[发明专利]一种适应超低温环境的太阳能供暖系统

说明书

本发明公开了一种适应超低温环境的太阳能供暖系统，系统包括有空气式太阳能集热系统、气水换热器热水系统和太阳能联合超低温热泵系统，其特点根据用户采暖需求、太阳能辐射强度、环境温度等，利用太阳能集热系统提供的热量和环境中空气的热量，以不同的方式为用户供暖；气水换热器与空气式集热器连接，集热器吸收太阳能加热空气，热空气进入气水换热器发生热交换生产热水供给用户；太阳能联合超低温热泵系统与气水换热器热水系统并联，热泵系统吸收气水换热器内热空气余热和环境中空气热量为用户供暖。系统优先利用太阳能，空气源热泵作为保障，通过多能互补集中满足建筑供暖、生活热水等需求。

技术领域

本发明涉及清洁能源采暖技术领域，具体涉及一种适用于高原高寒地区的太阳能供暖系统。

背景技术

在我国北方大部分城市地区冬季采暖普遍使用燃煤锅炉，通过燃烧煤炭等化石燃料，将燃料中的化学能转化为热能并用来将水加热到一定的温度，同时结合暖气片和地暖等供热末端设备来进行冬季的供热；在我国北方农村地区，由于地域宽广，农户分布比较零散，无法进行集中取暖，因此，农民大多利用燃煤、秸秆、稻草等进行采暖。但是上述供暖的方式给我国北方冬季带来了严重的环境问题，如雾霾天气、温室效应等。这已经成为我国北方冬季大气污染的一个重要污染源，是急需解决的问题。

从2001年开始，北京市政府启动了居民供热的“煤改清洁能源”工程，即 “煤改电”工程，“煤改电”工程就是我国北方冬季放弃用燃煤锅炉供热，利用电设备进行冬季的供热。“煤改电”工程目前经历了两个阶段，第一阶段是电热设施的直接利用，虽然解决了清洁供热问题，但是以消耗更多的燃煤为代价，居民供热用电急剧上升，供热成本高昂；第二阶段是以热泵供热，供热效率高，清洁又节能，居民供热成本大幅降低。以热泵供热为代表的“煤改电”工程不仅可以完善我国北方居民基础生活设施，还大大提高了居民的生活质量，有显著的节能以及大气污染物和温室气体协同减排效果，有效解决了因冬季供热而造成的环境问题，有着广阔的发展前景。

“煤改清洁能源”工程第二阶段考虑到用电的成本问题，可寻找替代能源以减少电能的消耗，如风能和太阳能。太阳能是一种清洁的可再生能源，取之不尽用之不竭，且成本低廉，是一种储量巨大的潜在可利用资源。我国太阳能资源丰富，平均日辐射量在4kW/m2以上，年日照时数在2000h以上。每年陆地接收的太阳辐射热量相当于燃烧2.4万亿吨标准煤释放的热量。

热泵是一种高效、节能的供热装置，采用逆卡诺循环的工作原理，以消耗一部分的电能、机械能为代价，把热能从低品位热源中转移到高位热源中，热泵所产生的热量是所消耗的高品位能量和吸取的低品位能量之和。热泵在冬季制热时，由于室外温度较低，导致制热量衰减，制热性能系数（COP）下降，且在相对湿度较高的室外环境中会导致蒸发器结霜，使换热性能恶化。因此，将太阳能和热泵技术相结合，形成太阳能热泵供暖新技术，既可利用太阳能直接为室内供暖，又可利用太阳能加热集热介质，作为热泵系统的低温热源，提高热泵蒸发温度，改善其运行工况。太阳能热泵供暖技术弥补了太阳能供暖技术的缺陷，又可改善热泵系统性能，实现效率双高。

本发明提供一种适应超低温环境的太阳能供暖系统，把太阳能、气水换热器和热泵结合起来，集中满足建筑供暖、生活热水等需求。太阳能可直接加热循环水为室内供给热水，也可作为热泵的低温热源辅助热泵供热，通过对能量的梯级利用，以及太阳能与空气源热泵的优势互补，实现对室内全天候高效供暖，可根据不同地区的气候条件和环境工况，设置不同的供热模式。在日照时间长、辐照强度大的地区，太阳能系统产生的热量可满足建筑的采暖需求时，可设置太阳能作为建筑的主要热量来源，热泵系统作为辅助热源。本发明设计气水换热器和热泵蒸发器并联的方式，可实现太阳能供热及热泵供热模式的无缝切换，同时可利用回水余热为热泵蒸发器高效除霜，提高太阳能热泵系统的稳定性。

发明内容

本发明是为了解决上述供暖现状不足而进行的，目的在于提供一种适用于高原高寒地区低温工况下的新型太阳能采暖技术。