一种热泵与太阳能四联供系统的制作方法

本发明涉及能源领域，特别是关于一种热泵与太阳能四联供系统。

背景技术：

随着技术和经济的发展，人们的能源需求量越来越多，由于常规能源消耗对环境的污染较大，以及国家节能减排政策的出台，要求人们越来越多地利用地热能、太阳能等中低品位的能源。供冷、供暖、热水和干燥等功能为日常民生常态需求，需要消耗大量能源，若能有效利用低品位能源，则能大大降低人们的生活成本。如何有效提高低品位能源在供冷、供暖、热水和干燥等方面的利用率，已成为现阶段较难攻克的技术问题，亟待解决。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种热泵与太阳能四联供系统，最大限度提升低品位能源的利用，并向用户提供冷气、暖气、热水和干燥等功能，用户模式可以随意组合，智能化程度较高，操作方便。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种热泵与太阳能四联供系统，包括与外部水源形成通路的集热水箱、与集热水箱形成环路的太阳能集热系统、与集热水箱形成环路的余热回收换热器、与余热回收换热器形成环路的热泵机组、与热泵机组形成环路的冷却系统、以及与集热水箱形成环路或与外部水源形成通路的供应冷气或暖气的风机盘管、提供干燥作用的干燥机构、供应热水的热水器，太阳能集热系统包括水泵p1和太阳能集热板，热泵机组包括依次循环连通的第一集热器、四通阀v13、第二换热器、四通阀v12，冷却系统包括冷却泵和外部冷/热源。

优选的，四通阀v13将第一换热器、压缩机、余热回收换热器、第二换热器依次连通，四通阀v12将第二换热器、节流阀、第一换热器依次连通。

优选的，集热水箱设有第一出口和第一进口，第一出口经水泵p1、太阳能集热板、电动三通阀v10与第二进口形成通路，第一出口经风冷散热器、电动三通阀v10与第二进口形成通路。

优选的，外部水源经水泵p2、单向截止阀v1与第一进水口形成通路。

优选的，集热水箱设有第二出口和第二进口。

优选的，第二出口经单向电磁阀v3、单向电磁阀v5、热水器与第二进口形成通路，第二出口经电磁阀v4、余热回收换热器、单向电磁阀v5、热水器与第二进口形成通路。

优选的，第二出口经单向电磁阀v3、单向电磁阀v6、干燥机构与第二进口形成通路，第二出口经电磁阀v4、余热回收换热器、单向电磁阀v6、干燥机构与第二进口形成通路；第二出口经单向电磁阀v3、单向电磁阀v7、第一换热器、电动三通阀v9、干燥机构与第二进口形成通路，第二出口经电磁阀v4、余热回收换热器、单向电磁阀v7、第一换热器、电动三通阀v9、干燥机构与第二进口形成通路。

优选的，第二出口经单向电磁阀v3、单向电磁阀v7、第一换热器、电动三通阀v9、风机盘管、水泵p4、单向电磁阀v8与第二进口形成通路，第二出口经电磁阀v4、余热回收换热器、单向电磁阀v7、第一换热器、电动三通阀v9、风机盘管、水泵p4、单向电磁阀v8与第二进口形成通路。

优选的，外部水源经水泵p2、单向截止阀v2分别与热水器、干燥机构、风机盘管形成通路。

优选的，还包括有温度传感器、计算机数据处理装置、电脑检测和控制装置。

本发明相较于现有技术的有益效果是：

本发明的供能系统具有两种能量来源，热泵与太阳能，通过在晴天主要运用太阳能为主要能源来源，在阴天主要运用热泵为主要能源来源，最大限度提升低品位能源的利用，并向用户提供冷气、暖气、热水和干燥等功能，用户模式可以随意组合，智能化程度较高，操作方便。

附图说明

图1为本发明一实施例中热泵与太阳能四联供系统的原理图。

图2为本发明一实施例中测试及监控装置原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细描述。

请参考图1-2，本发明实施例包括：

热泵与太阳能四联供系统，具有供冷、供暖、供热水和干燥等功能，用户模式可以随意组合，智能化程度较高，操作方便。

（1）夏季晴好天气：制冷、干燥、供热水三联供模式：首先，启动太阳能集热系统循环水泵p1，将自来水泵入太阳能集热板，自来水被太阳能集热板加热后进入集热水箱第一进口，加热集热水箱中的水，经过集热水箱第一出口和集热循环热水泵后，再进入太阳能集热板，不断往复循环，加热集热水箱中的热水。太阳能集热循环系统通过电动单向阀v1向太阳能集热系统补水，如果集热水箱中的热水温度过高，还带有自动风冷散热器，具有散热功能。

其次，启动热泵机组的制冷模式及余热回收系统循环泵p6，制冷模式启动时，单向电磁阀v7和v8关闭、v5和v6开启，第一换热器为蒸发器，第二换热器为冷凝器。集热水箱中的水被太阳能集热循环系统加热，单向电磁阀v3关闭，集热水箱第二出口的热水通过单向电磁阀v4进入热泵机组余热回收换热器吸收热量，提高温度后，再通过单向电磁阀v5和v6分别向热水机构和干燥机构提供热水和热风。

若集热水箱第二出口的热水满足干燥机构和热用户的需求，则不用启动余热回收启动泵p6，需要关闭单向电磁阀v4，开启单向电磁阀v3。

同时，单向电磁阀v3和v4、v5和v6也可以分别用电动三通阀替代，根据用户需求进行热水流量比例分配。

最后，冷冻水系统的冷冻泵p4启动，冷冻水通过冷冻泵和电动三通阀v9进入风机盘管供用户冷气。

完成干燥、热水和制冷的三联供模式，同时增加了太阳能供热系统，提高了系统的热水温度和能源利用效率。

对于热泵机组循环系统，制冷剂在第一换热器中由于吸收了冷冻水的热量，由低温低压的液态变为气态，经过四通阀进入压缩机，压缩后的气体经过余热回收换热器放热（用于加热集热水箱第二出口的热水）后，再经过第二换热器冷凝变为低温高压的液体，再经过节流阀v11节流降压后，变为低温低压的液体，进入第一换热器，从而，制冷剂完成一个封闭循环。

对于冷却系统，冷却泵p5将冷却水送入第二换热器，吸收热泵循环系统中制冷剂释放的热量后，进入外部冷源系统，释放热量。

（2）夏季阴雨天气：制冷、干燥、供热水三联供模式：不启动太阳能集热循环系统，只启动热泵机组的制冷模式及余热回收系统。

（3）过渡季节晴好天气：干燥、供热水两联供模式：启动太阳能集热系统p1泵和热泵余热回收系统，余热回收换热器作为冷凝器，v4、v5、v6打开，集热水箱第二出口的热水经过余热回收换热器吸收热量后分别供干燥机构和热水机构，如果太阳能集热水箱的第二出口热水温度满足干燥机构和用户需求，则只开启v3，关闭v4；同时，单向电磁阀v3和v4、v5和v6也可以分别用电动三通阀替代，根据用户需求进行热水流量比例分配。

启动热泵余热回收系统时，第二换热器作为蒸发器，制冷剂在蒸发器中吸收热量，变为蒸气，经过压缩机压缩后，在余热回收换热器冷凝放热，变为液态，液态制冷剂经过节流阀v11降压后，进入第二换热器，完成一个封闭循环。冷却系统启动泵p5，为第二换热器提供热量。

（4）过渡季节阴雨天气：干燥、供热水两联供模式：不启动太阳能集热循环系统，只启动热泵机组的余热回收系统。

（5）冬季晴好天气：供暖、干燥、供热水三联供模式：首先，启动太阳能集热系统循环水泵p1，将自来水泵入太阳能集热板，自来水被太阳能集热板加热后进入集热水箱第一进口，加热集热水箱中的水，经过集热水箱第一出口和集热循环热水泵后，再进入太阳能集热板，不断往复循环，加热集热水箱中的热水。太阳能集热循环系统通过电动单向阀v1向太阳能集热系统补水，如果集热水箱中的热水温度过高，还带有自动风冷散热器，具有散热功能。

其次，启动热泵机组的制热模式及余热回收系统循环泵p6，制热模式启动时，单向电磁阀v7和v8开启、v5和v6开启，第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器。集热水箱中的水被太阳能集热循环系统加热，单向电磁阀v3关闭，集热水箱第二出口的热水通过单向电磁阀v4进入热泵机组余热回收换热器吸收热量，提高温度后，再通过单向电磁阀v5、v6和v7分别向热水机构、干燥机构和风机盘管提供热水、热风和暖气。

若集热水箱第二出口的热水满足热水机构、干燥机构和风机盘管供暖的需求，则不用启动余热回收启动泵p6，需要关闭单向电磁阀v4，开启单向电磁阀v3。

同时，单向电磁阀v3和v4、v5和v6也可以分别用电动三通阀替代，根据用户需求进行热水流量比例分配。

最后，对于热泵机组循环系统，高温高压气态制冷剂在第一换热器中放出热量，用于进一步提升热水温度，由于放热，制冷剂变为液态，经过节流阀v11降压后，进入第二换热器，吸收热量，变为气态，经过四通阀进入压缩机，压缩后的气体经过余热回收换热器放热（用于加热集热水箱第二出口的热水）后，变为高温高压气体，进入第一换热器，从而，制冷剂完成一个封闭循环。

干燥、热水和供暖的三联供模式，增加了太阳能供热系统，提高了系统的热水温度和能源利用效率。

对于冷却系统，冷却泵p5将热源送入第二换热器，加热热泵机组的制冷剂后，降低温度后，进入外部冷源系统，吸收热量。

（6）冬季阴雨天气：供暖、干燥、供热水三联供模式：不启动太阳能集热循环系统，只启动热泵机组的制热模式及余热回收系统。

系统各部分组成的具体连接结构及各结构配合关系如下文所述。

如图1所示，太阳能集热系统利用太阳能将水加热，具体结构包括通过管道依次连接并形成回路的太阳能集热器、电动三通阀v10、集热水箱第一进口、集热水箱第一出口、太阳能集热循环泵p1；集热水箱的第二进口分别与分机盘管、冷冻泵p4、单向电动阀v8、干燥机构、热水机构相连；集热水箱的第二出口经过单向电磁阀v3、用户循环泵p3、单向电磁阀v7与第一换热器相连，通过电动三通阀v9与干燥机构热水进口相连；集热水箱的第二出口经过单向电磁阀v4、余热回收循环泵p6、与余热回收器相连。

热泵机组在太阳光不足的情况下作为系统的主要能源，具体结构包括通过管道依次连接并形成回路的第一换热器、第二换热器、压缩机、余热回收换热器、节流阀v11、四通阀v12和四通阀v13。冷却系统为热泵机组散热，具体结构包括通过管道依次连接并形成回路的冷却泵p5和外部冷/热源。

外部水源的取水管路具体包括通过管道依次连接的补水泵p2、单向截止阀v1、单向截止阀v2；在太阳光充足的情况下，外部水源由单向截止阀v1控制进入到太阳能集热系统中，在太阳光不足的情况下，外部水源越过太阳能集热系统并由单向截止阀v2控制进入到余热回收换热器或第一换热器。

在本系统中，监测温度采用温度传感器进行探测，其中包括t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8；监测温度的温度传感器与电脑监控装置相连，统一监控调配。

具体工作原理如下：

在夏季时，有制冷、供热水和干燥三种模式，可以单独运行，也可以联合运行。

1.制冷模式：关闭单向阀v7和v8，开启热泵制冷模式，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；

2.供热水模式：晴好天气，启动太阳能集热循环系统循环泵p1，打开单向电磁阀v3和v5，关闭单向电磁阀v4、v6和v7，启动用户循环泵p3；阴雨天气则启动热泵余热回收模式，打开单向电磁阀v4和v5，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3、v6和v7；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

3.干燥模式：晴好天气，启动太阳能集热循环系统循环泵p1，打开单向电磁阀v3和v6，关闭单向电磁阀v4、v5和v7，启动用户循环泵p3；阴雨天气则启动热泵余热回收模式，打开单向电磁阀v4和v6，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3、v5和v7；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

4.制冷、供热水模式：晴好天气，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v3和v5，关闭单向电磁阀v4、v6和v7，启动用户循环泵p3，开启热泵制冷模式和太阳能集热循环系统循环泵p1，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；阴雨天气则启动热泵制冷和余热回收模式，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v4和v5，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3、v6和v7，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

5.制冷、干燥模式：晴好天气，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v3和v6，关闭单向电磁阀v4、v5和v7，启动用户循环泵p3，开启热泵制冷模式和太阳能集热循环系统循环泵p1，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；阴雨天气则启动热泵制冷和余热回收模式，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v4和v6，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3、v5和v7，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

6.供热水、干燥模式：晴好天气，启动太阳能集热循环系统循环泵p1，打开单向电磁阀v3、v5和v6，关闭单向电磁阀v4和v7，启动用户循环泵p3；阴雨天气则启动热泵余热回收模式，打开单向电磁阀v4、v5和v6，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3和v7；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

7.制冷、供热水和干燥模式：晴好天气，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v3、v5和v6，关闭单向电磁阀v4和v7，启动用户循环泵p3，开启热泵制冷模式和太阳能集热循环系统循环泵p1，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；阴雨天气则启动热泵制冷和余热回收模式，关闭单向阀v7和v8，打开单向电磁阀v4、v5和v6，启动热泵余热回收泵p6，关闭单向电磁阀v3和v7，启动冷冻泵p4和冷却泵p5；晴好天气，也可以同时启动太阳能集热循环系统和热泵余热回收系统，打开相应的电磁阀；

具体控制策略是：

太阳能集热循环：在天气晴好，日照充足的情况下，当t1-t3(t2-t3)任意差值＞10℃（可设置）时，循环泵p1启动，直至t1-t3(t2-t3)<5℃（可设置）时，集热循环泵p1自动关闭。

生活热水端控制：阀门v3常开，v5常闭，当t4-t5＞10℃且t5＜45℃（可设置）时，用户循环泵p3启动，直至t4-t5＜5℃，用户循环泵p3停止。

采暖热水和干燥机构端控制：风机盘管启动当t4≥60℃（可设置）时，用户循环泵p3、冷冻泵p4启动；当t4<50℃（可设置）时，用户循环泵p3、冷冻泵p4关闭，余热回收泵p6启动；

制冷控制：热泵系统制冷模式开启，压缩机和泵p4、p5启动。

安全报警：集热水箱水压力超过0.4mpa时系统报警并自动泄压，当集热循环泵前压力超过0.6mpa时系统报警；

高温保护：当t1或t2≥100℃或t4≥90℃（可设置）时，电动三通阀v10切换到风冷散热模式，风冷散热器开启；当t1且t2≤75℃（可设置）时，v10切换到集热循环通路，风冷器关闭。

防冻循环：当t1或t2或t8＜5℃（可设置）时，循环泵p1启动，防冻循环伴热带启动，直至t1且t2且t8＞10℃（可设置）时，循环泵p1和防冻循环伴热带关闭。

冬季运行模式，即将夏季的热泵制冷模式设定为制热模式即可，同时打开阀门v7和v8。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。