这样的:
[0008]—种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，包括太阳能热水系统和双蒸发器热栗采暖系统，
[0009]所述太阳能热水系统包括太阳能集热器、第一循环水栗、第一截止阀、第二循环水栗、第二截止阀、第三截止阀、第七截止阀、第一调节阀、第四截止阀、相变蓄能水箱，所述太阳能集热器、第一循环水栗、第一截止阀、第二循环水栗、第二截止阀、调节阀、第四截止阀依次连接形成环形的水循环系统。相变蓄能水箱一端连接第七截止阀，第七截止阀的另一端连接在第四截止阀与第一调节阀之间，相变蓄能水箱的另一端连接在第一截止阀与第二循环水栗之间;第三截止阀与第二循环水栗和第二截止阀串联后的管路并联；
[0010]所述双蒸发器热栗采暖系统包括室外水冷蒸发器、风冷蒸发器、压缩机、风冷冷凝器、节流阀、第五截止阀、第六截止阀；所述水冷蒸发器、第五截止阀、压缩机、风冷冷凝器和节流阀依次连接形成环形的热栗循环系统，风冷蒸发器和第六截止阀串联后与水冷蒸发器和第五截止阀串联后的管路并联；
[0011]在所述风冷蒸发器、风冷冷凝器、水冷蒸发器和太阳能集热器端均设置有温度传感器，该系统由智能控制器根据所述温度传感器所测得的温度统一控制。
[0012]优选地，所述相变蓄能水箱内相变单元呈圆柱体结构，能够使热水与相变材料换热充分，充分利用了相变材料储热能力强的特点；且圆柱体相变单元的组成成分的相变温度应该与太阳能热水系统在常规天气时的水温相适应，通常为50度左右。
[0013]优选地，所述第一调节阀为可以控制流量的电动比例调节阀；所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀均为电磁阀。
[0014]优选地，所述太阳能热水系统中的热媒为盐水或添加了防冻液的水。
[0015]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0016]将圆柱体相变蓄热单元放置于太阳能水源热栗热风采暖系统的蓄水箱中，使相变材料能够与系统中的循环水进行充分换热，有效利用了相变材料储热能力强的特点来克服太阳能的不稳定性和间歇性。并且系统中的各种阀门及设备均由自控装置根据循环水温度进行统一控制，实现了控制智能化，使系统大部分时间保持高效运行，大大节约了运行能耗。此外，热栗系统还采用双蒸发器，由自控装置根据COP和水温控制切换运行模式，最大程度节约能耗。特殊天气下采用风冷蒸发器，避免水源热栗在极端工况下结冰，大大增大了系统运行可靠性。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统示意图；
[0018]图中标记:1、太阳能集热器;2、第一循环水栗;3、第二循环水栗;4、相变蓄能水箱；41、相变单元;5、水冷蒸发器;6、风冷蒸发器;7、压缩机;8、风冷冷凝器;9、节流阀；10、第一截止阀；11、第四截止阀；12、第七截止阀；13、第一调节阀；14、第二截止阀；15、第三截止阀；16、第五截止阀；17、第六截止阀；
[0019]图2为本实用新型相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统的控制结构框图；
[0020]图3为本实用新型相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统的相变储能模块示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本实用新型的技术方案。
[0022]如图1-2所示，一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，包括太阳能热水系统和双蒸发器热栗采暖系统，所述太阳能热水系统包括太阳能集热器1、第一循环水栗2、第一截止阀1、第二循环水栗3、第二截止阀14、第三截止阀15、第七截止阀12、第一调节阀13、第四截止阀11、相变蓄能水箱4，所述太阳能集热器1、第一循环水栗2、第一截止阀10、第二循环水栗3、第二截止阀14、调节阀13、第四截止阀11依次连接形成环形的水循环系统。相变蓄能水箱4 一端连接第七截止阀12，第七截止阀12的另一端连接在第四截止阀11与第一调节阀13之间，相变蓄能水箱4的另一端连接在第一截止阀10与第二循环水栗3之间；第三截止阀15与第二循环水栗3和第二截止阀14串联后的管路并联；
[0023]所述双蒸发器热栗采暖系统包括室外水冷蒸发器5、风冷蒸发器6压缩机7、风冷冷凝器8、节流阀9、第五截止阀16、第六截止阀17;所述水冷蒸发器5、第五截止阀16、压缩机7、风冷冷凝器8和节流阀9依次连接形成环形的热栗循环系统，风冷蒸发器6和第六截止阀17串联后与水冷蒸发器5和第五截止阀16串联后的管路并联；
[0024]在所述风冷蒸发器6、风冷冷凝器8、水冷蒸发器5和太阳能集热器I端均设置有温度传感器，该系统由智能控制器根据所述温度传感器所测得的温度统一控制。
[0025]检测风冷蒸发器进风口温度T1、风冷冷凝器回风口温度T2、水冷蒸发器进水口温度T3，太阳能集热器出水口温度T4，水冷蒸发器出水口温度!^，计算风冷蒸发器模式和水冷蒸发器模式的COP值，优先选择COP较高的模式运行。
[0026]当白天太阳能比较充足，采用水冷蒸发器模式时，太阳能集热器I出水口温度T4较高，此处温度传感器测得后反馈给智能控制器，当此温度值高于相变温度!^时，大循环启动，即除第二截止阀14和第六截止阀17关闭外，其余截止阀全开启。第一循环水栗2启动，第二循环水栗3关闭，循环水在第一循环水栗2的驱动作用下从太阳能集热器I流出到达分流点a，此时智能控制器会根据水冷蒸发器出口水温!^控制第一调节阀13对进入两条支路的流量比例进行调节；当夜晚或者阴雨天日照强度不足时，太阳能集热器I的出水口温度T4较低，当低于相变温度TstJt，开启阀门第一截止阀10、第四截止阀11、第三截止阀15、第五截止阀16，关闭阀门第七截止阀12、第二截止阀14、第六截止阀17;第一循环水栗2关闭，第二循环水栗3开启。智能控制器检测水冷蒸发器出口水温T5，控制第一调节阀13，实现水冷蒸发器供水量随动调节。
[0027]当白天太阳能不足或夜间相变储能水箱供热量不足时，采用水冷蒸发器模式系统COP值会降低，当其低于当前工况下风冷蒸发器模式的COP值时，关闭阀门第一截止阀10、第四截止阀11、第七截止阀12、第二截止阀14、第三截止阀15、第五截止阀16，第一循环水栗2、第二循环水栗3均关闭；第六截止阀17开启，将室外蒸发器切换成风冷蒸发器6，即将系统切换成风冷蒸发器模式，以保证整个系统的高效运行。
[0028]此外当极端天气(连续较长时间无日照)出现时，太阳能集热器I出水口温度T4很低，当低于某安全设置温度时，关闭阀门第一截止阀10、第四截止阀11、第七截止阀12、第二截止阀14、第三截止阀15、第五截止阀16，第一循环水栗2、第二循环水栗3均关闭；第六截止阀17开启，将室外蒸发器切换成风冷蒸发器6，即将系统切换成风冷蒸发器模式，以保证整个系统的高效运行;所述安全设置温度具体数值必须根据实际运行时测试数据分析得到。
[0029]参见图3，本实用新型采用的相变材料为圆柱体相变单元，以便热水与相变材料充分换热。当日照充足时，热水从水箱下部进人相变蓄热水箱4再从上部流出；当日照不足时，热水从水箱上部进入水箱与圆柱形相变单元换热后从下部流出。
[0030]本实用新型将相变蓄能装置加入相变水箱，应用到了太阳能热栗采暖系统中，并且采用了双蒸发器系统根据不能模式下系统的能耗系数选择运行模式，节约能耗。同时能避免极端天气时系统供热效果不佳造成的热不舒适，确保系统运行的安全可靠。采用了与太阳能热水系统水温相适应的相变材料作为相变材料，并制成圆柱体相变单元，充分利用了相变材料储能效率高的特性。并且将系统中的各项阀门和设备与自动控制系统结合，以此实现了智能控制。系统始终在最佳性能模式下运行，相比纯风冷热栗系统，大大提高了系统的平均C0P，相比普通太阳能水源热栗系统，由于相变储能水箱较高的蓄热能力，可以在夜间或日照不太充足的时候依然使系统中的水保持较高的温度，使系统绝大部分时间处于高效运行状态，并且避免了极端天气下水源热栗结冰，提升了系统运行的可靠性。
【主权项】
1.一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，其特征在于:包括太阳能热水系统和双蒸发器热栗采暖系统， 所述太阳能热水系统包括太阳能集热器、第一循环水栗、第一截止阀、第二循环水栗、第二截止阀、第三截止阀、第七截止阀、第一调节阀、第四截止阀、相变蓄能水箱，所述太阳能集热器、第一循环水栗、第一截止阀、第二循环水栗、第二截止阀、调节阀、第四截止阀依次连接形成环形的水循环系统;相变蓄能水箱一端连接第七截止阀，第七截止阀的另一端连接在第四截止阀与第一调节阀之间，相变蓄能水箱的另一端连接在第一截止阀与第二循环水栗之间；第三截止阀与第二循环水栗和第二截止阀串联后的管路并联； 所述双蒸发器热栗采暖系统包括室外水冷蒸发器、风冷蒸发器、压缩机、风冷冷凝器、节流阀、第五截止阀、第六截止阀；所述水冷蒸发器、第五截止阀、压缩机、风冷冷凝器和节流阀依次连接形成环形的热栗循环系统，风冷蒸发器和第六截止阀串联后与水冷蒸发器和第五截止阀串联后的管路并联； 在所述风冷蒸发器、风冷冷凝器、水冷蒸发器和太阳能集热器端均设置有温度传感器，该系统由智能控制器根据所述温度传感器所测得的温度统一控制。2.根据权利要求1所述的一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，其特征在于:所述相变蓄能水箱内相变单元呈圆柱体结构。3.根据权利要求1所述的一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，其特征在于:所述第一调节阀为可以控制流量的电动比例调节阀;所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀均为电磁阀。4.根据权利要求1所述的一种相变储能双蒸发器太阳能热栗采暖系统，其特征在于:所述太阳能热水系统中的热媒为盐水或添加了防冻液的水。
【文档编号】F24J2/46GK205641103SQ201620490469
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】张泉, 沙正勇, 凌伟, 崔兵, 吴东波, 王加强
【申请人】香江科技股份有限公司