太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器供热系统及应用的制作方法

本发明涉及一种太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器供热系统及应用，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术：

应对雾霾等能源及环境问题，规模化开发利用非化石能源是大趋势。

以电供暖，清洁但电费高，也就是电取暖费高。

天然气供热消耗的仍然是化石能源。

太阳能无玻璃无保温集热器，在夏季供热水有很好的效果，在冬季热水温度上不去甚至结冰，不能供热水更不能用来供暖，太阳能无玻璃无保温集热器被全玻璃真空太阳集热管集热器淘汰。

全玻璃真空太阳集热管供暖存在效率低、成本高、居民不能承受的问题。

空气源热泵供暖在不凝霜地区是非常有效的，在北方地区冬季供暖，由于除霜需要消耗大量电能，使得供暖系数cop在1.1左右，有的地区cop甚至低于1，供暖费用比电直接取暖费用还要高，制约了空气源热泵供暖在北方地区冬季供暖的应用。

太阳能平板集热器供暖，平板集热器设置有保温材料和透明盖板，在北方地区冬季供暖的应用仍存在效率低、成本高、居民不能承受的问题。

压缩式太阳能热泵供暖系统的基本部件是蒸发器、压缩机、节流装置和冷凝器，太阳能直接热泵的集热器作为热泵蒸发器，将从太阳能获得的热量用于热泵的蒸发端热源，流入太阳能集热器的液态工质，在太阳能集热器中吸收来自太阳能的热能后相变为气态工质，气态工质从太阳能集热器输出。太阳能热泵供暖系统的压缩机、节流装置和冷凝器，与制冷和空气源热泵的压缩机、节流装置和冷凝器相同，技术非常成熟，不同太阳能集热器分类出各种不同类型的太阳能热泵供暖系统，因此太阳能集热器是太阳能热泵供暖系统的技术关键、也是供暖系统效率和成本的关键。

国内太阳能热泵供暖系统研究已经取得了成绩，公开了1875条这方面的有关专利条目，这些有关专利条目均没有主动控制太阳能集热器不凝霜，这些太阳能热泵供暖系统均存在效率低和成本高的共性问题，这些共性问题也制约了太阳能热泵供暖系统的推广应用。太阳能热泵集热器的效率随着外界温度降低而降低，在低温天气时热泵制热效果无法保证，无法满足北方地区冬季供暖需求。高效率的太阳能热泵供暖系统是很好的降成本方案，集热器效率又是太阳能热泵供暖系统效率的主要制约因数，因此，提高太阳能集热器效率是非常重要的，是当前太阳能热泵供暖技术的发展方向。

空气源热泵蒸发器凝霜后，有些技术采用太阳能集热器除霜，这些系统本质上是空气源热泵，不属于太阳能热泵，太阳能只是做为辅助除霜热源，太阳能热泵热源主要来自于太阳能。

太阳能热泵供暖技术方面公开了9条无水地暖有关专利条目，空气源热泵无水地暖，冷凝器做为地暖盘管系统，不存在水地暖冷冻故障问题，但仍存在蒸发器凝霜的共性问题。

压缩式太阳能热泵供暖系统基本部件：压缩机、节流装置和冷凝器的技术比较成熟，可以直接利用空调和空气源热泵的基本部件：压缩机、节流装置和冷凝器成熟技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种效率高、成本低的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器供热系统及应用。

本发明提供的技术方案如下：

本发明太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器供热系统（简称供热系统），包括蒸发器、控制器、太阳能集热器温度传感器、气温传感器、供热温度传感器、供热温度设定值装置、压缩机、节流装置和冷凝器，其中：蒸发器为太阳能集热器，其特征是：控制器通过信号线与太阳能集热器温度传感器、气温传感器、供热温度传感器、供热温度设定值装置、压缩机相联，控制器通过太阳能集热器温度、气温、供热温度和供热温度设定值控制压缩机的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且供热温度低于供热温度设定值时控制器控制压缩机启动，供热系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者供热温度大于等于供热温度设定值时控制器控制压缩机停机，供热系统不运行。

在本发明的供热系统中，当太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，供热系统不运行，不存在太阳能集热器温度小于气温的状态，因此太阳能集热器不存在凝霜条件，太阳能集热器不凝霜，供热系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。太阳能集热器不凝霜，也就不存在太阳能集热器或者蒸发器除霜问题，提高了供热系统效率。在采暖季最低气温，设计太阳能集热器面积刚好满足需热量，供热系统运行时太阳能集热器温度略大于气温，太阳能集热器向环境散热不明显，蒸发器（太阳能集热器）不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能，降低了太阳能集热器成本。另一方面，蒸发器（太阳能集热器）不设置透光盖板，消除了透光盖板的光反射和光损失，进一步提高了太阳能集热器效率。

所述太阳能集热器可由铝排管制成。

压缩机运行时，可工作在工频状态，也可以工作在变频状态。

本发明的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器供热系统的应用包括空气供暖系统、水暖系统、蒸汽锅炉系统和无水地暖系统。

本发明的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统（以下简称空气供暖系统），包括蒸发器、压缩机、节流装置、冷凝器、控制器、太阳能集热器温度传感器、气温传感器、室温或供热温度传感器、室温或供热温度设定值装置、风机，其中：蒸发器为太阳能集热器，其特征是：控制器通过信号线与太阳能集热器温度传感器、气温传感器、室温或供热温度传感器、室温或供热温度设定值装置、压缩机相联，控制器通过太阳能集热器温度、气温、室温或供热温度，以及室温或供热温度设定值控制压缩机的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且室温或供热温度低于室温或供热温度设定值时控制器控制压缩机启动，空气供暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者室温或供热温度大于等于室温或供热温度设定值时控制器控制压缩机停机，空气供暖系统不运行。

在本发明的空气供暖系统中，当太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，空气供暖系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，空气供暖系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。太阳能集热器不凝霜，也就不存在太阳能集热器或者蒸发器除霜问题，提高了集热器效率。蒸发器不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能，降低了太阳能集热器成本。空气源热泵蒸发器温度必须低于气温，蒸发器才能吸收空气中的热能，这也是空气源热泵蒸发器凝霜的原因；空气供暖系统运行时，太阳能集热器温度始终大于等于气温，根据热力学第二定律，空气供暖系统效率要大于空气源热泵效率。

本发明的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统（以下简称水暖系统），包括蒸发器、压缩机、节流装置、冷凝器盘管、控制器、太阳能集热器温度传感器、气温传感器、畜热水温或供热温度传感器、畜热水温或供热温度设定值装置、畜热水箱，其中：蒸发器为太阳能集热器，其特征是：控制器通过信号线与太阳能集热器温度传感器、气温传感器、畜热水温或供热温度传感器、畜热水温或供热温度设定值装置、压缩机相联，控制器通过太阳能集热器温度、气温、畜热水温或供热温度，以及畜热水温或供热温度设定值控制压缩机的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且畜热水温或供热温度低于畜热水温或供热温度设定值时控制器控制压缩机启动，水暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者畜热水温或供热温度大于等于畜热水温或供热温度设定值时控制器控制压缩机停机，水暖系统不运行。

本发明的水暖系统与空气供暖系统相同：太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，水暖系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，水暖系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。蒸发器同样不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能。

本发明的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器蒸汽锅炉系统（以下简称蒸汽锅炉系统），包括蒸发器、压缩机、节流装置、冷凝器盘管、控制器、太阳能集热器温度传感器、气温传感器、蒸汽发生指令装置、蒸汽发生器，其中：蒸发器为太阳能集热器，其特征是：控制器通过信号线与太阳能集热器温度传感器、气温传感器、蒸汽发生指令装置、压缩机相联，控制器通过太阳能集热器温度、气温、蒸汽发生指令装置控制压缩机的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且蒸汽发生指令装置发出允许信号时控制器控制压缩机启动，蒸汽锅炉系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者蒸汽发生指令装置发出不允许信号时控制器控制压缩机停机，蒸汽锅炉系统不运行。蒸汽发生指令装置发出允许信号，相当于供热温度低于供热温度设定值；蒸汽发生指令装置发出不允许信号，相当于供热温度大于等于供热温度设定值。

本发明的蒸汽锅炉系统与空气供暖系统、水暖系统同样，在太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，太阳能热泵系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。蒸发器同样不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能。

本发明的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器无水地暖系统（以下简称无水地暖系统），包括蒸发器、压缩机、节流装置、冷凝器、控制器、太阳能集热器温度传感器、气温传感器、室温或供热温度传感器、室温或供热温度设定值装置，其中：蒸发器为太阳能集热器、冷凝器为地暖盘管系统，其特征是：控制器通过信号线与太阳能集热器温度传感器、气温传感器、室温或供热温度传感器、室温或供热温度设定值装置、压缩机相联，控制器通过太阳能集热器温度、气温、室温或供热温度，以及室温或供热温度设定值控制压缩机的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且室温或供热温度低于室温或供热温度设定值时控制器控制压缩机启动，无水地暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者室温或供热温度大于等于室温或供热温度设定值时控制器控制压缩机停机，无水地暖系统不运行。与空气源热泵相同：冷凝器为地暖盘管系统，地暖盘管系统中没有水，不存在水冷冻故障。

在本发明的无水地暖系统中，太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，无水地暖系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。太阳能集热器不凝霜，也就不存在太阳能集热器或者蒸发器除霜问题。蒸发器不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能。

本发明的优点是：太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，本发明的太阳能热泵供热系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器不凝霜，克服了空气源热泵蒸发器凝霜问题；太阳能集热器没有玻璃、不需要保温，蒸发器裸露在大气中，直接吸收太阳能，供热效率高、成本低，使得太阳能集热器简单化，有利于太阳能热泵供热系统在北方地区冬季清洁供热的推广应用。

附图说明

图1是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统；

图2是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统；

图3是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器蒸汽锅炉系统；

图4是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器无水地暖系统；

附图中：1-太阳能集热器；2-集热器温度传感器；3-气温传感器；4-控制器；5-室温传感器；6-室温设定值装置；7-压缩机；8-冷凝器；9-节流装置；10-风机；11-畜热水温传感器；12-畜热水温设定值装置；13-畜热水箱；14-冷凝器盘管；15-蒸汽发生指令装置；16-蒸汽发生器；17-地暖盘管系统。

具体实施方式

实施例1：

参照附图1，是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统，由蒸发器、2-集热器温度传感器、3-气温传感器、4-控制器、5-室温传感器、6-室温设定值装置、7-压缩机、8-冷凝器、9-节流装置和10-风机构成，其中：蒸发器为太阳能集热器1，其特征是：控制器4通过信号线与太阳能集热器温度传感器2、气温传感器3、室温传感器5、室温设定值装置6、压缩机7相联，控制器4通过太阳能集热器温度传感器2测到的太阳能集热器温度、气温传感器3测到的气温、室温传感器5测到的室温和室温设定值装置6发出的室温设定值控制压缩机7的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且室温低于室温设定值时控制器4控制压缩机7启动，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者室温大于等于室温设定值时控制器4控制压缩机7停机，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统不运行。

在附图1所示的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统中，太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统不运行，太阳能集热器1不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器1不凝霜。太阳能集热器1不凝霜，也就不存在太阳能集热器1或者蒸发器除霜问题。蒸发器不设置保温和透光盖板，蒸发器裸露在大气中，直接吸收太阳能，降低了太阳能集热器1成本。空气源热泵蒸发器温度必须低于气温，蒸发器才能吸收空气中的热能，这也是空气源热泵蒸发器凝霜的原因；该太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统运行时，太阳能集热器1温度始终大于等于气温，因此，该太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统效率要大于空气源热泵效率。

实施例2：

参照附图2，是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统，由蒸发器、2-集热器温度传感器、3-气温传感器、4-控制器、7-压缩机、9-节流装置、11-畜热水温传感器、12-畜热水温设定值装置、13-畜热水箱和14-冷凝器盘管组成，其中：蒸发器为太阳能集热器1，其特征是：控制器4通过信号线与太阳能集热器温度传感器2、气温传感器3、畜热水温传感器11、畜热水温设定值装置12、压缩机7相联，控制器4通过太阳能集热器温度传感器2测到的太阳能集热器温度、气温传感器3测到的气温、畜热水温传感器11测到的畜热水温和畜热水温设定值装置发出的畜热水温设定值控制压缩机7的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且畜热水温低于畜热水温设定值时控制器4控制压缩机7启动，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者畜热水温大于等于畜热水温设定值时控制器4控制压缩机7停机，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统不运行。

附图1所示的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器空气供暖系统与附图2所示的太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统同样是蒸发器不设置保温和透光盖板，蒸发器裸露在大气中直接吸收太阳能。同样，太阳能集热器温度小于气温时，压缩机停机，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器水暖系统不运行，太阳能集热器1不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器1不凝霜。

实施例3：

参照附图3，是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器蒸汽锅炉系统，由蒸发器、2-集热器温度传感器、3-气温传感器、4-控制器、7-压缩机、9-节流装置、14-冷凝器盘管、15-蒸汽发生指令装置和16-蒸汽发生器构成，其中：蒸发器为太阳能集热器，其特征是：控制器4通过信号线与太阳能集热器温度传感器2、气温传感器3、蒸汽发生指令装置15、压缩机7相联，控制器4通过太阳能集热器温度传感器2测到的太阳能集热器温度、气温传感器3测到的气温、蒸汽发生指令装置15发出的蒸汽发生指令控制压缩机7的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且蒸汽发生指令装置发出允许信号时控制器4控制压缩机7启动，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器蒸汽锅炉系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者蒸汽发生指令装置发出不允许信号时控制器4控制压缩机7停机，太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器蒸汽锅炉系统不运行。

本发明的蒸汽锅炉系统与空气供暖系统、水暖系统同样蒸发器不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能。同样，太阳能集热器温度小于气温时，压缩机7停机，太阳能热泵系统不运行，太阳能集热器不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器不凝霜。

实施例4：

参照附图4，是太阳能热泵无玻璃无保温不凝霜集热器无水地暖系统，由蒸发器、2-集热器温度传感器、3-气温传感器、4-控制器、5-室温传感器、6-室温设定值装置、7-压缩机、9-节流装置和17-地暖盘管系统组成，其中：蒸发器为太阳能集热器1、冷凝器为地暖盘管系统17，其特征是：控制器4通过信号线与太阳能集热器温度传感器2、气温传感器3、室温传感器5、室温设定值装置6、压缩机7相联，控制器4通过太阳能集热器温度传感器2测到的太阳能集热器温度、气温传感器3测到的气温、室温传感器5测到的室温和室温设定值装置6发出的室温设定值控制压缩机7的启动、停机；当太阳能集热器温度大于等于气温并且室温低于室温设定值时控制器4控制压缩机7启动，无水地暖系统运行；当太阳能集热器温度小于气温或者室温大于等于室温设定值时控制压缩机7停机，无水地暖系统不运行。冷凝器为地暖盘管系统，地暖盘管系统没有水，不存在冷冻故障。

在本发明的无水地暖系统中，太阳能集热器温度小于气温时，压缩机7停机，无水地暖系统不运行，太阳能集热器1不存在凝霜条件，系统主动控制了太阳能集热器1不凝霜。太阳能集热器1不凝霜，也就不存在太阳能集热器1或者蒸发器除霜问题。蒸发器不设置保温和透光盖板，裸露在大气中，直接吸收太阳能。

太阳能集热器1由铝排管制成。