[发明专利]一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统

说明书

本发明属于可再生能源综合利用领域，提出了一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统。该系统包括太阳能集热子系统、地道风子系统和空气循环热泵子系统，通过地道风子系统对空气洗涤、预热及加湿，利用太阳能集热子系统辅助供热，采用电驱动涡轮增压器产生高温空气实现冬季供暖。本发明改善了空气循环热泵系统的室外换热条件，增加了潜热换热，提高了换热效率；空气循环热泵中压气装置和膨胀装置直接采用电动涡轮增压器中的压气机和涡轮膨胀机，简化了空气循环热泵设备；采用太阳能集热装置制取和储存生活热水，用以热水喷淋装置的热水供应和辅助空气循环热泵为室内供热。

技术领域

本发明涉及可再生能源综合利用领域，尤其涉及一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统。

背景技术

我国地热能及太阳能资源丰富，具有很大的开发潜力，同时热泵技术近几年愈发成熟，具有高效、节能、可同时满足制冷与供热等优点，例如专利CN110594852A公开的一种新型空气源热泵系统，其采用地道风装置预热空气，用以解决空气源热泵冬季除霜的问题。但以上采取的方案采用传统的制冷剂，会存在破坏环境，导致全球气候变暖的问题，因此寻找一种绿色的制冷剂对于环境保护具有十分重要的意义。空气循环热泵是以空气作为制冷剂，无毒且容易获取，解决污染环境问题的同时，也解决了室内热负荷与传统热泵供热量不匹配的问题。

对于传统的地道风与空气源热泵耦合系统，虽然能够有效地解决除霜问题，但是仍需考虑空气入口的除湿处理，而对于空气循环热泵采用以空气为循环制冷剂，则能够完全避免除湿问题。例如专利CN109186116A公开的以鼓风机为驱动设备的空气循环热泵，其采用涡轮增压器代替压气机和涡轮机，避免除湿的同时，也能够有效地解决室外温度对能效影响大、除霜等问题。但该循环采用鼓风机为驱动设备带动涡轮增压器工作，存在设备复杂化、换热方式单一，制热效率偏低等问题。

发明内容

针对地道风与传统空气源热泵耦合系统存在冬季需要对入口空气除湿、室内热负荷与传统热泵供热量不匹配，以及空气循环热泵供热效率偏低、设备复杂等问题，提出了一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统，通过地道风装置对空气预热、加湿，利用太阳能辅助供热，并采用电驱动涡轮增压器实现冬季供暖的新型空气循环热泵系统。

本发明的技术方案：

一种采用地道风与太阳能耦合的新型空气循环热泵系统，包括太阳能集热子系统、地道风子系统和空气循环热泵子系统；太阳能集热子系统主要由太阳能热水器1、储热水箱2、循环水泵8、阀门及若干管道组成；空气循环热泵子系统主要由电动涡轮增压器-压气机3、电动涡轮增压器-涡轮膨胀机4、回热器5、换热器6、风机盘管7、循环水泵8、阀门及若干管道组成；地道风子系统主要由地道风管9、热水喷淋装置11、过滤网12、风帽13、集水槽14、阀门及若干管道组成，其中地道风管9包括进风管段、地下管段及出风管段，三管段依次相连；进风管段上部安装有风帽13，中部安装有过滤网12和热水喷淋装置11；地下管段埋于地下，在其底部设有集水槽14，用于收集空气中的颗粒污染物和易溶于水的气体污染物；出风管段位于地面上方。

补水箱18分别连接太阳能热水器1和储热水箱2的进水口；太阳能热水器1的出水口分别连接储热水箱2的进水口以及过三通阀a15连接至热水出口管道10的入口；热水出口管道10的出口连接至热水喷淋装置11的进水口。

储热水箱2的一路出水管过三通阀a15并入至热水出口管道10；储热水箱2的另一路出水管过三通阀b16分别与换热器6的水侧出口、风机盘管7的入口相连，风机盘管7经循环水泵8和三通阀c17后分别连接至储热水箱2的进水口和换热器6的水侧入口。

换热器6的空气侧出口与回热器5一进气端相连，回热器5一出气端与涡轮增压器-涡轮膨胀机4进气口相连，涡轮增压器-涡轮膨胀机4出气口直接接入室外环境；出风管段与回热器5的另一进气端相连；回热器5的另一出气端与电动涡轮增压器-压气机3入口相连，电动涡轮增压器-压气机3出口与换热器6空气侧入口相连。