[发明专利]一种复合太阳能空气源热泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合太阳能空气源热泵，能充分利用太阳能和空气热能等可再生能源，根据太阳能辐射条件及室外气温，通过太阳能的热管循环、热泵循环，空气源的热管循环、热泵循环及其联合循环系统的合理切换，来实现高效供热和供生活热水。该技术特别适用于冬季供热和全年供生活热水，也可用于土壤源热泵系统的补热，属于供热领域。

背景技术

全球建筑供热和生活热水能耗很大，发达国家较高的生活水平以及生活习惯造成了巨大的热水需求和能源消耗，而发展中国家则随着城镇化的发展和生活水平的提高会保持热水能耗的高速增长。传统的供热系统主要基于化石燃料燃烧的方式，不仅效率低、而且污染严重；而生活热水系统则主要采用燃气热水器和电热水器，存在能源品位浪费的问题。供热和生活热水越来越成为节能减排、治理雾霾的重点关注领域之一。

近年来，太阳能热水器和空气源热泵热水器得到了较大的发展。但是，当太阳辐射不足时，太阳能热水器或供热系统的制热效果将大打折扣，通常需要一套备份系统来保障阴雨天气以及太阳辐射较差时候的供热可靠性，降低了其节能效果。此外，太阳能集热器较高的初投资和较大的安装面积要求也是制约其进一步大面积推广应用的障碍。对于空气源热泵热水器或供热系统，由于其制热效率和制热量均会随外界气温的降低而不断衰减，也就降低了其低温下的制热可靠性。目前的空气源热泵只能利用空气中的热能，无法有效利用太阳辐射能，而实际上冬季很多时候气温虽然很低，但太阳辐射强度仍足以制取所需要的热水。

鉴于太阳能热水器无法充分利用低辐射太阳能、空气源热泵无法利用太阳辐射能的问题，将太阳能和热泵技术相结合的技术方案得到了越来越多的青睐。目前这类技术方案主要分为三类：(1)太阳辐射不够强时，将太阳能集热器制取的低温热水作为水源热泵的蒸发侧热源，提高集热器的效率和热泵的效率，太阳辐射强的时候则切换到太阳能直接制热(如专利CN201220382850.9)。该类方案只是提高了太阳能集热器的效率，没有解决无太阳能时的制热问题；(2)采用直膨式的太阳能集热器，即制冷剂直接通入太阳能集热器中，这样可以实现太阳能直接制热和太阳能热泵制热模式，能减少一定的压缩机电耗(如专利CN201110388936.2)，但仍然没有解决无太阳能时的制热问题；(3)采用一个直膨式太阳能集热器和一个风冷蒸发器，太阳能辐射足够的时候太阳能直接制热，没有太阳或辐射较弱的条件下运行空气源热泵模式(如专利CN201120054202.6)，但是该类方案不能利用低辐射下的太阳能，也不能实现空气热能的直接制热以及太阳能和空气热能的联合制热，对太阳能和空气热能的有效利用程度还不够高。

值得注意的是，当一些情况下需要的热水温度较低或外温很高时(例如夏天外温30℃时，制取10～20℃的低温热水，用于空气热能的跨季节蓄存)，外界的空气热能也能够直接制热，而目前均是通过空气源热泵来实现的，导致制热的能耗偏高。

总而言之，目前的太阳能热泵和空气源热泵技术方案在以更高的效率更加充分地利用不同辐射强度的太阳能和不同温度品位的空气热能方面还存在较大的改进空间。如果结合太阳能和空气热能的各自特性以及用户的热负荷需求特征构建出更加合理的技术方案和运行方法，则能大幅提高太阳能和空气热能的利用效率和利用程度。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种复合太阳能空气源热泵，将太阳能利用技术和空气热能利用技术有机结合，实现这两种可再生能源的优势互补，有效降低制热系统的初投资。根据太阳能辐射条件及室外气温的变化，在太阳能的热管循环、热泵循环和空气源的热管循环、热泵循环及其联合循环系统之间进行合理的切换，来实现高效供热和供生活热水。

本发明的第一种技术方案如下：