[发明专利]一种太阳能空气与热泵制热剂复合集热器供暖系统

摘要

本发明涉及一种太阳能空气与热泵制热剂复合集热器供暖系统，包括外壳、透明盖板、吸热板、保温层、压缩机、蓄热水箱、冷凝器、控制器，其特征是：在吸热板上以紧密结合的方式附着有承压管，承压管的一个端口通过管路连接压缩机的入口、压缩机的出口连接冷凝器，冷凝器通过节流阀连接承压管的另一个端口，冷凝器置于蓄热水箱中，蓄热水箱上设有与散热器连接的管道，且管道上设有循环水泵，在外壳上设有空气流入管和空气流出管，在空气流出管上设有风机。其优点是：将太阳能空气集热器与太阳能热泵集热器融合在一起，并进行合理控制，初建投资低，集热器效率高，运行成本低，能够解决寒冷地区供暖问题。

主权项

1.一种太阳能空气与热泵制热剂复合集热器供暖系统，包括空气供暖系统和热泵供暖系统两个部分，组成部件包括外壳、透明盖板、吸热板、保温层、压缩机、蓄热水箱、冷凝器、控制器，透明盖板设置在外壳顶部，保温层设置在外壳内的底部，吸热板设置在外壳内的中间位置，吸热板与透明盖板、保温层之间均保持有间隔，其特征是：在吸热板上以紧密结合的方式附着有承压管，承压管的一个端口通过管路连接压缩机的入口、压缩机的出口连接冷凝器，冷凝器通过节流阀连接承压管的另一个端口，承压管、压缩机、冷凝器、节流阀构成热泵供暖系统，在热泵供暖系统的管路中密封填充有制热剂，冷凝器置于蓄热水箱中，蓄热水箱上设有与散热器连接的管道，且管道上设有循环水泵，在外壳上设有空气流入管和空气流出管，在空气流出管上设有风机，在外壳中，吸热板周围的间隙形成外壳内的空气通道，外壳、透明盖板、吸热板、空气流入管、空气流出管、风机构成空气供暖系统；控制器上设有房间温度设定控制键，风机、压缩机、节流阀、循环水泵的控制线路与控制器联接，控制器采集集热器空气温度、房间气温、蓄热水箱水温、热泵制热剂低压蒸气温度、热泵制热剂低压蒸气压力的信号，风机由控制器根据集热器空气温度、房间气温和房间温度设定值通过计算进行控制；循环水泵由控制器根据房间气温、房间温度设定值、蓄热水箱水温，以及空气供暖系统状况通过计算进行控制；压缩机由控制器根据热泵供暖系统的供暖量进行控制；节流阀由控制器根据热泵制热剂低压蒸气的过热度进行控制；采用太阳能空气与热泵制热剂复合集热器的供暖系统，集热器中的吸热板吸收的太阳辐射能转换为热能，一部分传递给空气，另一部分传递给热泵制热剂； 在集热器中太阳辐射能传递给空气的热能，空气温度升高，通过风机，直接供给建筑物采暖，把空气的热能传递给建筑物，空气温度下降，温度下降的空气再回到集热器，形成空气传热工质的循环，在集热器中太阳辐射能传递给热泵制热剂的部分，使热泵制热剂蒸发，热泵制热剂在集热器中发生相变，从集热器出来的热泵制热剂蒸气经压缩机压缩，变为高压高温蒸气，然后送到冷凝器，冷凝器置于蓄热水箱中，冷凝器中的热泵制热剂蒸气与蓄热水箱中的水进行热交换，把热能传递给水，热泵制热剂蒸气在冷凝器中凝结为液体，发生相变，相变热能传递给储热水箱中的水，水吸收热能后，水温升高； 蓄热水箱的热水经循环水泵送给地板辐射供暖盘管或采暖散热器，热能传递到房间，回水回到蓄热水箱，形成水循环；用同一个平板集热器，让其中的吸热板吸收太阳辐射能，转换为热能，该热能分别传递给空气和热泵制热剂二种不同的传热工质，空气和热泵制热剂在平板集热器中各自走自己的通道，不相融合，空气的通道为吸热板的外部，主要通道有两个：一个是吸热板与下部保温隔热层之间的空间；另一个为吸热板与上部玻璃盖板之间的空间，压力约为大气压，热泵制热剂的通道为承压管内部，承压管附着在吸热板上良好结合，以降低吸热板与承压管之间的热阻，热泵制热剂的压力与其温度相关，压力与温度关系为热泵制热剂饱和温度特性和过热温度特性，经吸热板加热的空气直接供给房间供暖，平板集热器是太阳能空气集热器与太阳能热泵制热剂集热器的复合，空气和热泵制热剂二种不同的传热工质共同用一个平板集热器，也就是共用一个玻璃盖板、一个吸热板、一个保温隔热层和一个外壳，形成一个太阳能空气与热泵制热剂复合集热器；集热器吸热板热能分配给空气供暖和热泵供暖量的控制，按照消耗电能最小原则和传热路径最短原则，相同供暖量，空气供暖风机消耗的电能远小于热泵供暖消耗的电能，白天有太阳辐射能时，控制系统控制优先空气供暖，当太阳辐射能较多时，空气供暖能够满足建筑物热量需求，并且有富余，多出的太阳辐射能通过热泵，传递给蓄热水箱存贮，此时控制循环水泵停机，控制蓄热水箱的热能不供暖，当太阳能辐射能较弱，全部的太阳辐射能，通过空气供暖系统供暖，此时，控制热泵供暖系统压缩机停机，由于太阳辐射能弱，空气供暖系统不能满足建筑物热量需求，控制热泵供暖系统循环水泵启动，用蓄热水箱的热能补充建筑物热量需求，当阴雪天气和夜晚没有太阳辐射能时，控制空气供暖系统风机和热泵供暖系统压缩机全部停机，控制循环水泵启动，用蓄热水箱存贮的热能满足建筑物采暖热量需求；当集热器采光面积足够大时，太阳辐射能较强，通过空气供暖系统完全满足建筑物采暖热量需求，多余的太阳辐射能通过热泵传递到蓄热水箱存贮，蓄热水箱存贮的热量完全可是提供早晚太阳辐射能较弱时建筑物太阳能采暖热量不足部分和夜间建筑物采暖热量的需求，控制系统不启动辅助热源，如果不考虑压缩机、风机、水泵消耗的电能，此时的太阳能保证率为100%，控制系统只在阴雪天气启动辅助热源，太阳能平均保证率要小于100%，当集热器采光面积进一步扩大，可以通过热泵把更多的太阳辐射能存贮在蓄热水箱，可以保证阴雪天气的建筑物供暖，控制系统无需启动辅助热源，可以进一步提高太阳能采暖期平均保证率，但这需要很大的集热器采光面积和很大蓄热水量，当蓄热量非常大时，可以实现跨季贮能，控制系统控制把夏季和春秋季的太阳能通过热泵供暖系统，把太阳能转换的热能在蓄热水箱存贮起来，以备冬季采暖，此时系统可以减少集热器采光面积；太阳能空气与热泵制热剂复合集热器透明盖板采用钢化玻璃，耐撞击性能好，耐候性强，安全运行系数高，结构平整、美观、大方，再利用集热器平整的保温及外壳，把太阳能空气与热泵制热剂复合集热器作为建筑物房顶，该集热器具有建筑房顶的排雨、防漏、保温、密闭的功能，与建筑物结合成为一个整体。