專利名稱：一種復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，特別涉及一種復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，在快速增長(zhǎng)的建筑能耗中，生活熱水所占的比例也在不斷增加。目前生活熱水的制取主要靠電熱水器、燃?xì)鉄崴?、太?yáng)能熱水器等。相比直接采用消耗電能，太陽(yáng)能熱水器的利用對(duì)于緩解能源緊張、利用可再生能源具有重要意義。但是在實(shí)際應(yīng)用中，太陽(yáng)能熱水器受到天氣影響較大造成了使用的不穩(wěn)定性，熱泵與太陽(yáng)能的結(jié)合彌補(bǔ)了這一不足。太陽(yáng)能與空氣源熱泵結(jié)合組成并聯(lián)式系統(tǒng)在很大程度上得到了認(rèn)可，但在冬季由于太陽(yáng)能集熱器和空氣源熱泵的效率都大大降低使得系統(tǒng)總的效率降低，影響了系統(tǒng)的性能；而太陽(yáng)能與水源熱泵結(jié)合的串聯(lián)式系統(tǒng)利用集熱器對(duì)作為蒸發(fā)熱源的蓄熱水箱中較低水溫的水進(jìn)行加熱，從而提高了水源熱泵的效率，同時(shí)由于集熱器的工作溫度降低，也提高了集熱器的效率。因此，將兩種系統(tǒng)組合成為一種復(fù)合式系統(tǒng)，通過合理的優(yōu)化控制來提高系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率、減少電能等輔助能源消耗的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括安裝有出口三通閥的太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能集熱器通過出口三通閥的一個(gè)出口與水箱構(gòu)成循環(huán)回路，太陽(yáng)能集熱器通過出口三通閥的另一出口與蓄熱水箱、水源熱泵和水箱串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)回路，且在水箱上還并聯(lián)有與水箱構(gòu)成閉合循環(huán)回路的空氣源熱泵。所述的太陽(yáng)能集熱器的入口還安裝有入口三通閥，該入口三通閥分別與蓄熱水箱、水箱的出口相連通。所述的入口三通閥與太陽(yáng)能集熱器入口之間的管路上依次安裝有集熱器入口水泵和集熱器入口溫度傳感器。所述的太陽(yáng)能集熱器的出口與出口三通閥之間的管路上依次安裝有集熱器出口溫度傳感器和集熱器流量傳感器。所述的蓄熱水箱與水源熱泵構(gòu)成閉合循環(huán)回路，且在蓄熱水箱的出口與水源熱泵的入口之間的管路上安裝有水源熱泵水泵；水源熱泵與水箱構(gòu)成閉合循環(huán)回路，在水源熱泵出口與水箱入口之間的管路上依次安裝有水源熱泵出口溫度傳感器、水源熱泵出口流量傳感器和水箱水泵，水箱出口與水源熱泵入口之間的管路上還安裝有水源熱泵入口溫度傳感器。所述的空氣源熱泵出口與水箱入口管路上依次安裝有空氣源熱泵出口溫度傳感器、空氣源熱泵出口流量傳感器和空氣源熱泵出口水泵，水箱出口與空氣源熱泵入口之間的管路上安裝有空氣源熱泵入口溫度傳感器。為了提高太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及減少電能等輔助能源的消耗，本發(fā)明提出一種將串聯(lián)式系統(tǒng)和并聯(lián)式系統(tǒng)相結(jié)合的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，由太陽(yáng)能集熱器與空氣源熱泵共同為水箱加熱或者是水源熱泵為水箱加熱兩種加熱系統(tǒng)構(gòu)成。對(duì)于太陽(yáng)能集熱器與空氣源熱泵并聯(lián)的回路，太陽(yáng)能集熱器與空氣源熱泵同時(shí)對(duì)水箱加熱，直到要求的水溫；對(duì)于串聯(lián)式回路，太陽(yáng)能集熱器對(duì)蓄熱水箱中的水進(jìn)行加熱，蓄熱水箱作為水源熱泵的蒸發(fā)熱源，在較高蒸發(fā)溫度下對(duì)水箱進(jìn)行加熱直至要求的水溫。另外，通過太陽(yáng)能集熱器的集熱量分別在串聯(lián)式系統(tǒng)或者并聯(lián)式系統(tǒng)中占總加熱量的比例，對(duì)系統(tǒng)的使用進(jìn)行優(yōu)化控制，分別得到串聯(lián)式模式和并聯(lián)式模式適合的運(yùn)行范圍，即在采用并聯(lián)模式運(yùn)行時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱量占系統(tǒng)總加熱量(包括太陽(yáng)能集熱器和空氣源熱泵兩部分的加熱量)的比例小于0.3時(shí)，系統(tǒng)切換為串聯(lián)模式運(yùn)行，在采用串聯(lián)模式運(yùn)行時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱量占水源熱泵加熱量的比例大于0. 7時(shí)，系統(tǒng)切換為并聯(lián)模式運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1太陽(yáng)能集熱器，2蓄熱水箱2，3水源熱泵，4空氣源熱泵，5水箱，6集熱器入口溫度傳感器，7集熱器出口溫度傳感器，8集熱器流量傳感器，9水源熱泵出口溫度傳感器、10水源熱泵入口溫度傳感器，11水源熱泵出口流量傳感器，12空氣源熱泵出口溫度傳感器，13空氣源熱泵入口溫度傳感器，14空氣源熱泵出口流量傳感器，15入口三通閥，16出口三通閥，17集熱器入口水泵，18水源熱泵水泵，19水箱水泵，20空氣源熱泵出口水泵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括安裝有出口三通閥16的太陽(yáng)能集熱器1，太陽(yáng)能集熱器1的出口與出口三通閥之間的管路上依次安裝有集熱器出口溫度傳感器7和集熱器流量傳感器8，太陽(yáng)能集熱器1通過出口三通閥16的一個(gè)出口與水箱5構(gòu)成循環(huán)回路，太陽(yáng)能集熱器 1通過出口三通閥16的另一出口與蓄熱水箱2、水源熱泵3和水箱5串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)回路，蓄熱水箱2與水源熱泵3構(gòu)成閉合循環(huán)回路，且在蓄熱水箱2的出口與水源熱泵3的入口之間的管路上安裝有水源熱泵水泵18 ；水源熱泵3與水箱5構(gòu)成閉合循環(huán)回路，在水源熱泵3出口與水箱5入口之間的管路上依次安裝有水源熱泵出口溫度傳感器9、水源熱泵出口流量傳感器11和水箱水泵19，水箱5出口與水源熱泵3入口之間的管路上還安裝有水源熱泵入口溫度傳感器10，太陽(yáng)能集熱器1的入口還安裝有入口三通閥15，該入口三通閥15 分別與蓄熱水箱2、水箱5的出口相連通，入口三通閥15與太陽(yáng)能集熱器1入口之間的管路上依次安裝有集熱器入口水泵17和集熱器入口溫度傳感器6，且在水箱5上還并聯(lián)有與水箱構(gòu)成閉合循環(huán)回路的空氣源熱泵4，空氣源熱泵4出口與水箱5入口管路上依次安裝有空氣源熱泵出口溫度傳感器12、空氣源熱泵出口流量傳感器14和空氣源熱泵出口水泵20，水箱5出口與空氣源熱泵入口之間的管路上安裝有空氣源熱泵入口溫度傳感器13。本發(fā)明由兩種供熱模式組成串聯(lián)式模式和并聯(lián)式模式。串聯(lián)式模式由太陽(yáng)能集熱器1、蓄熱水箱2、水源熱泵3及水箱5構(gòu)成，太陽(yáng)能集熱器1對(duì)蓄熱水箱2進(jìn)行加熱，被
4加熱的水作為水源熱泵3的蒸發(fā)熱源，目的是為了提高水源熱泵的運(yùn)行效率；并聯(lián)式模式由太陽(yáng)能集熱器1、空氣源熱泵4及水箱5構(gòu)成，太陽(yáng)能集熱器1和空氣源熱泵4同時(shí)對(duì)水箱5進(jìn)行加熱，此種模式在太陽(yáng)能集熱器1的集熱效率較高或者是串聯(lián)模式中蓄熱水箱2 的水溫較低使得串聯(lián)模式運(yùn)行效率較低時(shí)采用，目的是為了避免串聯(lián)式模式在較低運(yùn)行效率時(shí)運(yùn)行。本發(fā)明通過系統(tǒng)的優(yōu)化控制，分別得到串聯(lián)模式和并聯(lián)模式的運(yùn)行范圍，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行模式進(jìn)行切換控制。因此，在太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)出口分別設(shè)有集熱器入口溫度傳感器6和集熱器出口溫度傳感器7，并在太陽(yáng)能集熱器出口設(shè)有集熱器流量傳感器8，通過集熱器流量傳感器8可以測(cè)得太陽(yáng)能集熱器1進(jìn)出口溫度及流量，然后利用Q = cm. Δ T (Q-集熱器的瞬時(shí)集熱量；C-水的比熱容；m-水的質(zhì)量流量；△ T-集熱器出口與進(jìn)口溫度差值)可以得到集熱器的瞬時(shí)集熱量； 同樣，在空氣源熱泵及水源熱泵的被加熱水箱側(cè)設(shè)置空氣源熱泵入口溫度傳感器13、空氣源熱泵出口溫度傳感器12、水源熱泵入口溫度傳感器10、水源熱泵出口溫度傳感器9，以及空氣源熱泵出口流量傳感器14和水源熱泵出口流量傳感器11，通過測(cè)量值也可以得到空氣源熱泵或者水源熱泵提供的熱量。然后計(jì)算得到太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱量占系統(tǒng)總加熱量的比例(對(duì)于并聯(lián)模式，總加熱量等于空氣源熱泵提供的熱量和太陽(yáng)能集熱器的集熱量之和；對(duì)于串聯(lián)模式，總加熱量就是水源熱泵提供的熱量)，根據(jù)這個(gè)比值即當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱量占系統(tǒng)總加熱量的比例小于0. 3時(shí)，系統(tǒng)采用串聯(lián)模式運(yùn)行；當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱量占水源熱泵加熱量的比例大于等于0. 7時(shí)，系統(tǒng)采用并聯(lián)模式運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于包括安裝有出口三通閥(16)的太陽(yáng)能集熱器(1)，太陽(yáng)能集熱器⑴通過出口三通閥(16)的一個(gè)出口與水箱(5)構(gòu)成循環(huán)回路，太陽(yáng)能集熱器⑴通過出口三通閥(16)的另一出口與蓄熱水箱O)、水源熱泵(3)和水箱(5)串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)回路，且在水箱(5)上還并聯(lián)有與水箱構(gòu)成閉合循環(huán)回路的空氣源熱泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能集熱器(1)的入口還安裝有入口三通閥(15)，該入口三通閥(15)分別與蓄熱水箱O)、水箱 (5)的出口相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于所述的入口三通閥(15)與太陽(yáng)能集熱器(1)入口之間的管路上依次安裝有集熱器入口水泵(17)和集熱器入口溫度傳感器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能集熱器(1)的出口與出口三通閥之間的管路上依次安裝有集熱器出口溫度傳感器(7)和集熱器流量傳感器(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于所述的蓄熱水箱 (2)與水源熱泵C3)構(gòu)成閉合循環(huán)回路，且在蓄熱水箱( 的出口與水源熱泵C3)的入口之間的管路上安裝有水源熱泵水泵(1 ；水源熱泵C3)與水箱( 構(gòu)成閉合循環(huán)回路，在水源熱泵C3)出口與水箱( 入口之間的管路上依次安裝有水源熱泵出口溫度傳感器(9)、水源熱泵出口流量傳感器(11)和水箱水泵(19)，水箱( 出口與水源熱泵C3)入口之間的管路上還安裝有水源熱泵入口溫度傳感器(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于所述的空氣源熱泵出口與水箱(5)入口管路上依次安裝有空氣源熱泵出口溫度傳感器(12)、空氣源熱泵出口流量傳感器(14)和空氣源熱泵出口水泵(20)，水箱(5)出口與空氣源熱泵入口之間的管路上安裝有空氣源熱泵入口溫度傳感器(13)。
全文摘要
一種復(fù)合式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，包括安裝有出口三通閥的太陽(yáng)能集熱器，太陽(yáng)能集熱器通過出口三通閥的一個(gè)出口與水箱構(gòu)成循環(huán)回路，太陽(yáng)能集熱器通過出口三通閥的另一出口與蓄熱水箱、水源熱泵和水箱串聯(lián)連接構(gòu)成循環(huán)回路，且在水箱上還并聯(lián)有與水箱構(gòu)成閉合循環(huán)回路的空氣源熱泵。本發(fā)明由兩個(gè)加熱模式構(gòu)成，分別為串聯(lián)和并聯(lián)模式。當(dāng)采用串聯(lián)模式時(shí)，太陽(yáng)能集熱器對(duì)蓄熱水箱進(jìn)行加熱，蓄熱水箱同時(shí)作為水源熱泵的蒸發(fā)熱源，水源熱泵在較高蒸發(fā)溫度條件下對(duì)水箱進(jìn)行加熱；當(dāng)采用并聯(lián)式模式時(shí)，太陽(yáng)能集熱器和空氣源熱泵同時(shí)對(duì)水箱加熱，滿足加熱需求。通過對(duì)該系統(tǒng)的優(yōu)化控制，分別在不同的條件下采用不同的運(yùn)行模式，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，節(jié)約能耗。
文檔編號(hào)F24J2/00GK102506465SQ20111029349
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者王灃浩, 王雅楠 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)