[發明專利]一種太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器供暖系統

有效

• 申請號: 201610004669.7
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105444246B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 魏毅立;吳振奎;楊培宏;張繼紅;齊曉軍
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學;包頭市愛能控制工程有限責任公司
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F24D19/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器供暖系統，包括空氣供暖系統和熱泵供暖系統兩個部分，組成部件包括外殼、透明蓋板、吸熱板、保溫層、壓縮機、蓄熱水箱、冷凝器、控制器，透明蓋板設置在外殼頂部，保溫層設置在外殼內的底部，吸熱板設置在外殼內的中間位置，吸熱板與透明蓋板、保溫層之間均保持有間隔，其特征是：在吸熱板上以緊密結合的方式附著有承壓管，承壓管的一個端口通過管路連接壓縮機的入口、壓縮機的出口連接冷凝器，冷凝器通過節流閥連接承壓管的另一個端口，承壓管、壓縮機、冷凝器、節流閥構成熱泵供暖系統，在熱泵供暖系統的管路中密封填充有制熱劑，冷凝器置于蓄熱水箱中，蓄熱水箱上設有與散熱器連接的管道，且管道上設有循環水泵，在外殼上設有空氣流入管和空氣流出管，在空氣流出管上設有風機，在外殼中，吸熱板周圍的間隙形成外殼內的空氣通道，外殼、透明蓋板、吸熱板、空氣流入管、空氣流出管、風機構成空氣供暖系統；控制器上設有房間溫度設定控制鍵，風機、壓縮機、節流閥、循環水泵的控制線路與控制器聯接，控制器采集集熱器空氣溫度、房間氣溫、蓄熱水箱水溫、熱泵制熱劑低壓蒸氣溫度、熱泵制熱劑低壓蒸氣壓力的信號，風機由控制器根據集熱器空氣溫度、房間氣溫和房間溫度設定值通過計算進行控制；循環水泵由控制器根據房間氣溫、房間溫度設定值、蓄熱水箱水溫，以及空氣供暖系統狀況通過計算進行控制；壓縮機由控制器根據熱泵供暖系統的供暖量進行控制；節流閥由控制器根據熱泵制熱劑低壓蒸氣的過熱度進行控制；采用太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器的供暖系統，集熱器中的吸熱板吸收的太陽輻射能轉換為熱能，一部分傳遞給空氣，另一部分傳遞給熱泵制熱劑； 在集熱器中太陽輻射能傳遞給空氣的熱能，空氣溫度升高，通過風機，直接供給建筑物采暖，把空氣的熱能傳遞給建筑物，空氣溫度下降，溫度下降的空氣再回到集熱器，形成空氣傳熱工質的循環，在集熱器中太陽輻射能傳遞給熱泵制熱劑的部分，使熱泵制熱劑蒸發，熱泵制熱劑在集熱器中發生相變，從集熱器出來的熱泵制熱劑蒸氣經壓縮機壓縮，變為高壓高溫蒸氣，然后送到冷凝器，冷凝器置于蓄熱水箱中，冷凝器中的熱泵制熱劑蒸氣與蓄熱水箱中的水進行熱交換，把熱能傳遞給水，熱泵制熱劑蒸氣在冷凝器中凝結為液體，發生相變，相變熱能傳遞給儲熱水箱中的水，水吸收熱能后，水溫升高； 蓄熱水箱的熱水經循環水泵送給地板輻射供暖盤管或采暖散熱器，熱能傳遞到房間，回水回到蓄熱水箱，形成水循環；用同一個平板集熱器，讓其中的吸熱板吸收太陽輻射能，轉換為熱能，該熱能分別傳遞給空氣和熱泵制熱劑二種不同的傳熱工質，空氣和熱泵制熱劑在平板集熱器中各自走自己的通道，不相融合，空氣的通道為吸熱板的外部，主要通道有兩個：一個是吸熱板與下部保溫隔熱層之間的空間；另一個為吸熱板與上部玻璃蓋板之間的空間，壓力約為大氣壓，熱泵制熱劑的通道為承壓管內部，承壓管附著在吸熱板上良好結合，以降低吸熱板與承壓管之間的熱阻，熱泵制熱劑的壓力與其溫度相關，壓力與溫度關系為熱泵制熱劑飽和溫度特性和過熱溫度特性，經吸熱板加熱的空氣直接供給房間供暖，平板集熱器是太陽能空氣集熱器與太陽能熱泵制熱劑集熱器的復合，空氣和熱泵制熱劑二種不同的傳熱工質共同用一個平板集熱器，也就是共用一個玻璃蓋板、一個吸熱板、一個保溫隔熱層和一個外殼，形成一個太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器；集熱器吸熱板熱能分配給空氣供暖和熱泵供暖量的控制，按照消耗電能最小原則和傳熱路徑最短原則，相同供暖量，空氣供暖風機消耗的電能遠小于熱泵供暖消耗的電能，白天有太陽輻射能時，控制系統控制優先空氣供暖，當太陽輻射能較多時，空氣供暖能夠滿足建筑物熱量需求，并且有富余，多出的太陽輻射能通過熱泵，傳遞給蓄熱水箱存貯，此時控制循環水泵停機，控制蓄熱水箱的熱能不供暖，當太陽能輻射能較弱，全部的太陽輻射能，通過空氣供暖系統供暖，此時，控制熱泵供暖系統壓縮機停機，由于太陽輻射能弱，空氣供暖系統不能滿足建筑物熱量需求，控制熱泵供暖系統循環水泵啟動，用蓄熱水箱的熱能補充建筑物熱量需求，當陰雪天氣和夜晚沒有太陽輻射能時，控制空氣供暖系統風機和熱泵供暖系統壓縮機全部停機，控制循環水泵啟動，用蓄熱水箱存貯的熱能滿足建筑物采暖熱量需求；當集熱器采光面積足夠大時，太陽輻射能較強，通過空氣供暖系統完全滿足建筑物采暖熱量需求，多余的太陽輻射能通過熱泵傳遞到蓄熱水箱存貯，蓄熱水箱存貯的熱量完全可是提供早晚太陽輻射能較弱時建筑物太陽能采暖熱量不足部分和夜間建筑物采暖熱量的需求，控制系統不啟動輔助熱源，如果不考慮壓縮機、風機、水泵消耗的電能，此時的太陽能保證率為100%，控制系統只在陰雪天氣啟動輔助熱源，太陽能平均保證率要小于100%，當集熱器采光面積進一步擴大，可以通過熱泵把更多的太陽輻射能存貯在蓄熱水箱，可以保證陰雪天氣的建筑物供暖，控制系統無需啟動輔助熱源，可以進一步提高太陽能采暖期平均保證率，但這需要很大的集熱器采光面積和很大蓄熱水量，當蓄熱量非常大時，可以實現跨季貯能，控制系統控制把夏季和春秋季的太陽能通過熱泵供暖系統，把太陽能轉換的熱能在蓄熱水箱存貯起來，以備冬季采暖，此時系統可以減少集熱器采光面積；太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器透明蓋板采用鋼化玻璃，耐撞擊性能好，耐候性強，安全運行系數高，結構平整、美觀、大方，再利用集熱器平整的保溫及外殼，把太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器作為建筑物房頂，該集熱器具有建筑房頂的排雨、防漏、保溫、密閉的功能，與建筑物結合成為一個整體。