专利名称：基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种将太阳能与空气源热泵有机结合，实现太阳能的高效利用与建筑的一 体化，为建筑提供采暖的装置。属于太阳能利用、制冷空调系统设计和制造的技术领域。
背景技术：
随着化石能源的逐步枯竭，能源问题已经成为全球经济发展面临的主要制约。面对严峻的 能源形势，开发和高效利用太阳能等可再生能源成为缓解能源危机的主要途径。随着经济的发 展和人们生活水平的提高，建筑能耗已经占全社会总能耗的30%以上，并且还在以较快的速度 增长。目前太阳能在建筑中的应用主要集中于太阳能热水器，为建筑提供生活热水。因生活热 水能耗在建筑能耗中占的比重较小，这种方式的太阳能应用，利用效率不高。而在建筑能耗中 空调夏季制冷、冬季采暖所占的比重最大，如能高效的将太阳能应用于建筑冬季供暖这将对我 国的节能减排具有重大意义。
太阳能具有间歇性和不稳定性等特点，这些特性使太阳能的大规模应用受到很大制约。空
气源热泵具有使用灵活，能够制冷、制热同时高效节能的优点，如能将空气源热泵与太阳能有 机结合起来，共同向建筑供暖，可以弥补太阳能的不足。但空气源热泵在冬季制热时存在除霜 问题，而其除霜方式的好坏严重影响着空气源热泵的制热性能、安全可靠性和寿命。同时实现 将太阳能的利用与建筑的一体化，这对太阳能在建筑中的推广应用起到重要的推动作用。
因此，如何将太阳能与空气源热泵有机结合起来，解决好空气源热泵冬季制热运行时的除 霜问题，实现太阳能的高效利用与建筑的一体化，成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难 题。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是将太阳能与空气源热泵有机结合起来，解决空气源热泵制 热运行的除霜问题，实现太阳能的高效利用与建筑的一体化等问题，开发出基于太阳能与建筑 一体化的高效热泵装置。
技术方案本实用新型的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置包括制冷剂循环回路、 太阳能冷热水回路；其中制冷剂循环回路中，压縮机的输出端分两路， 一路接四通阀第一输入 端，另外一路通过除霜电磁阀、除霜节流阀接第一换热器输出端，四通阀第一输出端接第一换 热器输入端，第一换热器输出端通过第一单向阀接储液器的输入端，第二换热器第一输入端通 过第二单向阀接储液器的输入端，储液器的输出端通过过滤器、供液电磁阀、电子膨胀阀接第四单向阀和第三单向阀的输入端，第四单向阀的输出端接第二换热器第一输入端，第二单向陶 的输出端接第一换热器输出端，第二换热器第一输出端接四通阀第一输入端，四通阀第—输出 端接气液分离器输入端，气液分离器输出端接压縮机的输入端；
太阳能冷热水回路中，冷热水冋水端回来后分成三路 一路通过第六电磁阀接第七屯磁阀 的输入端；第二路通过第一电磁陶接第二换热器第二输入端；第二路通过第二电磁阀与第二换 热器第二输出端合并后再分两路， 一路通过第四电磁阀接太阳能集热器输入端，太HI能集热器 输出端通过第五电磁阀接热水储存器的输入端，另一路通过第二电磁阀也接热水储存器的输入 端，热水储存器的输出端接水泵入口，水泵出口通过第七电磁阀接冷热水输出端。
所述的第二换热器与太阳能集热器串联工作。在压縮机出口与第一换热器输出端接有除霜 电磁阀和除霜节流阀，其中除霜节流陶为可调整开度的节流阀。在太阳能冷热水回路中由第一 电磁阓、第二电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀构成阀门组，实现空气源热泵勾 太阳能集热器的自由切换。压縮机为可变容量压缩机。在第一换热器输入端装有第一压力传感 器和感受翅片表面温度的第三温度传感器。
本实用新型实现建筑一体化的太阳能空气源热泵制热方法具体是在冬季建筑需耍供暖 时，从空调系统末端回来的热水(一般为4(TC)从冷热水回水端进入机组后，热水经过第一电 磁阀后进入第二换热器中与制冷剂进行换热，吸收制冷剂的热量，热水温度升高，热水从第二 换热器出来后经过第四电磁阀进入太阳能集热器，热水在太阳能集热器中吸收太阳能，温度进 一步升高，从太阳能集热器中出来后经过第五电磁阀进入热水储存器，然后热水在水泵作用下 经过第七电磁阀从冷热水出水端送出至空调末端。在整个热水的加热过程中，空气源热泵与太 阳能集热器起到串联作用，热泵在前，太阳能集热器在后， 一般空调末端回水温度为4(TC,机 组出水温度为45'C。热水在机组中产生的5'C温升(45'C-40°C=5°C)，由热泵和太阳能集热器 两部分分担。当没有太阳时，热水在机组中的5'C温升全部由热泵承担；当有太阳时，太阳能 集热器承担一定的热水温升，则热泵所承担的热水温升就减小(热泵采取变容量调节，所承担 热水温升越小，热泵耗功就越少，同时热泵的第二换热器中的热水出水温度降低，热泵的冷凝 温度降低，从而使热泵效率得到提高，实现节能)；当太阳辐射强度较大，能使热水在太阳能集 热器中产生5'C温升时，空气源热泵将停止工作，此时建筑的供暖热量全部由太阳能承担。在 机组启动运行时通过空气源热泵将系统中的热水温度加热至40'C以上，再使热水进入太阳能集 热器，接受太阳能，热水温度升高后，进入空调末端，能够立即将太阳能热量传到室内，从而 实现太阳能的高效利用，不论太阳能强度的大小，都可以将太阳能集热器所接收的太阳能高效 利用，而这太阳能的利用不需要消耗别的能量(只消耗少量泵功)。 实现建筑一体化的太阳能空气源热泵机组所采取的方案为
冬季制热运行当没有太阳或太阳辐射强度不足时，制冷剂循环回路工作。制冷剂被压縮
机吸入压縮后排出，经过四通阀后进入第二换热器，制冷剂在其中放出热量冷凝，使热水温度 升高，然后制冷剂依次经过第二单向阀、储液器、过滤器、供液电磁阀、电子膨胀阀、第三单 向阀后进入第一换热器中，制冷剂在其中蒸发吸收空气的热量，完全蒸发后，从第一换热器流 出，再次通过四通阔，进入气液分离器后被压縮机吸入、压缩再次循环。当太阳辐射强度足够
4大，太阳能集热器足以使热水产生5'C的温升时，制冷剂循环回路(空气源热泵)将停止工作。
当没有太阳或太阳辐射强度不足以抵消热水在太阳能集热器中的散热时，太阳能冷热水冋 路中热水从冷热水回水端进入机组后经过第一电磁阔进入第二换热器，热水在第二换热器中与 制冷剂换热，温度升高，热水从第二换热器出来后经过第三电磁阀进入热水储存器(热水不再 进入太阳能集热器)，然后热水被水泵吸入加压后经过第七电磁阀从冷热水出水端送出。
当太阳辐射强度较大，但太阳能集热器又不能全部承担热水的5'C温升时，太阳能冷热水 回路中热水从冷热水回水端进入机组后经过第一电磁阀进入第二换热器，热水在第二换热器中 与制冷剂换热，温度升高，热水从第二换热器出来后经过第四电磁阀进入太阳能集热器，吸收 太阳能热量，温度升高后经过第五电磁阀进入热水储存器，然后热水被水泵吸入加压后经过第 七电磁阀从冷热水出水端送出。
当太阳辐射强度很大，太阳能集热器能够全部承担热水的5'C温升时，太阳能冷热水回路 中热水从冷热水回水端进入机组后将分别经过第二电磁阀、第四电磁阀进入太阳能集热器，吸 收太阳能热量，温度升高后经过第五电磁阀进入热水储存器，然后热水被水泵吸入加压后经过 第七电磁阀从冷热水出水端送出。
当冬季空气源热泵在较低环境温度运行出现结霜现象时，空气源热泵运行一定时间后需要 进行除霜。当热泵进行除霜时，制冷剂循环回路中，四通阀保持制热时位置，不换向，供液电 磁阀关闭。制冷剂被压縮机吸入压縮后排出，将经过除霜电磁阀和除霜节流阀节流后，变成低 压高温的过热蒸气进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中通过管壁和翅片与翅片上霜层进行 换热，放出热量，融化霜层，自身温度降低，制冷剂从第一换热器出来后通过四通阀，进入气 液分离器后被压縮机吸入、压縮再次循环。直到第一换热器的翅片表面霜层全部除掉(当第三 温度传感器感受翅片温度高于某一温度时，如IO'C，认为翅片表面霜层以除尽)，然后空气源 热泵打开供液电磁阀，关闭除霜电磁阀结束除霜，切换回正常制热运行。
夏季制冷运行时制冷剂循环回路中制冷剂被压縮机吸入压縮后排出，经过四通阀后进入 第一换热器，制冷剂在其中与空气换热，放出热量冷凝，然后依次经过第一单向阀、储液器、 过滤器、供液电磁阀、电子膨胀阀、第四单向阀后进入第二换热器中，制冷剂在其中与冷冻水 换热，蒸发吸收热量，制取冷冻水，制冷剂完全蒸发后再次通过四通阀，进入气液分离器后被 压縮机吸入、压縮再次循环。太阳能冷热水回路中冷冻水从冷热水回水端进入机组后经过第一 电磁阀进入第二换热器，冷冻水在第二换热器中与制冷剂换热，温度降低，然后再经过第三电 磁阀进入热水储存器，最后热水储存器中冷冻水被水泵吸入加压后经过第七电磁阀从冷热水出 水端送出。此时太阳能集热器将不工作。
有益效果本实用新型基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，可实现太阳能与空气源 热泵的无缝对接，彻底解决太阳能供暖的间歇性和不稳定问题。不论太阳能辐射强度的大小都 可高效、方便的利用太阳能为建筑供暖。同时采取了一种新型除霜方式，可避免现有空气源热 泵逆向除霜方式的各种不足。该机组还具有结构紧凑，便于建筑屋顶布置，可实现真正实现太 阳能与建筑的一体化。
图1是本实用新型基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置示意图。
图l中有压縮机l;四通阀2;四通阀第一输入端2a;四通阀第一输出端2b;四通阀第 二输入端2C;四通阀第二输出端2d;第一换热器3;第一换热器输入端3a;第一换热器输出端 3b;第一单向阀4;第二单向阀5;储液器6;过滤器7;供液电磁阀8;电子膨胀阀9;第三单 向阀10;第四单向阀ll;第二换热器12;第二换热器第一输入端12a;第二换热器第一输出端 12b;第二换热器第二输入端12c;第二换热器第二输出端.12d;气液分离器13;第一电磁阀14; 第二电磁阅15;第三电磁阀16;第四电磁阀17;太阳能集热器18;第五电磁陶19;热水储存 器20;水泵21;第六电磁阀22;第七电磁阀23;第一温度传感器24;第二温度传感器25;第
三温度传感器26;第一压力传感器27;除霜电磁阀28;除霜节流阀29。
具体实施方式
结合附图l进一步说明本实用新型的具体实施方式
，本实用新型基于太阳能与建筑一体化
的高效热泵装置包括制冷剂循环回路、太阳能冷热水回路两部分。具体的连接方法是压縮机
l输出端出来后分两路， 一路接四通阀第一输入端2a，另外一路通过除霜电磁阀28、除霜节流 阀29接第一换热器输出端3b，四通阀第一输出端2b接第一换热器输入端3a，第一换热器输出 端3b通过第一单向阀4接储液器6输入端，同时第一换热器输出端3b也通过第一单向阀4、 第二单向阀5接第二换热器第一输入端12a,储液器6的输出端通过过滤器7、供液电磁阀8接 电子膨胀阀9输入端，电子膨胀阀9的输出端通过第四单向阀11接第二换热器第一输入端12a， 同时电子膨胀阀9输出端还通过第三单向阀10接第一换热器输出端3b，第二换热器第一输出 端12b接四通阀第二输入端2c，四通阀第二输出端2d接气液分离器13输入端，气液分离器13 的输出端接压縮机1的输入端；冷热水回水端分成三路第一路通过第六电磁阀22接水泵21 出口；第二路通过第一电磁阀14接第二换热器第二输入端12c，第三路通过第二电磁阀15与 第二换热器第二输出端12d合并，两路合并后又分成两路， 一路通过第四电磁阀17接太阳能集 热器18输入端，太阳能集热器18输出端通过第五电磁阀19接热水储存器20输入端；另外一 路通过第三电磁阀16也接热水储存器20输入端，热水储存器20的输出端接水泵21入口，水 泵21出口经过第七电磁阀23接冷热水输出端。
在冷热水出水端装有第一温度传感器24，在冷热水回水端装有第二温度传感器25。在第 一换热器输入端3a处装有第一压力传感器27，在第一换热器输入端3a处的翅片上装有第三温 度传感器26，感受翅片表面温度。
机组冬季制热运行当没有太阳或太阳辐射强度不足时，制冷剂循环回路工作。制冷剂被 压縮机l吸入压縮后排出，经过四通阔2后进入第二换热器12 (此时除霜电磁阀28关闭)，制 冷剂在其中放出热量冷凝，制取热水，然后依次经过第二单向阀5、储液器6、过滤器7、供液 电磁阀8、电子膨胀阀9、第三单向阀10后进入第一换热器3中，制冷剂在其中蒸发吸收热量， 然后再次通过四通阀2，进入气液分离器13后被压縮机1吸入、压縮再次循环。当太阳辐射强 度足够大，太阳能集热器18足以承担热水的5"C温升时，制冷剂循环回路将停止工作。
当没有太阳或太阳辐射强度不足以抵消热水在太阳能集热器18中的散热时，太阳能冷热 水回路中热水从冷热水回水端进入机组后经过第一电磁阀14进入第二换热器12 (此时第六电磁阀22、第二电磁阀15关闭)，热水在第二换热器12中与制冷剂换热，热水温度升高，从第 二换热器12出来后经过第三电磁阀16进入热水储存器20 (此时第四电磁阀17、第五电磁阀 19关闭)，然后热水被水泵21吸入加压后经过第七电磁阀23从冷热水出水端送出。
当太阳辐射强度较大，但太阳能集热器18又不能全部承担热水的5'C温升时，太阳能冷 热水回路中热水从冷热水回水端进入机组后经过第一电磁阀14进入第二换热器12 (此时第六 电磁阀22、第二电磁阀15关闭)，热水在第二换热器12中与制冷剂换热，热水温度升高，从 第二换热器12出来后经过第四电磁阀17进入太阳能集热器18 (此时第三电磁阀16关闭)，吸 收太阳能热量，热水温度升高后经过第五电磁阀19进入热水储存器20，然后热水被水泵21吸 入加压后通过第七电磁阀23从冷热水出水端送出。
当太阳辐射强度很大，太阳能集热器18能够全部承担热水的5'C温升时，第六电磁阀22、 第一电磁阀14、第三电磁阀16关闭，太阳能冷热水回路中热水从冷热水回水端进入机组后将 分别经过第二电磁阀15、第四电磁阀17进入太阳能集热器18，吸收太阳能热量，温度升高后 经过第五电磁阀19进入热水储存器20，然后热水被水泵21吸入加压后经过第七电磁阀23从 冷热水出水端送出。
当冬季空气源热泵在较低环境温度运行出现结霜现象时，空气源热泵运行一定时间后需要 进行除霜。热泵进行除霜时，制冷剂循环回路中，四通阀2保持制热时位置，不换向，供液电 磁阀8关闭，除霜电磁阀28打开。制冷剂被压縮机1吸入压縮后排出，经过除霜电磁阔28后 被除霜节流阀29节流降压，变成低压高温的过热蒸气进入第一换热器3，制冷剂在第一换热器 3中通过管壁和翅片与翅片上霜层进行换热，放出热量，融化霜层，自身温度降低，制冷剂从 第一换热器3出来后通过四通阀2，进入气液分离器13后被压缩机1吸入、压縮再次循环。直 到第一换热器3的翅片表面霜层全部除掉(当第三温度传感器26感受翅片温度高于某一温度时， 如IO'C，认为翅片表面霜层以除尽)，然后空气源热泵打开供液电磁阀8，关闭除霜电磁阀28 结束除霜，切换回正常制热运行。此时太阳能冷热水回路保持制热时运行状态。
夏季制冷运行制冷剂循环回路中制冷剂被压縮机l吸入压縮后排出，经过四通阀2后进 入第一换热器3，制冷剂在其中与空气换热，放出热量冷凝，然后依次经过第一单向阀4、储液 器6、过滤器7、供液电磁阀8、电子膨胀阀9、第四单向阔11后进入第二换热器12中，制冷 剂在其中与冷冻水换热，蒸发吸收热量，制取冷冻水，制冷剂然后再次通过四通阀2,进入气 液分离器13后被压縮机1吸入、压縮再次循环。太阳能冷热水回路中，第六电磁阀22、第二 电磁阀15、第四电磁阀17关闭，冷冻水从冷热水回水端进入机组后经过第一电磁阀14进入第 二换热器12，冷冻水在第二换热器12中与制冷剂换热，吸收制冷剂热量，温度降低，然后再 经过第三电磁阀16进入热水储存器20，最后热水储存器20中冷冻水被水泵21吸入加压后经 过第七电磁阀23后从冷热水出水端送出。此时太阳能集热器18将不工作。
权利要求1.一种基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在于该机组包括制冷剂循环回路、太阳能冷热水回路；其中制冷剂循环回路中，压缩机(1)的输出端分两路，一路接四通阀第一输入端(2a)，另外一路通过除霜电磁阀(28)、除霜节流阀(29)接第一换热器输出端(3b)，四通阀第一输出端(2b)接第一换热器输入端(3a)，第一换热器输出端(3b)通过第一单向阀(4)接储液器(6)的输入端，第二换热器第一输入端(12a)通过第二单向阀(5)接储液器(6)的输入端，储液器(6)的输出端通过过滤器(7)、供液电磁阀(8)、电子膨胀阀(9)接第四单向阀(11)和第三单向阀(10)的输入端，第四单向阀(11)的输出端接第二换热器第一输入端(12a)，第三单向阀(10)的输出端接第一换热器输出端(3b)，第二换热器第一输出端(12b)接四通阀第二输入端(2c)，四通阀第二输出端(2d)接气液分离器(13)输入端，气液分离器(13)输出端接压缩机(1)的输入端；太阳能冷热水回路中，冷热水回水端回来后分成三路一路通过第六电磁阀(22)接第七电磁阀(23)的输入端；第二路通过第一电磁阀(14)接第二换热器第二输入端(12c)；第三路通过第二电磁阀(15)与第二换热器第二输出端(12d)合并后再分两路，一路通过第四电磁阀(17)接太阳能集热器(18)输入端，太阳能集热器(18)输出端通过第五电磁阀(19)接热水储存器(20)的输入端，另一路通过第三电磁阀(16)也接热水储存器(20)的输入端，热水储存器(20)的输出端接水泵(21)入口，水泵(21)出口通过第七电磁阀(23)接冷热水输出端。
2. 根据权利要求1所述的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在丁-所述的第 二换热器(12)与太阳能集热器(18)串联工作。
3. 根据权利要求1所述的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在下-在压縮机 (1)出口与第一换热器输出端(3b)接有除霜电磁阀(28)和除霜节流阀(29)，其中除霜节流阀(29)为可调整开度的节流阀。
4. 根据权利要求1所述的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在丁、在太阳 能冷热水回路中由第一电磁阀(14)、第二电磁阀(15)、第三电磁阀(16)、第四电磁阀(17)、 第五电磁阀(19)构成阀门组，实现空气源热泵与太阳能集热器(18)的自由切换。
5. 根据权利要求1所述的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在丁-压縮机 (1)为可变容量压縮机。
6. 根据权利要求1所述的基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置，其特征在亍在第一换 热器输入端(3a)装有第一压力传感器(27)和感受翅片表面温度的第三温度传感器(26)。
专利摘要基于太阳能与建筑一体化的高效热泵装置包括制冷剂循环回路、太阳能冷热水回路；其中制冷剂循环回路中，压缩机(1)的输出端分两路，一路接四通阀第一输入端(2a)，另外一路通过除霜电磁阀(28)、除霜节流阀(29)接第一换热器输出端(3b)；太阳能冷热水回路中，冷热水回水端回来后分成三路一路通过第六电磁阀(22)接第七电磁阀(23)的输入端；第二路通过第一电磁阀(14)接第二换热器第二输入端(12c)；第三路通过第二电磁阀(15)与第二换热器第二输出端(12d)合并后再分两路；可实现太阳能与空气源热泵的无缝对接，彻底解决太阳能供暖的间歇性和不稳定问题。
文档编号F24J2/00GK201344637SQ20092003807
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者张小松, 梁彩华, 江楚遥 申请人:东南大学