家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置的製作方法

2023-06-21 09:28:36

專利名稱：家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，屬於太陽能技 術和地源熱泵技術領域。
背景技術：
商業及民用領域採暖、熱水及供冷系統的節能、環保問題日益引起全社會的重視， 特別是針對需要建立獨立系統的家用及中小型商用領域的用戶，其佔用空間、使用維護方 便及經濟性的要求更高，傳統上採用單獨設置一套空調系統、一套採暖系統和獨立的熱水 設備分別解決用戶使用需求的模式，由於其初投資大、設備佔用空間大、系統維護複雜、能 耗大、消耗大量資源、汙染嚴重、不利於環境保護等問題，已經越練越落後於時代發展的需 要了。目前採用太陽能技術只能解決制熱水問題，冬季由於能量密度低、吸熱及轉化效 率差導致初投資過大而不實用，因此太陽能採暖難以普遍性地解決南北方廣東地區用戶的 需要。同時，依靠太陽能實現供冷的現有各種技術方案均難以在技術效果和經濟性等方面 取得平衡，因而難以實現實用化。採用地源熱泵全面解決供冷採暖制熱水的問題，已經逐漸走向成熟，但是受限於 的技術產品現狀，已有產品用於中小型用戶時能耗過大、運行經濟性差、設備可靠度低，亟 需從技術路線與產品優化的角度發展新型地源熱泵技術與產品。同時，目前空調製冷機、熱水器作為兩個獨立行業產品，每類產品單獨工作時都會 耗費大量一次或二次能源，且經濟性差。若由同一中設備實現同時供冷和供熱，且可把供冷 用戶中所吸收到的低溫廢熱轉移到供熱用戶中，且冷、熱兩端均可實現100%的能量利用， 將可極大的提高能源利用效益，目前的冷暖雙效熱泵技術已經開始走向成熟，有待於進一 步落實到工程實踐中。另外，如同冰蓄冷這樣的集多種關鍵設備及其獨立運行方式於一體的集成式系統 在工程實踐應用上難以很快取得廣闊應用的主要技術障礙即是在於，在工程實踐中往往各 種設備只是簡單的組合在一起，未能真正組成協調有效的節能運行方式，因此有必要設立 統一的自控系統，將所有相關設備統一於一個自控系統中落實全系統的最優控制，真正實 現相關系統設備的節能優勢。只有從技術路線的根本上解決了上述問題，才有可能將太陽能技術與地源熱泵和 冷暖雙效熱泵技術結合起來，全面實現太陽能熱泵一體化熱水與採暖與供冷，這一節能環 保的新技術產品才會真正實用化，並在廣大地區特別是北方寒冷地區和長江中下遊地區等 獲得大規模應用。
發明內容本實用新型的目的是將新型高效太陽能採暖技術與地源熱泵、冷暖雙效熱泵和 自控系統結合起來，形成一體化採暖熱水空調裝置，以達到利用太陽能和空氣能源進行高效廉價採暖、製取生活熱水及夏季空調供冷的目的。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案本實用新型包括地源熱泵主機以及與其相連接的太陽能集熱器、蓄能罐和地源井 換熱模塊；在所述的地源熱泵主機、太陽能集熱器、蓄能罐和地源井換熱模塊中均設有溫度 傳感器，溫度傳感器與自控系統相連接。上述的地源熱泵主機為可同時製冷、制熱水的雙效熱泵主機。上述的地源熱泵主機中設有壓縮機以及與壓縮機相連接的高溫熱回收器和至少 一個氟水換熱器；所述高溫熱回收器的進、出水管分別與蓄能罐的出、進水管和太陽能集熱 器的進、出水管相連。上述的高溫熱回收器位於蓄能罐的內部或外部。上述氟水換熱器的進、出水管和太陽能集熱器的進、出水管均與空調室內機的進、 出水管相通。上述的太陽能集熱器為紫金管集熱元件。上述蓄能罐的出水口設置至少一個熱水末端，其進水口與自來水進水管相通。採用上述技術方案的本實用新型，將當前先進的太陽能集熱技術和冷暖雙效地源 熱泵技術結合在一起，組成由太陽能和電力聯合驅動的新型節能環保設備系統，實現低溫 環境下安全可靠運行，運行費大大低於現有熱水及採暖系統，使用壽命長，易維護，是一種 先進實用的太陽能熱泵採暖熱水空調系統設計方案和應用裝置，為我國南北方地區的廣大 中小型用戶提供冬季採暖、夏季供冷和全年廉價制熱水的服務，從而實現了採用一套太陽 能熱泵空調設備即可全面解決用戶的採暖、熱水及供冷的多種需要，特別適合於北方寒冷 地區和長江中下遊地區等有空調採暖和熱水需求的中小型用戶採用。本實用新型中用於採暖和熱水的能量來自於太陽能和環境空氣，屬於可再生能 源，並且全年運行均可保持在很高的能源利用水平，這一綠色空調採暖熱水系統體現了節 能環保的時代主題。本實用新型重點解決了設備的高效性、安全性、可靠性、實用性、可維護性、初投資 及運行費用等方面的全面平衡解決和落實，可從根本上避免當前太陽能用於採暖經濟性 差、地源熱泵冬季運行效能過低等問題，真正實現利用自然界能量進行採暖、供熱水及供 冷，便於生產、安裝，適於大規模生產和應用。

附圖為本實用新型的整體結構示意圖。
具體實施方式
如圖所示，本實用新型包括地源熱泵主機1以及與其相連接的太陽能集熱器6、蓄 能罐7和地源井換熱模塊10。其中，地源熱泵主機1和太陽能集熱器6共同組成系統中的 組合式冷熱源，向空調和熱水用戶供應冷、熱水。另外，在地源熱泵主機1、太陽能集熱器6、 蓄能罐7和地源井換熱模塊10中均設有溫度傳感器，溫度傳感器均與整機自控系統相連 接。自控系統中的中央智能控制器採集包括地源熱泵主機1、太陽能集熱器6、水泵等在內 的所有電力設備及其傳感器的信號，並根據內置的全年系統優化運行的需要實時控制各相關執行器。該一體化設計方案可簡化用戶的選型設計、安裝維護與節能運行。其中自控系 統的控制原理為本領域普通技術人員所熟知的技術。需要說明的是，地源熱泵主機1、太陽 能集熱器6及其水泵閥門與整機自控系統均設置於同一個室外機箱體內。在本實用新型中，地源熱泵主機1為可同時製冷、制熱水的雙效熱泵主機。地源熱 泵主機1中設有壓縮機3以及與壓縮機3排氣管相連接的高溫熱回收器5和至少一個氟水 換熱器2，用於夏季空調期間免費制熱水。其中，高溫熱回收器5的進、出水管分別與蓄能 罐7的出、進水管和太陽能集熱器6的進、出水管相連。而氟水換熱器2的進、出水管和太 陽能集熱器6的進、出水管均與空調室內機的進、出水管相通，空調水系統通往作為空調末 端的風機盤管或採暖地板等等。為更好地實施本實用新型，太陽能集熱器6為紫金管集熱元件，也可採用U型管或 熱管等高效集熱管。一般來說，高溫熱回收器5可設置於蓄能罐7之外，而考慮到系統防凍 需要也可將設置於其內部。蓄能罐7的出水口設置至少一個熱水末端8，生活熱水系統通往 作為熱水末端8的洗澡用花灑、洗手洗菜用水龍頭或洗衣機用閥門等，其進水口與自來水 進水管D相通。本實用新型的工作原理是本實用新型將新型高效太陽能採暖技術與地源熱泵及自控系統結合起來，形成一 體化家用熱水空調裝置，其中地源熱泵主機1與太陽能水路在採暖期和非採暖期分別採用 串、並聯方式連接，並有自控系統控制相關的電動閥、電磁閥及水泵等，在冬季採暖時由地 源熱泵作為第一級加熱，將循環水和生活熱水加熱到一定溫度，再由太陽能進行第二級加 熱到所需溫度，以達到利用太陽能和空氣能源進行高效廉價採暖、制熱水的目的。該太陽能地源熱泵系統的全年運行可由整機自動控制系統根據內置的運行模式， 自動實現對空調供冷、採暖及生活熱水系統的運行控制，以達到高效利用太陽能及土壤能 源的目的。冬季循環水通過埋在土壤中的高密度聚乙烯管環路，從土壤中吸收熱量，使循環 水溫度升高，供給地源熱泵主機1，同時由地源熱泵主機1提供熱水。夏季循環水通過地埋 管將熱量排放到土壤中，使循環水溫度降低供給地源熱泵機組。再由地源熱泵主機1提供 冷凍水，通過風機盤管給室內供冷。全年生活熱水可最大程度地依靠太陽能集熱系統進行 制熱，在陽光不足時由地源熱泵提供輔助制熱。
權利要求一種家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於它包括地源熱泵主機(1)以及與其相連接的太陽能集熱器(6)、蓄能罐(7)和地源井換熱模塊(10)；在所述的地源熱泵主機(1)、太陽能集熱器(6)、蓄能罐(7)和地源井換熱模塊(10)中均設有溫度傳感器，溫度傳感器與自控系統相連接。
2.根據權利要求1所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述的地源熱泵主機(1)為可同時製冷、制熱水的雙效熱泵主機。
3.根據權利要求2所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述的地源熱泵主機(1)中設有壓縮機(3)以及與壓縮機(3)相連接的高溫熱回收器(5) 和至少一個氟水換熱器(2)；所述高溫熱回收器(5)的進、出水管分別與蓄能罐(7)的出、 進水管和太陽能集熱器(6)的進、出水管相連。
4.根據權利要求3所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述的高溫熱回收器(5)位於蓄能罐(7)的內部或外部。
5.根據權利要求3所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述氟水換熱器(2)的進、出水管和太陽能集熱器(6)的進、出水管均與空調室內機的進、 出水管相通。
6.根據權利要求5所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述的太陽能集熱器(6)為紫金管集熱元件。
7.根據權利要求1所述的家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，其特徵在於 所述蓄能罐(7)的出水口設置至少一個熱水末端(8)，其進水口與自來水進水管(D)相通。
專利摘要本實用新型公開了一種家用型太陽能地源熱泵一體化熱水空調裝置，它包括地源熱泵主機以及與其相連接的太陽能集熱器、蓄能罐和地源井換熱模塊；在地源熱泵主機、太陽能集熱器、蓄能罐和地源井換熱模塊中均設有溫度傳感器，溫度傳感器與自控系統相連接。本實用新型將當前先進的太陽能集熱技術和冷暖雙效地源熱泵技術結合在一起，組成由太陽能和電力聯合驅動的新型節能環保設備系統，實現低溫環境下安全可靠運行，運行費大大低於現有熱水及採暖系統，使用壽命長，易維護，是一種先進實用的太陽能熱泵採暖熱水空調系統設計方案和應用裝置。
文檔編號F25B29/00GK201583050SQ20092027660
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者嚴迪春, 張茂勇 申請人:河南省電力勘測設計院;張茂勇;嚴迪春