CN101893299A

CN101893299A - 基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统

Info

Publication number: CN101893299A
Application number: CN2010102554954A
Authority: CN
Inventors: 翟晓强; 李悦
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2010-11-24

Abstract

一种太阳能热技术领域的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统。包括：太阳能集热系统、热水蓄存系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统，热水蓄存系统分别与太阳能集热系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统四个系统并联循环连接。本发明通过太阳能集热器收集热量，并将热量用于地板采暖，蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统，处理了建筑的冷、热负荷，并在过渡季提供生活热水。从而实现了对太阳能的综合，高效利用。

Description

基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能热技术领域的空调系统，具体是一种基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统。

背景技术

近年来，随着全球工业的高速发展和用电结构的改变，制冷空调耗电量不断增长，空调能耗已占全国耗电量的15％左右。我国电力供应紧张，由于空调用电集中，加重了高峰用电负荷，夏季用电高峰时，空调用电量甚至达到城镇总用电量的40％。据电力专家介绍，在夏季用电高峰期，空调的用电量占到家庭总用电的65％。空调不仅耗电巨大，而且其用电高峰往往与城市用电高峰相重叠，从而加剧了峰谷供电的不平衡，使得峰期供电不足的矛盾更加严峻。太阳能空调具有节能环保的特点，已经成为建筑节能以及可再生能源领域的一项先进技术。目前太阳能空调技术应用较多的是太阳能吸附式空调以及太阳能吸收式空调，其中，太阳能吸附式空调与现有太阳能集热器的匹配性好，在中小型空调系统中的应用潜力较大。

目前的相变蓄冷技术主要应用于常规电力驱动的空调系统。相变蓄冷通常是指通过相变材料的相变将制冷设备在电价低谷时所制的冷量储存起来，在空调高峰负荷时段部分或全部的把冷量释放出来供冷，从而达到减少制冷安装容量和节省运行电费的目的。由于相变蓄冷过程近似于等温过程，相变潜热较显热大得多，因此蓄冷设备的体积小，易于控制。

将太阳能吸附式制冷空调与相变蓄冷技术相结合，符合了当前能源和环境协调发展的总趋势。首先，吸附式制冷可采用太阳能或余热等低品位热源作为驱动热源，不仅缓解电力的紧张供应和能源危机，而且能有效的利用大量的低品位热源。将相变蓄冷技术应用于太阳能吸附式制冷系统中把晴天制得的部分冷量贮存起来，供晚上或阴雨天使用，缓解了太阳能制冷受天气影响的限制，真正实现全天候制冷，以达到常规制冷设备一样的效果。其次，基于相变蓄冷的太阳能吸附式制冷系统不采用氯氟烃类的物质作为制冷剂，臭氧层破坏系数(ODP)和温室效应系数(GWP)均为零，无CFCS问题，适合当前环保的要求，是一种环境友好型制冷方式。同时可以减少化石能源发电带来的环境污染。最后，基于相变蓄冷的太阳能吸附式制冷系统无运动的部件，减少了因摩擦等因素造成的能量损失，系统中增加了相变蓄冷装置，从而减小了制冷机组的容量，运行费用低，适用范围广。

经对现有技术的文献检索发现，在申请号为：200420010987.7的专利申请中，提供了一种利用太阳能制冷的蓄冷式空调系统，该系统通过利用贮氢合金的吸氢放热和吸热放氢的特性，实现制冷空调的目的。该系统虽然有效地结合了太阳能技术和蓄能技术，但是该技术所利用的贮氢技术成本较高，而且该技术未涉及到吸附式制冷技术。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的问题，提供一种基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统。本发明将相变蓄冷技术和太阳能吸附式空调技术有效的结合起来，并实现空调温湿度的独立控制，达到了节能、环保的目的，该系统能够满足冬季采暖以及四季生活热水的供应。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：太阳能集热系统、热水蓄存系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统。热水蓄存系统分别与太阳能集热系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统四个系统并联连接。

所述的太阳能集热系统包括：太阳能集热器阵列、集热器热水循环泵、第一板式换热器、膨胀水箱和集热器增压泵。膨胀水箱和集热器增压泵连接，集热器热水循环泵和第一板式换热器分别与太阳能集热器阵列相连，集热器热水循环泵的另一端和第一板式换热器的另一端两者之间与膨胀水箱和集热器增压泵两者之间通过管道连接；太阳能集热系统与热水蓄存系统通过板式换热器间接连接。

所述的太阳能集热器阵列由多个U型管集热器通过串、并联方式组合连接而成，每个单个集热器自身不带蓄热水箱。

所述的太阳能集热系统包括：太阳能集热器阵列、集热器热水循环泵、第一板式换热器、膨胀水箱和集热器增压泵，膨胀水箱和集热器增压泵连接，集热器热水循环泵和第一板式换热器分别与太阳能集热器阵列相连，集热器热水循环泵的另一端和第一板式换热器的另一端两者之间与膨胀水箱和集热器增压泵两者之间通过管道连接。

所述的热水蓄存系统包括：蓄热水箱加热泵、蓄热水箱和热水利用循环泵，蓄热水箱与分别与太阳能集热系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统四个系统并联循环相连，一组为：蓄热水箱与太阳能集热系统的第一板式换热器循环相连，其中一路蓄热水箱与第一板式换热器两者之间设置蓄热水箱加热泵，另一组为：蓄热水箱与蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统并联循环相连，其中一路蓄热水箱与热水利用循环泵连接之后进一步与蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统并联连接。

所述的地板采暖系统是指埋于地板中的热水盘管，热水盘管与蓄热水箱连接循环相连，其中一路热水盘管与蓄热水箱两者之间设置热水利用循环泵。

所述的蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统包括：吸附制冷机、冷冻水循环泵、蓄冷支路电动阀、相变蓄冷装置、除湿支路电动阀、除湿空调箱、辐射供冷支路电动阀、冷冻水水箱、第一蓄冷电动阀、第二蓄冷电动阀、蓄冷增压泵、风冷冷却塔及冷辐射吊顶，吸附式冷机分别并联三组回路：

第一组回路：吸附式制冷机分别与相变蓄冷装置、除湿空调箱、冷辐射吊顶三者并联连接，在吸附式制冷机分别与相变蓄冷装置两者之间设置第二蓄冷电动阀，在除湿空调箱和冷辐射吊顶两者并联连接之后的管道与相变蓄冷装置设置之间设置第一蓄冷电动阀；吸附式制冷机与相变蓄冷装置的另一端相连接，吸附式制冷机与相变蓄冷装置的另一端之间依次设置冷冻水循环泵、蓄冷支路电动阀，吸附式制冷机与除湿空调箱的另一端相连接，吸附式制冷机在连接了冷冻水循环泵之后又依次与除湿支路电动阀、除湿空调箱另一端之间连接，吸附式制冷机与冷辐射吊顶另一端相连接，吸附式制冷机在连接了冷冻水循环泵之后又依次与辐射供冷支路电动阀、冷冻水水箱、冷辐射吊顶另一端相连接；

第二组回路：吸附制冷机与风冷冷却塔循环相连，其中一路在吸附制冷机与风冷冷却塔之间设置蓄冷增压泵；

第三组回路：吸附制冷机与蓄热水箱连接循环相连，其中一路在吸附制冷机与蓄热水箱连接之间设置热水利用循环泵。

所述的生活热水系统包括：第二板式换热器、生活热水加热泵、生活热水箱和生活热水输送泵，生活热水箱与蓄热水箱连接循环相连，其中一路在生活热水箱与蓄热水箱两者之间依次设置第二板式换热器、生活热水加热泵，另一路在生活热水箱与蓄热水箱两者之间依次设置第二板式换热器、生活热水输送泵。

真空管太阳能集热器吸收太阳辐射，在系统正常工作的4个大气压下，流经集热器的循环水可以被加热到温度100℃以上。高温热水经过第一板式换热器，把热量传递到蓄热水箱内并蓄存起来。根据系统以及被控房间状况，在冬季热水泵把热水送入埋于办公室地板内的盘管，均匀的加热整个地板，随后热量以辐射及对流的形式加热室内空间。在夏季，热水回路切换至吸附式制冷机，同时冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、以及吸附式制冷机也开启，进入到制冷工况，产出周期性变化的10～15℃的冷水。

本发明通过太阳能集热器收集热量，并将热量用于地板采暖，蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统，处理了建筑的冷、热负荷，并在过渡季提供生活热水。从而实现了对太阳能的综合，高效利用。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：太阳能集热系统1、热水蓄存系统2、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统3、生活热水系统4、地板辐射采暖系统5，太阳能集热系统1通过第一板式换热器8与热水蓄存系统2通过管道间接连接起来。蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统3、生活热水系统4、地板采暖系统5相互之间为并联关系，并通过管路与热水蓄存系统2连接。

太阳能集热系统1包括：太阳能集热器阵列6、集热器热水循环泵7、第一板式换热器8、膨胀水箱9以及集热器增压泵10。太阳能集热器阵列6为U型管式真空管式太阳能集热器阵列，按照串、并联方式组成，与地面的倾角为30°。第一板式换热器8连接两个回路，第一条回路一端与真空管式太阳能集热器阵列6的出口连接，另一端与集热器热水循环泵7的入口连接；第二条回路一端与热水蓄存系统2中蓄热水箱加热泵11的出口连接，另一端与蓄热水箱12连接。膨胀水箱9在集热器热水循环泵7的后方接入热水循环管路。集热器增压泵10一头与自来水管道相连，另一头接入膨胀水箱9和热水循环管路之间的短管中。太阳能集热循环的设计循环温差为10℃，根据循环温差和当地太阳辐照情况可以选用合适的串、并联形式及集热循环泵7的规格，使得在该设计循环温差下集热器阵列的总流量和压力损失与集热循环泵7的额定流量及压头相匹配。太阳能集热器阵列6内部的工作介质，优先选用适合在冬季工作的防冻液，这样在冬季夜间环境温度较低时管路也不会冻结。

热水蓄存系统2包括：蓄热水箱12、蓄热水箱加热泵11和热水利用循环泵13。其中蓄热水箱12内的浮球阀入水端接入自来水管路中。热水蓄存系统2连接了两个循环水路。第一条从水箱下侧开始，进入蓄热水箱加热泵11，再接到太阳能集热系统1中的第一板式换热器8上，回水管路从水箱上侧接回水箱。第二条循环回路从水箱上侧开始，经过热水利用循环泵13后分别与三个并联的系统相连：其中一组回路与蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统3相连，热水进入蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统3中的吸附式制冷机14，从吸附式制冷机14流回的热水从蓄热水箱12下部进入水箱；还有一组回路与热水生活热水系统4相连，热水管与第二板式换热器26的上部相连接，回水管从第二板式换热器的下部接入吸附式制冷机14的回水管路；还有一组回路与地板采暖系统5相连，热水通过热水管进入地板采暖系统5的末端装置地埋管30，回水管接入吸附式制冷机14的回水管路。

蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统3包括：吸附制冷机14、冷冻水循环泵15、蓄冷支路电动阀16和22、相变蓄冷装置17、除湿支路电动阀18、除湿空调箱19、辐射供冷支路电动阀20、冷冻水水箱21、冷辐射吊顶31、冷冻水回水控制阀23、冷去水循环泵24及风冷冷却塔25。相变蓄冷装置17的相变温度与太阳能吸附式制冷的冷冻水工作温度接近。吸附式冷机14连接着3个回路，分别走热水、冷冻水与冷却水。其中：热水回路进口与热水蓄存系统2中热水利用循环泵13的出口相连，热水回路的出口与蓄热水箱12相连；冷冻水回路的出口与冷冻水循环泵15相连，冷冻水回路的进口与冷冻水回水控制阀23相连；冷却水进水与风冷冷却塔25的上部相连，冷却水回水与冷却水循环水泵24相连。系统充冷时，电动阀16开启，电动阀18、20关闭，吸附式制冷机14与相变蓄冷装置17连接进行充冷。系统放冷时，电动阀16开启，电动阀18、20开启，相变蓄冷装置17与辐射吊顶31和除湿空调相连进行放冷。

生活热水系统4包括：生活热水箱28、第二板式换热器26、生活热水加热泵27以及生活热水输送泵29。第二板式换热器26连接两个回路，第一条回路一端与热水蓄存系统2中热水利用循环泵13的出口连接，另一端热水回路的出口与蓄热水箱12相连。第二条回路一端接入生活热水箱28的上侧，另一端与生活热水加热泵27的出口连接。生活热水输送泵29的入口与生活热水箱28的上侧相连，生活热水的回水管路与生活热水箱28的下侧连接。

地板采暖系统5包括：埋于地板中的热水盘管30。其进口与热水蓄存系统2中热水利用循环泵13的出口连接，热水盘管30的出口与蓄热水箱12相连。

在白天，真空管式太阳能集热器阵列6接收太阳直射辐射以及天空散射辐射，加热内部循环流动的高温热水。热水流经第一板式换热器8时，与来自蓄热水箱12的中温热水进行热交换，把热量蓄存在蓄热水箱12中。蓄热水箱内蓄存的热水，在不同的条件下，接收控制系统的管理和调配，实现不同的用途。在夏季当用户房间温度较高时，系统进入空调模式，热水被送入蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统3中。在冷却塔25的配合下，吸附制冷机14通过受控的吸附和解析过程，对来自蓄热水箱的热水进行高效利用，产出10～15℃的冷冻水。在冲冷时，冷冻水部分被送到相变蓄冷装置17，随后冷水被送往空调箱19中对流经其中的空气进行预冷，或者经过冷冻水水箱21送入冷辐射吊顶31为用户房间供冷。在放冷时，相变蓄冷装置17将其蓄得的冷量送往辐射吊顶31以及除湿空调箱中。在冬季当用户房间温度较低时，系统进入采暖模式，热水被送入地板采暖系统5中，通过传导、对流以及辐射等多种传热方式，热量被送入用户室内，加热室内空间。在春季秋季这些过渡季节，以及在夏季和冬季热量有富余时，系统进入生活热水产出模式，热水被送入生活热水系统4中。在第二板式换热器26中，来自蓄热水箱12的热水把热量传递给生活热水箱28，并蓄存起来。在需要的时候，生活热水箱28中的热水通过生活热水输送泵29，送往用户末端。

Claims

1.一种基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，包括：太阳能集热系统、热水蓄存系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统，热水蓄存系统分别与太阳能集热系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统四个系统并联循环连接。

2.根据权利要求1所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的太阳能集热器阵列由多个U型管集热器通过串、并联方式组合连接而成。

3.根据权利要求1所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的太阳能集热系统包括：太阳能集热器阵列、集热器热水循环泵、第一板式换热器、膨胀水箱和集热器增压泵，膨胀水箱和集热器增压泵连接，集热器热水循环泵和第一板式换热器分别与太阳能集热器阵列相连，集热器热水循环泵的另一端和第一板式换热器的另一端两者之间与膨胀水箱和集热器增压泵两者之间通过管道连接。

4.根据权利要求1或者2所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的热水蓄存系统包括：蓄热水箱加热泵、蓄热水箱和热水利用循环泵，蓄热水箱与分别与太阳能集热系统、蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统四个系统并联循环相连，其中：一组为：蓄热水箱与太阳能集热系统的第一板式换热器循环相连，其中一路蓄热水箱与第一板式换热器两者之间设置蓄热水箱加热泵；另一组为：蓄热水箱与蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统并联循环相连，其中一路蓄热水箱与热水利用循环泵连接之后进一步与蓄冷及辐射吊顶加独立除湿空调系统、生活热水系统、地板辐射采暖系统并联连接。

5.根据权利要求4所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的地板采暖系统是指埋于地板中的热水盘管，热水盘管与蓄热水箱连接循环相连，其中一路热水盘管与蓄热水箱两者之间设置热水利用循环泵。

6.根据权利要求4所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的蓄冷和辐射吊顶加独立除湿空调系统其吸附式制冷机分别并联三组回路：

7.根据权利要求4所述的基于相变蓄冷的太阳能吸附式空调系统，其特征是，所述的生活热水系统包括：第二板式换热器、生活热水加热泵、生活热水箱和生活热水输送泵，生活热水箱与蓄热水箱连接循环相连，其中一路在生活热水箱与蓄热水箱两者之间依次设置第二板式换热器、生活热水加热泵，另一路在生活热水箱与蓄热水箱两者之间依次设置第二板式换热器、生活热水输送泵。