[發明專利]可再生能與電能多能互補的組合式熱泵冷熱水制備系統

有效

• 申請號: 202110054773.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112815373B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 李巖;董佳賢;李文濤
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: F24D3/08
• 分類號: F24D3/08;F24D3/18;F24F5/00;F24S20/20;F24S20/40;F25B27/00;F25B30/02
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 賈顏維

本發明公開了可再生能與電能多能互補的組合式熱泵冷熱水制備系統，其包括：太陽能集熱器、太陽能蓄熱水箱、空氣源熱泵、水源熱泵、空氣?水換熱器和循環水泵。具體方法為：冬季利用太陽能蓄熱水箱、空氣源熱泵和水源熱泵對循環水梯級加熱進行供熱；夏季利用空氣源熱泵制冷，同時利用太陽能集熱系統供應生活熱水。通過合理構建組合式熱泵新流程，實現能源梯級利用。其優點是：一、構建溫度對口的梯級加熱流程，顯著提高系統能效；二、實現系統太陽能?電能?空氣能多能互補、冬夏兩用；三、通過新流程，冬季提高組合式熱泵蒸發溫度，夏季降低熱泵冷凝溫度，顯著提高機組運行能效；四、通過新流程，拉大水箱蓄熱溫差，進而降低系統投資和占地。

技術領域

本發明屬于采暖制冷技術領域，具體涉及可再生能與電能多能互補的組合式熱泵冷熱水制備系統。

背景技術

目前，在燃煤供熱的地區，燃煤污染是冬季霧霾形成的主要原因之一，大力推進清潔供熱已成為發展趨勢。

煤改電是實現清潔供熱的重要舉措之一，冬季電力過剩，利用電力驅動熱泵供熱是較為高效的利用方式，為消納冬季過剩電力提供有效途徑。然而，寒冷及嚴寒地區的冬季室外平均氣溫較低，空氣源熱泵不但制熱性能較低，且容易結霜，應用效果不佳。太陽能雖然來源廣泛，但一方面受天氣影響，不夠穩定，另一方面，能流密度低，集熱系統投資大、占地面積大。因此，單一可再生能源供熱系統，熱源溫度不穩定、供熱保證率低下，難以滿足冬季供熱需求。常規的多能互補供熱系統，多為太陽能與空氣源熱泵互補，一般僅用于滿足冬季供暖需求，太陽能蓄熱溫差小、投資成本高，設備利用率低，經濟性差。

本發明針對分散供熱的建筑，提出太陽能-電能-空氣能互補的組合式熱泵新流程。該組合式熱泵系統在冬季利用太陽能蓄熱水箱、空氣源熱泵、水源熱泵構建溫度對口的梯級加熱流程，實現了多種清潔能源的梯級利用，提高系統能源利用效率及供熱經濟性，保證系統穩定高效運行；在夏季利用空氣源熱泵制冷，同時利用太陽能集熱系統制備生活熱水，提高系統全年利用率。該系統通過構建組合式熱泵新流程，在冬、夏運行工況下均能保證穩定供熱、制冷，同時，實現了組合式熱泵系統各環節制熱性能和制冷性能的顯著提升。此外，通過將太陽能集熱系統與組合式熱泵系統有機結合，巧妙設置熱泵旁路循環，一方面提取旁路循環水熱量加熱熱網水，另一方面旁路循環水依次經過水源熱泵蒸發器、空氣-水換熱器實現梯級降溫，在提高空氣源熱泵制熱性能的同時，拉大太陽能水箱蓄熱溫差，顯著降低系統投資和占地。

發明內容

為解決常規太陽能-空氣源熱泵聯合供熱系統的應用條件受限、供熱能力不足、系統耗電量等問題，本發明提出將供暖循環水經太陽能蓄熱水箱、空氣源熱泵和水源熱泵梯級加熱進行供熱，提供了可再生能與電能多能互補的組合式熱泵冷熱水制備系統。結合建筑冬季供熱的需求，通過調節閥門切換運行模式，對熱源進行合理分配，實現能源的梯級利用，保證用戶供熱需求，提高供熱系統的全運行周期能效，在一定程度上降低供熱成本；換季時通過切換閥門，實現冬夏兩用，提高該系統的全年利用率；通過對系統流程的優化，一方面拉大太陽能集熱器的集熱溫差，減少初投資，另一方面提高熱泵的運行能效。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種可再生能與電能多能互補的組合式熱泵冷熱水制備系統，其包括太陽能集熱器、第一太陽能蓄熱水箱、第二太陽能蓄熱水箱、空氣源熱泵、水源熱泵、第一循環水泵和第二循環水泵和空氣-水換熱器；

所述太陽能集熱器設有太陽能集熱器出口和太陽能集熱器入口，所述第一太陽能蓄熱水箱設有第一太陽能蓄熱水箱入口、第一太陽能蓄熱水箱出口、第一太陽能蓄熱水箱中盤管入口和第一太陽能蓄熱水箱中盤管出口，所述第二太陽能蓄熱水箱設有第二太陽能蓄熱水箱入口、第二太陽能蓄熱水箱出口、第二太陽能蓄熱水箱中盤管入口和第二太陽能蓄熱水箱中盤管出口，所述空氣源熱泵包括第一冷凝器和第一蒸發器，所述水源熱泵包括第二冷凝器和第二蒸發器，所述第一冷凝器設有第一冷凝器入口和第一冷凝器出口，所述水源熱泵設有第二冷凝器入口、第二冷凝器出口、第二蒸發器入口和第二蒸發器出口，所述空氣-水換熱器設有空氣-水換熱器入口和空氣-水換熱器出口；