一种风能与空气源蓄能互联供暖系统的制作方法

本公开涉及建筑环境与能源应用工程领域，尤其涉及一种风能与空气源蓄能互联供暖系统。

背景技术：

近年来清洁供暖、减少雾霾等环境问题得到了广泛关注，采用空气源热泵技术在寒冷地区进行供暖，能够减少雾霾的产生，显著改善供暖期空气污染状况。但空气源热泵在寒冷地区运行往往存在供热效率低、压缩机压缩比过大和蒸发器结霜的问题。

蓄能互联热泵系统考虑到空气源热泵优越的提升能量特性，第一级选用空气源热泵，而第二级选用水源热泵。在寒冷地区通过空气源热泵制备温水，并利用合适的相变材料对温水的热泵热量进行储存，然后水源热泵通过水环路提取储能材料的潜热，最后制备出热水，为末端用户供热。由于在第一级的空气源热泵不再需要直接制备高温热水，降低了压缩机的压缩比，提高了空气源热泵在低温环境下的效率；而第二级水源热泵利用相变材料的相变潜热，从而获得温度较高的热源，进而为水源热泵提供热量，提高了工作效率，减少了电能消耗，符合清洁供暖的思路。此外，若供暖负荷变大时，仅靠空气源热泵进行蓄能可能无法满足供暖的需求。

技术实现要素：

为了保证寒冷地区供暖系统的可持续运行，本公开将风能和蓄能技术相结合，提出了以蓄能互联热泵为主要热源，以风力发电获得的能量作为辅助热源，末端可采用地板辐射采暖或风机盘管等方式进行供暖的一种系统。

为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

一种风能与空气源蓄能互联供暖系统，包括空气源热泵机组、风机发电系统、热水箱、相变蓄能装置和水源热泵机组，所述风机发电系统与热水箱相连构成辅助热源电路，所述热水箱与相变蓄能装置相连构成辅助供热环路，所述相变蓄能装置与空气源热泵机组相连构成低温侧蓄能回路，所述相变蓄能装置与水源热泵机组相连构成高温侧供热回路，所述水源热泵机组与用户末端相连构成用户侧回路。

进一步的，所述热水箱内设有电加热器。

进一步的，所述风机发电系统包括依次连接的风机发电装置、蓄电池组和逆变器，所述逆变器的输出端分别与电网和电加热器相连。

进一步的，所述空气源热泵机组包括空气源热泵蒸发器、空气源热泵膨胀阀v6、空气源热泵冷凝器和空气源热泵压缩机，所述空气源热泵蒸发器出口通过空气源热泵膨胀阀与空气源热泵冷凝器入口相连，所述空气源热泵冷凝器出口通过空气源热泵压缩机与空气源热泵蒸发器入口相连。

进一步的，所述空气源热泵冷凝器另一出口通过阀门v1和循环水泵p1与相变蓄能装置入口相连，所述相变蓄能装置通过管路与空气源热泵冷凝器另一入口相连。

进一步的，所述热水箱出口通过循环水泵p2和阀门v2与蓄能相变装置入口相连，所述蓄能相变装置出口通过空气源热泵机组的冷凝器和止回阀与热水箱入口相连。

进一步的，所述水源热泵机组包括水源热泵蒸发器、水源热泵膨胀阀、水源热泵冷凝器和水源热泵压缩机，所述水源热泵蒸发器串联水源热泵膨胀阀后与水源热泵冷凝器入口相连，所述水源热泵冷凝器出口通过管道经水源热泵压缩机后与水源热泵蒸发器入口相连。

进一步的，所述水源热泵蒸发器的另一出口通过管路与相变蓄能装置入口相连，所述相变蓄能装置出口通过循环水泵p3与和阀门v3与水源热泵蒸发器的另一入口向量。

进一步的，所述水源热泵冷凝器通过循环水泵p4和阀门v4与用户末端相连。

进一步的，所述用户末端包括但不限于地板辐射采暖系统和风机盘管系统。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1)风力发电系统充分利用了风力资源，为末端用户提供辅助热源，能够在空气源侧无法蓄能或即使蓄能但无法满足供暖要求时，保证用户的供暖效果，可向不具备集中供热条件、无法充分利用空气源热泵的地区提供可靠的冬季供暖，并在供暖过程中利用可再生能源，实现了在冬季清洁供暖、减少雾霾的目标。

2)风力发电系统产生的电能，一部分用于末端供热，另一部分并网，可获得额外的经济效益，一定程度减少了系统的运行费用。

3)两个装置复合使用，满足供热期内不同条件的热需求，解决了热量供需不平衡的问题。

4)提高了寒冷地区的供热项目的稳定性，也可应用于寒冷地区的供热改造项目中，为某些系统的节能改造提供一种新的解决方案。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开供暖系统的结构示意图；

图中：1风轮，2发电机，3尾舵，4支架，5基础，6电缆，7充电控制器，8蓄电池组，9逆变器，10空气源热泵蒸发器，11空气源热泵冷凝器，12相变蓄能装置，13水源热泵蒸发器，14水源热泵冷凝器，15风机盘管系统，16地板辐射采暖系统，17热水箱，18空气源热泵压缩机，19水源热泵压缩机，20电加热器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示，一种风能与空气源蓄能互联供暖系统，包括空气源热泵机组、风机发电系统、热水箱17、相变蓄能装置12和水源热泵机组，所述风机发电系统与热水箱17相连构成辅助热源电路，所述热水箱17与相变蓄能装置12相连构成辅助供热环路，所述相变蓄能装置12与空气源热泵机组相连构成低温侧蓄能回路，所述相变蓄能装置12与水源热泵机组相连构成高温侧供热回路，所述水源热泵机组与用户末端相连构成用户侧回路。

所述热水箱17内设有电加热器20。

所述风机发电系统包括依次连接的风机发电装置、蓄电池组8和逆变器9，所述逆变器9的输出端分别与电网和电加热器20相连。

所述风机发电装置如图1所示，包括风轮1、发电机2、尾舵3、支架4、基础5、电缆6和充电控制器7，所述风轮1与发电机2相连，并固定于支架上，所述尾舵3与发电机相连，用于控制风轮1航向，所述支架固定于基础5上，所述发电机通过电缆6与充电控制器7相连，所述充电控制器7与蓄电池组8相连。

所述空气源热泵机组包括空气源热泵蒸发器10、空气源热泵膨胀阀v6、空气源热泵冷凝器11和空气源热泵压缩机18，所述空气源热泵蒸发器10出口通过空气源热泵膨胀阀v6与空气源热泵冷凝器11入口相连，所述空气源热泵冷凝器11出口通过空气源热泵压缩机18与空气源热泵蒸发器10入口相连。

所述空气源热泵冷凝器11另一出口通过阀门v1和循环水泵p1与相变蓄能装置12入口相连，所述相变蓄能装置12通过管路与空气源热泵冷凝器11另一入口相连。

所述热水箱17出口通过循环水泵p2和阀门v2与蓄能相变装置12入口相连，所述蓄能相变装置12出口通过空气源热泵机组冷凝器11和止回阀v7与热水箱17入口相连。

所述止回阀v7用于防止热水箱17中的水倒流进入空气源热泵冷凝器11中。

所述热水箱17的作用：储存15～20℃的低温水。

所述水源热泵机组包括水源热泵蒸发器13、水源热泵膨胀阀v5、水源热泵冷凝器14和水源热泵压缩机19，所述水源热泵蒸发器13串联水源热泵膨胀阀v5后与水源热泵冷凝器14入口相连，所述水源热泵冷凝器14出口通过管道经水源热泵压缩机19后与水源热泵蒸发器13入口相连。

所述水源热泵蒸发器13的另一出口通过管路与相变蓄能装置12入口相连，所述相变蓄能装置12出口通过循环水泵p3与和阀门v3与水源热泵蒸发器13的另一入口向量。

所述水源热泵冷凝器14通过循环水泵p4和阀门v4与用户末端相连。

所述用户末端包括但不限于地板辐射采暖系统16和风机盘管系统15。

本公开的运行方式为：

若空气源热泵出现故障无法运行时，由风力发电装置进行蓄能，压缩机18和阀门v1关闭，阀门v2、阀门v3、阀门v4和压缩机19开启，风力发电装置产生交流电对热水箱加热，并通过辅助供热环路为相变蓄能装置提供热量，从而对用户供暖；若风力较小，风力发电机所产电能不足以维持热水箱17所需水温，此时可向电网取电对热水箱17加热。

此外，当低温侧空气源热泵机组承担全部热负荷时，只令蓄能互联热泵正常工作，阀门v2关闭，阀门v1、阀门v3、阀门v4、空气源热泵压缩机18和水源热泵压缩机19开启；当供暖负荷变大，空气源热泵独自蓄能无法保证供暖需求时，利用风电辅助供暖，此时阀门v1关闭，阀门v2、阀门v3、阀门v4、空气源热泵压缩机18和水源热泵压缩机19开启，通过空气源热泵机组和辅助供热环路联合供热。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。