CN102032632A - 一种新能源空调方式与系统 - Google Patents

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Abstract

一种新能源空调方式与系统，采用太阳能和地热能作为主要空调能源，处理过程为热空调独立调湿新风机组+室内低温辐射末端，水系统形成水环热泵循环管路。夏季供冷时地源水先后流经水环热泵蒸发器、室内辐射末端、新风机组表冷器和地源热泵冷凝器，太阳能和水环热泵冷凝器联合工作并经蓄能罐为独立调湿部件进行再生，热泵只在高峰负荷时开启提供20℃左右的冷冻水；冬季供热时超低温太阳能+地源热泵联合提供20～25℃的采暖水。该发明从根本上改变了空调方式，耗电或化石燃料量只及传统空调20～30%，而由天然能源承担全年累计负荷值70～80%以上，且有效提升室内舒适性，有效降低初投资，具有节能、健康、环保与经济优势。

Description

一种新能源空调方式与系统
技术领域
本发明涉及一种新能源空调方式与系统，属于新能源和空调技术领域。
背景技术
商业和民用建筑的空调供冷与采暖能耗在建筑能耗中所占比例越来越大，而随着居民生活质量的提高、新农村建设及城市化发展战略的实施，空调能耗在社会整体能源需求中呈现刚性上行的趋势，并且如果不对空调方式和观念进行根本性地调整，这一趋势将无可阻挡，因为在市场经济模式下不可能强迫原来在空调、采暖方面耗能很少的广大消费者，在生活水平较高的现代城市中不去享受城市生活的空调、采暖所带来的舒适性。因此，目前高舒适性、高能耗的空调方式从根本上看与不符合可持续发展的实际需要，已经难以为继了。为适应这一社会实际需求的变化，迫切需要就空调方式探寻全新的技术路线，以实现大幅降低整体能耗，从根本上改变目前大量消耗电力和化石能源的现状。
为有效降低空调能耗需求，目前在空调系统方案与设备层面具发展了很多专项技术，例如提高建筑整体热工性能以降低负荷需求，采用溶液调湿或吸附式除湿技术的热空调独立除湿空调系统方案，采用太阳能、地热能进行采暖和供冷，采用多种蓄能技术以提高能源利用效率，优化水/风系统管路设计与运行调节控制措施，采用更高效的末端和气流组织设计等，上述技术的正确应用均可有效降低能耗水平及运行费用。但是，限于工程实际条件与需求、各利益主体的不同经济利益等问题，单纯采用某一项或几项技术或设备往往难以取得整体空调能耗的根本性降低，并且设计不当还可能导致投入使用后存在潜在隐患。例如有些工程采用辐射末端供冷，由于新风送风量过小、送风湿度仅仅依靠原有冷冻除湿方式也不能满足要求，导致夏季高温时用户开窗通风换气，室内墙壁则出现凝露现象，反而降低了室内舒适性和卫生条件。
因此，有必要从根本技术路线上进行整体空调方式的调整，并结合各类具体节能技术措施更有效地降低电能和化石能源需求。
发明内容
本发明的目的和任务是，设计一种全新的空调方式与系统，基于太阳能、地热能等天然能源作为承担空调负荷的基础能源，应用联合能源系统规划技术，并综合采用先进有效的节能技术措施，在有效控制初投资的基础上实现最大幅度的降低人工能耗，成为真正的新能源空调方式。
本发明的具体描述是：
一种新能源空调方式与系统，由新能源模块、热泵主机、新风处理和室内降温设备、蓄能罐、水环热泵循环管路与水泵阀门组成，其中新能源模块包括太阳能集热器（1）与地埋管换热器（15），其特征在于新能源空调系统全年运行方式由如下不同的空调处理阶段组成：S1夏季供冷、S2过渡季供冷和S3冬季采暖，其中：
S1夏季供冷阶段，地埋管换热器（15）的地源水回水进入地下与岩土换热后，其供水由水泵输送到水环热泵（14）的蒸发器、室内低温辐射末端（8）、热空调独立调湿新风机组（5）的表冷器（11）和预冷器（13）、地源热泵（2）的冷凝器，并返回地埋管，构成地源水水环热泵管路系统。太阳能集热器（1）和水环热泵（14）分别加热水温到55～70℃并储存在蓄能罐（3）中，再送入热空调独立调湿新风机组（5）的再生单元（4）进行除湿设备吸湿饱和后的再生，以进入下一个除湿周期。地源热泵（2）只在的冷冻水高峰冷负荷期间开启制冷，并将高温冷冻水送入热空调独立调湿新风机组（5）的末级表冷器（10），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10）进行除湿、降温处理，再由风机（9）送入室内送风口（7）。
S2过渡季供冷阶段，空调处理方式按S1阶段方法实施，其不同在于无需启动地源热泵（2），只需启动水泵由太阳能和地热能承担系统冷负荷。
S3冬季采暖阶段，地埋管换热器（15）的地源水供水由水泵输送到水环热泵（14）和地源热泵（2）的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器（1）的热水均送入蓄能罐（3），送入热空调独立调湿新风机组（5）的预冷器（13）、表冷器（11）和末级表冷器（10）和室内低温辐射末端（8），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10）被加热后送入室内送风口（7）。
热空调独立调湿新风机组（5）采用溶液调湿新风机组承担新风除霜、降温，其特点是无内置热泵，且其表冷器包括了多级表冷器，包括预冷器（13）、表冷器（11）和末级表冷器（10），其中表冷器（11）也可不设置。
太阳能集热器（1）采用真空管结构或平板结构，夏季供热水温为55～70℃用于除湿设备的再生，冬季供热水温为20～25℃用于新风机组（5）和室内辐射末端的采暖。
同样的，水环热泵（14）夏季供热水温55～70℃，冬季供热水温20～25℃。
地源热泵（2）夏季供冷水温15～20℃用于补充高峰负荷期间的冷量，冬季供热水温30～40℃用于新风末级表冷器。
室内低温辐射末端（8）夏季供冷和冬季采暖进口水温均为20～25℃，低温辐射末端的特点是管内冬季采暖水温比常规辐射采暖有大幅降低，从而大幅提高太阳能集热器和地源热泵的能源有效利用效率；其夏季空调冷水则可直接采用地埋管换热器的出水而无需开启地源热泵，从而极大降低电耗。
本发明的创新性在于：
（1）    用于空调供冷和采暖能量主要来自于太阳能和地热能，属于可再生能源，并且全年运行均可保持极高的能源利用水平，而由天然能源承担全年累计负荷值70～80%以上，且有效提升室内舒适性，而其初投资基本上与常规的地源热泵系统相当或略有增加，成为可普遍推广的新能源空调方案，而非仅仅是在传统空调系统的基础上简单增加一部分太阳能集热器而无法有机统一于具有经济性的整体空调系统中。
（2）    实现了地埋管换热器出水直接进入空调末端承担主要冷负荷部分。
（3）    实现了全年供冷、采暖均采用20～25℃这一很低能量品位的能源承担主要冷、热负荷，其意义在于供冷直接采用地下岩土冷量，采暖采用如此低品位能源可使太阳能或地源热泵等热源的能量转化和综合利用效率成极大提高，从而在设备容量及其初投资、运行费用两方面均获得极佳经济效益。
（4）    采用地源水水环热泵管路等独特的管路和蓄能设计进一步降低了相关设备与管件容量及尺寸。
因此，本发明从根本上改变了空调方式，耗电或化石燃料量只及传统空调20～30%，具有显见的节能、健康、环保与经济优势，便于生产、安装，适于大规模生产和应用，体现了节能环保的时代主题。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图1中各部件编号与名称如下：
太阳能集热器1、地源热泵2、蓄能罐3、再生单元4、热空调独立调湿新风机组5、新风管6、送风口7、室内低温辐射末端8、风机9、末级表冷器10、表冷器11、除湿单元12、预冷器13、水环热泵14、地埋管换热器15、新风A、送风B。
具体实施方式
图1是本发明的系统示意图。
一种新能源空调方式与系统，由新能源模块、热泵主机、新风处理和室内降温设备、蓄能罐、水环热泵循环管路与水泵阀门组成，其中新能源模块包括太阳能集热器（1）与地埋管换热器（15），新能源空调系统全年运行方式包括：
S1夏季供冷阶段，地埋管换热器（15）的地源水回水进入地下与岩土换热后，其供水由水泵输送到水环热泵（14）的蒸发器、室内低温辐射末端（8）、热空调独立调湿新风机组（5）的表冷器（11）和预冷器（13）、地源热泵（2）的冷凝器，并返回地埋管，构成地源水水环热泵管路系统。太阳能集热器（1）和水环热泵（14）分别加热水温到55～70℃并储存在蓄能罐（3）中，再送入热空调独立调湿新风机组（5）的再生单元（4）进行除湿设备吸湿饱和后的再生。地源热泵（2）只在的冷冻水高峰冷负荷期间开启制冷，并将高温冷冻水送入热空调独立调湿新风机组（5）的末级表冷器（10），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10）进行除湿、降温处理，再由风机（9）送入室内送风口（7）。
S2过渡季供冷阶段，空调处理方式按S1阶段方法实施，但不启动地源热泵（2），只需启动水泵由太阳能和地热能承担系统冷负荷。
S3冬季采暖阶段，地埋管换热器（15）的地源水供水由水泵输送到水环热泵（14）和地源热泵（2）的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器（1）的热水均送入蓄能罐（3），送入热空调独立调湿新风机组（5）的预冷器（13）、表冷器（11）和末级表冷器（10）和室内低温辐射末端（8），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10）被加热后送入室内送风口（7）。
热空调独立调湿新风机组（5）采用溶液调湿新风机组承担新风除霜、降温，包括三级表冷器，分别是预冷器（13）、表冷器（11）和末级表冷器（10）。
太阳能集热器（1）采用中温水真空管结构，夏季供热水温为65℃用于除湿设备的再生，冬季供热水温为23℃用于新风机组（5）和室内辐射末端的采暖。
同样的，水环热泵（14）夏季供热水温65℃，冬季供热水温23℃。
地源热泵（2）夏季供冷水温15～20℃用于补充高峰负荷期间的冷量，冬季供热水温35℃用于新风末级表冷器。
室内低温辐射末端（8）夏季供冷和冬季采暖进口水温均为23℃。
需要指出的是，本发明的具体应用方式并不限于上述具体的描述，凡是在此基础上进行的简单变形应用均可认为是落在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新能源空调方式与系统，由新能源模块、热泵主机、新风处理和室内降温设备、蓄能罐、水环热泵循环管路与水泵阀门组成，其中新能源模块包括太阳能集热器（1）与地埋管换热器（15），其特征在于所述的新能源空调系统全年运行方式由如下不同的空调处理阶段组成：S1夏季供冷、S2过渡季供冷和S3冬季采暖，其中：
S1：夏季供冷阶段，所述的地埋管换热器（15）的地源水供水由水泵输送并先后流经水环热泵（14）的蒸发器、室内低温辐射末端（8）、热空调独立调湿新风机组（5）的表冷器（11）和预冷器（13）、地源热泵（2）的冷凝器，并返回地埋管，太阳能集热器（1）和水环热泵（14）的冷凝器制取的热水分别送入蓄能罐（3），再送入热空调独立调湿新风机组（5）的再生单元（4），地源热泵（2）的冷冻水送入热空调独立调湿新风机组（5）的末级表冷器（10），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10），再由风机（9）送入室内送风口（7）；
S2：过渡季供冷阶段，空调处理方式按S1阶段方法实施，其不同在于无需启动地源热泵（2），只需启动水泵，而S1阶段所述的地源热泵（2）在高峰冷负荷期间开启制冷；
S3：冬季采暖阶段，所述的地埋管换热器（15）的地源水供水由水泵输送到水环热泵（14）和地源热泵（2）的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器（1）的热水均送入蓄能罐（3），送入热空调独立调湿新风机组（5）的预冷器（13）、表冷器（11）和末级表冷器（10）和室内低温辐射末端（8），新风（A）进入热空调独立调湿新风机组（5）先后经过预冷器（13）、除湿单元（12）、表冷器（11）和末级表冷器（10）被加热后送入室内送风口（7）。
2.如权利要求1所述的新能源空调方式与系统，其特征在于所述的热空调独立调湿新风机组（5）采用无内置热泵式溶液调湿新风机组结构。
3.如权利要求1所述的新能源空调方式与系统，其特征在于所述的太阳能集热器（1）采用真空管结构或平板结构，夏季供热水温为55～70℃，冬季供热水温为20～25℃。
4.如权利要求1所述的新能源空调方式与系统，其特征在于所述的水环热泵（14）夏季供热水温55～70℃，冬季供热水温20～25℃。
5.如权利要求1所述的新能源空调方式与系统，其特征在于所述的地源热泵（2）夏季供冷水温15～20℃，冬季供热水温30～40℃。
6.如权利要求1所述的新能源空调方式与系统，其特征在于所述的室内低温辐射末端（8）夏季冷水进口水温20～25℃，冬季热水进口水温20～25℃。
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