專利名稱：節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于地源熱泵取暖制冷的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境問題已成為全球關(guān)注的焦點。煤炭、石油等不可再生能源日益枯竭，同時化石燃料燃燒所帶來的環(huán)境污染問題日益凸顯。我國農(nóng)村近8億人口，秸桿、薪柴、煤，仍是農(nóng)村生活中的主要取暖能源。據(jù)統(tǒng)計，北方能源消耗占全國總能耗量得56%。以山西省為例，廣大農(nóng)村冬季采暖模式是小型家用燃煤鍋爐或煤球燃燒取暖為主，直接焚燒秸桿采暖為輔的能源消費方式。通常采暖期最短為5個月，消耗1800萬噸煤，排放5400萬噸C02，每年每戶花費3000元左右的取暖費用。地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。地源熱泵機組運行時，不消耗水也不污染水，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場地，環(huán)保效益顯著。地源熱泵機組的制熱系統(tǒng)比燃氣鍋爐的效率平均提高近50%，比燃氣鍋爐的效率高出了 75%。是一種高效清潔的新型能源。是節(jié)能減排的最好措施。但是現(xiàn)有的地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，需要冬夏都運行，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定的使用。而由于我國北方農(nóng)村的庭院式建筑結(jié)構(gòu)夏季室內(nèi)溫度較低，很多農(nóng)村用戶為也節(jié)省用電或者也沒有必要制冷，夏季通常不用或少用地源熱泵進行制冷，導(dǎo)致地下土壤中熱量不能得到補充，地下熱量不平衡導(dǎo)致地源熱泵不能持續(xù)穩(wěn)定地使用，成為制約地源熱泵在我國北方農(nóng)村發(fā)展的瓶頸。因此發(fā)展一種高效節(jié)能的運行模式與地下熱量補償方式，才能使地源熱泵在我國農(nóng)村大規(guī)模推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)用于夏季室內(nèi)溫度較低的地域不能持續(xù)穩(wěn)定使用的問題，提供了一種節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)。本實用新型采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)—種節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，包括地源熱泵機組、與地源熱泵機組連接的室外地能換熱裝置和室內(nèi)采暖空調(diào)末端裝置，其特征在于所述的系統(tǒng)還包括太陽能夏季熱量強制補充裝置和風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置；太陽能夏季熱量強制補充裝置包括太陽能熱水器，室外地能換熱裝置包括與地源熱泵機組相連的且埋于土壤中的換熱管道，換熱管道上設(shè)置有循環(huán)泵，換熱管道上還并聯(lián)連接有太陽能熱水器的上下水管道；所述的風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置包括風(fēng)力發(fā)電機以及供電控制裝置，系統(tǒng)的各用電負載同時與風(fēng)力發(fā)電機以及市電電網(wǎng)連接。所述的供電控制裝置包括單片機控制單元、功率補償單元、市電供電支路、風(fēng)電供電支路以及局部并網(wǎng)單元；風(fēng)電供電支路包括與風(fēng)力發(fā)電機輸出端連接的蓄電池、與蓄電池連接的逆變單元以及與逆變單元輸出端連接的相位糾正單元，逆變單元和相位糾正單元的控制端與單片機控制單元連接；市電供電支路包括與市電電網(wǎng)連接的相位檢測單元以及與相位檢測單元輸出端連接的不可逆功率輸出調(diào)整單元，相位檢測單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的控制端與單片機控制單元連接；相位糾正單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的輸出端與局部并網(wǎng)單元連接，局部并網(wǎng)單元的輸出端與系統(tǒng)的各用電負載連接；功率補償單元的輸入端與相位檢測單元連接，功率補償單元的輸出端與逆變單元的直流側(cè)連接，功率補償單元的控制端與單片機控制單元連接。如此，所述的供電控制裝置包括了風(fēng)電一體化模糊并網(wǎng)控制器以及風(fēng)力動態(tài)功率補償系統(tǒng)。本實用新型增加了太陽能夏季熱量自動補充系統(tǒng)、風(fēng)電一體化模糊并網(wǎng)控制器以及風(fēng)力動態(tài)功率補償系統(tǒng)，利用太陽能、風(fēng)能、土壤熱能集成實現(xiàn)農(nóng)村高效、潔凈、循環(huán)的戶用取暖制冷功能，相比較傳統(tǒng)地源熱泵，具有高效節(jié)能的運行模式與地下熱量補償方式，可以使地源熱泵在我國農(nóng)村大規(guī)模推廣應(yīng)用。太陽能夏季熱量自動補充系統(tǒng)利用太陽能熱水加熱器夏季蓄熱能，供給地源熱泵初級冷水換熱管實現(xiàn)與土壤的換熱，解決了土壤熱源的貯熱功率的熱平衡，有效補充了地下土壤中的熱量保持地下熱量的平衡，保證系統(tǒng)供暖和制冷的長期有效運行。風(fēng)電一體化模糊微并網(wǎng)控制器，利用風(fēng)電一體化模糊直流雙路逆變 技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)電市電局部恒功率并網(wǎng)驅(qū)動，使整機供電達到動態(tài)無縫隙干擾銜接，降低了系統(tǒng)的整體運行功率。風(fēng)力動態(tài)功率補償系統(tǒng)，利用冬季我省風(fēng)力資源豐富的條件，集成風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，補償系統(tǒng)整機運行功率，達到降低系統(tǒng)運行功耗，實現(xiàn)農(nóng)村用能的節(jié)能減排。本實用新型具有如下有益效果解決了農(nóng)村冬季取暖燃用化石能源，成本高、污染嚴重以及勞動強度大等問題，是一種利用風(fēng)能、太陽能、土壤貯熱能，科學(xué)解決農(nóng)村生活用能的多源集成可再生能源利用的關(guān)鍵裝備。其以戶用經(jīng)濟型地源熱泵為系統(tǒng)主要核心部件，集成了太陽能強制土壤熱平衡系統(tǒng)，輔以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)替代傳統(tǒng)化石能源，解決農(nóng)村冬季取暖、夏季制冷的現(xiàn)實需求，最終達到循環(huán)、清潔、節(jié)能、生態(tài)的社會主義新農(nóng)村建設(shè)要求。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2本實用新型的供電控制裝置示意圖圖中I-地源熱泵機組，2-室內(nèi)采暖空調(diào)末端裝置，3-換熱管道，4-循環(huán)泵，5-太陽能熱水器，6-上下水管道，7-風(fēng)力發(fā)電機。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，包括地源熱泵機組I、與地源熱泵機組I連接的室外地能換熱裝置和室內(nèi)采暖空調(diào)末端裝置2，所述的系統(tǒng)還包括太陽能夏季熱量自動補充裝置和風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置；太陽能夏季熱量自動補充裝置包括太陽能熱水器5，室外地能換熱裝置包括與地源熱泵機組I相連的且埋于土壤中的換熱管道3，換熱管道3上設(shè)置有循環(huán)泵4，換熱管道3上還并聯(lián)連接有太陽能熱水器5的上下水管道6 ;所述的風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置包括風(fēng)力發(fā)電機7以及供電控制裝置，系統(tǒng)的各用電負載同時與風(fēng)力發(fā)電機7以及市電電網(wǎng)連接。本實用新型的室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)組成地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)。三個系統(tǒng)之間靠水作為換熱介質(zhì)進行熱量的傳遞。地源熱泵空調(diào)是采用節(jié)能環(huán)保的地源熱泵系統(tǒng)，其冷熱源采用安裝靈活、易于控制的埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，也稱土壤耦合式熱泵系統(tǒng)。具體采用立埋的埋管方式，以水作為冷熱量載體，水在埋于土壤中的換熱管道內(nèi)與熱泵機組間循環(huán)流動，實現(xiàn)機組與大地土壤之間的熱量交換。本實用新型的太陽能夏季熱量強制補充系統(tǒng)，在夏天光照充足的時候利用太陽能加熱水，達到一定的溫度后，系統(tǒng)自動使用循環(huán)泵注入到埋設(shè)在地下的管道中，將熱量補充回到土壤中，再將地下水抽出注、加入到太陽能熱水器中進行加熱，從而補充了地下土壤中的熱量保持地下熱量的平衡，保證供暖和制冷的長期有效運行。本實用新型所述的供電控制裝置包括單片機控制單元、功率補償單元、市電供電支路、風(fēng)電供電支路以及局部并網(wǎng)單元；風(fēng)電供電支路包括與風(fēng)力發(fā)電機輸出端連接的蓄 電池、與蓄電池連接的逆變單元以及與逆變單元輸出端連接的相位糾正單元，逆變單元和相位糾正單元的控制端與單片機控制單元連接；市電供電支路包括與市電電網(wǎng)連接的相位檢測單元以及與相位檢測單元輸出端連接的不可逆功率輸出調(diào)整單元，相位檢測單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的控制端與單片機控制單元連接；相位糾正單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的輸出端與局部并網(wǎng)單元連接，局部并網(wǎng)單元的輸出端與系統(tǒng)的各用電負載連接；功率補償單元的輸入端與相位檢測單元連接，功率補償單元的輸出端與逆變單元的直流側(cè)連接，功率補償單元的控制端與單片機控制單元連接。供電控制裝置采用微電子技術(shù)，通過直流側(cè)變頻功率檢測，換算出風(fēng)力機蓄電池功率實時動態(tài)及儲備情況，動態(tài)恒功率調(diào)整市電輸入功率。同時利用對輸入市電的相位檢測，實現(xiàn)風(fēng)電與市電的無縫局部并網(wǎng)驅(qū)動。不僅充分利用了風(fēng)電，而且解決了傳統(tǒng)逆變電源在切換電源過程中的硬轉(zhuǎn)換，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。主要工作過程如下，在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電正常狀況下，風(fēng)電經(jīng)控制器輸入蓄電池，經(jīng)蓄電池穩(wěn)壓后，輸出到逆變器，經(jīng)相位糾正單元以及局部并網(wǎng)單元輸出到負載，驅(qū)動負載運行，這時負載的運行全部是風(fēng)電。市電在單片機的模糊化控制下，以非線性方式控制不可逆功率輸出調(diào)整單元，使市電輸出功率為零；當風(fēng)電發(fā)電量不穩(wěn)趨于功率下降時，市電在單片機的控制下經(jīng)恒功率補償電路輸入到直流偵牝彌補當風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)狀態(tài)下，對蓄電池輸出功率的波動，保障負載的獲得高品質(zhì)的輸出電壓；但當蓄電池儲備功率下降到功率平衡經(jīng)濟點時，切斷風(fēng)電逆變電路，負載改為市電驅(qū)動。本實用新型的風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置利用風(fēng)力發(fā)電與市電通過風(fēng)-電模糊化動態(tài)調(diào)頻動力控制技術(shù)共同驅(qū)動循環(huán)水泵，實現(xiàn)水泵的恒功率無觸點切換，降低了水泵的硬開關(guān)次數(shù)，提高了運行效率，降低了整機的功耗。
權(quán)利要求1.一種節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，包括地源熱泵機組(I)、與地源熱泵機組(I)連接的室外地能換熱裝置和室內(nèi)采暖空調(diào)末端裝置(2)，其特征在于所述的系統(tǒng)還包括太陽能夏季熱量自動補充裝置和風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置；太陽能夏季熱量強制補充裝置包括太陽能熱水器(5)，室外地能換熱裝置包括與地源熱泵機組(I)相連的且埋于土壤中的換熱管道(3)，換熱管道(3)上設(shè)置有循環(huán)泵(4)，換熱管道(3)上還并聯(lián)連接有太陽能熱水器(5)的上下水管道(6);所述的風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置包括風(fēng)力發(fā)電機(7)以及供電控制裝置，系統(tǒng)的各用電負載同時與風(fēng)力發(fā)電機(7)以及市電電網(wǎng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的供電控制裝置包括單片機控制單元、功率補償單元、市電供電支路、風(fēng)電供電支路以及局部并網(wǎng)單元；風(fēng)電供電支路包括與風(fēng)力發(fā)電機輸出端連接的蓄電池、與蓄電池連接的逆變單元以及與逆變單元輸出端連接的相位糾正單元，逆變單元和相位糾正單元的控制端與單片機控制單元連接；市電供電支路包括與市電電網(wǎng)連接的相位檢測單元以及與相位檢測單元輸出端連接的不可逆功率輸出調(diào)整單元，相位檢測單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的控制端與單片機控制單元連接；相位糾正單元和不可逆功率輸出調(diào)整單元的輸出端與局部并網(wǎng)單元連接，局部并網(wǎng)單元的輸出端與系統(tǒng)的各用電負載連接；功率補償單元的輸入端與相位檢測單元連接，功率補償單元的輸出端與逆變單元的直流側(cè)連接，功率補償單元的控制端與單片機控制單元連接。
專利摘要本實用新型屬于地源熱泵取暖制冷的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉是一種節(jié)能型農(nóng)村戶用多源集成熱平衡地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有地源熱泵取暖制冷系統(tǒng)用于夏季室內(nèi)溫度較低的地域不能持續(xù)穩(wěn)定使用的問題。其包括太陽能夏季熱量強制補充裝置和風(fēng)電一體化動力驅(qū)動裝置；與地源熱泵機組相連的且埋于土壤中的換熱管道上連接有太陽能熱水器的上下水管道；系統(tǒng)的各用電負載同時與風(fēng)力發(fā)電機以及市電電網(wǎng)連接。本實用新型的有益效果是一種利用風(fēng)能、太陽能、土壤貯熱能，科學(xué)解決農(nóng)村生活用能的多源集成可再生能源利用的關(guān)鍵裝備，實現(xiàn)了替代傳統(tǒng)化石能源，解決農(nóng)村冬季取暖、夏季制冷的現(xiàn)實需求，最終達到循環(huán)、清潔、節(jié)能、生態(tài)的社會主義新農(nóng)村建設(shè)要求。
文檔編號F24F11/02GK202511401SQ20122008740
公開日2012年10月31日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者劉靜, 武東平, 王曦, 馬悅 申請人:王曦