[发明专利]双水箱太阳能-空气源热泵耦合供热系统及其控制方法有效
申请号: | 202011214204.7 | 申请日: | 2020-11-04 |
公开(公告)号: | CN112393316B | 公开(公告)日: | 2021-12-17 |
发明(设计)人: | 郑万冬;张高玮;孙宇君;胡竞帆;尹皓;王越;周敏 | 申请(专利权)人: | 天津大学 |
主分类号: | F24D15/02 | 分类号: | F24D15/02;F24D15/04;F24D19/00;F24D19/10;F24S20/40;F24S10/40;F24S10/50;F24S50/40 |
代理公司: | 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 | 代理人: | 琪琛 |
地址: | 300072*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 水箱 太阳能 空气 源热泵 耦合 供热 系统 及其 控制 方法 | ||
本发明属于可再生能源利用技术领域,公开了一种双水箱太阳能‑空气源热泵耦合供热系统及其控制方法,将太阳能热水系统和空气源热泵热水系统有机结合,组成空气源热泵与太阳能热水耦合系统,并设置集热和供暖两个水箱;并且在保证居住建筑生活热水供应和连续供暖的需求的前提下,通过合理控制太阳能集热循环、双水箱换热循环和空气源热泵机组运行模式,从而最大化地利用可再生能源,减少辅助热源的使用,提高系统运行效率,以实现最大程度地节能。本发明有效提升太阳能系统集热效率并降低系统能耗,充分考虑生活热水使用时段及其与辐射供暖供水温度的差异化需求,发挥集热水箱和供暖水箱的蓄热优势,实现能量的梯级利用。
技术领域
本发明属于可再生能源利用技术领域,尤其是涉及一种双水箱太阳能-空气源热泵耦合供热系统及其控制方法。
背景技术
随着我国能源问题日益突出,可再生能源在建筑应用中得到了迅速发展。太阳能因其资源丰富引起人们的极大重视。但太阳能能量密度低,辐射度受环境影响大,具有明显的间歇性。因此,太阳能在使用过程中,需要设置辅助热源来保证实际供暖效果。
空气源热泵热水机组作为一种高效节能装置,其开发利用得到了越来越广泛的重视,但当室外温度降低时,空气源热泵机组的供热量及效率也随之下降,尤其当冬季室外温度降到0℃以下时机组存在结霜除霜的问题。
居住建筑供热负荷主要包括生活热水负荷和供暖负荷。据统计,居民生活热水能耗占到了建筑能耗的10%~20%,属于常年性热负荷。它受气候条件影响较小,全年中热负荷变化不大,但在一天内变化较大。生活热水热负荷的大小,主要与使用人员的生活习惯和生活水平有关。洗澡是居民日常生活中热水使用率最高的用水方式,用水量相对最多,且供水温度一般在50℃~60℃。相关调研得出居民生活热水的使用规律如下:早上6:00~9:00、中午11:00~13:00、晚上17:00~22:00是生活热水使用高峰。现有研究主要关注生活热水用量,对于生活热水主要使用时段的分布研究较少,而居民生活热水使用时段会影响系统的控制策略进而影响系统的能耗。
居住建筑供暖负荷在建筑能耗中占比也越来越大,在供暖季期间具有连续性。供暖末端是供暖系统的重要组成部分,它向房间散热以补充房间的热损失,保持室内要求的温度,在我国主要有散热器、风机盘管和地板辐射供暖末端。其中,地板辐射供暖房间可形成温度由下而上逐渐升高的温度梯度,符合人体“头要凉、脚要热”的舒适度需求;同时不占用平面空间,符合美观要求,是我国当下及未来居住建筑供暖系统的主流发展形式。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012)》中规定,热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35℃~45℃,相比于生活热水供水温度(50℃~60℃)有着15℃左右的温差。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷与限制,本发明提供一种双水箱太阳能-空气源热泵耦合供热系统及其控制方法,为双水箱太阳能-空气源热泵耦合供热系统提供良好的运行控制策略,有效提升太阳能系统集热效率并降低系统能耗;该方法充分考虑生活热水使用时段及其与辐射供暖供水温度的差异化需求,发挥集热水箱和供暖水箱的蓄热优势,实现能量的梯级利用,并尽可能地收集更多的太阳能资源。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下的技术方案予以实现:
一种双水箱太阳能-空气源热泵耦合供热系统,其特征在于,包括太阳能集热器、集热循环泵、换热盘管、集热水箱、生活用水循环泵、空气源热泵热水机组、双水箱换热循环泵、供暖水箱、辐射供暖循环泵、低温地板辐射供暖末端、生活热水末端;
还包括集热器出口温度传感器、集热水箱底部温度传感器、集热水箱出水温度传感器、供暖水箱底部温度传感器、供暖水箱出水温度传感器、集热水箱水位传感器、供暖水箱水位传感器和系统控制器;
所述太阳能集热器的出口与所述换热盘管的进口连接,所述换热盘管的出口通过所述集热循环泵与所述太阳能集热器的进口连接;所述换热盘管设置于所述集热水箱内部;
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