一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法与流程

本发明涉及一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法，涉及可再生能源的利用及热水节能技术领域。

背景技术：

目前，学校、宾馆、酒店、工厂等场所，需要大量的50℃左右的生活热水，由于我国太阳能平均日照时间较长，太阳能资源较丰富，太阳能热水器在上述场所已被大量使用。另外由于我国大片区域年平均气温较高，如华南地区（广东、广西、贵州、云南、海南等）平均气温22℃以上，因此空气能热泵也被大量使用，空气能热泵作为太阳能热水的辅助加热系统，两者很好的结合在一起，能确保用户常年热水的供应，同时较燃气、燃油及电加热制热水费用更低，更加节能环保。

但上述太阳能与空气源热泵的组合使用，也存在以下问题，有待进一步优化解决：

1、太阳能热水器在使用过程中，在很多时候，当日照强度不强时，光热只能将水温加热到温水程度，如30℃-40℃左右，水温就无法再提高，此时温水用户不能直接使用;另外由于一般太阳能集热器在工程上安装时数量多，规模大，导致温水水量大，而空气能热泵热源为空气，此时又不能使用该部分温水热能，因此这部分热能白白浪费，非常可惜；

2、空气源热泵在使用过程中，由于蒸发器长期与空气直接接触，非常容易沾上灰尘，从而大大影响传热效果，从而降低空气能热泵制热系数，造成用户热水成本上升。

而水源热泵较空气能热泵有更好的传热效果，更高的传热密度，制热系数更高，因此更加节能，但水源热泵一般都要求有大量的水源，如河流、湖泊、池塘等，这样才能源源不断提供热能，一般场所很难达到上述条件，因此水源热泵虽然较空气能热泵更加节能，但安装时受到水源及安装场地的重大限制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，提供了一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法,通过中间水箱提供水源热泵的循环水源，通过双效太阳能换热器，利用太阳能集热换热器面积大的优势，采用智能比较温度及水位，智能识别利用不同热源的方法，在阳光充足时，直接提供成品热水热能，在阳光不足或无阳光时，通过集成式强制通风换热系统提高水源温度，为水源热泵提供连续的热源。本发明有效解决了传统水源热泵在无大面积洁净水源或水源无法持续提供热能时无法使用的情况，同时解决中品位太阳能因无法加热水温达到用户要求时不能使用而造成资源浪费的情况，为水源热泵提供了一种自给型、可持续利用的水源及热源，为用户节约大量热水使用费用。

本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法：包括热泵制热模块，双效太阳能吸热模块、中间水源模块及智控方法，所述热泵制热模块由压缩机20、水冷式冷凝器21、回热器3、节流阀4、水源蒸发器19组成，所述双效太阳能吸热模块由太阳能集热器10、换热铜管26、集热换热肋片27、排风机12、排风总管13组成，所述中间水源模块由中间水箱6，给水泵i7、逆回阀i8、补水浮球阀18组成，所述智控方法，当温度传感器ii24测定的热水温度小于设定值时，热水循环泵1关闭，热泵制热模块启动，此时水源热泵的热源优先取自中间水箱6中储存的水源，当温度传感器iii28测定的水源温度小于空温传感器29测定的温度时，给水泵i7启动，排风机12启动，电磁阀i16关闭，电磁阀ii17开启，中间水箱与双效太阳能吸热模块形成水源大循环，此时热泵制热模块吸收中品位太阳能及空气中的热能。

所述水冷式冷凝器21二次侧通过冷却水泵2与热水箱22相连通，热水箱设置有温度传感器ii24、液位传感器25，热水箱进水管道上设置有进水调节阀23、温度传感器iii11。

所述排风机12启动时，室外空气从太阳能集热器10的b进风口进入，与换热铜管26、集热换热肋片27充分交换热量后，经排风支管14汇总进入排风总管13后排出，进风口处安装有空温传感器29、空气过滤器30。

所述水源蒸发器19二次侧通过冷冻泵5与中间水箱6相连通，中间水箱设置有温度传感器iii28、补水浮球阀18。

所述双效太阳能吸热模块出水端分别安装有温度传感器i15，电磁阀i16、电磁阀ii17，电磁阀i16控制双效太阳能吸热模块至热水箱22的热水管路的开通与断开，电磁阀ii17控制双效太阳能吸热模块至中间水箱6的热水管路的开通与断开。

所述双效太阳能吸热模块进水端分别通过管道与中间水箱6及热水箱22相连通，双效太阳能吸热模块与中间水箱6连接的管道上安装有给水泵i7、逆回阀i8，双效太阳能吸热模块与热水箱22连接的管道上安装有逆回阀ii9、热水循环泵1。

所述制冷工质气体经压缩机20压缩后变为高压蒸气，进入水冷式冷凝器21进行冷凝为液态，经回热器3进一步降温后至节流阀4进行节流降压，再至水源蒸发器19吸热蒸发变为低温气体，进入回热器3进一步吸热，再送至压缩机20压缩，如此不断进行工作循环。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法，通过中间水箱提供水源热泵的循环水源,通过中间水箱提供水源热泵的循环水源，通过双效太阳能换热器，利用太阳能集热换热器面积大的优势，采用智能比较温度及水位，智能识别利用不同热源的方法，在阳光充足时，直接提供成品热水热能，在阳光不足或无阳光时，通过集成式强制通风换热系统提高水源温度，为水源热泵提供连续的热源。本发明有效解决了传统水源热泵在无大面积洁净水源或水源无法持续提供热能时无法使用的情况，同时解决中品位太阳能因无法加热水温达到用户要求时不能使用而造成资源浪费的情况，为水源热泵提供了一种自给型、可持续利用的水源及热源，为用户节约大量热水使用费用。可广泛应用于热水节能领域。

附图说明

图1是本发明实施例的一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法原理图；图中：

热水循环泵（1）冷却水泵（2）回热器（3）节流阀（4）冷冻泵(5)中间水箱（6）给水泵i（7）逆回阀i（8）逆回阀ii（9）太阳能集热器（10）温度传感器iii（11）排风机（12）排风总管（13）排风支管（14）温度传感器i（15）电磁阀i（16）电磁阀ii（17）补水浮球阀（18）水源蒸发器（19）压缩机（20）水冷式冷凝器（21）热水箱（22）进水调节阀(23)温度传感器ii（24）液位传感器（25）换热铜管（26）集热换热肋片（27）温度传感器iii(28)空温传感器（29）空气过滤器（30）。

具体实施方式

如图1所示，本实施例一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法，具体实施方式如下:

水源热泵工作过程：制冷剂气体进入水冷式冷凝器21一次侧进行充分放热冷凝，生成液态制冷剂，进入回热器3，在回热器3中与通过蒸发器蒸发后的低温制冷剂气体换热后进一步降温，再经节流阀4节流降压后进入水源蒸发器19，液态制冷剂在水源蒸发器19内充分吸热蒸发生成气态，进入回热器3进行预加热升温后，再至压缩机20进行压缩，压缩后高温高压气体进入水冷式冷凝器21进行冷凝放热，如此不断循环;此过程中中间水箱6中水源经冷冻泵5进入水源蒸发器19二次侧放热降温，以提供水源热泵热源。热水自热水箱22经冷却水泵（2）泵入水冷式冷凝器21二次侧充分吸收制冷工质冷凝热，继续加热升温到用户所需热水的温度，本工作过程可提供50℃-55℃的生活热水。

热水箱加热及进水工作过程:

1）、热水箱进水过程：用户在不同时间段设定对应的液位高度，此时液位传感器25对应为压力信号，通过信号转换模块将其转化为开关信号，用来控制进水调节阀23的开与关，当液位在设定时间内没有达到设定目标值时，自a处进水调节阀23打开，开始进水，同时水源热泵模块开始启动，此时进水调节阀23的开度由温度传感器iii11决定，进水加热后进入热水箱22；

2）、热水箱加热过程：

热水箱加热过程分进水加热、热泵循环加热、太阳能直接加热、太阳能循环加热四个过程，具体如下：

①、进水加热：如上述进水过程所述，进水的同时水源热泵启动加热；

②、热泵循环加热：当温度传感器ii24测定水温低于设定值时，且液位满足设定值时，水源热泵开始工作，热水自热水箱22经冷却水泵2泵入水冷式冷凝器21二次侧充分吸收制冷工质冷凝热，加热升温，达到热水箱中成品水的水温为止；

③、太阳能直接加热：在热水箱22没达到满水位条件下，中间水箱6中水源经给水泵i7给太阳能集热器补水，补水完成后，（说明：温度传感器iii28与温度传感器i15所测定温度相等时，说明补水完成，此时给水泵i7停止，逆回阀i8防止倒流，确保太阳能集热器为满水位）。当温度传感器i15测定水温达到设定值时，此时电磁阀ii17关闭，电磁阀i16打开，成品热水进入热水箱；

④、太阳能循环加热：当液位满足设定值时，且当温度传感器i15与温度传感器ii24测定的温度之差≥2℃时，此时热水循环泵1开始启动，电磁阀ii17关闭，给水泵i7停止，电磁阀i16打开，太阳能集热器中的热水进入热水箱，此时太阳能集热器补水由热水箱22中的水源补充，热水箱中的热水与太阳能集热器10进行循环加热，以避免热水箱溢水情况发生。

中间水箱加热及进水工作过程:

1）、进水工作过程：中间水箱6的水位通过连接自来水管上的补水浮球阀18进行自动补充；

2）、中间水箱加热工作过程：给水泵i7启动，热水循环泵1关闭，中间水箱6中的水源进入太阳能集热器10中的换热铜管26内，当温度传感器iii28测定的温度等于温度传感器i15测定的温度时，说明水源已装满太阳能集热器，给水泵i7停止，由于逆回阀i8防止水倒流，此时水源被封装在太阳能集热器内进行加热，具体加热按以下策略进行：

①、在设定时间t1内，温度传感器i15所测温度达到成品热水所设定的目标值时，说明太阳光有较强加热能力，此时电磁阀i16打开，电磁阀ii17关闭，给水泵i7启动，将太阳能集热器内成品热水挤入热水箱22，直至温度传感器i15与温度传感器iii28测定的温度相等时，给水泵i7停止运行，说明热水被全部挤入热水箱，同时中间水箱的水已装满太阳能集热器，如此不断循环;当在设定时间t1内，温度传感器i15所测温度达不到到成品热水所设定的目标值时，且温度传感器i15与温度传感器iii28所测温度之差⊿t≥2℃时，说明此时太阳光不强，但仍有加热能力，此时电磁阀i16关闭，电磁阀ii17打开，给水泵i7启动，将太阳能集热器内加热后的水源挤入中间水箱6，直至当温度传感器iii28测定的温度等于温度传感器i15测定的温度时，给水泵i7停止，如此不断循环；

②、任何时间段内，只要出现温度传感器iii28所测温度小于空温传感器29所测温度，此情况说明太阳能提供的热能已经不能满足使用，水源热泵已经启动，此时，排风机12启动，空气从太阳能集热器10的b进风口进入，经空气过滤器30过滤后，与集热换热肋片27及换热铜管26充分换热，吸收空气中的热量，加热不断降温的中间水箱的水源，以利用太阳能集热板换热面积大的优势，不断提供水源热泵的热源热能。

本发明公开了一种自给型水源热泵热水节能系统及智控方法,通过中间水箱提供水源热泵的循环水源，通过双效太阳能换热器，利用太阳能集热换热器面积大的优势，采用智能比较温度及水位，智能识别利用不同热源的方法，在阳光充足时，直接提供成品热水热能，在阳光不足或无阳光时，通过集成式强制通风换热系统提高水源温度，为水源热泵提供连续的热源。本发明有效解决了传统水源热泵在无大面积洁净水源或水源无法持续提供热能时无法使用的情况，同时解决中品位太阳能因无法加热水温达到用户要求时不能使用而造成资源浪费的情况，为水源热泵提供了一种自给型、可持续利用的水源及热源，为用户节约大量热水使用费用。可广泛应用于热水节能领域。

以上所述，并非是对本发明的限制，本发明也并不局限于上述实施方式，只要在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，从而达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。