1.本实用新型属于能源利用领域，特别涉及一种太阳能、空气源热泵与燃气采暖热水炉集成的采暖、制冷及供热水装置。


背景技术：

2.能源的利用不仅是人类社会发展的基础，也是衡量一个国家文明进化程度的准绳。我国作为世界上最大的发展中国家，同时也是世界第二大能源消费国，每年的能源消耗量一直保持着较高的增长率，到2050年预计我国的能源消耗量将达到57亿吨标准煤，或将成为世界第一耗能大国。相关研究指出，建筑耗能也是化石燃料能源消耗的主要方向，每年全世界约有40％的非可再生能源被燃烧发热用来满足建筑物的热需求。目前，我国的建筑运行能耗约占社会总能耗的30％，若加上建材生产过程中消耗的能源，则建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7％，由此可知，建筑耗能已经与交通耗能、工业耗能并列成为我国能源消耗的三大“耗能大户”。因此，采用清洁环保的可再生能源为住宅建筑提供采暖、制冷及生活热水，将对实现建筑节能、保护环境意义重大。太阳能、空气源热泵与燃气采暖热水炉集成的采暖、制冷及供热水装置在以燃气采暖热水炉作为辅助能源保证用户需求的基础上，优先采用清洁无污染的太阳能和空气能等可再生能源，三者的合理结合使其充分发挥自身的优势，提高装置能源利用效率，减少系统污染物的排放，节省运行费用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种太阳能、空气源热泵与燃气采暖热水炉集成的采暖、制冷及供热水装置，该装置可实现多种能源互补使用，提高装置集成化程度与热效率，节省一次能源，减少污染物的排放。
4.如上构思，本实用新型的技术方案是：一种太阳能、空气源热泵与燃气采暖热水炉集成的采暖、制冷及供热水装置，其特征在于：包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、燃气采暖热水炉、双盘管储热水箱、生活热水系统和采暖/ 空调水系统，所述太阳能集热系统与双盘管储热水箱的下盘管相连，所述空气源热泵系统一方面与双盘管储热水箱中间进、出水口相连，另一方面直接与采暖/空调水系统相连，所述生活热水系统通过燃气采暖热水炉与双盘管储热水箱上、下进出水口相连，采暖/空调水系统采暖模式时，通过燃气采暖热水炉与双盘管储热水箱的上盘管相连，采用空调模式时，冷水水路系统与空气源热泵系统相连。
5.进一步，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器(1)、太阳能循环泵(11)、排气阀(12)和膨胀水箱(13)，太阳能集热器(1)顶端设有排气阀(12)通过太阳能高温工质管路(g2)和太阳能低温工质管路(g1)与双盘管供热水箱的下盘管(42)相连，太阳能高温工质管路(g2)上设有电磁阀(d2)和温度计(t2)，太阳能低温工质管路(g1)上设有截止阀(j1)、太阳能循环水泵(11)和水泵旁通阀 (j2)、压力表(p1)、膨胀水箱(13)和电磁阀(d1)。此外低
温工质管路上还设有充注和排液装置，管路上设有截止阀(j3)。
6.进一步，所述太阳能高温工质管路(g2)上设有电磁阀(d2)和温度计(t2)，太阳能低温工质管路(g1)上还设有截止阀(j1)、水泵旁通阀(j2)、压力表(p1) 和电磁阀(d1)，太阳能低温工质管路(g1)上还设有截止阀(j3)。
7.进一步，所述空气源热泵系统ⅱ包括空气源热泵冷热水机组(2)、排气阀 (22)和循环泵(21)，空气源热泵冷热水机组的供水管路(g18)通过高温管路 (g3)与双盘管储热水箱(4)相连，空气源热泵冷热水机组的回水管路(g19) 与低温管路(g4)连接，低温管路(g4)与双盘管储热水箱(4)相连。低温管路(g4) 上设有截止阀(j7)，回水管路(g19)上还设有截止阀(j5)用来充注和排液。
8.进一步，所述高温管路(g3)上设有截止阀(j9)，供水管路(g18)上设有排气阀(22)和电磁阀(d3)，空气源热泵冷热水机组的回水管路(g19)上设有电磁阀(d4)、压力表(p2)和截止阀(j4)，低温管路(g4)上设有截止阀(j7)，回水管路(g19)上设有截止阀(j5)。
9.进一步，所述燃气采暖热水炉系统ⅲ包括燃气采暖热水炉(3)、采暖泵 (32)、换热器(31)和膨胀罐(33)，双盘管储热水箱(4)的热水出口通过水箱生活热水进水管路(g10)和电动三通阀(s1)与燃气采暖热水炉(3)的生活热水进水管路(g7)连接，燃气采暖热水炉(3)的生活热水出水管路(g8)与生活热水系统的供水管路(g12)连接，燃气采暖热水炉(3)的采暖进水管路(g5)与双盘管储热水箱上盘管(41)通过水箱采暖出水管(g14)连接，燃气采暖热水炉(3) 的采暖出水管路(g6)与采暖系统供水管/空调冷水供水管(g16)连接，燃气采暖热水炉(3)的燃气入口通过燃气进气管路(g17)与燃气管道连接。
10.进一步，所述水箱生活热水进水管路(g10)上设有温度计(t4)，所述水箱采暖出水管(g14)上设有温度计(t5)，所述燃气采暖热水炉(3)的生活热水进水管路(g7)上设有电磁阀(d7)，所述燃气采暖热水炉(3)的生活热水出水管路(g8) 上设有电磁阀(d8)，所述生活热水系统的供水管路(g12)上设有电磁阀(d10)，所述燃气采暖热水炉(3)的采暖进水管路(g5)上设有电磁阀(d5)，所述燃气采暖热水炉(3)的采暖出水管路(g6)上设有电磁阀(d6),所述采暖系统供水管/ 空调冷水供水管(g16)上设有电磁阀(d12)。
11.进一步，所述燃气采暖热水炉(3)的燃气入口通过燃气进气管路(g17)上设有截止阀(j6)。
12.进一步，所述采暖/空调水系统的回水通过管路(g13)与双盘管储热水箱(4) 的上盘管(41)连接并且通过空气源热泵冷水回水管(g21)与热泵连接，双盘管储热水箱(4)的上盘管(41)采暖出水通过水箱采暖管路(g14)和电动三通阀(s2) 与燃气采暖热水炉(3)的采暖出水管路(g6)相连并且电动三通阀(s2)通过连通管(g15)与采暖系统供水管/空调冷水供水管(g16)连接，并通过空气源热泵系统的冷水供水管路(g20)与空气源热泵相连；所述生活热水系统的生活热水由进水管路进入双盘管储热水箱(4)，自来水进水管路(g9)上设有电磁阀(d9)，水箱生活热水出水管路(g10)通过电动三通阀(s1)与燃气采暖热水炉的生活热水进水管路(g7)连接，并且电动三通阀(s1)通过管路(g11)与生活热水供水管路(g12)连接。
13.进一步，所述管路(g13)上设有截止阀(j11)和电磁阀(d11)，空气源热泵冷水回水管(g21)上设有截止阀(j8)，双盘管水箱采暖管路(g14)上设有温度计 (t5)，采暖/空调供水管路(g16)上设截止阀(j12)和有电磁阀(d12)，空气源热泵系统的冷水供水管路(g20)上
设有截止阀(j10)。
14.本实用新型具有以下优点和积极效果：
15.(1)本实用新型可同时满足建筑的制冷、采暖和全年生活热水的需求，集成化程度高，综合成本较低。
16.(2)本实用新型冬季采暖和生活热水供应时，三种加热设备互补使用，克服单一热源的弊端，提高系统热效率和供热稳定性，保证用户的热舒适。
17.(3)本实用新型利用加热设备自身的控制面板对整个供热装置进行控制，不用对整个系统再重新开发控制程序，控制操作简便易行。
18.(4)本实用新型三种加热设备彼此独立，可方便地实现各设备的更换实现不同设备的组合，进而方便进行系统的组合形式优化与运行控制策略的优化。
19.(5)本实用新型自来水直接进入水箱中取热，换热效果好；采暖水系统通过换热盘管从水箱中取热，很好地将采暖系统与生活热水系统区分开，避免采暖水与生活热水的掺混，有效保证了生活热水水质。
20.(6)本实用新型各设备的加热装置均未设在水箱中，避免加热装置中零部件与水接触后产生水垢现象，延长各加热装置和水箱的使用寿命。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图。
22.图中：ⅰ表示太阳能集热系统、ⅱ表示空气源热泵系统(冷热水机组)、ⅲ表示燃气采暖热水炉系统、ⅳ表示双盘管储热水箱、生活热水系统和采暖/ 空调水系统。
23.具体包括：1、太阳能集热器；11、太阳能循环泵；12、第一排气阀；13、膨胀水箱；2、空气源热泵冷热水机组；21、循环泵；22、第二排气阀；3、燃气采暖热水炉；31、燃气采暖热水炉内部换热器；32、燃气采暖热水炉采暖路水泵；33、燃气采暖热水炉膨胀水箱；4、双盘管储热水箱；41、水箱上部换热盘管；42、水箱下部换热盘管；j1—j12、第一至第十二截止阀；d1—d12、第一至第十二电磁阀；s1—s2、第一至第二电动三通阀；t1—t6、第一至第六温度计；p1—p3、第一至第三压力表；g1、太阳能低温工质管路；g2、太阳能高温工质管路；g3、空气源热泵系统高温管路；g4、空气源热泵系统低温管路； g5、燃气采暖热水炉的采暖进水管路；g6、燃气采暖热水炉的采暖出水管路； g7、燃气采暖热水炉的生活热水进水管路；g8、燃气采暖热水炉的生活热水出水管路；g9、自来水进水管；g10、水箱生活热水出水管路；g11、连通管；g12、生活热水系统的供水管路；g13、采暖系统回水管/空调冷水回水管路；g14、水箱采暖出水管；g15、连通管；g16、采暖系统供水管/空调冷水供水管；g17、燃气进气管；g18、空气源热泵系统供水管；g19、空气源热泵系统回水管；g20、空气源热泵系统冷水供水管；g21、空气源热泵系统冷水回水管。
具体实施方式
24.下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明：
25.本实用新型提供一种太阳能、空气源热泵与燃气采暖热水炉集成的采暖、制冷及供热水装置，包括太阳能集热系统、空气源热泵系统、燃气采暖热水炉、双盘管储热水箱、生活热水系统和采暖/空调水系统，所述太阳能集热系统与双盘管储热水箱的下盘管相连，间
接加热水箱，所述空气源热泵系统一方面与双盘管储热水箱中间进、出水口相连，直接加热水箱，另一方面直接与空调水系统相连，降低室内温度，所述生活热水系统通过燃气采暖热水炉与双盘管储热水箱上、下进、出水口相连，直接从水箱中取热，采暖/空调水系统采暖模式时，通过燃气采暖热水炉与双盘管储热水箱上盘管相连，间接从水箱中取热，当水箱出水温度不能满足生活热水需求时，燃气采暖热水炉开启加热水箱出水，当水箱上盘管出水温度不能满足采暖需求时，燃气采暖热水炉开启加热盘管出水，采用空调模式时，冷水水路系统与空气源热泵系统相连，机组制取冷水带走室内热量。
26.所述太阳能集热系统ⅰ包括太阳能集热器1、太阳能循环泵11、排气阀 12和膨胀水箱13，太阳能集热器1顶端设有排气阀12通过太阳能高温工质管路g2和太阳能低温工质管路g1与双盘管供热水箱的下盘管42相连，太阳能高温工质管路g2上设有电磁阀d2和温度计t2，太阳能低温工质管路g1上设有截止阀j1、太阳能循环水泵11和水泵旁通阀j2、压力表p1、膨胀水箱13 和电磁阀d1。此外低温工质管路上还设有充注和排液装置，管路上设有截止阀j3。
27.所述空气源热泵系统ⅱ包括空气源热泵冷热水机组2、排气阀22和循环泵21，空气源热泵冷热水机组2包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置和四通换向阀等，其供水管路g18通过高温管路g3与双盘管储热水箱相连，高温管路g3上设有截止阀j9，供水管路g18上设有排气阀22和电磁阀d3，空气源热泵冷热水机组2的回水管路g19上设有电磁阀d4、压力表p2和截止阀 j4，低温管路g4与回水管路g19和双盘管储热水箱连接，且管路上设有截止阀j7。此外回水管路g19还设有截止阀j5用来充注和排液。
28.所述燃气采暖热水炉系统ⅲ包括燃气采暖热水炉3、采暖泵32、换热器 31和膨胀罐33，双盘管储热水箱4的热水出口通过水箱生活热水出水管路g10 和电动三通阀s1与燃气采暖热水炉3的冷水进水管路g7连接，管路g10上设有温度计t4，管路g7上设有电磁阀d7，采暖热水出水管路g8与生活热水系统供水管路g12连接，管路g8上设有电磁阀d8，管路g12上设有电磁阀d10。双盘管储热水箱上盘管41通过管路g14和电动三通阀s2与燃气采暖热水炉3 的采暖回水管路g5连接，管路g14上设有温度计t5，管路g5上设有电磁阀 d5，燃气采暖热水炉3的采暖出水通过管路g6与采暖系统供水管路g16连接，管路g6上设有电磁阀d6，管路g16上设有电磁阀d12。燃气采暖热水炉3的燃气入口通过管路g17与燃气管道连接，管路上设有截止阀j6。
29.其中双盘管储热水箱系统是由水箱、换热盘管、管路及阀门等组成。双盘管储热水箱4的上盘管41与采暖系统连接，下盘管42与太阳能集热系统连接，水箱上下设有温度计t3和t1，水箱中部直接与空气源热泵系统相连，水箱冷水进口和热水出口同样直接与生活热水系统连接。
30.所述采暖/空调水系统的回水通过管路g13与双盘管储热水箱4的上盘管 41连接并且通过空气源热泵冷水回水管g21与热泵连接，管路g13上设有截止阀j11和电磁阀d11，管路g21上设有截止阀j8；水箱上盘管采暖出水通过管路g14和电动三通阀s2与燃气采暖热水炉3的采暖出水管路g6相连，管路 g14上设有温度计t5，并且电动三通阀s2通过管路g15与采暖系统供水管路 g16连接，采暖/空调供水管路g16上设截止阀j12和有电磁阀d12，并通过管路g20与空气源热泵相连，管路g20上设有截止阀j10。
31.所述生活热水系统的生活热水由进水管路g9进入双盘管储热水箱4，管路g9上设
有电磁阀d9，生活热水出水管路g10通过电动三通阀s1与燃气采暖热水炉生活热水进水管路g7连接，并且电动三通阀s1通过管路g11与生活热水供水管路g12连接。管路g10上设有温度计t4，管路g12上设有电磁阀d10。
32.本装置在采暖季可为采暖系统提供热水，在空调季为空调系统提供冷水，同时可全年提供生活热水，因此其运行模式可分为采暖季模式、空调季模式与过渡季模式。
33.该装置初始运行前的准备如下：
34.首先打开截止阀j1和j3，并打开太阳能循环泵11，通过截止阀j3向太阳能系统充注太阳能工质(太阳能防冻液)，直到压力表p1达到规定压力后停止，关闭太阳能工质循环泵11和截止阀j1、j3。关闭电磁阀d3、d4和d7，关闭电动三通阀s1，使接通管路g10和管路g11，打开电磁阀d10和电磁阀 d9，使自来水充满双盘管储热水箱4后停止。打开截止阀j4、j5、j7和j9，电磁阀d3和d4，并打开空气源热泵系统泵21，通过截止阀j5向热泵系统充注水，直到压力表p2达到规定压力后停止，关闭截止阀j7和j9，打开截止阀j8和j10，打开电磁阀d11和电磁阀d12，打开电动三通阀s2，接通管路 g14和管路g6，使自来水充满燃气采暖热水炉采暖路，关闭水泵21和截止阀 j5，关闭电动三通阀s2使接通管路g14和管路g15，直到压力表p3达到采暖规定水压。
35.该装置正常运行控制如下：
36.1)采暖季运行
37.采暖季运行时，太阳能集热系统、空气源热泵系统和燃气采暖热水炉共同工作为采暖和生活热水提供热量，此运行模式时，空气源热泵系统调为冬季采暖模式。采暖/空调水系统中使采暖回水进入水箱上盘管，从水箱中取热，使热泵热水进入水箱。生活热水系统使自来水进入水箱，从水箱中取热。
38.太阳能集热系统：将与控制面板相连两个温度传感器t1和t2分别放在水箱下部和太阳能高温工质出口处，设置控制面板起动温差δt1(δt1＝t2-t1)：当δt1≥4℃时，循环泵11开启，太阳能高温工质进入水箱下盘管开始循环运行，加热水箱；当δt1≤2℃时，循环泵11关闭，避免水箱下盘管向太阳能循环系统放热造成热损失。
39.空气源热泵系统：先调为冬季采暖模式，将与控制面板相连的温度传感器 t3放在水箱上部，通过空气源热泵系统控制面板设置生活热水出水温度tw与起动温差δt2(δt2＝tw-t3)。空气源热泵系统具体控制策略为：当δt2≥5℃时空气源热泵开启，即热泵内部压缩机和热泵循环泵21开始运行，加热水箱；当δt2≤0℃时，空气源热泵关闭，即热泵内部压缩机和热泵循环泵21停止运行。
40.燃气采暖热水炉系统：利用燃气采暖热水炉系统自身的控制策略，设置采暖出水温度tc和和采暖起动温差δt3(δt3＝tc-t5)、生活热水出水温度tw和生活热水起动温差δt4(δt4＝tw-t4)。采暖路：当δt3≥5℃时，电动三通阀s2 开启，燃气采暖热水炉采暖路循环泵32开启，使水箱采暖出水进入燃气采暖热水炉加热；当δt3≤0℃时，电动三通阀s2关闭，燃气采暖热水炉采暖路循环泵32关闭，使水箱采暖出水直接进入采暖供水管路。生活热水路：当δt4 ≥5℃时，电动三通阀s1开启，使水箱生活热水出水进入燃气采暖热水炉加热；当δt4≤0℃时，电动三通阀s1关闭，使水箱生活热水出水直接进入生活热水供水管路。
41.采暖/空调水系统：打开电磁阀d11和d12，使采暖回水进入水箱上盘管，从水箱中取热，关闭截止阀j8和j10，打开截止阀j7和j9，使热泵热水进入水箱，具体操作与燃气采暖
热水炉系统中的采暖路相同。
42.生活热水系统：打开电磁阀d9和d10，使自来水进入水箱，从水箱中取热，具体操作与燃气采暖热水炉系统中的生活热水路相同。
43.2)空调季运行
44.空调季运行时，太阳能集热系统和燃气采暖热水炉共同工作为生活热水提供热量，空气源热泵系统为空调系统提供冷水，此运行模式时，空气源热泵系统调为夏季空调模式。采暖/空调水系统使热泵提供的冷水直接进入空调水系统。生活热水系统使自来水进入水箱，从水箱中取热。
45.太阳能集热系统和燃气采暖热水炉生活热水路控制策略保持不变，燃气采暖热水炉采暖路关闭不运行。
46.空气源热泵系统：先调为夏季空调模式，将与控制面板相连的温度传感器 t6放在室内，设置室内温度ta和起动温差δt5(δt5＝ta-t6)。空气源热泵系统具体控制策略为：当δt5≤5℃时空气源热泵开启，即热泵内部压缩机和热泵循环泵21开始运行，为空调系统提供冷水，给室内降温；当δt5≥0℃时，空气源热泵关闭，即热泵内部压缩机和热泵循环泵21停止运行，停止室内降温。
47.采暖/空调水系统：打开电磁阀d11和d12，截止阀j8和j10，关闭截止阀j7和j9，使热泵提供的冷水直接进入空调水系统。
48.生活热水系统：打开电磁阀d9和d10，使自来水进入水箱，从水箱中取热，具体操作与燃气采暖热水炉系统中的生活热水路相同。
49.3)过渡季运行
50.过渡季运行时，太阳能集热系统、空气源热泵系统和燃气采暖热水炉共同工作为生活热水提供热量，此运行模式时，空气源热泵系统调为冬季采暖模式。大部分地区由太阳能集热系统与空气源热泵系统联合运行即可满足生活热水用热需求，只有一少部分城市气温较低，需要燃气采暖热水炉补充热量。
51.太阳能集热系统和燃气采暖热水炉生活热水路控制策略保持不变，燃气采暖热水炉采暖路关闭不运行，空气源热泵系统与采暖模式运行控制策略相同。
52.生活热水系统：打开电磁阀d9和d10，使自来水进入水箱，从水箱中取热，具体操作与燃气采暖热水炉系统中的生活热水路相同。
53.本实用新型装置集成化程度高，多种运行模式，使太阳能集热系统、空气源热泵冷热水机组和燃气采暖热水炉在各自能效较高的阶段运行，延长设备使用寿命，多种能源互补使用来保证满足用户的冷热需求，且该装置可充分利用可再生能源，提高一次能源利用率和系统效率，减少运行费用和全生命周期费用，降低用户用能支出。