[发明专利]双温区蓄能供热型太阳能热水系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种双温区蓄能供热型太阳能热水系统及其工作方法，用于普通生活家庭提供生活热水，或者提供给散热器用以冬季供暖；夏季运行时，复合相变蓄能材料在高相变温区蓄能和释能，通过重力热管直接加热储水箱中循环水；过渡季节和冬季运行时，复合相变蓄能材料在低相变温区蓄能和释能，热量同时传递给重力热管和热泵蒸发器，启动热泵循环，实现制热水。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可分季节按不同运行模式最大化利用太阳能，能效比高，结构简单紧凑，冬季防冻裂防热损失，全面提高系统冬夏两季的能效。

技术领域

本发明属于太阳能热利用领域，涉及一种双温区蓄能供热型太阳能热水系统及其工作方法。

背景技术

随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高，人们对普及热水供应并提高热水供应技术的要求越来越迫切，采暖和生活热水的能源需求成为一般民用建筑物能源消耗的重要部分。据电力规划设计总院发布的《中国能源发展报告2016》，2016年一次能源中煤炭消费仍占较大比重，建筑用能同比增长7.0%，在提高现有能源利用率的基础上，开发和利用可再生能源是确保中国能源供需平衡的必要条件。

太阳能是一种可再生清洁能源，《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》指出我国可再生能源开发潜力很大，鼓励有条件的地区发展太阳能取暖。目前，太阳能热水器已得到快速发展，但因太阳能本身的不稳定性和间歇性，使其不宜作为供热水系统的唯一热源，需要与辅助加热设备一起使用，增加了能耗。

热泵节能优势明显，太阳能与热泵联合运行可同时提高太阳能集热效率和热泵的性能系数。但是太阳辐射受各种复杂气象因素的影响强度随时变化，从而导致太阳能热泵系统性能波动大，在阴雨天和日照时间短的冬季，很难实现全天候供热水。而相变蓄能技术可以将白天充足的太阳能储存起来到辐射强度不足时再利用，对系统的稳定性和高效运行起到了重要作用。且利用潜热蓄能，蓄能密度大、相变过程近似等温、温度变化范围小。

目前的蓄能型太阳能热泵系统所用蓄能材料只有一个相变点，无法满足冬夏两季太阳辐射强度差异大、集热器内温度不同时的储能需求。集热器、蓄热器、蒸发器分开布置，系统相对复杂，制造成本高，利用载热介质从蓄热器中取出热量作为热泵低位热源，二次传热热损失大，且水系统在冬季夜间有管路冻裂的危险。

中国专利CN200810020470.9“复合源集热/蓄能/蒸发一体化热泵热水系统”中，热泵蒸发器以U形管形式布置在太阳能真空集热管中，每根蒸发管与太阳能真空集热管中间以相变材料填充构成集热/蓄能/蒸发器，然后和空气源热泵的蒸发器并联，根据太阳辐射可以切换运行模式，但需要全年开启压缩机，系统能耗较高。

中国专利CN201410161999.8“一种全天候运行的高效蓄能型太阳能热泵供热方法”中，利用振荡热管做媒介将集热器中相变材料储存的热量传递给复合换热器，夏季直接加热复合换热器中循环水，冬季热量传递给复合换热器中蒸发器，提高了热泵系统的制热效率，但是复合换热器结构复杂，加工难度大，焊点多而易泄露。

上述两个专利中，冷凝器和水箱均为分开布置，系统占地面积较大，管路多传热损失大，且未考虑到不同季节集热器内温度的不同带来的影响。

发明内容

针对现有蓄能型太阳能热泵供热系统的缺陷，本发明提供一种双温区蓄能、双温区运行模式的太阳能供热系统及方法，目的在于合理有效地利用复合相变蓄能材料实现对太阳能分季节蓄能，并通过重力热管高效传热、热泵循环节能供热，减少传统太阳能热泵系统多级中间换热的热损失及制造成本，优化蓄能型太阳能热泵热水系统的整体性能，实现对太阳能分季节最大化利用。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：