太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統的製作方法

2023-07-11 20:06:26

專利名稱：太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱水及製冷、供暖系 統。
背景技術：
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有無噪聲、零排放等優點， 因此太陽能光伏發電應用範圍很廣，但是太陽能具有間歇性和隨機性，存在太陽能電池 佔用面積大且所發電量需要儲存等問題。目前國內外關於太陽能光伏發電的系統有很 多，大致可分為離網和併網兩種方式，如果將屋頂小面積太陽能所發電量輸入公共電 網，不但存在大量技術管理問題，還會影響公共電網安全，因此採用即發即用的併網自 用模式較經濟且安全。特別是應用在高層建築上，還存在建築物頂層面積有限，不能 滿足太陽能電池面積等問題，而且需要大量蓄電池儲存電能，再加上蓄電池在充放電過 程中存在著可觀的電能損失，以及維護和電池汙染等問題，不但使得系統的運行費用增 力口，且效率大幅降低。目前高層建築的供熱水系統也有很多，比如每戶安裝一臺家用太陽能熱水 器；每戶陽臺式太陽能熱水器；集中集熱-分戶貯水_分戶使用的太陽能熱水系統 (「集-分-分」系統)；但大多存在獨立系統多，維修不方便，故障頻率高，不易與建 築協調，影響建築美觀，不能實現熱水資源共享等問題。集中集熱-集中儲水_分戶使 用太陽能熱水系統(「集-集-分」系統)可實現熱水資源共享，不佔用戶住房面積，具 有維修方便，用戶統一管理等優點，但由於供熱水管長度過長，熱損失過大，熱水在輸 送管道中散熱降溫，尤其是低區用戶需放出大量冷水，造成低區用戶多交熱水費，易造 成物業和用戶矛盾等問題。此外，對於目前熱水系統的安裝沒有統一的安裝規範，在安 裝方式上大多處於事後安裝、無序安裝的狀態。由於供熱水系統的規格大小不一，沒有 做整體設計，雖然在供熱水裝置安裝上力求排列整齊.但其對建築而言仍然是後加構件。 因而還是破壞了建築的整體形象。還有用戶用於供暖和製冷的空調系統，也存在獨立系 統多，佔用戶住房面積等問題。如果採用集中供暖，也存在複雜繁瑣的收費問題。
發明內容本實用新型的目的是提供一種節能低碳的太陽能、空氣能與電網一體化集中供 熱及製冷系統，其使用經濟安全，節能節水，可保證全天候、全時段熱水供應，滿足用 戶製冷、供暖需求。解決本實用新型的技術問題所採用的方案是太陽能電池組件通過併網逆變器 給雙源熱泵供電，電能不足時，由公共電網補充。雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱， 兩水箱都與補水箱相連，補水箱和自來水管道之間裝有淨水機(清除自來水中的泥沙以 及軟化水質，減少對熱泵的影響)。加熱水箱通過溫控電磁閥與恆溫熱水箱連接，恆溫熱 水箱下部連接有恆溫式空氣源熱泵。冷凍水箱和恆溫熱水箱均連通用戶盤管(用於在不同季節給用戶製冷或供暖)，並通過一個循環泵將主管道製冷所用冷水回至雙源熱泵製冷 入水口，供暖所用熱水回至恆溫熱水箱。用戶製冷或供暖及管道的回水流向通過在不同 季節切換管道上的閘閥實現。恆溫熱水箱還通過供熱水主管道給用戶供應熱水，並通過 一個循環泵將供熱水主管道餘水抽回至恆溫熱水箱。供冷暖主管道與各用戶盤管間配有 用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水錶，物業 管理主機通過通訊設備連接各電子水錶。在系統的安放 方面，建築物屋頂澆有混凝土斜梁，太陽能電池組件鋪設在混凝 土斜梁上，斜梁下屋頂面積可作為屋頂花園或工作房。併網逆變器、冷凍水箱、加熱水 箱、雙源熱泵、恆溫熱水箱及恆溫型空氣源熱泵均放置在電梯井的承重牆之上。本實用新型所述各用戶的IC卡計量電子水錶具有計量功能，IC卡熱量表可記錄 消耗熱量，各表有內置電池，均為非接觸式IC卡水錶。物業管理主機通過通訊裝置和各 電子水錶進行無線通訊，對用戶消費數據進行記錄和管理。物業管理主機還連接有發卡 充值機和印表機。在所述各用戶的出水管上裝有止回閥；供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使 用鋼塑複合管，採用優質聚氨酯保溫，並用鍍鋅板材做外防護；熱水儲水箱為夾層內充 有優質聚氨酯保溫層的箱體。本實用新型所述的集中供熱水及製冷、供暖系統各項技術參數優化值為冷凍 水箱水溫控制在7°C;恆溫型空氣源熱泵夏季設定在40°C 45°C之間，冬季設定在50 57°C ；恆溫熱水箱由溫控電磁閥自動控制水位，冷凍水箱和恆溫熱水箱均採用優質聚氨 酯保溫，保溫層厚度為50mm 80mm。太陽能電池組件將太陽能轉化為電能，不經過蓄電池儲能，直接通過併網逆變 器對雙源熱泵進行供電，併網逆變器內裝有電錶，可記錄太陽能電池組件發電量。電能 不足時，以公共電網作為補充，省掉了蓄電池。雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩 水箱都與補水箱相連，補水箱和自來水管道之間的淨水機用於清除自來水中的泥沙及軟 化水質，減少自來水水質對熱泵的影響。雙源熱泵一邊將冷凍水箱的自來水不斷製冷， 一邊將免費熱水不斷輸入熱水箱，加熱水箱通過溫控電磁閥與恆溫熱水箱連接，當加熱 水箱的水溫達到設定溫度時電磁閥開啟，水由加熱水箱流至恆溫熱水箱，並由補水箱對 加熱水箱進行自動補水。恆溫熱水箱下部連接有恆溫式空氣源熱泵恆溫。冷凍水箱和 恆溫熱水箱均連通用戶盤管，用於在不同季節給用戶製冷或供暖，並通過一個循環泵回 水，夏天時，將主管道製冷所用冷水回至雙源熱泵製冷入水口，由雙源熱泵對吸熱的溫 水繼續製冷；冬天時，供暖所用熱水回至恆溫熱水箱，由恆溫式空氣源熱泵對散熱後的 熱水進行補溫。用戶製冷或供暖及管道的回水流向通過在不同季節切換管道上的閘閥實 現。恆溫熱水箱還通過供熱水主管道給用戶供應熱水，並通過一個循環泵將供熱水主管 道餘水抽回至恆溫熱水箱，也由恆溫式空氣源熱泵進行補熱。供冷暖主管道與各用戶盤 管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水 表，對用戶使用熱水量及供冷暖消耗熱量進行科學計量。各表有內置電池，為非接觸式 IC卡水錶，物業管理主機通過通訊設備和各電子水錶進行無線連接，此外，物業管理主 機還接有印表機、發卡充值機等設備，對用戶刷卡消費進行記錄和管理。本實用新型的有益效果是[0012](1)解決了樓頂面積(即太陽能電池組件面積)和樓層高度的制約問題，全天候24小時供熱水，並在不同季節對用戶進行供冷暖。(2)系統與建築一體化，節省了建築的可用面積。本系統構件與建築一體化格 局，將所用設備安置在電梯井的承重牆之上，太陽能電池組件鋪設在屋頂澆注的混凝土 斜梁上，構件與建築一體化，將太陽能熱泵作為建築構件的元素來考慮，增強了建築的 表現力。同時，光伏板擴展了建築的可用面積，屋頂可規劃為花園、工作房等。(3)節省能源，無汙染。天晴時，利用太陽能電池組件發電，如遇陰雨天氣或到 了夜間所發電量不足時，則由公共電網補足雙源熱泵所需電量並對其供電。採用光伏發 電與市電共同向系統供電的設計，即發即用，不足時向公共電網取電，不僅增加了系統 的可靠性，不危害公共電網安全，而且省去了蓄電池，比獨立太陽能光伏系統的建設投 資減少達35% 45%，大大降低發電成本；除此之外，省掉蓄電池可提高系統的平均無 故障時間，避免維護和電池汙染以及蓄電池在充放電過程中存在著可觀的電能損失等問 題，減少了系統的運行費用，提高了系統的工作效率。所用雙源熱泵利用環境空氣作為 低溫熱源，通過電能驅動不斷從低溫空氣中吸收熱量並釋放到高溫熱水中，其年平均能 效比可達3.8以上(夏季能效比可達8以上)，運行費用與傳統的燃氣、燃油供熱系統相 比可節省50 80%。從而使本實用新型達到從發電到用電，全程節能無汙染的目的。(4)節省水資源。建築物屋頂恆溫熱水箱到用戶之間的各主管道內餘水由循環泵 抽回恆溫熱水箱，並由恆溫式空氣源熱泵進行補熱，既避免了水資源浪費，也免除了用 戶使用桶存積大量餘水的麻煩。(5)熱水系統由物業統一管理，計量科學準確。每個用戶擁有專屬的非接觸式 IC卡電子水錶，對用戶使用生活熱水和供冷暖時進行計量，解決和完善了高層建築不能 用新能源裝置集中供生活熱水和供冷暖分戶計量的難題。物業管理主機通過通訊裝置和 各電子水錶進行無線通訊，對用戶消費數據進行管理，除去了有線連接的麻煩。物業管 理主機還連接有發卡充值機和印表機，用戶在發卡充值機處充值後，在計量表處讀卡， 計量科學準確。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的物業管理系統圖；圖中各標號表示1-太陽能電池組件，2-併網逆變器，3-買電電錶，4-公共電 網，5-冷凍水箱，6-雙源熱泵，7-加熱水箱，8-溫控電磁閥，9-恆溫式空氣源熱泵， 10-恆溫熱水箱，11-補水箱，12-淨水機，13-止回閥，14-IC卡熱量表，15-用戶盤 管，16-循環泵，17-IC卡計量水錶，18-供冷暖主管道，19-供熱水主管道，20-餘水循 環泵，21-通訊設備，22-印表機，23-物業管理主機，24-發卡充值機，25-用戶的出水 管，26、27-回水管道，28-混凝土斜梁，29-建築物屋頂，ΚΙ、K2、K3、K4、K5、 K6、K7、K8均為閘閥。
具體實施方式
參見圖1，太陽能電池組件1與併網逆變器2相連，併網逆變器2與公共電網4之間接入買電電錶3。併網逆變器2將直流電轉換成交流電後供給雙源熱泵6運行，雙 源熱泵6分別與冷凍水箱5和加熱水箱7接通，自來水通過檢修閘閥K6進入淨水機12， 然後在補水箱11內保持水壓恆定。補水箱11分別接通冷凍水箱5和加熱水箱7進行自 動補水。加熱水箱7與恆溫熱水箱10之間裝有溫控電磁閥8，恆溫熱水箱10的底部連 接恆溫式空氣源熱泵9。冷凍水箱5和恆溫熱水箱10分別通過閘閥K4和K3連通用戶盤 管15，供冷暖主管道18與各用戶盤管15之間均裝有止回閥13和IC卡熱量表14，供熱 水主管道19與用戶的出水管25上均裝有止回閥和IC卡計量水錶17。用戶製冷或供暖及 管道的回水流向通過在不同季節切換管道上的閘閥實現。冬季時，開啟閘閥K2、K3，關 閉閘閥ΚΙ、K4，供暖熱水通過循環泵16抽至回水管道26回至恆溫熱水箱10 ；夏季時， 開啟閘閥ΚΙ、K4，關閉K2、K3，製冷冷凍水通過循環泵16抽至回水管道26回至雙源 熱泵6製冷入水口。開啟閘閥K5，則恆溫熱水 箱10通過供熱水主管道19向用戶供應生 活熱水。供熱水主管道19裝有餘水循環泵20並通過回水管道27連通恆溫熱水箱10。參見圖2，物業管理主機23與發卡充值機24和印表機22連接，並通過通訊設備 21與IC卡熱量表14和IC卡計量水錶17進行無線通訊。本系統運行過程如下太陽能電池組件1將太陽輻射轉化為直流電能，由併網 逆變器2將太陽能電池組件1發出的直流電轉化為交流電供給雙源熱泵6，併網逆變器2 與公共電網4之間接入買點電錶3，實時顯示用戶從公共電網4用電電量。併網逆變器2 內置有電錶顯示太陽能電池組件1的發電量。雙源熱泵6不斷對冷凍水箱5進行製冷， 對加熱水箱7制熱。自來水通過檢修閘閥K6先進入淨水機12，清除自來水中的泥沙及 軟化水質，減少自來水水質對熱泵的影響，然後在補水箱11內保持壓力恆定。補水箱11 分別向冷凍水箱5和加熱水箱7自動補水。加熱水箱7與恆溫熱水箱10之間裝有溫控電 磁閥8，當加熱水箱7的水溫達到設定值時，溫控電磁閥8開啟，水由加熱水箱7流至恆 溫熱水箱10儲存。恆溫熱水箱10由恆溫式空氣源熱泵9進行恆溫。用戶製冷或供暖及 管道的回水流向通過在不同季節切換管道上的閘閥實現。冬季時，開啟閘閥K2、K3，關 閉閘閥ΚΙ、K4，供暖熱水通過用戶盤管15散熱後由循環泵16抽回至恆溫熱水箱10繼 續加熱循環；夏季時，開啟閘閥ΚΙ、K4，關閉K2、K3，製冷冷凍水通過用戶盤管15吸 熱後由循環泵16抽回至雙源熱泵6的製冷入水口，繼續製冷循環。開啟閘閥K5，恆溫 熱水箱10通過供熱水主管道19向用戶供應生活熱水。供熱水主管道19的餘水通過餘水 循環泵20抽回至恆溫熱水箱10進行補熱。本系統採用智能計量方式進行收費，由物業管理主機23對所有用戶進行統一管 理。IC卡熱量表14和IC卡計量水錶17通過通訊裝置21與物業管理主機23進行無線通 信。具體方式為用戶先在發卡充值機24處充值，在IC卡計量水錶17處刷卡，表自動 開閥供熱水，此時熱水由供熱水主管道19流向用戶供使用，當購買量用完後，表自動關 閥停供熱水；夏冬兩季用戶需製冷和供暖時，在充值機24處充值後在IC卡熱量表14處 刷卡，冷水或熱水即通過用戶盤管15進行吸熱或散熱，以達到製冷或供熱的目的，當購 買量用完後，表自動關閥停止製冷或供熱。為防止用戶餘水回流，供冷暖主管道18與各 用戶盤管15之間特安裝止回閥13，供熱水主管道19與各用戶之間也安裝有止回閥。各 計量水錶通過通訊設備21與物業管理主機23進行無線連接，物業管理主機23對用戶消 費數據進行記錄和管理，並可用與其相連的印表機22列印。[0024]冷凍水箱5的水溫控制在7°C ；恆溫型空氣源熱泵9的夏季預設溫度設定在 40°C 45°C之間，冬季設定在50 57°C，前者為熱泵開啟最低溫度，後者為熱泵關閉最 高溫度。恆溫熱水箱10由溫控電磁閥8自動控制水位，冷凍水箱5和恆溫熱水箱10均採 用304食品級不鏽鋼內膽，外殼採用201不鏽鋼板材，水箱夾層的保溫材料採用50mm 80mm優質聚氨酯保溫層。供熱水主管道19和供冷暖主管道18及回水管道均使用鋼塑 複合管，採用優質聚氨酯保溫，並用鍍鋅板材做外防護。
如圖1所示，本實用新型將系統的各個部分作為建築的構件處理，在建築物屋 頂築有混凝土斜梁，太陽能電池組件1鋪設在混凝土斜梁上，斜梁下可作為屋頂花園或 工作房。併網逆變器2、冷凍水箱5、加熱水箱7、雙源熱泵6、恆溫熱水箱10及恆溫式 空氣源熱泵9均放置在電梯井的承重牆之上，不佔用建築物屋頂面積。供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使用鋼塑複合管，採用優質聚氨酯保溫， 並用鍍鋅板材做外防護。熱水儲水箱為夾層內充有優質聚氨酯保溫層的箱體。冷凍水箱 和恆溫熱水箱均採用優質聚氨酯保溫，保溫層厚度為50mm 80mm。本實用新型中採用IC卡熱量表14和IC卡計量水錶17進行計量，各表均為非接 觸式IC卡電子水錶，並配有內置電池，客戶在各計量水錶處刷卡消費，計量科學準確。 各表通過通訊裝置21與物業管理主機23進行無線通信。無論住宅小區大小，只需一臺 物業管理主機23由物業公司管理即可完成多用戶發卡和續費。
權利要求1.一種太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵在於其構成為 太陽能電池組件與併網逆變器連接，電網和併網逆變器同時與雙源熱泵連接，雙源熱泵 連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與補水箱相連，加熱水箱通過溫控電磁閥與恆溫熱 水箱連接，恆溫熱水箱下部連接有恆溫式空氣源熱泵；冷凍水箱和恆溫熱水箱均連通用 戶盤管，用戶盤管連接一個循環泵及回水管道將主管道製冷所用冷水回至雙源熱泵製冷 入水口；恆溫熱水箱連接供熱水主管道，供熱水主管道連接一個循環泵和回水管道將供 熱水主管道餘水抽回至恆溫熱水箱；供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱 量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水錶，物業管理主機通過通 訊設備連接各電子水錶。
2.根據權利要求1所述的太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵 在於太陽能電池組件鋪設在建築物屋頂的混凝土斜梁上，併網逆變器、冷凍水箱、加熱 水箱、雙源熱泵、恆溫熱水箱及恆溫型空氣源熱泵均放置在電梯井的承重牆之上。
3.根據權利要求1所述的太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵 在於所述的各用戶的出水管上裝有止回閥；供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使用鋼 塑複合管，採用優質聚氨酯保溫，並用鍍鋅板材做外防護。
4.根據權利要求1所述的太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵 在於熱水儲水箱為夾層內充有優質聚氨酯保溫層的箱體。
5.根據權利要求1所述的太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵 在於冷凍水箱和恆溫熱水箱均採用優質聚氨酯保溫，保溫層厚度為50mm 80mm。
6.根據權利要求1所述的太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統，其特徵 在於補水箱和自來水管道之間裝有淨水機。
專利摘要本實用新型是一種太陽能、空氣能與電網一體化集中供熱及製冷系統。其特徵在於其構成為太陽能電池組件與電網同時連接併網逆變器，併網逆變器與雙源熱泵連接，雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與補水箱相連，加熱水箱通過溫控電磁閥與恆溫熱水箱連接，恆溫熱水箱下部連接有恆溫式空氣源熱泵；冷凍水箱和恆溫熱水箱均連通用戶盤管。供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水錶，物業管理主機通過通訊設備連接各電子水錶。本實用新型全天候24小時供熱水，並在不同季節對用戶進行供冷暖。節省能源，無汙染。熱水系統由物業統一管理，計量科學準確。
文檔編號F25B49/00GK201803522SQ20102052794
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者葉楊, 莊天寶, 莊懿, 張雲傑, 蔣建紅, 邵榮, 陳冰 申請人:中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院, 莊天寶