一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统的制作方法

本发明属于热电联产，尤其涉及一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统。

背景技术：

1、随着全球能源危机的加剧和对低碳环保要求的提升，供热、制冷和电力联合供应的多能互补系统逐渐成为能源利用领域的重要发展方向。传统供热系统通常依赖单一能源，如煤炭、天然气或电力，这种方式不仅能源利用效率较低，还容易受到能源价格波动及供应不稳定的影响。此外，在气候条件复杂的地区，供热系统的运行效率往往会受到环境温度变化的限制，尤其在寒冷地区或阴天，供热系统能效大幅下降，难以满足用户的供热需求。

2、近年来，太阳能作为一种可再生清洁能源，在供热领域的应用逐渐增多。太阳能光伏-热电（pvt）组件不仅能够提供清洁电力，还可以通过光热转换为热泵提供热源。然而，太阳能资源具有间歇性和波动性，单独依赖太阳能的供热系统在能量供应的稳定性上仍存在不足。因此，结合多热源的耦合供热系统，如空气源热泵和水源热泵，可以实现更稳定的能源供应。但现有多热源热泵系统的设计在热源切换效率、热能传递损失等方面仍存在技术瓶颈，特别是在寒冷天气条件下，如何实现热源的高效利用和切换仍是一个技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，解决了现有的多热源热泵系统在供热时存在的切换效率低、热损大的缺陷。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，包括太阳能pvt板、热二极管、空气预热器、空气-水双源热泵蒸发器和空气-水双源热泵冷凝器，其中：

4、所述空气-水双源热泵冷凝器的热泵工质出口分为两路，一路与热二极管的热泵工质入口连接，另一路与空气-水双源热泵蒸发器的热泵工质入口连接；所述热二极管的热泵工质出口和空气-水双源热泵蒸发器的热泵工质出口均与空气-水双源热泵冷凝器的热泵工质入口连接；

5、所述空气-水双源热泵冷凝器的供水循环水入口与热网回水管路连接，所述空气-水双源热泵冷凝器的供水循环水出口与热网供水管路连接；

6、所述热二极管的水源入口连接太阳能pvt板的热水出口，所述热二极管的水源出口连接太阳能pvt板的热水入口；

7、所述空气-水双源热泵蒸发器包括空气源蒸发器和水源蒸发器，其中，所述空气源蒸发器入口连接有空气预热器；所述水源蒸发器的水工质入口连接有热二极管的水源出口，所述水源蒸发器的水工质出口连接热二极管的水源入口。

8、优选地，所述热二极管包括蒸发段和冷凝段，其中，所述蒸发段上设置有水源入口、水源出口、热二极管工质入口和热二极管工质出口，该水源入口分别与太阳能pvt板的热水出口以及水源蒸发器的水工质出口连接，该水源出口分别与太阳能pvt板的热水入口以及水源蒸发器的水工质入口连接；

9、所述冷凝段上设置有热泵工质入口、热泵工质出口、热二极管工质入口和热二极管工质出口，该热泵工质入、出口分别与空气-水双源热泵冷凝器的热泵工质出、入口连接；该热二极管工质入、出口分别与蒸发段上的热二极管工质出、入口连接。

10、优选地，所述太阳能pvt板的热水出口与热二极管的水源入口之间设置有第一水泵。

11、优选地，所述热二极管的水源出口和水源蒸发器的水工质入口之间设置有第二水泵和第三阀门。

12、优选地，所述热二极管和空气-水双源热泵蒸发器的热泵工质出口通过第二三通阀与空气-水双源热泵冷凝器的热泵工质入口连接。

13、优选地，所述热二极管和第二三通阀之间的连接管路上设置有第二阀门；所述空气-水双源热泵蒸发器和第二三通阀之间的连接管路上设置有第五阀门。

14、优选地，所述第二三通阀和空气-水双源热泵冷凝器的连接管路上设置有压缩机。

15、优选地，所述空气-水双源热泵冷凝器和热二极管之间的连接管道上设置有电子膨胀阀。

16、优选地，所述电子膨胀阀通过第一三通阀分别与热二极管和空气-水双源热泵蒸发器连接；所述第一三通阀与热二极管之间的连接管路上设置有第一阀门；第一三通阀与空气-水双源热泵蒸发器之间连接管路上设置有第四阀门。

17、一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统的运行方法，基于所述的系统，包括以下模式：

18、模式一：晴朗非严寒天气

19、水源蒸发器不工作，将热泵工质分为两部分，其中一部分热泵工质利用太阳能进行加热升温；另一部分热泵工质利用空气源进行加热升温；

20、之后两部分的热泵工质混合升压，并与供热回水进行热交换进行供热；

21、模式二：寒冷阴天气

22、热二极管和空气源蒸发器不工作，利用太阳能加热水源，之后低温的热水水源与热泵工质在水源蒸发器中进行热交换，升温后的热泵工质升压，之后与供热回水进行热交换进行供热；

23、模式三：寒冷阴天气，且热水水源的温度小于预设阈值

24、太阳能pvt板、热二极管和水源蒸发器均不工作，利用空气预热器对空气进行预热，利用预热后的空气在空气源蒸发器中对热泵工质进行加热，升温后的热泵工质进行升压，之后与供热回水进行热交换进行供热

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、本发明提供的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，通过引入实现热能的单向高效传递，同时灵活切换空气源与水源热泵的工作模式，显著提升系统的供热效率和适应性。该系统设计了作为热能的传递媒介，有效减少热能损失，并通过多能协同实现高效供热、制冷及电力支持，为新能源供热系统提供了一种创新的解决方案。

27、综上所述，能源利用效率显著提高：本发明充分利用太阳能与环境热能，通过热二极管实现热量的高效传递，减少能量损失，实现能源的梯级利用；运行模式灵活可调：系统能够根据外界气候条件，在空气源和水源两种模式之间自由切换，适应不同气候条件下的供热需求，提高系统运行稳定性和用户体验；结构设计合理，运行成本低：利用重力式热二极管实现热量单向传递，降低了额外的传热装置能耗，同时减少了系统运行中的噪声与维护成本；广泛的适用性：本发明的供热系统特别适合在复杂多变的气候条件下运行，可广泛应用于寒冷地区的供热、工农业热水供应等领域；进而本发明不仅有效提升了供热系统的能效水平和运行稳定性，同时为太阳能与热泵技术的耦合应用提供了一种高效、经济的解决方案。

技术特征：

1.一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，包括太阳能pvt板、热二极管、空气预热器、空气-水双源热泵蒸发器和空气-水双源热泵冷凝器，其中：

2.根据权利要求1所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述热二极管包括蒸发段和冷凝段，其中，所述蒸发段上设置有水源入口、水源出口、热二极管工质入口和热二极管工质出口，该水源入口分别与太阳能pvt板的热水出口以及水源蒸发器的水工质出口连接，该水源出口分别与太阳能pvt板的热水入口以及水源蒸发器的水工质入口连接；

3.根据权利要求1所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述太阳能pvt板的热水出口与热二极管的水源入口之间设置有第一水泵。

4.根据权利要求1所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述热二极管的水源出口和水源蒸发器的水工质入口之间设置有第二水泵和第三阀门。

5.根据权利要求1所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述热二极管和空气-水双源热泵蒸发器的热泵工质出口通过第二三通阀与空气-水双源热泵冷凝器的热泵工质入口连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述热二极管和第二三通阀之间的连接管路上设置有第二阀门；所述空气-水双源热泵蒸发器和第二三通阀之间的连接管路上设置有第五阀门。

7.根据权利要求5所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述第二三通阀和空气-水双源热泵冷凝器的连接管路上设置有压缩机。

8.根据权利要求1所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述空气-水双源热泵冷凝器和热二极管之间的连接管道上设置有电子膨胀阀。

9.根据权利要求8所述的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统，其特征在于，所述电子膨胀阀通过第一三通阀分别与热二极管和空气-水双源热泵蒸发器连接；所述第一三通阀与热二极管之间的连接管路上设置有第一阀门；第一三通阀与空气-水双源热泵蒸发器之间连接管路上设置有第四阀门。

10.一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气-水双源热泵系统的运行方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的系统，包括以下模式：

技术总结
本发明提供的一种基于热二极管的新型太阳能耦合空气‑水双源热泵系统，热网循环水在空气‑水双源热泵冷凝器中与热泵工质进行热交换，降温后的热泵工质，一部分进入热二极管中，与来自太阳能PVT板的热水进行热交换，升温后的热泵工质进入压缩机中，另一部分热泵工质进入空气‑水双源热泵蒸发器中利用空气源或水源对其进行加热升温，升温后的热泵工质进行压缩机中与来自热二极管输出的热泵工质进行混合升压，升温升压后的热泵工质进入空气‑水双源热泵冷凝器中继续与热网循环水进行热交换；本发明的供热系统特别适合在复杂多变的气候条件下运行，可广泛应用于寒冷地区的供热、工农业热水供应等领域。

技术研发人员：刘圣冠,乔磊,程东涛,尚海军,贺凯,王钰泽,史耀辉,康敬德,曹丹铭
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24