一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统

1.本发明涉及可再生能源利用技术领域，更具体地说，它涉及一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统。


背景技术：

2.目前大量技术均采用空气源热泵供暖与太阳能热水相耦合的方式，借助太阳能热水减少系统运行能耗以及减少系统的结霜化霜问题。但是大量技术发明并未完全考虑实际运行以及对于居民用电政策的支持，导致部分技术运行策略难以满足现有的取暖模式以及与既有的电力供给政策不相匹配，容易造成能源浪费，难以实现真正的高效、绿色、低成本运行。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统，该装置可以高效利用太阳能光伏光热清洁能源，实现储能，放能的高效利用，有效降低能源消耗，实现冬季取暖的削峰填谷，在保证居民取暖用能需求的情况下，降低电网负荷压力，保证电网安全稳定运行。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统，包括空气源热泵供暖机组、光伏光热系统、太阳能空气集热器、高效集热缓冲水箱和相变蓄热装置；所述空气源热泵供暖机组的吸热端和散热端分别位于太阳能空气集热器和高效集热缓冲水箱内；所述光伏光热系统的电加热端位于空气源热泵供暖机组的吸热端处，所述光伏光热系统的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱连接；所述高效集热缓冲水箱的供暖水进出口端均通过管路与房间内的散热器连接；所述高效集热缓冲水箱与房间之间的管路与相变蓄热装置的集热端和散热端连接。
5.通过采用上述技术方案，将空气源热泵供暖机组的散热端安装于高效集热缓冲水箱内，由于谷电阶段电价较低，通过充分利用谷电，不仅保证居民夜间取暖的用能需求，还能将部分热量储存于相变储能装置中；将光伏光热系统的电加热端安装于空气源热泵供暖机组的吸热端位置，可以辅助空气源热泵供暖机组的吸热端快速化霜；将空气源热泵供暖机组的吸热端安装于太阳能空气集热器内，利用玻璃腔体温室效应，加热进入空气源热泵吸热端的空气温度，这样可以提高空气源热泵供暖机组的运行效率；将光伏光热系统的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱连接，在室外气象条件良好，阳光充足时可以仅通过光伏光热系统对高效集热缓冲水箱内的供暖水进行加热，而且在满足居民取暖用能的需求情况下，同时也可以向相变蓄热装置进行供热，将热量储存于相变装置中，在电力高峰或者夜间极端气候情况下向建筑室内供给热量；高效集热缓冲水箱与房间之间的管路与相变蓄热装置的集热端和散热端连接，这样相变蓄热装置可以满足短时间取暖供热需求或白天峰电和极端气象条件下供暖需求激增时的辅助供热。
6.本发明进一步设置为：所述太阳能空气集热器包括玻璃罩、保温层和进风管道；所
述进风管道与玻璃罩连通，所述保温层安装于玻璃罩内，所述空气源热泵供暖机组的吸热端安装于玻璃罩内。
7.通过采用上述技术方案，在玻璃罩内安装保温层，并且玻璃罩与进风管道连通，这样可以保证玻璃罩内的空气无论在白天还是夜晚温度始终比外界环境空气的温度高，从而使空气源热泵供暖机组始终处于较高的运行效率下运行。
8.本发明进一步设置为：所述空气源热泵供暖机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器盘管和节流阀，所述蒸发器、压缩机、冷凝器盘管和节流阀之间通过管路连接形成压缩制热循环；所述蒸发器安装于玻璃罩内，所述冷凝器盘管安装于高效集热缓冲水箱内。
9.通过采用上述技术方案，将蒸发器安装于玻璃罩内，同时将冷凝器盘管安装于高效集热缓冲水箱内，这样通过单机压缩制热的方式将玻璃罩内的热量搬运到高效集热缓冲水箱内，从而实现对高效集热缓冲水箱内的供暖水进行加热。
10.本发明进一步设置为：所述光伏光热系统包括pv/t、蓄电池和加热器；所述pv/t与蓄电池之间电性连接，所述蓄电池与加热器之间电性连接，所述加热器位于蒸发器处；所述pv/t的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱连接。
11.通过采用上述技术方案，由于蒸发器位于室外，外界环境较低，蒸发器容易结霜，将加热器安装于蒸发器旁，这样可以辅助蒸发器快速化霜，以保持供暖系统的稳定运行；蓄电池同时与pv/t和加热器电性连接，这样可以通过pv/t在太阳能的作用下产生的电能来供给加热器工作，达到节能的效果；将pv/t的进出液端通过管路与高效集热缓冲水箱连接，这样当阳光充足时，空气源热泵供暖机组可以停机，通过pv/t对高效集热缓冲水箱内的供暖水进行加热，达到节能的效果。
12.本发明进一步设置为：所述相变蓄热装置内设有多个温度传感器。
13.通过采用上述技术方案，在相变蓄热装置内安装多个温度传感器，可以准确测量相变蓄热装置内的温度。
14.综上所述，本发明具有以下有益效果：
15.1、将空气源热泵供暖机组的散热端安装于高效集热缓冲水箱内，由于谷电阶段电价较低，通过充分利用谷电，不仅保证居民夜间取暖的用能需求，还能将部分热量储存于相变储能装置中；
16.2、将光伏光热系统的电加热端安装于空气源热泵供暖机组的吸热端位置，可以辅助空气源热泵供暖机组的吸热端快速化霜；
17.3、将空气源热泵供暖机组的吸热端安装于太阳能空气集热器内，这样可以提高空气源热泵供暖机组的运行效率；
18.4、将光伏光热系统的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱连接，在室外气象条件良好，阳光充足时，可以仅通过光伏光热系统对高效集热缓冲水箱内的供暖水进行加热，在满足居民取暖用能的需求情况下，同时也可以向相变蓄热装置进行供热，将热量储存于相变装置中，在电力高峰或者夜间极端气候情况下向建筑室内供给热量；
19.5、高效集热缓冲水箱与房间之间的管路与相变蓄热装置的集热端和散热端连接，这样相变蓄热装置可以满足短时间取暖供热需求或白天峰电和极端气象条件下供暖需求激增时的辅助供热。
附图说明
20.图1是本发明实施例中一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统的结构示意图。
21.图中：1、保温层；2、蒸发器；3、玻璃罩；4、压缩机；5、相变蓄热装置；6、温度传感器；7、房间；8、高效集热缓冲水箱；9、冷凝器盘管；10、pv/t；11、节流阀；12、蓄电池；13、加热器。
具体实施方式
22.以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。
23.实施例：一种新型太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统，如图1所示，包括空气源热泵供暖机组、光伏光热系统、太阳能空气集热器、高效集热缓冲水箱8和相变蓄热装置5；空气源热泵供暖机组的吸热端和散热端分别位于太阳能空气集热器和高效集热缓冲水箱8内；光伏光热系统的电加热端位于空气源热泵供暖机组的吸热端处，光伏光热系统的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱8连接；高效集热缓冲水箱8的供暖水进出口端均通过管路与房间7内的散热器连接；高效集热缓冲水箱8与房间7之间的管路与相变蓄热装置5的集热端和散热端连接。
24.太阳能空气集热器包括玻璃罩3、保温层1和进风管道(图中未标注)；进风管道与玻璃罩3连通，保温层1安装于玻璃罩3内，空气源热泵供暖机组的吸热端安装于玻璃罩3内。
25.空气源热泵供暖机组包括蒸发器2、压缩机4、冷凝器盘管9和节流阀11，蒸发器2、压缩机4、冷凝器盘管9和节流阀11之间通过管路连接形成压缩制热循环；蒸发器2安装于玻璃罩3内，冷凝器盘管9安装于高效集热缓冲水箱8内。
26.光伏光热系统包括pv/t10、蓄电池12和加热器13；pv/t10与蓄电池12之间电性连接，蓄电池12与加热器13之间电性连接，加热器13位于蒸发器2处；pv/t10的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱8连接。
27.在本实施例中，当处于夜间谷电阶段，空气源热泵供暖机组进行供暖，单级压缩制热循环内的制冷剂在蒸发器2位置吸收玻璃罩3内的空气热量，通过压缩机4的作用，将制冷剂变为高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器盘管9处通过对流换热和热传导的方式将热量传递到高效集热缓冲水箱8内，从而对高效集热缓冲水箱8内的供暖水进行加热，供暖水中的热量其中一部分通过相变的方式储存在相变蓄热装置5内，另一部分的热量输送到房间7内，从而实现夜间空气源热泵机组对房间7内供暖；由于在白天的阳光作用下，pv/t10产生电能储存在蓄电池12内，到了夜间空气源热泵供暖机组工作时，蓄电池12对加热器13通电，使得加热器13加热，从而提高了蒸发器2周围的温度，降低了蒸发器2结霜的概率，保持空气源热泵供暖机组的稳定运行；当空气源热泵供暖机组在白天进行供暖时，进风管道将外界空气输送到玻璃罩3内，再通过太阳能加热，使得蒸发器2周围的空气温度高于室外空气温度，这样提高了整个空气源热泵供暖机组的稳定性；当室外阳光充足时，空气源热泵供暖机组可以停机，pv/t10对高效集热缓冲水箱8内的供暖水进行加热，在满足居民取暖用能的需求情况下，同时也可以向相变蓄热装置5进行供热，将热量储存于相变蓄热装置5中，在电力高峰或者夜间极端气候情况下向房间7内供给热量；通过夜间谷电运行空气源热泵产生的热量或者是白天太阳能热充足时常产生的储存于相变蓄热装置5中的热量，可以起到取暖时的直接短时间供热或白天峰电和极端气象条件下供暖需求激增时的辅助供热；具体
为：根据各地区电力负荷峰值出现的时间段设置相变蓄热装置5供暖时间段与之重合，进而减少峰电时间段的运行时长，由谷电和太阳能产生的相变蓄热进行供暖，从而降低供暖系统的运行费用；白天或夜间极端气象条件或者是居民取暖用能需求激增时，开启相变蓄热装置5对空气源热泵供暖机组进行辅助供热，既可以缓解空气源热泵供暖机组的运行压力，又可以充分保证居民短时间、持续性的高取暖用能需求。
28.相变蓄热装置5内设有多个温度传感器6。
29.在本实施例中，在相变蓄热装置5内安装多个温度传感器6，可以准确测量相变蓄热装置5内的温度。
30.工作原理：将空气源热泵供暖机组的散热端安装于高效集热缓冲水箱8内，由于谷电阶段电价较低，通过充分利用谷电，不仅保证居民夜间取暖的用能需求，还能将部分热量储存于相变储能装置中；将光伏光热系统的电加热端安装于空气源热泵供暖机组的吸热端位置，可以辅助空气源热泵供暖机组的吸热端快速化霜；将空气源热泵供暖机组的吸热端安装于太阳能空气集热器内，利用玻璃腔体温室效应，加热进入空气源热泵吸热端的空气温度，这样可以提高空气源热泵供暖机组的运行效率；将光伏光热系统的进出液端均通过管路与高效集热缓冲水箱8连接，在室外气象条件良好，阳光充足时可以仅通过光伏光热系统对高效集热缓冲水箱8内的供暖水进行加热，而且在满足居民取暖用能的需求情况下，同时也可以向相变蓄热装置5进行供热，将热量储存于相变装置中，在电力高峰或者夜间极端气候情况下向建筑室内供给热量；高效集热缓冲水箱8与房间7之间的管路与相变蓄热装置5的集热端和散热端连接，这样相变蓄热装置5可以满足短时间取暖供热需求或白天峰电和极端气象条件下供暖需求激增时的辅助供热。
31.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。