[發明專利]一種太陽能源熱泵系統的設計方法、系統及控制方法

在審

• 申請號: 202211548594.0
• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN115751769A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 梁士民;胡松濤;季永明;朱輝;鄭進福;高學鋒;田曉慧;申壽恒;王心如
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B27/00;F25B41/40;F25B43/02;F25B49/02;F24S10/70
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種太陽能源熱泵系統的設計方法，其特征在于，所述太陽能源熱泵系統包括主機模塊，以及陣列式設置的太陽能直膨集熱模塊和直凝蓄熱模塊，太陽能直膨集熱模塊和直凝蓄熱模塊通過主機模塊相連；對主機模塊、太陽能直膨集熱模塊和直凝蓄熱模塊的設計過程包括：

根據建筑輻射熱負荷，確定主機模塊容量；

根據建筑輻射熱負荷和直凝蓄熱模塊的可敷設面積，確定直凝蓄熱模塊單位面積供熱熱指標，并以此確定單個直凝蓄熱模塊面積和可敷設數量；

根據建筑輻射熱負荷確定直凝蓄熱模塊的蓄熱量，以此確定單個直凝蓄熱模塊內的蓄熱材料的填充高度；

根據建筑輻射熱負荷、熱泵制熱能效系數和建筑地點太陽能輻射強度，確定太陽能直膨集熱模塊的敷設面積和單位面積熱指標，并以此確定單個太陽能直膨集熱模塊面積和敷設數量。

2.如權利要求1所述的一種太陽能源熱泵系統的設計方法，其特征在于，

根據建筑輻射熱負荷Q_f確定的直凝蓄熱模塊的蓄熱量Q_x為：Q_x＝Q_f×t_x；式中，t_x為需要的相變釋熱時間；

或，單個直凝蓄熱模塊內的蓄熱材料的填充高度h為：h＝Q_x/(γ×ρ×F_n)；式中，γ為蓄熱材料相變潛熱，F_n為直凝蓄熱模塊的可敷設面積，ρ為蓄熱材料密度。

3.如權利要求1所述的一種太陽能源熱泵系統的設計方法，其特征在于，

根據建筑輻射熱負荷Q_f、熱泵制熱能效系數COP和建筑地點太陽能輻射強度D，確定的太陽能直膨集熱模塊的敷設面積F_w為：F_w＝Q_f/(COP×D×y)，式中，y為熱轉換效率；

或，太陽能直膨集熱模塊的單位面積熱指標q_{e_0}為：q_{e_0}＝D×y。

4.一種太陽能源熱泵系統，其特征在于，包括：采用權利要求1-3任一項所述的設計方法進行構建。

5.如權利要求4所述的一種太陽能源熱泵系統，其特征在于，所述太陽能直膨集熱模塊包括第一制冷劑管、導熱材料、第一外保溫結構、真空蓋板和太陽能納米涂層；所述第一制冷劑管敷設在第一外保溫結構內部，且在第一外保溫結構內填充導熱材料；在第一外保溫結構的頂部設真空蓋板，且在真空蓋板上設太陽能納米涂層。

6.如權利要求4所述的一種太陽能源熱泵系統，其特征在于，所述直凝蓄熱模塊包括第二制冷劑管、蓄熱材料、第二外保溫結構、輻射蓋板和電加熱絲；所述第二制冷劑管敷設在第二外保溫結構內部，且在第二外保溫結構內填充蓄熱材料；在第二外保溫結構的頂部設輻射蓋板，且在輻射蓋板上設電加熱絲。

7.如權利要求4所述的一種太陽能源熱泵系統，其特征在于，所述主機模塊包括壓縮機、分液頭、節流裝置、過濾器、儲液器和油分離器；

所述壓縮機通過電動閥與太陽能直膨集熱模塊連接，太陽能直膨集熱模塊的另一端通過電動閥與分液頭連接，分液頭與節流裝置連接，節流裝置通過過濾器與儲液器連接；

所述壓縮機與油分離器的一端連接，油分離器的另一端通過電動閥與直凝蓄熱模塊連接，直凝蓄熱模塊的另一端通過電動閥與儲液器連接。

8.一種太陽能源熱泵系統的控制方法，其特征在于，采用權利要求4-7任一項所述的太陽能源熱泵系統，包括：

獲取室外太陽能輻射強度；

根據室外太陽能輻射強度與設定閾值的比較結果，切換熱泵制熱模式或輔助制熱模式。