基于空气源热泵利用大气中能量进行建筑供暖的系统及方法与流程

本发明涉及大气中的能量应用，具体涉及一种基于空气源热泵利用大气中的能量进行建筑供暖的运行调控方法及系统。

背景技术：

1、近100年间，地表温度已经大约升高了0.5～0.8℃。对此温度升高，普遍被认为是co2为主的气体造成的。太阳波辐射到达地面，地表向外释放出的长波热辐射线被温室气体(主要指co2)吸收，在夜间持续辐射和转变成热能。

2、为应对全球气候变暖，现阶段主要采取在各行业进行深度碳减排的间接措施。大气中蕴含着巨大的能量，如果能够提取出大气中的能量，可以直接减少或抵消因人类活动给地球带来的负面温升，是直接治理全球变暖的方法。

3、空气源热泵使用方便，能量利用率高，且可充分利用大气环境中的低温能源，对使用地区基本不产生污染，是一种节能、环保的绿色空调技术。利用空气源热泵提取大气中的能量进行供暖，不仅能直接治理全球变暖，而且能够利用提取的这部分能量进行供暖，减少对其他能源的消耗，从而减少碳排放，是一件一举两得的事情。但是冬季室外空气温度很低时，空气源热泵不可避免地存在制热量大幅减少、cop急剧下降、室外换热器结霜等问题，限制了空气源热泵在寒冷和严寒地区等区域的使用。采用一种新的利用大气中能量供暖的系统及方法进行热能的跨时间调度，使空气源热泵在日高效时段运行，扩大空气源热泵系统使用地域范围，便于全球推广从而更好地治理全球变暖是本发明要解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于空气源热泵利用大气中的能量进行建筑供暖的系统及方法，根据日气象参数获得建筑日累计耗热量，控制空气源热泵在日高效时段运行并提供建筑一天所需热量，并利用建筑围护结构储能系统的储能特性，实现热能跨时间调度，在空气源热泵不运行时散热维持室内舒适温度，同时采用低温供暖，以提高空气源热泵系统能效，用以解决空气源热泵在严寒和极寒气候条件下能效比低的问题，扩大空气源热泵系统使用地域范围；进而可以全球推广，提取大气中的能量直接降低大气温度，解决全球气候变暖的问题。

2、本发明是通过下述技术方案来实现的。

3、根据本发明的一个方面，提供了一种基于空气源热泵利用大气中能量进行建筑供暖的方法，包括：

4、s1，选取供暖设计日，计算建筑热负荷，得到供暖设计日建筑日总耗热量，依据建筑日总耗热量配置空气源热泵和热量传输管道；

5、s2，监测室内外环境参数和空气源热泵运行参数，获取天气预报室外逐时温度和建筑围护结构储能系统信息；

6、s3，根据天气预报室外逐时温度数据，计算建筑热负荷，得到建筑全天日总耗热量；

7、s4，计算某时刻开始供暖的空气源热泵的累计供热量，按时间步长逐时累计，直至累计供热量大于一天建筑日总耗热量，得到累计计算结束时刻和累计计算时间；

8、s5，重复步骤s4，计算下一时刻开始供暖的空气源热泵累计供热量，记录累计计算结束时刻和累计计算时间，直至累计计算结束时刻≥24时，结束计算；

9、s6，根据空气源热泵各时刻累计供热量对应的供暖累计运行时间，获得空气源热泵供暖日最佳运行时间；

10、s7，根据空气源热泵供暖日最佳运行时间，确定一天供暖开机时刻和关机时刻；

11、s8，重复步骤s2～s7，确定每天空气源热泵开机时刻和关机时刻，直至供暖季结束。

12、优选的，依据建筑日总耗热量配置空气源热泵和热量传输管道，包括：

13、11)从历年的日平均温度中选取与供暖室外计算温度±0.2℃的所有日平均温度，并将其对应的日逐时温度按照时刻平均化，得到供暖设计日的逐时计算温度；

14、12)将传统的供暖室外计算温度替换为设计日的逐时计算温度，采用动态算法计算建筑围护结构储能系统逐时耗热量，并计算供暖设计日建筑日总耗热量；

15、13)依据在日高温时段运行8h的原则，计算所需空气源热泵容量；

16、14)依据在设计日日高温时段运行8h原则，选择热量传输管道敷设间距。

17、优选的，室内外环境参数和空气源热泵运行参数包括室外空气温度、供暖室内设计温度和空气源热泵供水温度；建筑围护结构储能系统信息包括建筑围护结构储能系统传热系数、朝向和面积。

18、优选的，根据天气预报室外逐时温度数据，采用动态算法计算建筑热负荷，得到建筑全天日总耗热量，包括：

19、31)依据室外逐时温度、室内环境参数和建筑围护结构储能系统参数计算建筑围护结构储能系统瞬时耗热量：

20、32)依据建筑围护结构储能系统瞬时耗热量计算时间步长计算建筑全天日总耗热量。

21、优选的，空气源热泵供暖日最佳运行时间为每日满足建筑供暖日总耗热量所需最短运行时间，即为某时刻开始供暖的累计供热量满足一天建筑日总耗热量所需空气源热泵运行时间。

22、根据本发明的另一方面，提供了一种所述方法采用的基于空气源热泵利用大气中能量进行建筑供暖的系统，包括：

23、空气源热泵系统，用于提取大气中的能量对建筑运行供暖；

24、智能控制系统，用以依据建筑日总耗热量和累计供热量计算空气源热泵一日最佳运行时段，控制空气源热泵运行从大气中收集热能；

25、热量传输系统，用于将空气源热泵系统提取的热量传输至建筑围护结构储能系统；

26、建筑围护结构储能系统，用于储存热量传输系统传输的热量并向建筑空间辐射热量，实现热能24小时调度。

27、优选的，所述智能控制系统包括智能控制器、室外温湿度监测装置、室内温湿度监测装置、空气源热泵供水监测装置和通讯线路。

28、所述建筑围护结构储能系统包括地板和墙壁建筑围护结构储能系统。

29、空气源热泵系统位于建筑外部，热量传输管道与空气源热泵系统连通，敷设在建筑围护结构储能系统内；热量由空气源热泵系统从大气中提取，通过热量传输系统输送至建筑围护结构储能系统。

30、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

31、1)本发明利用智能控制系统监测室内外环境参数，通过计算建筑日总耗热量和累计供热量，获得空气源热泵供暖每日最佳运行时段，使每日空气源热泵在高效时段运行，提高空气源热泵系统能效，节约能源，并扩大了空气源热泵系统气候区域适用性。

32、2)本发明充分利用建筑围护结构储能系统的蓄热特性和热惰性，实现热量跨时间调度，在空气源热泵关机时段仍能维持室内舒适温度，实现建筑恒温。

33、3)本发明收集大气中的能量使大气降温，可以减少或抵消因人类活动给地球带来的负面温升，是治理全球变暖的直接方法。

34、4)本系统通过智能控制系统控制空气源热泵在最佳时段运行从大气中收集热能，通过热量传输系统将热量运输至建筑围护结构储能系统，一部分热量辐射至室内空间维持室内温度，一部分热量储存在建筑围护结构储能系统内，在空气源热泵停止运行后，建筑围护结构储能系统持续向室内释放热量，维持建筑恒温。本系统通过建筑围护结构储能系统储能实现热能24小时内的任意调度，提高了空气源热泵系统能效，扩大了其适用地域和气候区域；在非供暖地区，可以鼓励使用本发明，提高室内热舒适度的同时，还可帮助治理大气温度。

35、本系统易于实现，不受时空限制，具有广泛的地域和气候区域适应性，在非供暖地区，可以鼓励使用本发明，在提高室内热舒适度的同时，还可帮助治理大气温度。