一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统

技术领域

本发明属于暖通空调技术领域，涉及一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统。

背景技术

热泵技术由于可有效利用低品位热能，且对环境无污染，在建筑供暖领域受到了普遍关注。空气源热泵是目前应用最为普遍的热泵技术，但其制热量和制热性能系数不仅会随环境温度的下降而显著降低，而且在低温条件下蒸发器严重结霜会导致系统无法正常工作。为解决这一问题，可利用太阳能作为补充热源，最常用的形式包括直接膨胀式太阳能热泵(即将太阳能集热器作为热泵系统的蒸发器)、串联式太阳能热泵(即太阳能集热循环与热泵循环通过蒸发器加以串联)、并联式太阳能热泵(太阳能集热循环与空气源热泵独立运行)以及双热源式太阳能热泵(即在串联式太阳能热泵系统中增加一个空气蒸发器)。

这些形式的太阳能与空气热能互补的热泵系统有效解决了采用空气作为单一热源的热泵系统存在的各种问题，但依然存在诸多不足。首先，直接膨胀式太阳能热泵系统中直接即太阳能集热器作为热泵系统的蒸发器，需要现场将集热器管道与热泵机组焊接，并进行抽真空、保压及充注制冷剂等工作，无法做到规格化和规模化应用；其次，上述所有形式的系统不能同时利用太阳热能和空气热能，导致能源利率效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统，解决现有热泵机组无法规格化生产、太阳能热泵难以规模化应用以及不能同时利用太阳热能和空气热能的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统，包括压缩机，压缩机的出口与高温冷凝器的进口连接，高温冷凝器的出口与气液分离器的进口连接，气液分离器的出口分别与低温冷凝器、第二节流阀的进口连接，低温冷凝器的出口依次连接有第一节流阀、低温蒸发器，第二节流阀的出口与高温蒸发器的进口连接，低温蒸发器的出口与高温蒸发器的出口连接且与压缩机的进口连接，高温蒸发器连接有太阳热能收集装置；

高温冷凝器依次与供暖末端装置、循环泵d、低温冷凝器连接，形成闭合回路。

本发明的特征还在于：

太阳热能收集装置包括储热水箱，储热水箱依次与循环泵a、高温蒸发器连接，形成闭合回路，储热水箱依次与循环泵b、太阳能集热器连接，形成闭合回路。

储热水箱内设置有相变储热材料。

低温蒸发器依次与热源塔、循环泵c连接，形成闭合回路。

低温蒸发器、热源塔、循环泵c形成的闭合回路中的热媒采用冰点低于0℃的防冻溶液。

高温冷凝器的出口通过高温过冷器与气液分离器的进口连接，低温蒸发器的出口与高温蒸发器的出口通过高温过冷器与压缩机连接。

低温冷凝器的出口通过低温过冷器与第一节流阀的进口连接，低温蒸发器的出口与高温蒸发器的出口通过低温过冷器与高温过冷器连接。

低温蒸发器设置有风机。

本发明的有益效果是：一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统，采用非共沸混合制冷剂，高温蒸发器与太阳热能收集装置相连，低温蒸发器与空气热能收集装置相连，使得热泵供暖系统能够同时利用空气热能和太阳热能，提高了能源利用效率；

附图说明

图1是本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统的实施例1的结构示意图；

图2是本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统的实施例2的结构示意图；

图3是本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统的实施例3的结构示意图。

图中，1.压缩机，2.高温冷凝器，3.气液分离器，4.低温冷凝器，5.第一节流阀，6.低温蒸发器，7.第二节流阀，8.高温蒸发器，9.供暖末端装置，10.储热水箱，11.太阳能集热器，12.热源塔，13.循环泵a，14.循环泵b，15.循环泵c，16.循环泵d，17.高温过冷器，18.低温过冷器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统，如图1所示，包括压缩机1，压缩机1的出口与高温冷凝器2的进口连接，高温冷凝器2的出口与气液分离器3的进口连接，气液分离器3的出口分别与低温冷凝器4、第二节流阀7的进口连接，低温冷凝器4的出口依次连接有第一节流阀5、低温蒸发器6，第二节流阀7的出口与高温蒸发器8的进口连接，低温蒸发器6的出口与高温蒸发器8的出口连接且与压缩机1的进口连接，高温冷凝器2依次与供暖末端装置9、循环泵d16、低温冷凝器4连接，形成闭合回路，高温蒸发器8依次与储热水箱10、循环泵a13连接，形成闭合回路，储热水箱10依次与循环泵b14、太阳能集热器11连接，形成闭合回路，储热水箱10内设置有相变储热材料，相变储热材料采用石蜡，低温蒸发器6设置有风机。

本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统的工作原理为：本发明热泵供暖系统所采用由R134a和R32组成的非共沸混合制冷剂，高沸点制冷剂R134a和低沸点制冷剂R32混合比例由高温蒸发器8和低温蒸发器6的换热量以及制冷剂的物性参数共同决定。

由压缩机1排出的过热制冷剂蒸气进入高温冷凝器2中，大部分高沸点制冷剂冷凝放热，形成两相制冷剂液体，之后进入气液分离器3中并分为两路：一路富含低沸点制冷剂的高压制冷剂蒸气作为工作流体进入低温冷凝器4的制冷剂入口，该制冷剂蒸气在低温冷凝器4中被冷凝放热成为饱和或过冷制冷剂液体，该饱和或过冷制冷剂液体进入第一节流阀5节流成为两相制冷剂流体，然后进入低温蒸发器6中蒸发吸热成为饱和或过热制冷剂气体，低温蒸发器6内的制冷剂通过风机直接与空气进行换热，从而提高了换热效率，另一路饱和的高沸点制冷剂液体作为工作液体进入第二节流阀7成为两相制冷剂气体，然后进入高温蒸发器8中蒸发吸热成为饱和或过热制冷剂气体，该饱和或过热制冷剂气体由高温蒸发器8排出后与由低温蒸发器6排出的饱和或过热制冷剂气体汇合后进入压缩机1，完成循环。

供暖末端装置9中流出的热媒在循环泵d16的驱动下，首先进入低温冷凝器4吸热升温，从低温冷凝器4流出后再入高温冷凝器2中吸热升温，之后返回供暖末端装置9中放热，为用户提供热量。

循环泵b14驱动集热工质水从储热水箱10中流出进入太阳能集热器11吸收太阳能升温之后返回储热水箱10；循环泵a13驱动工质水从储热水箱10中流出后进入高温蒸发器放热降温之后返回储热水箱10。

实施例1适用于供暖负荷比较小的用户。

实施例2

与实施例1的区别在于：低温蒸发器6连接有空气热能收集装置，空气热能收集装置包括热源塔12，热源塔12依次与循环泵c15、低温蒸发器6连接，形成闭合回路，此闭合回路中的热媒采用冰点低于0℃的防冻溶液，低温蒸发器6不设置风机。

循环泵c15驱动低冰点防冻溶液进入低温蒸发器6中放热再进入热源塔12中吸热，热源塔12为开式结构或闭式结构中的一种，热源塔12采用闭式结构时设置有除霜溶液喷淋装置。

实施例3

与实施例2的区别在于：高温冷凝器2的出口通过高温过冷器17与气液分离器3的进口连接，低温冷凝器4的出口通过低温过冷器18与第一节流阀5的进口连接，低温蒸发器6的出口与高温蒸发器8的出口依次通过低温过冷器18、高温过冷器17与压缩机1连接。

由高温冷凝器2中排出的两相制冷剂液体先进入高温过冷器17之后再进入气液分离器3；由低温冷凝器4中排出的饱和或过冷制冷剂液体先进入低温过冷器18之后再进入第一节流阀5；由高温蒸发器8排出后与由低温蒸发器6排出的饱和或过热制冷剂气体汇合后依次进入低温过冷器18和高温过冷器17后再进入压缩机入口。本发明热泵供暖系统能够降低第一节流阀5和第二节流阀7的不可逆损失，同时提高压缩机吸气压力，降低压缩机压比，提高系统效率。

本发明一种太阳热能与空气热能互补的热泵供暖系统中压缩机1、高温冷凝器2、气液分离器3、低温冷凝器4、第一节流阀5、低温蒸发器6、第二节流阀7、高温蒸发器8循环回路中设置有由R134a和R32组成的非共沸混合制冷剂，且均可在生产厂家组装并进行抽真空、保压及充注制冷剂等工作，能够保证其加工质量，易于实现规格化、系列化并大规模应用，待运输至安装现场后再与供暖末端装置、太阳能集热装置和空气热能收集装置相连后即可使用。