一种基于选择性透射温室效应的空气源热泵的制作方法

本实用新型属于空气源热泵及能源供热的技术领域，具体涉及一种基于选择性透射温室效应的空气源热泵。

背景技术：

空气源热泵是一种利用高品位的电能和空气中低品位的热能为建筑室内空间进行供热、供冷的装置。空气源热泵利用电能和外部热源产生温度高于外部热源的热能，供给人居空间使用；作为热泵技术的一种，有“大自然能量的搬运工”的美誉，有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。以无处不在的空气中的能量作为主要动力，通过少量电能驱动压缩机运转，实现能量的转移，无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用锅炉房，能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放，保证采暖功效的同时实现节能环保的目的。

在进行供热时，空气源热泵对环境温度存在一定的要求。当环境温度过低时，空气源热泵的制热效果会变得非常差，甚至无法制热。对于极寒天候，现有技术主要集中于双级压缩、喷气增焓、复叠系统、使用新型工质、改善传热、配合光伏光热等方法，通过对空气源热泵及其系统进行改进来提高低温供热时空气源热泵的效能。但是，当环境温度降低到一定程度时，上述方法并不能完全避免空气源热泵制热量不足、可靠性差、能效比低等问题，还会增加系统复杂程度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，为解决现有的空气源热泵存在上述缺陷，本实用新型提供出了一种简单、实用的基于选择性透射温室效应的空气源热泵；所述空气源热泵利用了选择性透射温室效应，其包括：选择性透射外壳、空气源热泵和蓄热装置；

所述空气源热泵置于所述选择性透射外壳的内部，选择性透射外壳形成一个密闭空间将空气源热泵密封在内；蓄热装置位于选择性透射外壳的外部，且通过管道与空气源热泵连接。在日间有光照的情况下，通过选择性透射外壳将太阳光的光能转换为热能，以选择性透射外壳内被太阳光加热的空气作为热源，空气源热泵提取热源制热；将空气源热泵中的过剩的热能存储至蓄热装置，供晚间或没有日光的情况下，为人居空间提供热能。

在上述技术方案中，选择性透射外壳包括：顶棚、透射围护机构和保温围护机构；透射围护机构置于朝阳面，保温围护机构置于与朝阳面相对的背阴面和地面，所述顶棚倾斜地置于透射围护机构和保温围护机构之上，且与二者无缝连接，形成一个直角梯形结构；其中，

所述顶棚，作为太阳光透射的部件，用于透射太阳光和反射空气源热泵辐射出的波段；具体地，顶棚透射太阳光辐射电磁波和反射空气源热泵辐射电磁波；

所述透射围护机构，作为补充太阳光透射的部件，用于在夜间或光照条件不佳的天候下，打开透射围护机构；

所述保温围护机构，用于对空气源热泵提供保温，最大限度减少选择性外壳内的热量向地下和向外传播；

在上述技术方案中，倾斜的角度为30-40°。

在上述技术方案中，选择性透射外壳采用光谱选择性透射材料构建。

在上述技术方案中，采用光谱选择性透射材料构建密闭性选择性透射温室；光谱选择性透射材料，是指只能让黑体热辐射光谱中，处于特定频率分布区间中的电磁波透过，而对其它波段电磁波的透射率则较低的材料。

光谱选择性透射材料需要选择太阳光光谱波段透射率高、常温物体辐射波段透射率低、价格合理的材料。还可以采用同时兼具良好保温性能的材料，如中空选择性透过玻璃，以增加热能输入、降低热能耗散。热辐射光谱与物体表面温度有关。温度越高，其辐射光谱的频率越高。由于太阳的温度远高于地球表面的温度；其中，太阳的温度一般在5800K左右；地球表面的温度一般为300K左右，导致太阳辐射的光谱与地表辐射的光谱存在较大差异。因此，通过合理选择光谱选择性透射材料，可以实现增加太阳光谱的透射，减少地球表面的热辐射的透射。

在上述技术方案中，所述选择性透射外壳具体为一个密闭性选择性透射温室，太阳光光谱的波段透射进入该选择性透射温室，产生热量；该选择性透射温室内空气源热泵和空气辐射出的波段经顶棚及透射围护结构反射回该选择性透射温室内；而空气源热泵提取热源制热，获得热量；温室内的热量向地下或向外少量散热，达到动态的热力学平衡，在温室内形成稳定的、高于外部环境温度的平衡温度；具体地，该平衡温度高于选择性透射温室外的环境温度。其中，达到热力学平衡时，该选择性透射温室内环境的平衡温度明显得到提高。

在上述技术方案中，所述顶棚采用光谱选择性透射材料制成，且其朝向为所在地的阳光照射方向，用于将太阳光的光能转换为热能。

在上述技术方案中，所述顶棚的高度大于空气源热泵的高度，并在空气源热泵上方形成有利于空气流通的空间，防止增加气体流动阻力进而增加风机功耗，降低空气源热泵的能效比。

在上述技术方案中，所述选择性透射温室的体积大于空气源热泵的体积。

在上述技术方案中，蓄热装置采用固态、液态或相变的显热、潜热、化学能储热材料制成；或采用体积大、保温好、温度分层好的蓄热水箱。

在上述技术方案中，通常，空气源热泵与需要其提供热量进行供暖的人居建筑是毗邻的；如果空气源热泵与人居建筑太靠近，则空气源热泵可能通过人居建筑未充分密封或良好保温的空隙，比如门缝、窗体，从人居建筑内部的空间中吸取热量。因此，所述选择性透射温室与需要其提供热量进行供暖的人居建筑之间需保证足够良好的隔热，以防止空气源热泵抽取人居空间的热量。

在上述技术方案中，蓄热装置内的热能不足时，因供热负荷增加、夜间或日间的天气情况不佳等原因，导致热力学平衡中能量输入小于能量输出，从而造成选择性透射外壳内的空气温度下降、甚至低于环境温度时，打开透射围护结构，将温室内平衡温度与温室外环境温度达到均衡，避免因空气源热泵工作造成的室内温度低于室外温度。

本实用新型的优点在于：

在理想情况下，通过选择合适的光谱选择性透射材料和合理的温室体积大小，选择性透射温室内的温度可以比选择性透射温室外的环境温度高10℃以上，从而大幅提高空气源热泵的制热量、能效比，延长压缩机寿命，提高供热量和供热效果。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于选择性透射温室效应的空气源热泵的结构示意图。

附图说明：

1、顶棚 2、太阳辐射电磁波

3、空气源热泵辐射电磁波 4、透射围护机构

5、空气源热泵 6、温室内气流循环

7、保温围护机构 8、蓄热装置

9、管道

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于选择性透射温室效应的空气源热泵，在不改变空气源热泵原有系统的前提下，通过提高热源温度，直接应用于寒冷区域(中国气候分区中的I区和II区)进行冬季供暖，利用选择性透射温室提高空气源热泵供暖效果，避免室外温度过低造成的压缩机寿命缩减、供热量下降甚至供热失效。

如图1所示，本实用新型提供出了一种基于选择性透射温室效应的空气源热泵；所述空气源热泵利用了选择性透射温室效应，所述选择性透射温室效应为，选择性透射外壳有选择地让太阳光透射进入温室的同时，阻止地表物体热辐射电磁波的透射离开温室，从而增加能量输入，减少能量输出，提高选择性透射温室内的温度，使之高于选择性透射温室外的环境温度；其包括：选择性透射外壳、空气源热泵5和蓄热装置8；

所述空气源热泵5置于所述选择性透射外壳的内部，选择性透射外壳形成一个密闭空间将空气源热泵5密封在内；蓄热装置8位于选择性透射外壳的外部、人居空间内，且通过管道9与空气源热泵5连接。在日间有光照的情况下，通过选择性透射外壳将太阳光的光能转换为热能，以选择性透射外壳内被太阳光加热的空气作为热源，空气源热泵5提取热源制热；将空气源热泵5中的过剩的热能存储至蓄热装置8，供晚间或没有日光的情况下，为人居空间提供热能。

在上述技术方案中，选择性透射外壳包括：顶棚1、透射围护机构6和保温围护机构7；如图1所示，透射围护机构6置于左侧的朝阳面，保温围护机构7置于右侧的、与朝阳面相对的背阴面和地面，所述顶棚1倾斜地置于透射围护机构6和保温围护机构7之上，且与二者无缝连接，形成一个直角梯形结构；其中，

所述顶棚1，作为太阳光透射的部件，用于透射太阳光和反射空气源热泵5辐射出的波段；具体地，顶棚1透射太阳光辐射电磁波2和反射空气源热泵辐射电磁波3；太阳辐射电磁波2的波长短，可以透过选择性透过材料；而空气源热泵辐射电磁波3的波长长，无法透过选择性透过材料，只会被反射。

所述透射围护机构6，作为补充太阳光透射的部件，用于补充透射太阳光，并在夜间或光照条件不佳的天候下，打开透射围护机构；在夜间或光照条件不佳的情况下，进入选择性透射外壳内的能量将少于空气源热泵吸收的能量，从而导致选择性透射外壳内的温度低于环境温度，降低空气源热泵的效能。因此，这种情况下，打开透射围护机构，也就是开天窗，选择性透射外壳内的温度升高，使其和选择性透射外壳外的环境温度一样。也就是说，在有太阳光且光照充足的时候，选择性透射外壳会增加空气源热泵的制热量；在没有太阳光或光照条件不佳的时候，选择性透射外壳会降低空气源热泵的制热量。因此，需要打开透射围护机构，此时，人居空间还可以通过蓄热装置8获得热量。

所述保温围护机构7，用于对空气源热泵提供保温，最大限度减少选择性外壳内的热量向地下和向外传播；

在上述技术方案中，所述倾斜的角度为30-40°。

在上述技术方案中，选择性透射外壳采用光谱选择性透射材料构建。

在上述技术方案中，采用光谱选择性透射材料构建密闭性选择性透射温室；光谱选择性透射材料，是指只能让黑体热辐射光谱中，处于特定频率分布区间中的电磁波透过，而对其它波段电磁波的透射率则较低的材料。

光谱选择性透射材料需要选择太阳光光谱波段透射率高、常温物体辐射波段透射率低、价格合理的材料。还可以采用保温性能良好的材料，如中空选择性透过玻璃，以增加热能输入、降低热能耗散。热辐射光谱与物体表面温度有关。温度越高，其辐射光谱的频率越高。由于太阳的温度远高于地球表面的温度；其中，太阳的温度一般在5800K左右；地球表面的温度一般为300K左右，导致太阳辐射的光谱与地表辐射的光谱存在较大差异。因此，通过合理选择光谱选择性透射材料，可以实现增加太阳光谱的透射，减少地球表面的热辐射的透射。

在上述技术方案中，所述选择性透射外壳具体为一个密闭性选择性透射温室，太阳光光谱的波段透射进入该选择性透射温室，产生热量；该选择性透射温室内空气源热泵5和空气辐射出的光谱波段经顶棚及透射围护机构6反射回该选择性透射温室内；而空气源热泵5提取热源，以及温室内的热量向地下或向外散热，达到动态的热力学平衡，使选择性透射温室内的温度不再发生变化，在温室内形成稳定的、高于外部环境温度的平衡温度；该平衡温度高于选择性透射温室外的环境温度。其中，达到热力学平衡时，该选择性透射温室内环境的平衡温度明显得到提高。

在上述技术方案中，所述顶棚1采用光谱选择性透射材料制成，且其朝向为所在地的阳光照射方向，用于将太阳光的光能转换为热能。

在上述技术方案中，如图1所示，所述顶棚1的高度大于空气源热泵5的高度，并在空气源热泵上方形成有利于空气流通的空间，防止增加气体流动阻力进而增加风机功耗，降低空气源热泵的能效比。

在上述技术方案中，所述选择性透射温室的体积大于空气源热泵的体积。

在上述技术方案中，蓄热装置8采用固态、液态或相变的显热、潜热、化学能储热材料制成；或采用体积大、保温好、温度分层好的蓄热水箱。本实施例中，蓄热装置8储存的是热水，热水温度高于作为热源的温室内空气的环境温度。

在上述技术方案中，通常，空气源热泵5与需要其提供热量进行供暖的人居建筑毗邻；如果空气源热泵5与人居建筑太靠近，则空气源热泵5可能通过人居建筑未充分密封或良好保温的空隙，比如门缝、窗体，从人居建筑内部的空间中吸取热量。因此，所述选择性透射温室与需要其提供热量进行供暖的人居建筑之间需保证足够良好的隔热，以防止空气源热泵抽取人居空间的热量。

在上述技术方案中，蓄热装置8内的热能不足时，因供热负荷增加、夜间或日间的天气情况不佳等原因，导致空气源热泵内热力学平衡中能量输入小于能量输出，从而造成选择性透射外壳内的空气温度下降、甚至低于环境温度时，打开透射围护结构，将温室内平衡温度与温室外环境温度达到均衡，避免因空气源热泵工作造成的室内温度低于室外温度。

在阳光资源充足的晴朗日间，以选择性透射温室内的空气为热源的空气源热泵，可以从明显高于室外环境温度中的温室内空气提取热能，从而获得较高的制热量、能效比。阳光资源充足时，产生的多余热量可以储存于蓄热体中。而在阴雨天等阳光资源不充足的日间，以及没有日光的夜间，储存于蓄热体重的热量将被释放出来，用于供暖。如果蓄热量不足，透射围护结构将打开，使得空气源热泵工作时的室内与室外的温度达到均衡，避免因空气源热泵工作导致室内温度反而低于室外温度。

如图1所示，空气源热泵通过风机等通流设备，将选择性透射温室内的空气流过空气源热泵内的散热管，将其热量换给散热管内的工质，从而完成空气源热泵吸取热量的过程，而选择性透射温室内的空气在经过换热后，温度降低，形成被冷却过的空气；将被冷却过的空气经过风扇的出口向上吹出，再经过选择性透射温室将被冷却的空气加热，再通过风机等通流设备将被加热的空气作为热源流过空气源热泵内的吸热组件，形成循环气流。如果空气源热泵顶部的风扇出口位置距离顶棚过近，则气流流出风扇的阻力将增大，增加风机功耗，因此需要为气流的自由扩散提供一定的空间，即选择性透射温室的高度高于空气源热泵的高度，具体大小视实际风量而定。所述管道内可以是热水，也可以是暖风。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。