[发明专利]太阳能和污水源热泵复合能源利用系统

说明书

技术领域

   本发明属于一次可再生能源综合利用技术领域。确切地说是太阳能和污水源热泵复合能源利用系统。

背景技术

能源、环境和可持续发展是21世纪人类社会生存和发展的主题。在可再生能源利用领域，热泵技术具有供热灵活，能效比高，运行和维护维修费用低，设备施工工期短难度小，运行控制灵活等优点，避免了传统集中供热技术供热外网和换热站的建设和能源消耗以及在系统运行时大量一次不可再生能源的消耗；太阳能热水采暖系统则充分利用太阳能加热热媒且设备安装施工方便、工期短，整套循环系统内只有水泵等管道动力设备和电动元件消耗少量电能，省去传统集中供热在运行时大量一次不可再生能源的消耗和热网及换热站的建设投入，本系统具体针对污水源热泵技术和太阳能热水采暖技术的复合优化利用。

国内现有的针对污水源热泵技术和太阳能热水采暖技术的应用主要集中与两者技术的单独应用，而非联合运行进行采暖。

单独使用太阳能热水采暖系统进行采暖由于其承担的热负荷较大，需要设计面积较大的太阳能集热器的初投资，并且由于太阳能辐照量的不稳定性，为了保证系统全天候的正常供热，往往需要较大的储热设备的投入，如储热水箱或者末端设备结合储热材料，并且为了保证热水循环系统在夜晚或者室外温度极端低时不发生冻结，还需在管道和水箱内加设电伴热带和温度传感器等。因此，单独使用太阳能热水采暖系统承担建筑的所有热负荷将会导致较大的系统设备初投资；

若单独采用污水源热泵承担建筑的所有热负荷进行供热，则会增大热泵机组的初投资和后期运行费用，并且热泵机组的SEER和IPLV也会随着污水水温和建筑物热的负荷变化随时改变，因此会无形中增加热泵机组的电耗。

发明内容

本发明是提供一种太阳能和污水源热泵复合能源利用系统。

关键技术如下

①充分利用太阳能来实现供暖；

②充分利用污水源热泵实现对温度及能量的提升；

③将太阳能热水采暖系统和污水源热泵系统实现连接；

④采用相变蓄热技术，实现能量的转换及储存；

⑤充分利用峰谷电的政策。

系统设备组成和运行流程

根据本建筑的特点，本设计系统方案为太阳能和污水源热泵机组联合供暖系统，将太阳能热水系统通过低温水箱串联在热泵机组的取热部分，并将15℃的中水作为水源，低温水箱在系统运行时水温保持在20℃，低温水箱因水与外界环境温差较小，可不设保温，节省了一部分初投资。污水源热泵机组在谷电价工作时从低温水箱取热，低温水箱的热量则完全来自于太阳能热水系统在日间工作时存储在低温水箱内的，污水源热泵机组从低温水箱取得低品位热能后经过热泵机组的制热循环，放出高品位的热量，并将热量存储于高温水箱中，高温水箱在系统运行时水温保持在48℃，并在水箱内加入相变储热材料，以提高高温水箱的蓄热能力和热延迟能力，同时可减小水箱的体积和造价，相变材料采用石蜡48#，相变温度为48℃，封装方式为矿泉水瓶内密封。末端的用热设备采用风机盘管，供水温度为45℃，回水温度为38℃，温差为7℃，热泵机组冷凝器温度约为50℃。

系统的运行和控制策略

污水源热泵机组在电价低谷时运行，此时热泵机组从低温水箱取热，经过热泵的制热循环后供热，所供热量提供给此时室内用热量和高温水箱的蓄热量；电价高峰时则关闭热泵机组，高温储热水箱将电价低谷时储存的热量放出，提供给风机盘管以满足室内供热量，与此同时太阳能热水采暖系统运行，加热低温水箱内的污水，并把热量储存于水中，以待热泵机组运行时取热。本运行方式可充分利用了波谷电价差，使热泵机组达到最佳的运行经济性，进而最少运行费用。

本发明的优点是

（1）充分利用太阳能实现供暖；

（2）充分利用污水源热泵实现对温度及能量的提升；

（3）采用相变蓄热技术，实现能量的转换、储存和延迟；

（4）充分利用峰谷电的政策，达到最佳运行经济性；

（5）通过节能性对比分析得：

①本套节能系统相比传统集中供热系统运行时每年节省标准煤802 kg。

②减少向大气中粉尘排放3308 kg，减少了空气中的PM2.5；减少二氧化碳排放2303 kg，减弱了温室效应；减少二氧化硫排放8 kg，减弱了酸雨形成；减少氮氧化物排放：7 kg，减弱了酸雨的形成和光化学烟雾的形成。