專利名稱：太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能、空氣能與電網(wǎng)高層建筑一體化集中供熱水及制冷、供暖 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有無噪聲、零排放等優(yōu)點，因此 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用范圍很廣，但是太陽能具有間歇性和隨機性，存在太陽能電池占用面 積大且所發(fā)電量需要儲存等問題。目前國內(nèi)外關(guān)于太陽能光伏發(fā)電的系統(tǒng)有很多，大致可 分為離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種方式，如果將屋頂小面積太陽能所發(fā)電量輸入公共電網(wǎng)，不但存在大 量技術(shù)管理問題，還會影響公共電網(wǎng)安全，因此采用即發(fā)即用的并網(wǎng)自用模式較經(jīng)濟且安 全。特別是應(yīng)用在高層建筑上，還存在建筑物頂層面積有限，不能滿足太陽能電池面積等問 題，而且需要大量蓄電池儲存電能，再加上蓄電池在充放電過程中存在著可觀的電能損失， 以及維護和電池污染等問題，不但使得系統(tǒng)的運行費用增加，且效率大幅降低。目前高層建筑的供熱水系統(tǒng)也有很多，比如每戶安裝一臺家用太陽能熱水器；每 戶陽臺式太陽能熱水器；集中集熱-分戶貯水-分戶使用的太陽能熱水系統(tǒng)(“集-分-分” 系統(tǒng))；但大多存在獨立系統(tǒng)多，維修不方便，故障頻率高，不易與建筑協(xié)調(diào)，影響建筑美 觀，不能實現(xiàn)熱水資源共享等問題。集中集熱_集中儲水_分戶使用太陽能熱水系統(tǒng) (“集-集-分”系統(tǒng))可實現(xiàn)熱水資源共享，不占用戶住房面積，具有維修方便，用戶統(tǒng)一 管理等優(yōu)點，但由于供熱水管長度過長，熱損失過大，熱水在輸送管道中散熱降溫，尤其是 低區(qū)用戶需放出大量冷水，造成低區(qū)用戶多交熱水費，易造成物業(yè)和用戶矛盾等問題。此 外，對于目前熱水系統(tǒng)的安裝沒有統(tǒng)一的安裝規(guī)范，在安裝方式上大多處于事后安裝、無序 安裝的狀態(tài)。由于供熱水系統(tǒng)的規(guī)格大小不一，沒有做整體設(shè)計，雖然在供熱水裝置安裝上 力求排列整齊.但其對建筑而言仍然是后加構(gòu)件。因而還是破壞了建筑的整體形象。還有 用戶用于供暖和制冷的空調(diào)系統(tǒng)，也存在獨立系統(tǒng)多，占用戶住房面積等問題。如果采用集 中供暖，也存在復雜繁瑣的收費問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能低碳的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制 冷系統(tǒng)，其使用經(jīng)濟安全，節(jié)能節(jié)水，可保證全天候、全時段熱水供應(yīng)，滿足用戶制冷、供暖需求。解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的方案是太陽能電池組件通過并網(wǎng)逆變器給雙源 熱泵供電，電能不足時，由公共電網(wǎng)補充。雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與 補水箱相連，補水箱和自來水管道之間裝有凈水機(清除自來水中的泥沙以及軟化水質(zhì)， 減少對熱泵的影響)。加熱水箱通過溫控電磁閥與恒溫熱水箱連接，恒溫熱水箱下部連接有 恒溫式空氣源熱泵。冷凍水箱和恒溫熱水箱均連通用戶盤管(用于在不同季節(jié)給用戶制冷 或供暖)，并通過一個循環(huán)泵將主管道制冷所用冷水回至雙源熱泵制冷入水口，供暖所用熱水回至恒溫熱水箱。用戶制冷或供暖及管道的回水流向通過在不同季節(jié)切換管道上的閘閥 實現(xiàn)。恒溫熱水箱還通過供熱水主管道給用戶供應(yīng)熱水，并通過一個循環(huán)泵將供熱水主管 道余水抽回至恒溫熱水箱。供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱 水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備連接 各電子水表。在系統(tǒng)的安放方面，建筑物屋頂澆有混凝土斜梁，太陽能電池組件鋪設(shè)在混凝土 斜梁上，斜梁下屋頂面積可作為屋頂花園或工作房。并網(wǎng)逆變器、冷凍水箱、加熱水箱、雙源 熱泵、恒溫熱水箱及恒溫型空氣源熱泵均放置在電梯井的承重墻之上。本發(fā)明所述各用戶的IC卡計量電子水表具有計量功能，IC卡熱量表可記錄消耗 熱量，各表有內(nèi)置電池，均為非接觸式IC卡水表。物業(yè)管理主機通過通訊裝置和各電子水 表進行無線通訊，對用戶消費數(shù)據(jù)進行記錄和管理。物業(yè)管理主機還連接有發(fā)卡充值機和 打印機。在所述各用戶的出水管上裝有止回閥；供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使用 鋼塑復合管，采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，并用鍍鋅板材做外防護；熱水儲水箱為夾層內(nèi)充有優(yōu)質(zhì) 聚氨酯保溫層的箱體。本發(fā)明所述的集中供熱水及制冷、供暖系統(tǒng)各項技術(shù)參數(shù)優(yōu)化值為冷凍水箱水 溫控制在7。C ；恒溫型空氣源熱泵夏季設(shè)定在40°C 45°C之間，冬季設(shè)定在50 57°C ；恒 溫熱水箱由溫控電磁閥自動控制水位，冷凍水箱和恒溫熱水箱均采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，保 溫層厚度為50mm 80mm。太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不經(jīng)過蓄電池儲能，直接通過并網(wǎng)逆變器 對雙源熱泵進行供電，并網(wǎng)逆變器內(nèi)裝有電表，可記錄太陽能電池組件發(fā)電量。電能不足 時，以公共電網(wǎng)作為補充，省掉了蓄電池。雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與 補水箱相連，補水箱和自來水管道之間的凈水機用于清除自來水中的泥沙及軟化水質(zhì)，減 少自來水水質(zhì)對熱泵的影響。雙源熱泵一邊將冷凍水箱的自來水不斷制冷，一邊將免費熱 水不斷輸入熱水箱，加熱水箱通過溫控電磁閥與恒溫熱水箱連接，當加熱水箱的水溫達到 設(shè)定溫度時電磁閥開啟，水由加熱水箱流至恒溫熱水箱，并由補水箱對加熱水箱進行自動 補水。恒溫熱水箱下部連接有恒溫式空氣源熱泵恒溫。冷凍水箱和恒溫熱水箱均連通用戶 盤管，用于在不同季節(jié)給用戶制冷或供暖，并通過一個循環(huán)泵回水，夏天時，將主管道制冷 所用冷水回至雙源熱泵制冷入水口，由雙源熱泵對吸熱的溫水繼續(xù)制冷；冬天時，供暖所用 熱水回至恒溫熱水箱，由恒溫式空氣源熱泵對散熱后的熱水進行補溫。用戶制冷或供暖及 管道的回水流向通過在不同季節(jié)切換管道上的閘閥實現(xiàn)。恒溫熱水箱還通過供熱水主管道 給用戶供應(yīng)熱水，并通過一個循環(huán)泵將供熱水主管道余水抽回至恒溫熱水箱，也由恒溫式 空氣源熱泵進行補熱。供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主 管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水表，對用戶使用熱水量及供冷暖消耗熱量 進行科學計量。各表有內(nèi)置電池，為非接觸式IC卡水表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備和各 電子水表進行無線連接，此外，物業(yè)管理主機還接有打印機、發(fā)卡充值機等設(shè)備，對用戶刷 卡消費進行記錄和管理。本發(fā)明的有益效果是(1)解決了樓頂面積(即太陽能電池組件面積)和樓層高度的制約問題，全天候
424小時供熱水，并在不同季節(jié)對用戶進行供冷暖。(2)系統(tǒng)與建筑一體化，節(jié)省了建筑的可用面積。本系統(tǒng)構(gòu)件與建筑一體化格局， 將所用設(shè)備安置在電梯井的承重墻之上，太陽能電池組件鋪設(shè)在屋頂澆注的混凝土斜梁 上，構(gòu)件與建筑一體化，將太陽能熱泵作為建筑構(gòu)件的元素來考慮，增強了建筑的表現(xiàn)力。 同時，光伏板擴展了建筑的可用面積，屋頂可規(guī)劃為花園、工作房等。(3)節(jié)省能源，無污染。天晴時，利用太陽能電池組件發(fā)電，如遇陰雨天氣或到了 夜間所發(fā)電量不足時，則由公共電網(wǎng)補足雙源熱泵所需電量并對其供電。采用光伏發(fā)電與 市電共同向系統(tǒng)供電的設(shè)計，即發(fā)即用，不足時向公共電網(wǎng)取電，不僅增加了系統(tǒng)的可靠 性，不危害公共電網(wǎng)安全，而且省去了蓄電池，比獨立太陽能光伏系統(tǒng)的建設(shè)投資減少達 35% 45%，大大降低發(fā)電成本；除此之外，省掉蓄電池可提高系統(tǒng)的平均無故障時間，避 免維護和電池污染以及蓄電池在充放電過程中存在著可觀的電能損失等問題，減少了系統(tǒng) 的運行費用，提高了系統(tǒng)的工作效率。所用雙源熱泵利用環(huán)境空氣作為低溫熱源，通過電能 驅(qū)動不斷從低溫空氣中吸收熱量并釋放到高溫熱水中，其年平均能效比可達3.8以上(夏 季能效比可達8以上)，運行費用與傳統(tǒng)的燃氣、燃油供熱系統(tǒng)相比可節(jié)省50 80%。從 而使本發(fā)明達到從發(fā)電到用電，全程節(jié)能無污染的目的。(4)節(jié)省水資源。建筑物屋頂恒溫熱水箱到用戶之間的各主管道內(nèi)余水由循環(huán)泵 抽回恒溫熱水箱，并由恒溫式空氣源熱泵進行補熱，既避免了水資源浪費，也免除了用戶使 用桶存積大量余水的麻煩。(5)熱水系統(tǒng)由物業(yè)統(tǒng)一管理，計量科學準確。每個用戶擁有專屬的非接觸式IC 卡電子水表，對用戶使用生活熱水和供冷暖時進行計量，解決和完善了高層建筑不能用新 能源裝置集中供生活熱水和供冷暖分戶計量的難題。物業(yè)管理主機通過通訊裝置和各電子 水表進行無線通訊，對用戶消費數(shù)據(jù)進行管理，除去了有線連接的麻煩。物業(yè)管理主機還連 接有發(fā)卡充值機和打印機，用戶在發(fā)卡充值機處充值后，在計量表處讀卡，計量科學準確。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的物業(yè)管理系統(tǒng)圖；圖中各標號表示1-太陽能電池組件，2-并網(wǎng)逆變器，3-買電電表，4-公共電 網(wǎng)，5-冷凍水箱，6-雙源熱泵，7-加熱水箱，8-溫控電磁閥，9-恒溫式空氣源熱泵，10-恒 溫熱水箱，11-補水箱，12-凈水機，13-止回閥，14-IC卡熱量表，15-用戶盤管，16-循環(huán) 泵，17-IC卡計量水表，18-供冷暖主管道，19-供熱水主管道，20-余水循環(huán)泵，21-通訊設(shè) 備，22-打印機，23-物業(yè)管理主機，24-發(fā)卡充值機，25-用戶的出水管，26,27-回水管道， 28-混凝土斜梁，29-建筑物屋頂，Kl、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8均為閘閥。
具體實施例方式參見圖1，太陽能電池組件1與并網(wǎng)逆變器2相連，并網(wǎng)逆變器2與公共電網(wǎng)4之 間接入買電電表3。并網(wǎng)逆變器2將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后供給雙源熱泵6運行，雙源熱泵 6分別與冷凍水箱5和加熱水箱7接通，自來水通過檢修間閥K6進入凈水機12，然后在補 水箱11內(nèi)保持水壓恒定。補水箱11分別接通冷凍水箱5和加熱水箱7進行自動補水。加熱水箱7與恒溫熱水箱10之間裝有溫控電磁閥8，恒溫熱水箱10的底部連接恒溫式空氣源 熱泵9。冷凍水箱5和恒溫熱水箱10分別通過閘閥K4和K3連通用戶盤管15，供冷暖主管 道18與各用戶盤管15之間均裝有止回閥13和IC卡熱量表14，供熱水主管道19與用戶的 出水管25上均裝有止回閥和IC卡計量水表17。用戶制冷或供暖及管道的回水流向通過在 不同季節(jié)切換管道上的閘閥實現(xiàn)。冬季時，開啟閘閥K2、K3，關(guān)閉閘閥K1、K4，供暖熱水通過 循環(huán)泵16抽至回水管道26回至恒溫熱水箱10 ；夏季時，開啟閘閥Κ1、Κ4，關(guān)閉Κ2、Κ3，制冷 冷凍水通過循環(huán)泵16抽至回水管道26回至雙源熱泵6制冷入水口。開啟閘閥Κ5，則恒溫 熱水箱10通過供熱水主管道19向用戶供應(yīng)生活熱水。供熱水主管道19裝有余水循環(huán)泵 20并通過回水管道27連通恒溫熱水箱10。參見圖2，物業(yè)管理主機23與發(fā)卡充值機24和打印機22連接，并通過通訊設(shè)備 21與IC卡熱量表14和IC卡計量水表17進行無線通訊。本系統(tǒng)運行過程如下太陽能電池組件1將太陽輻射轉(zhuǎn)化為直流電能，由并網(wǎng)逆 變器2將太陽能電池組件1發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電供給雙源熱泵6，并網(wǎng)逆變器2與公 共電網(wǎng)4之間接入買點電表3，實時顯示用戶從公共電網(wǎng)4用電電量。并網(wǎng)逆變器2內(nèi)置 有電表顯示太陽能電池組件1的發(fā)電量。雙源熱泵6不斷對冷凍水箱5進行制冷，對加熱 水箱7制熱。自來水通過檢修間閥Κ6先進入凈水機12，清除自來水中的泥沙及軟化水質(zhì)， 減少自來水水質(zhì)對熱泵的影響，然后在補水箱11內(nèi)保持壓力恒定。補水箱11分別向冷凍 水箱5和加熱水箱7自動補水。加熱水箱7與恒溫熱水箱10之間裝有溫控電磁閥8，當加 熱水箱7的水溫達到設(shè)定值時，溫控電磁閥8開啟，水由加熱水箱7流至恒溫熱水箱10儲 存。恒溫熱水箱10由恒溫式空氣源熱泵9進行恒溫。用戶制冷或供暖及管道的回水流向 通過在不同季節(jié)切換管道上的閘閥實現(xiàn)。冬季時，開啟閘閥Κ2、Κ3，關(guān)閉閘閥Κ1、Κ4，供暖熱 水通過用戶盤管15散熱后由循環(huán)泵16抽回至恒溫熱水箱10繼續(xù)加熱循環(huán)；夏季時，開啟 閘閥Κ1、Κ4，關(guān)閉Κ2、Κ3，制冷冷凍水通過用戶盤管15吸熱后由循環(huán)泵16抽回至雙源熱泵 6的制冷入水口，繼續(xù)制冷循環(huán)。開啟閘閥Κ5，恒溫熱水箱10通過供熱水主管道19向用戶 供應(yīng)生活熱水。供熱水主管道19的余水通過余水循環(huán)泵20抽回至恒溫熱水箱10進行補 熱。本系統(tǒng)采用智能計量方式進行收費，由物業(yè)管理主機23對所有用戶進行統(tǒng)一管 理。IC卡熱量表14和IC卡計量水表17通過通訊裝置21與物業(yè)管理主機23進行無線通 信。具體方式為用戶先在發(fā)卡充值機24處充值，在IC卡計量水表17處刷卡，表自動開閥 供熱水，此時熱水由供熱水主管道19流向用戶供使用，當購買量用完后，表自動關(guān)閥停供 熱水；夏冬兩季用戶需制冷和供暖時，在充值機24處充值后在IC卡熱量表14處刷卡，冷水 或熱水即通過用戶盤管15進行吸熱或散熱，以達到制冷或供熱的目的，當購買量用完后， 表自動關(guān)閥停止制冷或供熱。為防止用戶余水回流，供冷暖主管道18與各用戶盤管15之 間特安裝止回閥13，供熱水主管道19與各用戶之間也安裝有止回閥。各計量水表通過通訊 設(shè)備21與物業(yè)管理主機23進行無線連接，物業(yè)管理主機23對用戶消費數(shù)據(jù)進行記錄和管 理，并可用與其相連的打印機22打印。冷凍水箱5的水溫控制在7。C ；恒溫型空氣源熱泵9的夏季預設(shè)溫度設(shè)定在40°C 45°C之間，冬季設(shè)定在50 57°C，前者為熱泵開啟最低溫度，后者為熱泵關(guān)閉最高溫度。恒 溫熱水箱10由溫控電磁閥8自動控制水位，冷凍水箱5和恒溫熱水箱10均采用304食品
6級不銹鋼內(nèi)膽，外殼采用201不銹鋼板材，水箱夾層的保溫材料采用50mm 80mm優(yōu)質(zhì)聚氨 酯保溫層。供熱水主管道19和供冷暖主管道18及回水管道均使用鋼塑復合管，采用優(yōu)質(zhì) 聚氨酯保溫，并用鍍鋅板材做外防護。如圖1所示，本發(fā)明將系統(tǒng)的各個部分作為建筑的構(gòu)件處理，在建筑物屋頂筑有 混凝土斜梁，太陽能電池組件1鋪設(shè)在混凝土斜梁上，斜梁下可作為屋頂花園或工作房。并 網(wǎng)逆變器2、冷凍水箱5、加熱水箱7、雙源熱泵6、恒溫熱水箱10及恒溫式空氣源熱泵9均 放置在電梯井的承重墻之上，不占用建筑物屋頂面積。供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使用鋼塑復合管，采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，并 用鍍鋅板材做外防護。熱水儲水箱為夾層內(nèi)充有優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫層的箱體。冷凍水箱和恒 溫熱水箱均采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，保溫層厚度為50mm 80mm。本發(fā)明中采用IC卡熱量表14和IC卡計量水表17進行計量，各表均為非接觸式 IC卡電子水表，并配有內(nèi)置電池，客戶在各計量水表處刷卡消費，計量科學準確。各表通過 通訊裝置21與物業(yè)管理主機23進行無線通信。無論住宅小區(qū)大小，只需一臺物業(yè)管理主 機23由物業(yè)公司管理即可完成多用戶發(fā)卡和續(xù)費。
權(quán)利要求
一種太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征在于其構(gòu)成為太陽能電池組件與電網(wǎng)同時連接并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器與雙源熱泵連接，雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與補水箱相連，加熱水箱通過溫控電磁閥與恒溫熱水箱連接，恒溫熱水箱下部連接有恒溫式空氣源熱泵；冷凍水箱和恒溫熱水箱均連通用戶盤管，用戶盤管連接一個循環(huán)泵及回水管道將主管道制冷所用冷水回至雙源熱泵制冷入水口；恒溫熱水箱連接供熱水主管道，供熱水主管道連接一個循環(huán)泵和回水管道將供熱水主管道余水抽回至恒溫熱水箱；供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備連接各電子水表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征 在于太陽能電池組件鋪設(shè)在建筑物屋頂?shù)幕炷列绷荷?，并網(wǎng)逆變器、冷凍水箱、加熱水 箱、雙源熱泵、恒溫熱水箱及恒溫型空氣源熱泵均放置在電梯井的承重墻之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征 在于所述的各用戶的出水管上裝有止回閥；供熱水和供冷暖主管道及回水管道均使用鋼塑 復合管，采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，并用鍍鋅板材做外防護。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征 在于熱水儲水箱為夾層內(nèi)充有優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫層的箱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征 在于冷凍水箱和恒溫熱水箱均采用優(yōu)質(zhì)聚氨酯保溫，保溫層厚度為50mm 80mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)，其特征 在于補水箱和自來水管道之間裝有凈水機。
全文摘要
本發(fā)明是一種太陽能、空氣能與電網(wǎng)一體化集中供熱及制冷系統(tǒng)。其特征在于其構(gòu)成為太陽能電池組件與電網(wǎng)同時連接并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器與雙源熱泵連接，雙源熱泵連通冷凍水箱和加熱水箱，兩水箱都與補水箱相連，加熱水箱通過溫控電磁閥與恒溫熱水箱連接，恒溫熱水箱下部連接有恒溫式空氣源熱泵；冷凍水箱和恒溫熱水箱均連通用戶盤管。供冷暖主管道與各用戶盤管間配有用戶專屬IC卡熱量表，供熱水主管道與各用戶間配備用戶專屬IC卡計量電子水表，物業(yè)管理主機通過通訊設(shè)備連接各電子水表。本發(fā)明全天候24小時供熱水，并在不同季節(jié)對用戶進行供冷暖。節(jié)省能源，無污染。熱水系統(tǒng)由物業(yè)統(tǒng)一管理，計量科學準確。
文檔編號H02N6/00GK101963414SQ201010280710
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者葉楊, 莊天寶, 莊懿, 張云杰, 蔣建紅, 邵榮, 陳冰 申請人:中國水電顧問集團昆明勘測設(shè)計研究院;莊天寶