热水型太阳能空气能热电联产一体化系统及运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热水型太阳能空气能热电联产一体化系统，包括储水箱、第一水泵、太阳能集热器、低位侧换热器、压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、高位侧换热器、膨胀阀、工质泵和第二水泵；低位侧换热器采用风冷，低位侧换热器工质侧的一端口通过压缩膨胀双功能机头后连接至高位侧换热器工质侧的一端口，高位侧换热器工质侧的另一端口与低位侧换热器工质侧的另一端口并联有两旁路，通过调整阀门的导通或关闭，利用太阳能与空气能实现采暖期采暖，非采暖期发电，全年供热水的建筑需求；空气源热泵成本低，安装简单，能效高，环保，预热时间短，可以很快达到室温要求，适合作为太阳能采暖系统的辅助热源。

Integrated system of hot water type solar energy air energy cogeneration and operation method

The invention discloses a hot water type solar energy air energy co generation integrated system, which includes a water storage tank, a first pump, a solar collector, a low side heat exchanger, a compressed expansion dual function head, a permanent magnet electric generator, a high side heat exchanger, an expansion valve, a working pump and a second pump, and a low side side heat exchange. One port is connected to the side of the working quality side of the high side heat exchanger by compression and expansion dual function head on one port of the working quality side of the low side heat exchanger, and the other port of the high side heat exchanger working quality side is parallel to the other port of the working quality side of the low side heat exchanger. The other port has two bypass routes through the adjustment and closure of the adjusted valve. Solar energy and air can realize heating period heating, non heating period power generation, building demand of heating water for the whole year; air source heat pump is low cost, simple installation, high energy efficiency, environmental protection, short preheating time, can quickly meet the requirements of room temperature, suitable as the auxiliary heat source of solar heating system.

【技术实现步骤摘要】
热水型太阳能空气能热电联产一体化系统及运行方法
本专利技术属于太阳能空气能利用
，尤其涉及一种热水型太阳能空气能热电联产一体化系统。
技术介绍
近年来，随着城市化建设的持续发展以及人们对居住、工作环境舒适性要求的不断提高，迎来了建筑行业的快速成长，建筑能耗呈现出持续上升的态势。北方地区的冬季采暖是建筑能耗的主要组成部分。截止2016年，我国北方地区城乡建筑采暖总面积约206亿平方米。其中，城镇建筑采暖面积141亿平方米，农村建筑采暖面积65亿平方米。我国北方地区采暖使用能源以燃煤为主，燃煤采暖面积约占总采暖面积的83％。采暖用煤年消耗约4亿吨标煤，其中散烧煤(含低效小锅炉用煤)约2亿吨标煤，主要分布在农村地区。北方地区供热平均综合能耗约22千克标煤/平方米，其中城镇约19千克标煤/平方米，农村约27千克标煤/平方米。当前我国北方地区清洁采暖比例低，特别是部分地区冬季大量使用散烧煤，大气污染排放量大。因此积极推进清洁采暖，应是当前治理北方地区冬季雾霾的重点工作。太阳能取之不尽、用之不竭，无需开采和运输，是开发和利用新能源与可再生能源的重要内容，有着巨大的市场前景。我国太阳能资源十分丰富，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2，年日照时数在2200h以上，具有有效开发利用的良好条件。低温太阳能的热利用是最直接的方案，发展也最为迅速，太阳能热水器、采暖技术等越来越受到人们的重视。我国主要采暖区在北方，又恰好是太阳能资源比较丰富的地区。尤其是在需要采暖的季节，晴天比较多，为太阳能采暖提供了基本的条件。太阳能适合与其他能源结合，实现热水、供暖复合系统的应用，是热网无法覆盖时有效的分散供暖方式。特别适用于办公楼，教学楼等只在白天使用的建筑。在国家10部委发布的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》中提出，要积极推进太阳能与常规能源的融合，采取集中式与分布式结合的方式进行建筑供暖。鼓励在条件适宜的中小城镇、民用及公共建筑上推广太阳能供暖系统。在农业大棚、养殖场等用热需求大，且与太阳能特性匹配的行业，充分利用太阳能供热。努力实现到2021年我国太阳能供暖面积达到5000万平方米的目标。太阳能供热采暖系统设时，从经济效益和热量稳定输出的角度考虑，必须有辅助热源。当太阳能不足时，作为太阳能供热采暖系统的补充热源。空气源热泵成本低，安装简单，能效高，预热时间短，可以很快达到室温要求，在太阳能采暖中得到了广泛的应用。
技术实现思路
由于太阳能日照时间有限，易受气候的影响，造成传统太阳能采暖系统需要增设辅助热源，从而增加了设备的投资以及运行成本。此外，太阳能资源冬夏能量不均衡，蓄能困难，造成非采暖期热量过剩，系统设备闲置等问题。为了探寻适宜于广大北方地区的新型采暖技术和替代能源，将热水型太阳能采暖、空气源热泵、低温发电技术有机的耦合在一起，构成太阳能、空气能综合利用系统，实现太阳能资源全年范围内最大化的利用，采暖期采暖，非采暖期发电，同时还可以根据需要提供生活热水。有效的解决传统太阳能采暖系统中非采暖期热量过剩、系统设备闲置等问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种热水型太阳能空气能热电联产一体化系统，包括储水箱、第一水泵、太阳能集热器、低位侧换热器、压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、高位侧换热器、膨胀阀、工质泵和第二水泵；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：所述储水箱内设有两路盘管，从而将所述储水箱的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器的出口端经过所述储水箱的壳程后经过所述第一水泵后连接至所述太阳能集热器的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱的壳程通过所述第二水泵与高位侧换热器的水侧连接；所述储水箱的第一管程串联在采暖供-回水管路上，所述储水箱的第二管程串联在自来水管路与生活热水管路之间；采暖供水管路、采暖回水管路、自来水管路和生活热水管路上均设有截止阀；所述压缩膨胀双功能机头与所述永磁电动发电一体化电机连接；所述低位侧换热器采用风冷，包括工质侧和风机，所述低位侧换热器的工质侧的一端口通过所述压缩膨胀双功能机头后连接至所述高位侧换热器的工质侧的一端口，所述高位侧换热器的工质侧的另一端口与所述低位侧换热器的工质侧的另一端口并联有第一旁路和第二旁路，其中，第一旁路上设有膨胀阀，第一旁路上，位于所述膨胀阀的进口处设有一个截止阀，位于所述膨胀阀的出口处设有热泵单向阀；第二旁路上设有工质泵，第二旁路上，位于所述工质泵的进口处设有一个截止阀，位于所述工质泵的出口处设有发电单向阀。利用上述热水型太阳能空气能热电联产一体化系统的运行方法，通过调整阀门的导通或关闭，实现在采暖期利用太阳能空气源热泵供暖供热水，在非采暖期利用太阳能发电并提供热水；包括：在采暖期，关闭第二旁路上的截止阀，同时，打开其他截止阀，进入太阳能空气源热泵供暖供热水系统运行模式；在非采暖期，关闭设置在采暖供水管路、采暖回水管路和第一旁路上的截止阀，同时，打开其他截止阀，进入热水型太阳能发电供热水运行模式。进一步讲，实现太阳能空气源热泵供暖供热水系统运行的步骤是：启动第一水泵，将储水箱中的水打入太阳能集热器中吸热升温后送回储水箱，完成太阳能集热器热水循环；当太阳能不足时，启动永磁电动发电一体化电机以电动模式运行驱动压缩膨胀双功能机头以压缩模式运行将低位侧换热器中产生的干饱和气态有机工质加压升温后进入高位侧换热器中放热凝结为饱和液体，经过第一旁路上的截止阀，进入膨胀阀降压降温为低干度湿蒸气，然后，再经过热泵单向阀后被引入到低位侧换热器中吸热蒸发为干饱和蒸气，完成空气源热泵工质侧循环；在空气源热泵低位风侧，启动风机实现空气与空气源热泵工质的强制对流换热，将空气能传递给工质；在空气源热泵高位水侧，启动第二水泵将储水箱中的水打入高位侧换热器中吸热升温后送入储水箱完成循环；在太阳能集热器热水循环中，采暖回水经过进入储水箱中的第一管程吸热升温后排出为采暖供水；在空气源热泵循环中，自来水进入储水箱中的第二管程吸热升温后排出提供生活热水。实现热水型太阳能发电供热水运行的步骤是：启动第一水泵将储水箱中的水打入太阳能集热器中吸热升温后送入储水箱1完成太阳能集热器热水循环，用于低温发电与生活热水供应；同时，启动工质泵，低位换热器中产生的饱和液态有机工质经过截止阀进入工质泵被加压升温后，经过发电单向阀打入高位侧换热器中吸热蒸发为高压高温的干饱和蒸气，进入压缩膨胀双功能机头以膨胀模式运行，同时驱动永磁电动发电一体化电机以发电模式运行产生电能并输出，膨胀后的低压低温气态工质进入低位换热器中凝结为饱和液体完成低温发电工质侧循环；在低温发电低位风侧，启动风机实现空气与发电工质的强制对流换热，将工质中的热量传递给空气，释放到大气中；在低温发电高位水侧，启动第二水泵将储水箱中的水打入高位侧换热器中放热降温后送入储水箱完成低温发电热水循环；自来水进入储水箱中的第二管程吸热升温后排出提供生活热水。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的热水型太阳能空气能热电联产一体化系统利用热水型太阳能采暖、空气源热泵以及有机朗肯循环低温发电技术的有机耦合，构成太阳能空气能综合利用系统。实现在采暖期采暖，非采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热水型太阳能空气能热电联产一体化系统，包括储水箱(1)、第一水泵(2)、太阳能集热器(3)、低位侧换热器(4)、压缩膨胀双功能机头(5)、永磁电动发电一体化电机(6)、高位侧换热器(7)、膨胀阀(8)、工质泵(9)和第二水泵(11)；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：所述储水箱(1)内设有两路盘管，从而将所述储水箱(1)的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱(1)的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器(3)的出口端经过所述储水箱(1)的壳程后经过所述第一水泵(2)后连接至所述太阳能集热器(3)的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱(1)的壳程通过所述第二水泵(11)与高位侧换热器(7)的水侧连接；所述储水箱(1)的第一管程串联在采暖供‑回水管路上，所述储水箱(1)的第二管程串联在自来水管路与生活热水管路之间；采暖供水管路、采暖回水管路、自来水管路和生活热水管路上均设有截止阀；所述压缩膨胀双功能机头(5)与所述永磁电动发电一体化电机(6)连接；其特征在于：所述低位侧换热器(4)采用风冷，包括工质侧和风机(10)，所述低位侧换热器(4)的工质侧的一端口通过所述压缩膨胀双功能机头(5)后连接至所述高位侧换热器(7)的工质侧的一端口，所述高位侧换热器(7)的工质侧的另一端口与所述低位侧换热器(4)的工质侧的另一端口并联有第一旁路和第二旁路，其中，第一旁路上设有膨胀阀(8)，第一旁路上，位于所述膨胀阀(8)的进口处设有一个截止阀(V5)，位于所述膨胀阀(8)的出口处设有热泵单向阀(C1)；第二旁路上设有工质泵(9)，第二旁路上，位于所述工质泵(9)的进口处设有一个截止阀(V6)，位于所述工质泵(9)的出口处设有发电单向阀(C2)。...

【技术特征摘要】
1.一种热水型太阳能空气能热电联产一体化系统，包括储水箱(1)、第一水泵(2)、太阳能集热器(3)、低位侧换热器(4)、压缩膨胀双功能机头(5)、永磁电动发电一体化电机(6)、高位侧换热器(7)、膨胀阀(8)、工质泵(9)和第二水泵(11)；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：所述储水箱(1)内设有两路盘管，从而将所述储水箱(1)的腔体分为壳程、第一个管程和第二管程，所述储水箱(1)的壳程设有两组进出口，所述太阳能集热器(3)的出口端经过所述储水箱(1)的壳程后经过所述第一水泵(2)后连接至所述太阳能集热器(3)的进口端，形成太阳能热水循环管路；所述储水箱(1)的壳程通过所述第二水泵(11)与高位侧换热器(7)的水侧连接；所述储水箱(1)的第一管程串联在采暖供-回水管路上，所述储水箱(1)的第二管程串联在自来水管路与生活热水管路之间；采暖供水管路、采暖回水管路、自来水管路和生活热水管路上均设有截止阀；所述压缩膨胀双功能机头(5)与所述永磁电动发电一体化电机(6)连接；其特征在于：所述低位侧换热器(4)采用风冷，包括工质侧和风机(10)，所述低位侧换热器(4)的工质侧的一端口通过所述压缩膨胀双功能机头(5)后连接至所述高位侧换热器(7)的工质侧的一端口，所述高位侧换热器(7)的工质侧的另一端口与所述低位侧换热器(4)的工质侧的另一端口并联有第一旁路和第二旁路，其中，第一旁路上设有膨胀阀(8)，第一旁路上，位于所述膨胀阀(8)的进口处设有一个截止阀(V5)，位于所述膨胀阀(8)的出口处设有热泵单向阀(C1)；第二旁路上设有工质泵(9)，第二旁路上，位于所述工质泵(9)的进口处设有一个截止阀(V6)，位于所述工质泵(9)的出口处设有发电单向阀(C2)。2.一种热水型太阳能空气能热电联产运行方法，其特征在于，利用如权利要求1所述热水型太阳能空气能热电联产一体化系统，通过调整阀门的导通或关闭，实现在采暖期利用太阳能空气源热泵供暖供热水，在非采暖期利用太阳能发电并提供热水；包括：在采暖期，关闭第二旁路上的截止阀(V6)，同时，打开其他截止阀，进入太阳能空气源热泵供暖供热水系统运行模式；在非采暖期，关闭设置在采暖供水管路、采暖回水管路和第一旁路上的截止阀，同时，打开其他截止阀，进入热水型太阳能发电供热水运行模式。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张于峰，姚胜，吕大超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12