CN101482344B - 中央空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中央空调系统，其主要技术要点是，该中央空调系统中的太阳能循环水单元、采暖水循环单元、制冷水循环单元、热泵单元以及生活热水单元既相互独立又相互关联，从而将太阳能、空气能和电能有机地结合起来，最大限度地发挥了各自的优势，真正做到了优势互补，使中央空调系统可以在全天候的条件下稳定运行，并最大限度地节约了能源。
Description
技术领域
本发明涉及中央空调技术领域，尤其涉及一种可为室内提供采暖、制冷和生活热水的中央空调系统。
背景技术
在能源紧缺、资源枯竭的今天与未来，可再生资源的应用将是满足人类需求的一个主要方面。采暖、制冷、热水供应是生活不可或缺的条件。太阳能热源、空气热源是取之不尽、用之不竭的优质热源。水热源，尤其是废水热源更是丰厚和稳定的热源。
太阳能集热器，即太阳能热水器通常只能用于生活热水。太阳能量受到昼夜更替和阴、雨雪天气的影响，尤其在冬季，按建筑采暖热量需求计算得知，太阳能的热化率仅有采暖热量需求的25％左右，所以，要实现100％的太阳能采暖，太阳能要按采暖热量的4～5倍配置，安装数量相当大，不仅要占用很大的安装面积，还要付出昂贵的代价，平均每m2造价达到1000元，所以，太阳能采暖很难广泛推行。
热泵是消耗少量电能，通过换热工质将热量进行热量转换的设备。热泵的优点是清洁、环保、节能。其采用卡诺循环原理，具体工作过程是：压缩机工作后排出高温高压的气态换热工质；该高温高压的气态换热工质经四通阀进入冷凝器释放热量后，变成中温高压的液体；该中温高压的液体换热工质经过干燥过滤器、视液镜和膨胀阀的节流降压，变成低温低压的液体，再经过分液头在蒸发器内通过吸收空气或水源中的热量而蒸发，变成低温低压的气体；该低温低压的气体换热工质流回压缩机吸气口，完成一个工作循环。
热泵的热效率为330％～500％。热泵全年运行成本仅相当于电热的1/4，燃气或燃油的1/3～1/2，寿命达到15年以上。以温升40℃计算，热泵生产1t热水约耗电9kwh～13kwh，电热水器则要耗电52kwh。
热泵是节能型设备，但热泵同样受到气候条件的限制，尤其是空气源热泵在冬季受到气温和空气湿度的影响，在0℃以下天气、或空气湿度65％以上时热效率严重下降，空气源热泵的蒸发器(室外机组)会出现结霜甚至结冰，导致停机。而水源热泵又受到水源的影响，不能大面积推广应用。
电热机组符合环保的要求，通过计算机控制技术可以实现最大利用效果，但电力是二次能源，使用成本比较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种中央空调系统，它可以在全天候的条件下稳定运行，并最大限度地节约了能源。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：中央空调系统，包括生活热水单元；采暖水循环单元；制冷水循环单元；太阳能水循环单元，所述的太阳能水循环单元包括太阳能集热装置；热泵单元，所述的热泵单元包括用于在空气和换热工质间交换热量的空气源换热器，用于将太阳能循环水中的热量交换至换热工质的太阳能换热器，所述太阳能换热器设置于太阳能水循环单元的水循环管路中，用于对换热工质进行加热的换热工质电加热装置，所述的空气源换热器、太阳能换热器和换热工质电加热装置中的换热工质通道串接，用于在换热工质与采暖循环水/制冷循环水间交换热量的热泵室内换热器，所述的热泵室内换热器设置于所述采暖水循环单元/制冷水循环单元的水循环管路中；所述的生活热水单元包括用于将太阳能循环水中的热量交换至生活用水形成生活热水的生活用水换热器，所述的生活用水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中。
其中，所述采暖水循环单元包括用于将太阳能循环水中的热量交换至采暖循环水的采暖水换热器，所述采暖水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中，用于将采暖水进行电加热的采暖水电加热装置。
其中，所述生活热水单元还包括用于将太阳能循环水中的热量交换至所述生活用水形成生活热水的生活用水换热器，和用于对流出生活用水存储装置的水进行电加热的生活用水电加热装置。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明中的太阳能循环水单元、采暖水循环单元、制冷水循环单元、热泵单元以及生活热水单元既相互独立又相互关联，从而将太阳能、空气能和电能有机地结合起来，最大限度地发挥了各自的优势，真正做到了优势互补，使中央空调系统可以在全天候的条件下稳定运行，并最大限度地节约了能源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图是本发明实施例的原理框图。
具体实施方式
如附图所示，一种中央空调系统，它包括太阳能水循环单元、热泵单元、生活热水单元、采暖水循环单元、制冷水循环单元以及控制单元。
太阳能水循环单元包括太阳能集热装置和太阳能水循环管路，太阳能集热装置被安置在屋顶或其它阳光充足的地方。太阳能水循环管路包括一切能够使水循环的设备和装置，比如循环泵、补液罐和膨胀罐等。
热泵单元，主要用来收集空气热能，与众不同的是，它与太阳能水循环单元和电加热装置组合使用，大大提高了其热效率。
所述的热泵单元与公知技术一样也包括压缩机、四通阀、干燥过滤器、视液镜和膨胀阀等必备部件，同时，它还包括一个空气源换热器，空气源换热器用于在空气和换热工质间交换热量；一个太阳能换热器，用于将太阳能循环水中的热量交换至换热工质，所述太阳能换热器设置于太阳能水循环单元的水循环管路中；一个换热工质电加热装置，换热工质电加热装置用于对换热工质进行加热；所述的换热工质电加热装置、太阳能换热器和空气源换热器中的换热工质通道串接；一个热泵室内换热器，用于在换热工质和采暖循环水/制冷循环水间交换热量，所述的热泵室内换热器设置于所述采暖水循环单元/制冷水循环单元的水循环管路中。
采暖水循环单元，主要用于将采暖水加热并循环送至采暖终端，例如散热器片或地暖盘管。它主要包括用于将太阳能循环水中的热量交换至采暖循环水的采暖水换热器，所述采暖水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中；用于将采暖水进行电加热的采暖水电加热装置。当然，在其中的水循环管路中，也包括循环泵等能够使水循环的必要部件。采暖水循环单元首先通过采暖水换热器采集来自太阳能循环水的热量，其次，通过热泵室内换热器采集来自热泵单元的热量，只有在上述两种热量不足以达到采暖要求的情况下，才开启采暖水电加热装置对采暖循环水进行加热。
制冷水循环单元，主要用于将制冷水冷却并循环送至制冷终端，就水循环管路来说，它与采暖水循环单元有重叠的部分。
生活热水单元，其主要作用是将来自太阳能循环水的热量产生生活热水。它包括用于将太阳能循环水中的热量交换至生活用水形成生活热水的生活用水换热器，所述的生活用水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中，用于存储生活热水的生活用水存储装置，用于对流出生活用水存储装置的生活热水进行电加热的生活用水电加热装置。对于不使用浴盆的用户，也可以省去生活用水存储装置。生活用水电加热装置采用电热膜加热装置，电热膜加热装置是一种对流经其内腔的水流进行红外加热的电加热装置，作为本发明的申请人在2005年11月9日CN1693810A中公开了这种电热膜加热装置的具体结构，电热膜加热装置的特点是即通即热，使用方便。
控制单元，它主要包括中央处理器和设置在上述各个单元中的温度传感器，温度传感器主要用于探测室温、外界空气温度、采暖水的出水温度和回水温度、制冷水的出水温度和回水温度、太阳能循环水温度以及生活热水温度，根据上述温度传感器探测到的温度信号与设定温度进行比较，从而确定各个循环泵、各个电加热装置以及压缩机等的自动开启、自动关闭和功率的调节。
工作原理如下：
当热泵单元处于制热状态时，压缩机将高温高压的气态换热工质送入热泵室内换热器，变成中温高压的液体并释放热量，因此，此时热泵室内换热器起到了冷凝器的作用；该中温高压的液体换热工质经过干燥过滤器、视液镜和膨胀阀的节流降压，变成低温低压的液体，再经过分液头在空气源换热器、太阳能换热器或换热工质电加热装置内通过吸收其中的热量而蒸发，变成低温低压的气体，因此空气源换热器、太阳能换热器和换热工质电加热装置实际上起到了蒸发器的作用；该低温低压的气体换热工质流回压缩机吸气口，完成一个工作循环。
对于R22、R407A等换热工质，在气温低于0℃时，普通热泵的热效率严重下降，其置于室外的换热器会出现结霜甚至结冰，导致停机。但作为本实施例所公开的热泵单元，由于它是一种多热源输入的热泵，因此在气温低于0℃的情况下，如果太阳能循环水温度足够高，该热泵单元依然可以将太阳能循环水中的低温热量转变成高温热量。气温在0℃至-3℃阶段时，如果大气湿度达到露点，优先通过运行太阳能循环水除霜，当太阳能水温下降时，便停止太阳能水的循环，自动启动换热工质电加热装置直接对换热工质进行加热，从而完成除霜，换热工质电加热装置优先采用所述的电热膜加热装置。
当气温在-3℃以下时，因为气温较低，或空气湿度大，空气源热泵能效比下降，换热比为1∶1，此时控制单元自动关闭热泵，并启动采暖水电加热装置对采暖循环水进行加热，采暖水电加热装置也是采用电热膜加热装置，控制单元按照设定的水温自动调节采暖水电加热装置的加热功率，缺1℃补偿1℃。达到设定的水温后，自动调节加热功率并保持水温恒定，当到达设定室温时暂时停止热泵单元的运行。随着昼夜变换和气象变化，当满足太阳能单元或热泵单元运行条件时，控制单元则自动停止采暖水电加热装置，并同时启动太阳能循环单元或热泵单元。
当热泵单元处于制冷状态时，通过四通阀，调节换热工质的流向，此时，热泵室内换热器吸收热量，起到了蒸发器的作用，而空气源换热器放出热量，起到了冷凝器的作用。附图中，热泵单元的虚线部分表示出了换热工质的流向，相应的在制冷水循环单元的虚线部分则表示出了制冷循环水的流向。这样的调节，是本领域的普通技术人员所熟知的。
通过制冷循环水，将冷量送到各个需要制冷的房间，可以大大降低安装空调器的费用，降低建筑物悬挂空调器的数量，还可以通过冷量平衡大大降低制冷的能量消耗。
本发明所揭示的中央空调系统，其太阳能循环水单元、采暖水循环单元、制冷水循环单元、热泵单元以及生活热水单元既相互独立又相互关联，从而将太阳能、空气能和电能有机地结合起来，最大限度地发挥了各自的优势，真正做到了优势互补，使中央空调系统可以在全天候的条件下稳定运行，并最大限度地节约了能源。
Claims (4)
1.中央空调系统，包括
生活热水单元；
采暖水循环单元；
制冷水循环单元；
其特征在于：所述的中央空调系统还包括
太阳能水循环单元，所述的太阳能水循环单元包括太阳能集热装置；
热泵单元，所述的热泵单元包括
用于在空气和换热工质间交换热量的空气源换热器，
用于将太阳能循环水中的热量交换至换热工质的太阳能换热器，所述太阳能换热器设置于太阳能水循环单元的水循环管路中，
用于对换热工质进行加热的换热工质电加热装置，
所述的空气源换热器、太阳能换热器和换热工质电加热装置中的换热工质通道串接，
用于在换热工质与采暖循环水/制冷循环水间交换热量的热泵室内换热器，所述的热泵室内换热器设置于所述采暖水循环单元/制冷水循环单元的水循环管路中；
所述生活热水单元包括
用于将太阳能循环水中的热量交换至生活用水形成生活热水的生活用水换热器，所述的生活用水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中。
2.如权利要求1所述的中央空调系统，其特征在于：所述采暖水循环单元包括
用于将太阳能循环水中的热量交换至采暖循环水的采暖水换热器，所述采暖水换热器设置于所述太阳能水循环单元的水循环管路中，
用于将采暖水进行电加热的采暖水电加热装置。
3.如权利要求2所述的中央空调系统，其特征在于：所述生活热水单元还包括
用于存储所述生活热水的生活用水存储装置，和用于对流出生活用水存储装置的水进行电加热的生活用水电加热装置。
4.如权利要求3所述的中央空调系统，其特征在于：所述的换热工质电加热装置、采暖水电加热装置和生活用水电加热装置均采用电热膜加热装置。
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