太陽能-熱泵復合、分級加熱式儲能熱水制作方法及其專用裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種太陽能－熱泵復合、分級加熱式儲能的熱水制作方法和采用這種方法的專用裝置，由太陽能集熱器，熱泵，電加熱裝置、水箱和控制單元等組成，其特征在于，熱水制作過程可以是經太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱裝置同時或分別對集熱器循環加熱水箱、分級加熱式匯流熱水箱及儲能水箱進行分級加熱的組合，并且，熱水的制作與熱水的使用采用分時制，即經周期性分級加熱所制得的定量的熱水可預先制作后儲存在分級加熱式匯流熱水箱及儲能水箱中用作下一個周期的分時熱水供應，使裝置盡可能多地利用太陽能達到比現有技術更高的太陽能利用率和更低的運行成本，保證了裝置的熱水輸出能達到４５℃以上３６５天２４小時的供應標準。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能利用領域，尤其是涉及一種太陽能-熱泵復合、分級加熱式儲能的熱水制作方法及其專用裝置。
技術介紹
太陽能數量巨大，每年到達地球表面的太陽輻射能約為130萬億噸標煤，但其特點是具有分散性、間斷性和不穩定性。盡管到達地球表面的太陽輻射能的總量很大，但是能流密度卻很低，因此想要得到一定的輻射功率，就需要較大的接受輻射面積。所謂間斷性和不穩定性是指太陽輻射能受晝夜、季節、地理緯度、海拔高度等自然條件限制，以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響。為了消除這些缺點，就需要解決儲能問題并借助于其它輔助能源才能達到全天候使用。熱水制作等建筑用能耗完全可以用低位的可再生能源為主來完成，若采用高位的電能來完成是對能源資源的一種浪費，因此，在采用太陽能熱水的系統中，保證最大程度地利用太陽能并實現系統有效儲能是系統性能的主要指標之一，同時還要保證熱水輸出溫度滿足行業標準要求保持在45℃以上，能全年全天侯使用，即至少能保證能全年365天24小時供應45℃以上熱水，可能的條件下還應能按365天24小時供應次級溫度如30℃-40℃的熱水；其次，在選擇使用電加熱裝置時，應使得裝置能充分使用谷電時段的電能，以保障裝置的運行費用最低；此外，應能降低裝置設置成本，并同時取得最大的安裝使用適應性，有利于達到與建筑的一體化結合。現有技術解決太陽熱水系統的儲能手段主要是通過增大儲能水箱的體積或增加儲能介質的單位體積儲能密度，其中，在采用增大儲能水箱體積方面，已公布的CN1403760A”多能互補能源系統”中介紹了一種包括太陽能集熱和輔助能源與采用蓄能水箱進行供熱、供冷的技術方案，其采用的蓄能水箱包括熱水室與冷水室，兩者間用絕熱材料隔開，太陽能集熱系統與地源熱泵系統分別同蓄能水箱連接。按其附圖等所示，該方案中熱水的制作與熱水的使用是采用實時制，因此為了保障太陽能集熱系統與蓄熱水箱間的換熱正常進行，在輸出額定產量熱水的同時必須輸入相同量的冷水，由于冷量隨時進入，采用正常尺寸的非蓄熱水箱難以達到按全年365天24小時保障供應45℃設計額定熱水量的要求，此外，陽光天隨著蓄熱水箱上部水溫不斷上升，這種太陽能集熱系統的集熱效率不斷下降，一般在晴天近中午時即已如此，因此，系統的整體熱性能較低；若采用增大儲熱水箱體積的方式來儲能，則儲熱水箱的下半部分始終是溫度較低的水，未對每天的熱水輸出有足夠的貢獻，且低熱溫水更容易產生細菌繁殖污染供水，沒有一定的分層保溫技術措施，冷熱水儲存易相混，上部的水也不容易達到要求的輸出溫度，水箱的體積浪費太大，加之熱水室與冷水室獨立設置季節性使用，使得其利用率大大降低，設置成本過高。輔助加熱采用電熱泵技術的特點是節能，同樣熱電效率下耗電是一般電加熱元件的三分之一或以下，但電熱泵工作的效率受要求加熱溫度與熱源溫度范圍的限制，低于臨界溫度時還會結霜，加熱溫差過大時設備易損壞，由于電能的緊缺，還應盡可能采用低谷時段的電能來驅動電熱泵完成熱水制作等工作。為了解決上述問題，本人在申請號200510025652.1的專利技術專利申請中提出了一種太陽能集熱與電加熱的熱水裝置，采用太陽能集熱器，熱泵，電加熱元件等組成，經太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱元件分別所制的定量的熱水儲存于水箱中，以使得所制的熱水可以通過分時工作方式實現儲存供應，保證裝置的熱水輸出能達到45℃以上365天24小時的供應標準，并使裝置可以選擇最大程度地利用太陽能和僅使用谷電時段的電能。采用這種技術方案的熱水裝置在實際應用中也遇到了一些問題，如當建筑屋面太陽能集熱器安裝面積受到限制的情況下，難以保證最大程度地利用太陽能，同時，太陽能利用能量不足的部分則勢必要采用熱泵來做補充，因此，需要有足夠的低價能源如低谷電供應來作保證，這對于家庭用戶進線電流容量固定的情況下，夜間又難以取得足夠的低谷電供應；同時，為了取得儲能降成本效果，水箱的體積會需要做得較大，這樣便增加了熱水裝置的設置成本；對于大型的集中熱水裝置，增加水箱的體積除了會增加設置成本，還會產生屋頂安裝和安裝面承載能力的問題，并使太陽能集熱器安裝面積減少，因而使其應用的安裝適應性受到影響。
技術實現思路
專利技術的目的在于提供一種太陽能-熱泵復合的分級加熱式儲能熱水制作方法，利用太陽能、熱泵、電加熱裝置三種加熱方法作分時工作下的組合制作熱水，在滿足裝置能按365天24小時供應45℃或以上熱水的標準下，使裝置盡可能多地利用太陽能加熱，然后才利用熱泵能源或峰谷電能源加熱，并采用分級加熱制得成本最低的設定產水量，用作不同溫度等級熱水的儲能與分時供應；在集熱器安裝面積不足時，可按次級溫度設置集熱器輸出水溫以提升集熱效率，并能解決水箱集中屋頂安裝的載荷分布問題，降低裝置設置成本與擴大裝置的安裝適應性。本專利技術的目的還在于提供一種能實現上述加熱方法的專用裝置，利用太陽能集熱器、熱泵、電加熱裝置、水箱和控制單元等組成分時工作下的加熱結構組合，在滿足裝置能按365天24小時供應45℃以上熱水的標準下，使裝置盡可能多地利用太陽能加熱，然后才利用熱泵能源或峰谷電能源加熱，并采用分級加熱取得最低成本，通過分時工作預先加熱與分級加熱的方式所制成的熱水可以實現按不同設定溫度等級熱水的儲能與分時供應；在集熱器安裝面積不足時，可按次級溫度設置集熱器輸出水溫以提升集熱效率，并能使儲能水箱分離設置，降低裝置設置成本與擴大裝置的安裝適應性。本專利技術的太陽能-熱泵復合的分級加熱式儲能熱水制作方法的目的，可以采用以下技術方案來實現太陽能-熱泵復合、分級加熱式儲能的熱水制作方法，包括采用太陽能集熱器進行加熱的方法、熱泵加熱的方法和電加熱裝置加熱的方法，其特征在于，熱水制作過程可以是經太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱裝置同時或分別對分級加熱式集熱器循環加熱水箱、分級加熱式匯流熱水箱中的水進行分級加熱的組合，并且，熱水的制作與熱水的使用采用分時制，即經周期性分級加熱所制得的定量的熱水預先制作后儲存在分級加熱式匯流熱水箱及儲能水箱中用作下一個周期的分時熱水供應。所述的經太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱裝置同時或分別對集熱器循環加熱水箱、分級加熱式匯流熱水箱中的水進行分級加熱的組合包括陽光天可全部采用太陽能集熱器進行加熱和儲存熱水，夜間峰谷電時段可采用熱泵或電加熱裝置進行補充加熱和儲存熱水，無陽光的非峰谷電時段可根據定量的熱水儲量設置需求采用熱泵進行即時加熱和儲存熱水。本專利技術的實現太陽能-熱泵復合的分級加熱式儲能熱水制作方法的專用裝置，可以采用以下裝置的技術方案來實現采用太陽能-熱泵復合、分級加熱式儲能熱水制作方法的專用裝置，由太陽能集熱器，水泵、熱泵，電加熱裝置、水箱和控制單元等組成，其特征在于，所述的水箱由集熱器循環加熱水箱、分級加熱式匯流熱水箱及儲能水箱所組成，太陽能集熱器與集熱器循環加熱水箱相連接，集熱器循環加熱水箱與分級加熱式匯流熱水箱相連接，分級加熱式匯流熱水箱與儲能水箱連接，熱泵、電加熱裝置與水箱相配置，太陽能集熱器、水泵、熱泵的啟動控制及電加熱裝置分別與控制單元電連接。所述的儲能水箱是一個以上的水箱，儲能水箱包括分級加熱式溫水儲熱水箱及終溫儲熱水箱，分級加熱式匯流熱水箱與分級加熱式溫水儲熱水箱及終溫儲熱水箱間的連接是并聯連接。所述的集熱器循環加熱水箱可以是一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
太陽能－熱泵復合、分級加熱式儲能的熱水制作方法，包括采用太陽能集熱器進行加熱的方法、熱泵加熱的方法和電加熱裝置加熱的方法，其特征在于，熱水制作過程可以是經太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱裝置同時或分別對分級加熱式集熱器循環加熱水箱、分級加熱式匯流熱水箱中的水進行分級加熱的組合，并且，熱水的制作與熱水的使用采用分時制，即經周期性分級加熱所制得的定量的熱水預先制作后儲存在分級加熱式匯流熱水箱及儲能水箱中用作下一個周期的分時熱水供應。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：潘戈，
申請(專利權)人：潘戈，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]