CN102121765B - 太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统 - Google Patents

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CN102121765B CN201110072622A CN201110072622A CN102121765B CN 102121765 B CN102121765 B CN 102121765B CN 201110072622 A CN201110072622 A CN 201110072622A CN 201110072622 A CN201110072622 A CN 201110072622A CN 102121765 B CN102121765 B CN 102121765B
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Abstract

一种太阳能利用与空调技术领域的太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,包括:集热系统、蓄热系统、生活热水供应系统、热泵空调系统和空调室内末端系统,集热系统依次与蓄热系统和生活热水供应系统串联,蓄热系统依次与热泵空调系统和空调室内末端系统串联。本发明能够实现建筑全年制冷、供暖和生活热水综合需求,能够使系统整体的制冷和供暖能力得到平衡,整机性能较为完善,具有更高的性能指标,工质绿色环保,利用可再生能源,降低了系统整体对一次能源的依赖性。

Description

太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能利用与空调技术领域的系统,具体是一种太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统。
背景技术
全球性化石能源的紧缺以及温室效应的加剧给环境和社会发展带来了诸多负面效应,对高效节能技术的迫切需求推动了太阳能空调与空气源热泵应用技术的快速发展。其中,二氧化碳热泵由于采用自然工质,相对常规氟利昂工质,在环保方面具有极大的优势,得到越来越多的重视。此外,步入21世纪,建筑能耗占全国能耗的比重越来越高,且其中大部分能耗来自空调与生活热水部分,这对该领域相关系统研发提出了更高的要求。
二氧化碳热泵,由于其跨临界循环的特性,在供暖和提供生活热水方面具有超越常规氟利昂热泵的性能。同时如上所述,其为自然工质,对臭氧层的破坏和温室效应的积聚作用,几乎可以忽略不计。由于以上两点,二氧化碳热泵热水器近年来在欧美日地区得到了大力的发展,截止2010年在日本已累计销售7百多万台,被誉为“生态精灵(Eco-cute)”。相对供暖,二氧化碳热泵循环在制冷方面性能不尽如人意,相关实验装置或产品制冷性能较差,与常规氟利昂工质产品相比,不具有竞争力,故近年来“二氧化碳热泵制冷性能的提高”成为高校、研究机构和企业的研究热点。同时,近年来对可再生能源利用的呼声越来越高,将可再生能源、特别是太阳能应用于热泵空调系统中,将大大减少常规热泵空调对电能的依赖。因此,研制一种不仅满足建筑供暖和热水需求,还可满足制冷需求,达到较高性能,同时可以利用太阳能的二氧化碳热泵产品,即满足建筑全年制冷、供暖和生活热水需求的、利用太阳能的、高效的二氧化碳热泵空调系统,成为该领域节能环保产品研发的一个目标。
经过对现有技术文献的检索发现,中国专利公开号为:CN1453516A,发明名称为“太阳能热泵空调系统和太阳能+空气源热泵空调系统”的专利提出了一种将太阳能与空气源热泵系统结合的设备,该发明中太阳能收集热能,作为热泵供暖模式下的低温热源,并不辅助制冷,制冷主要仍由空气源热泵提供,冷凝回收热用于生活热水。相对于该专利中的常规空气源热泵循环,二氧化碳热泵循环工作在更高的跨临界区域,其压力和温度的工作区间均有所不同,故在具体设备的耐压等方面有特殊要求。而该专利并没有针对二氧化碳工质进行更有针对性的设计。
中国专利授权公告号为:CN2529115Y,实用新型名称为“太阳能热泵冷暖空调器”的专利采用空气源热泵作为制冷的主要手段,没有把太阳能的热量转化为冷量,辅助空气源热泵制冷。此外,也没有描述针对二氧化碳特殊工质的跨临界特性,对换热器与压缩机进行何种具体改良。
中国专利公开号为:CN1888726A,发明名称为“太阳能热泵及使用该热泵的冬夏两用空调系统”的专利使用冷凝器作为重要部件,事实上,如果应用二氧化碳作为工质,由于其工作在跨临界区域,需应用气体冷却器替代常规工质热泵系统中应用的冷凝器。
中国专利授权公告号为:CN100470170C,发明名称为“太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统”的专利考虑了二氧化碳工质特性,有较强的针对性,但其太阳能集热器收集热量并不直接转化为冷量补充二氧化碳热泵制冷,而只是在供暖和热水模式下,辅助热泵产生热量,或者独立提供热量。因此,制冷仍然是由二氧化碳热泵独立承担。如前所述,二氧化碳热泵制冷性能较差,供暖和制热水能力较强,太阳能的引入并没有将其优势与劣势进行平衡、弥补二氧化碳热泵循环原有在制冷上的不足。
专利公开号为WO2006124776(A2),发明名称为HYBRID VAPORCOMPRESSION-ABSORPTION CYCLE,中文译名:混合压缩-吸收循环,该发明首先在循环构型上与常规吸收式热泵循环(ABSC,ABSorption Cycle)和气体压缩式循环(VCC,VaporCompression Cycle)不同,习惯上称为复合循环(VCCSC,Vapor Compression Cycles withSolution Circuits)。该种循环无论对压缩机设计和循环工质都提出了新的要求,通常为复合两元或三元工质,二氧化碳自然工质并不在该循环适应工质范围内,目前也没有相关专利或报道VCCSC循环使用太阳能作为辅助制冷的热源。类似的国际专利的专利文献号为US4031712(A),名称为Combined absorption and vapor-compression refrigeration system(中文译名:联合吸收压缩式制冷系统)和专利文献号为US7765823(B2),名称为Hybrid vaporcompression-absorption cycle(中文译名:复合压缩吸收式循环)。
NIPPONDENSO公司申请的三个专利,专利文献号分别为JP11223414-A(Solar heatutilization type combined cycle refrigeration system for air conditioning of residential andfactory buildings-desorbs refrigerant from absorbent by solar heat inabsorption refrigeratingcycle which cools refrigerant discharged from compressor of vapor compression refrigeratingcycle,中文译名:适合家庭和厂房空调的、联合制冷循环的太阳能热利用系统-吸收制冷循环中使用太阳能解吸制冷剂,产生的冷量用来冷却压缩制冷循环中的压缩机排出制冷剂)、JP11223415-A(Solar heat utilization type combined cycle refrigeration system for airconditioning of residential and factory buildings-uses vapor compression refrigerating cycle tocool condenser of absorption refrigerating cycle which uses solar heat for desorption ofrefrigerant from absorber,中文译名:适合家庭和厂房空调的、联合制冷循环的太阳能热利用系统-压缩制冷循环的冷量用来冷却吸收制冷循环中的冷凝器,吸收制冷循环中太阳能用来解吸制冷剂)、JP11223416-A(Solar heat utilization type combined cycle refrigeration system forair conditioning of residential and factory buildings-uses evaporator of vapor compressionrefrigerating cycle to recool air cooled with absorption refrigerating cycle,中文译名:适合家庭和厂房空调的、联合制冷循环的太阳能热利用系统-压缩制冷循环的冷量用来再冷却、辅助吸收制冷循环中的空冷),这三个发明专利的共同点是设计了一种制冷系统,该系统应用太阳能驱动吸收式制冷机组,产生冷量与压缩式制冷配合工作,区别在于补充冷量使用的位置不同,其中专利文献号为JP11223414-A将太阳能驱动吸收式制冷机产生的这部分冷量应用于压缩式制冷循环的冷凝器后、节流阀前。但该专利发明相对于前文所述的预期产品——应用太阳能辅助二氧化碳热泵的联合空调系统仍有几项不足:第一,用途单一,仅为制冷系统,并未考虑全年时间段内对建筑综合需求的满足;第二,压缩式制冷部分并未考虑针对二氧化碳特性的相关诸多改造,比如:冷凝器部分并未表示改造为气体冷却器等;第三,吸收式制冷装置与压缩式制冷装置为单独两台装置,虽然通过管路连接,但其发明专利描述或图示并未考虑在实际产品中合并为一体。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提供一种太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,该系统能够实现建筑全年制冷、供暖和生活热水综合需求,能够使系统整体的制冷和供暖能力得到平衡,整机性能较为完善,具有更高的性能指标,工质绿色环保,利用可再生能源,降低了系统整体对一次能源的依赖性。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:集热系统、蓄热系统、生活热水供应系统、热泵空调系统和空调室内末端系统,其中:集热系统依次与蓄热系统和生活热水供应系统串联,蓄热系统依次与热泵空调系统和空调室内末端系统串联。
所述的热泵空调系统包括:太阳能控制组件、热泵控制组件和联合工作主机,所述的联合工作主机由串联连接的吸收式制冷机和集水器组成,其中:太阳能控制组件分别与蓄热系统、热泵控制组件、吸收式制冷机和空调室内末端系统连接,热泵控制组件分别与蓄热系统、集水器和空调室内末端系统连接。
所述的集水器的输入端设有二氧化碳热泵,该二氧化碳热泵采用二氧化碳作为工质,该热泵的工作压力范围为3MPa至15MPa,工作温度范围为-20℃至95℃,二氧化碳热泵内部所采用的设备原件能够满足跨临界工质特性。
所述的太阳能控制组件包括:两个三通阀、开关组件、制冷阀门和两个供暖阀门,其中:第一三通阀的蓄热端与蓄热系统连接,第一三通阀的制冷端依次与制冷阀门、吸收式制冷机和第二三通阀的主机端串联,第一三通阀的供暖端与第一供暖阀门的一端连接,第一供暖阀门的另一端与热泵控制组件和空调室内末端系统连接,第二三通阀的蓄热端与开关组件的一端连接,开关组件的另一端与蓄热系统连接,第二三通阀的供暖端与第二供暖阀门的一端连接,第二供暖阀门的另一端与热泵控制组件和空调室内末端系统连接。
所述的热泵控制组件包括:二氧化碳回路水泵、两个二氧化碳回路阀门和两个二氧化碳供水阀门,其中:二氧化碳回路水泵的一端与集水器连接,二氧化碳回路水泵的另一端与第二二氧化碳回路阀门的一端连接,第二二氧化碳回路阀门的另一端与第二二氧化碳供水阀门、太阳能控制组件和空调室内末端系统连接,第一二氧化碳回路阀门的一端与集水器连接,第一二氧化碳回路阀门的另一端与第一二氧化碳供水阀门、太阳能控制组件和空调室内末端系统连接。
所述的集热系统包括:太阳能采集循环装置和热交换装置,其中:太阳能采集循环装置与热交换装置连接,热交换装置与蓄热系统连接。
所述的蓄热系统包括:带有热交换管的保温循环水箱、感温控制器和电加热器,其中:感温控制器和电加热器均与保温循环水箱连接,感温控制器与电加热器连接,保温循环水箱分别与集热系统和热泵空调系统连接,保温循环水箱的热交换管与生活热水供应系统连接。
所述的生活热水供应系统包括:混水阀、两个供水阀门和热水水泵,其中:混水阀的控制端依次与第一供水阀门和热水水泵串联,热水水泵依次与第二供水阀门、蓄热系统和混水阀的水箱端串联。
所述的空调室内末端系统包括:冷暖传递装置和两个冷暖阀门,其中:第一冷暖阀门的一端与热泵控制组件和太阳能控制组件连接,第一冷暖阀门的另一端依次与冷暖传递装置和第二冷暖阀门的一端串联,第二冷暖阀门的另一端与热泵控制组件和太阳能控制组件连接。
所述的吸收式制冷机的工质采用溴化锂溶液。
本发明有五种工作模式,包括:制冷模式,制冷兼供热水模式,供暖模式,供暖兼供热水模式和热水模式。同时,依据太阳辐照度不同,供暖有太阳能直接供暖、二氧化碳热泵供暖两种运行形式,制冷有太阳能吸收式单独制冷、二氧化碳热泵单独制冷和太阳能吸收式制冷与二氧化碳热泵联合制冷三种运行形式,热水有太阳能供热、二氧化碳热泵辅助和电加热辅助三种运行形式。
综上所述,对不同系统运行模式切换进行描述。制冷模式下,当感温控制器所测得温度高于85℃时,使用太阳能驱动溴化锂制冷机供应冷量,当感温控制器所测得温度低于85℃时,使用二氧化碳热泵制冷。供暖模式下,当感温控制器所测得温度高于45℃时,使用太阳能蓄存热水直接供暖,当感温控制器所测得温度低于45℃时,使用二氧化碳热泵供暖。制冷兼供热水模式下,当感温控制器所测得温度低于55℃时,开启电加热器对保温水箱内的热水进行辅助加热、提供生活热水,二氧化碳热泵进行制冷。供暖兼供热水模式下,当感温控制器所测得温度高于65℃时,太阳能供暖兼供热水,当感温控制器所测得温度高于55℃且低于65℃时,太阳能提供生活热水,二氧化碳热泵供暖,当感温控制器所测得温度低于55℃时,二氧化碳热泵供暖兼供热水。热水模式下,当感温控制器所测得温度高于55℃时,太阳能提供生活热水,当感温控制器所测得温度低于55℃时,二氧化碳热泵辅助提供生活热水,当感温控制器所测得温度低于45℃时,开启电加热辅助提供生活热水。对于夜间或阴天等其他太阳能辐照较差时段内,为防止保温水箱蓄存热量通过集热器辐射散失,集热系统可以独立关闭。
本发明能够实现建筑全年制冷、供暖和生活热水综合需求;夏季制冷模式下,通过溴化锂吸收制冷机辅助二氧化碳热泵,弥补了二氧化碳热泵制冷能力较差的劣势,使联合空调主机的制冷和供暖能力得到平衡,整机性能较为完善,具有更高的性能指标,同时,冬季使用二氧化碳热泵辅助太阳能供暖,使空调系统整体在应用可再生能源的基础上保持了制冷、供暖和热水输出的高效和稳定性;使用二氧化碳作为主要工质,代替常规氟利昂,绿色环保;应用太阳能辅助制冷和供暖,可再生能源在整个系统耗能中占很高比例,降低了系统整体对一次能源的依赖性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为实施例1系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图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。
实施例1
如图1所示,本实施例包括:集热系统1、蓄热系统2、生活热水供应系统3、热泵空调系统4和空调室内末端系统5,其中:集热系统1依次与蓄热系统2和生活热水供应系统3串联,蓄热系统2依次与热泵空调系统4和空调室内末端系统5串联。
如图1和图2所述的热泵空调系统4包括:太阳能控制组件6、热泵控制组件7和联合工作主机8,所述的联合工作主机8由串联连接的吸收式制冷机9和集水器10组成,其中:太阳能控制组件6分别与蓄热系统2、热泵控制组件7、吸收式制冷机9和空调室内末端系统5连接,热泵控制组件7分别与蓄热系统2、集水器10和空调室内末端系统5连接。
所述的集水器10的输入端设有二氧化碳热泵11,该二氧化碳热泵11采用二氧化碳作为工质,该热泵的工作压力范围为3MPa至15MPa,工作温度范围为-20℃至95℃,二氧化碳热泵11内部所采用的设备原件能够满足跨临界工质特性。
所述的太阳能控制组件6包括:第一三通阀12、第二三通阀13、开关组件14、制冷阀门15、第一供暖阀门16和第二供暖阀门17,其中:第一三通阀12的蓄热端与蓄热系统2连接,第一三通阀12的制冷端依次与制冷阀门15、吸收式制冷机9和第二三通阀13的主机端串联,第一三通阀12的供暖端与第一供暖阀门16的一端连接,第一供暖阀门16的另一端与热泵控制组件7和空调室内末端系统5连接,第二三通阀13的蓄热端与开关组件14的一端连接,开关组件14的另一端与蓄热系统2连接,第二三通阀13的供暖端与第二供暖阀门17的一端连接,第二供暖阀门17的另一端与热泵控制组件7和空调室内末端系统5连接。
所述的开关组件14包括:第一开关阀门18和第一回路水泵19,其中:第一开关阀门18的一端与保温循环水箱连接,第一开关阀门18的另一端依次与第一回路水泵19和第二三通阀13的蓄热端串联。
所述的热泵控制组件7包括:二氧化碳回路水泵20、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22、第一二氧化碳供水阀门23和第二二氧化碳供水阀门24,其中:二氧化碳回路水泵20的一端与集水器10连接,二氧化碳回路水泵20的另一端与第二二氧化碳回路阀门24的一端连接,第二二氧化碳回路阀门24的另一端与第二二氧化碳供水阀门23、太阳能控制组件6和空调室内末端系统5连接,第一二氧化碳回路阀门21的一端与集水器10连接,第一二氧化碳回路阀门21的另一端与第二二氧化碳回路阀门22、太阳能控制组件6和空调室内末端系统5连接。
所述的集热系统1包括:太阳能采集循环装置25、第一循环泵26、第一控制阀门27和热交换装置28,其中:太阳能采集循环装置25依次与第一控制阀门27、热交换装置28和第一循环泵26串联,热交换装置28与蓄热系统2连接。
所述的蓄热系统2包括:带有热交换管的保温循环水箱29、第二循环泵30、第二控制阀门31、感温控制器32和电加热器33,其中:感温控制器32和电加热器33均与保温循环水箱29连接,感温控制器32与电加热器33连接,保温循环水箱29分别与第二循环泵30的一端和第二控制阀门31的一端连接,第二循环泵30的另一端和第二控制阀门31的另一端均与热交换器连接,保温循环水箱29分别与第一二氧化碳供水阀门23、第二二氧化碳供水阀门24、开关组件14和第一三通阀12的蓄热端连接,保温循环水箱29的热交换管与生活热水供应系统3连接。
所述的生活热水供应系统3包括:混水阀34、第一供水阀门35、热水水泵36和第二供水阀门37,其中:混水阀34的控制端依次与第一供水阀门35和热水水泵36串联,热水水泵36依次与第二供水阀门37、保温循环水箱29和混水阀34的水箱端串联。
所述的空调室内末端系统5包括:冷暖传递装置38、第一冷暖阀门39和第二冷暖阀门40,其中:第一冷暖阀门39的一端与热泵控制组件7和太阳能控制组件6连接,第一冷暖阀门39的另一端依次与冷暖传递装置38和第二冷暖阀门40的一端串联,第二冷暖阀门40的另一端与热泵控制组件7和太阳能控制组件6连接。
所述的吸收式制冷机9的工质采用溴化锂溶液。
本装置有五种工作模式,包括:制冷模式,制冷兼供热水模式,供暖模式,供暖兼供热水模式和热水模式。同时,依据太阳辐照度不同,供暖有太阳能直接供暖、二氧化碳热泵11供暖两种运行形式,制冷有太阳能吸收式单独制冷、二氧化碳热泵11单独制冷和太阳能吸收式制冷与二氧化碳热泵11联合制冷三种运行形式,热水有太阳能供热、二氧化碳热泵11辅助和电加热辅助三种运行形式。
所述的太阳能采集循环装置25可布置在屋顶、阳台等建筑外立面,实现建筑太阳能装置一体化。
所述的太阳能采集循环装置25收集太阳辐射热能,传递给工质水,水通过第一循环泵26,在环路内循环,持续将热量传递给热交换装置28。
所述的热交换装置28将热量传递给工质水,通过第二循环泵30,在环路内循环,持续将热量储存在保温循环水箱29。
所述的保温循环水箱29将储存的热量传递给热交换管内的工质水。该工质水来自市政管网,其通过热水水泵36,分为两个支路,一路通过第二供水阀门37,经过热交换器,升温变为热水,另一路通过第一供水阀门35,保持低水温,两路不同温度的水,通过混水阀34进行混合,供给生活热水。
制冷模式下,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34关闭,不提供生活热水。入托保温循环水箱29内感温控制器32测得水温高于85℃,则通过第一回路水泵19,将储存的热水供给至联合工作主机8内部的溴化锂吸收式制冷机9,产生冷量,此时第一三通阀12使水流向制冷阀门15,制冷阀门15开启,第一供暖阀门16、第一二氧化碳供水阀门23关闭,第二三通阀13使水流向第一回路水泵19,第一开关阀门18开启,第二供暖阀门17和第二二氧化碳供水阀门24关闭。所述的溴化锂吸收式制冷机9,将产生的冷量传递至集水器10。集水器10将冷量传递给环路内的工质水,水在二氧化碳回路水泵20的作用下,通过第一二氧化碳回路阀门21和第一冷暖阀门39,进入空调室内末端系统5换热,吸热后经过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22回到二氧化碳回路水泵20。所述的集水器10还与二氧化碳热泵11相连接,当冷量不足时,开启二氧化碳热泵11,辅助制冷,补充冷量至集水器10。
制冷模式下,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34关闭,不提供生活热水。当感温控制器32测得水温低于85℃,则溴化锂吸收式制冷机9不启动,第一回路水泵19不启动,制冷阀门15、第一供暖阀门16、第一二氧化碳供水阀门23、第二二氧化碳供水阀门24和第二供暖阀门17关闭,第一冷暖阀门39、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22和第二冷暖阀门40开启,二氧化碳回路水泵20开启,二氧化碳热泵11单独制冷,集水器10内的工质冷水在二氧化碳回路水泵20的作用下,通过第一冷暖阀门39和第一二氧化碳回路阀门21,进入空调室内末端系统5换热,吸热后经过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22回到二氧化碳回路水泵20。
制冷模式兼供热水模式,在如上所述的制冷模式基础上,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水。当感温控制器32测得水温低于55℃,启动电加热器33辅助。
供暖模式下,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34关闭,不提供生活热水。当感温控制器32测得水温高于45℃,所述的保温循环水箱29内的热水,通过第一三通阀12导向第一供暖阀门16,第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39开启,第一二氧化碳供水阀门23和第一二氧化碳回路阀门21关闭,第二冷暖阀门40和第二供暖阀门17开启,第二二氧化碳回路阀门22和第二二氧化碳供水阀门24关闭,第二三通阀13与第二供暖阀门17对应管路相通,第一回路水泵19和第一开关阀门18开启,这样保温循环水箱29内的热水依次通过第一三通阀12、第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39,到达空调室内末端系统5,将热量传递至室内,再依次通过第二冷暖阀门40、第二供暖阀门17、第二三通阀13、第一回路水泵19和第一开关阀门18,回到保温循环水箱29,完成太阳能热水独立供暖,二氧化碳热泵11不开启。
供暖模式下,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34关闭,不提供生活热水。当感温控制器32测得水温低于45℃,不再采用太阳能热水独立供暖,而使用二氧化碳热泵11供暖,此时,所述的集热系统1、第二控制阀门31和第二循环泵30关闭,制冷阀门15、第一供暖阀门16和第一二氧化碳供水阀门23关闭,第一开关阀门18、第二二氧化碳供水阀门24和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳热泵11开启,二氧化碳回路水泵20开启,第一冷暖阀门39、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22和第二冷暖阀门40开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,经过第一二氧化碳回路阀门21和第一冷暖阀门39,至空调室内末端系统5,供给热量至室内,其后通过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。
供暖模式兼供热水模式,当感温控制器32测得水温处于65℃以上时,采用太阳能独立供暖和提供生活热水,管路开启情况如下:所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水。同时,所述的保温循环水箱29内的热水,通过第一三通阀12导向第一供暖阀门16,第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39开启,第一二氧化碳供水阀门23和第一二氧化碳回路阀门21关闭,第二冷暖阀门40和第二供暖阀门17开启,第二二氧化碳回路阀门22和第二二氧化碳供水阀门24关闭,第二三通阀13与第二供暖阀门17对应管路相通,第一回路水泵19和第一开关阀门18开启,这样保温循环水箱29内的热水依次通过第一三通阀12、第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39,到达空调室内末端系统5,将热量传递至室内,再依次通过第二冷暖阀门40、第二供暖阀门17、第二三通阀13、第一回路水泵19和第一开关阀门18,回到保温循环水箱29,完成太阳能热水独立供暖,二氧化碳热泵11不开启。
供暖模式兼供热水模式,当感温控制器32测得水温处于55℃以上且65℃以下时,太阳能提供生活热水,空气源二氧化碳热泵11供暖,管路开启情况如下:所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水。同时,二氧化碳热泵11开启,此时,制冷阀门15、第一供暖阀门16和第一二氧化碳供水阀门23关闭,第一开关阀门18、第二二氧化碳供水阀门24和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳热泵11开启,二氧化碳回路水泵20开启,第一冷暖阀门39、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22和第二冷暖阀门40开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,经过第一二氧化碳回路阀门21和第一冷暖阀门39,至空调室内末端系统5,供给热量至室内,其后通过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。
供暖模式兼供热水模式,当感温控制器32测得水温处于55℃以下时,太阳能和空气源二氧化碳热泵11联合提供生活热水,空气源二氧化碳热泵11供暖,管路开启情况如下:所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水。同时,二氧化碳热泵11开启,此时,制冷阀门15和第一供暖阀门16关闭,第一开关阀门18和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳热泵11开启,二氧化碳回路水泵20开启,第一二氧化碳供水阀门23、第一冷暖阀门39、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22、第二冷暖阀门40和第二二氧化碳供水阀门24开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,分为两路,一路经过第一二氧化碳回路阀门21和第一冷暖阀门39,至空调室内末端系统5,供给热量至室内,其后通过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20;另一路经过第一二氧化碳回路阀门21和第一二氧化碳供水阀门23,补充热量至保温循环水箱29,其后通过第二二氧化碳供水阀门24和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。
供暖模式兼供热水模式,夜间或阴天等其他太阳能辐照较差时段内,二氧化碳热泵11独立完成供暖兼供热水,所述的集热系统1、第二控制阀门31和第二循环泵30关闭,此外,管路开启情况如下:所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水。同时,二氧化碳热泵11开启,此时,制冷阀门15和第一供暖阀门16关闭,第一开关阀门18和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳热泵11开启,二氧化碳回路水泵20开启,第一二氧化碳供水阀门23、第一冷暖阀门39、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22、第二冷暖阀门40和第二二氧化碳供水阀门24开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,分为两路,一路经过第一二氧化碳回路阀门21和第一冷暖阀门39,至空调室内末端系统5,供给热量至室内,其后通过第二冷暖阀门40和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20;另一路经过第一二氧化碳回路阀门21和第一二氧化碳供水阀门23,补充热量至保温循环水箱29,其后通过第二二氧化碳供水阀门24和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。
热水模式下,所述的热水水泵36、第二供水阀门37、第一供水阀门35和混水阀34开启,提供生活热水,空调系统无制冷或供暖输出。当感温控制器32测得水温处于55℃以上时,太阳能独立供给热水,空调系统内其他设备均不开启。当感温控制器32测得水温处于55℃以下时,二氧化碳热泵11开启,补充热量至保温循环水箱29。管路开启情况如下:制冷阀门15、第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39关闭,第一开关阀门18、第二冷暖阀门40和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳回路水泵20开启,第一二氧化碳供水阀门23、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22和第二二氧化碳供水阀门24开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,经过第一二氧化碳回路阀门21和第一二氧化碳供水阀门23,补充热量至保温循环水箱29,其后通过第二二氧化碳供水阀门24和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。当感温控制器32测得水温处于45℃以下时,除了如上所述开启二氧化碳热泵11及对应管路对保温循环水箱29补充热量外,还需开启电加热器33对保温水箱进行热量补充。夜间或阴天等其他太阳能辐照差时段内,二氧化碳热泵11独立完成供热水,太阳能系统关闭,防止热量倒流散失,所述的集热系统1、第二控制阀门31和第二循环泵30关闭,此外,管路开启情况如下:制冷阀门15、第一供暖阀门16和第一冷暖阀门39关闭,第一开关阀门18、第二冷暖阀门40和第二供暖阀门17关闭,第一回路水泵19关闭,二氧化碳回路水泵20开启,第一二氧化碳供水阀门23、第一二氧化碳回路阀门21、第二二氧化碳回路阀门22和第二二氧化碳供水阀门24开启。所述的二氧化碳热泵11供应热量至集水器10,通过二氧化碳回路水泵20的作用,集水器10内的工质水,经过第一二氧化碳回路阀门21和第一二氧化碳供水阀门23,补充热量至保温循环水箱29,其后通过第二二氧化碳供水阀门24和第二二氧化碳回路阀门22,回到二氧化碳回路水泵20。同时,开启电加热器33对保温水箱进行热量补充。
综上所述,对不同系统运行模式切换进行描述。制冷模式下,当感温控制器32所测得温度高于85℃时,使用太阳能驱动溴化锂制冷机供应冷量,当感温控制器32所测得温度低于85℃时,使用二氧化碳热泵11制冷。供暖模式下,当感温控制器32所测得温度高于45℃时,使用太阳能蓄存热水直接供暖,当感温控制器32所测得温度低于45℃时,使用二氧化碳热泵11供暖。制冷兼供热水模式下,当感温控制器32所测得温度低于55℃时,开启电加热器33对保温水箱内的热水进行辅助加热、提供生活热水,二氧化碳热泵11进行制冷。供暖兼供热水模式下,当感温控制器32所测得温度高于65℃时,太阳能供暖兼供热水,当感温控制器32所测得温度高于55℃且低于65℃时,太阳能提供生活热水,二氧化碳热泵11供暖,当感温控制器32所测得温度低于55℃时,二氧化碳热泵11供暖兼供热水。热水模式下,当感温控制器32所测得温度高于55℃时,太阳能提供生活热水,当感温控制器32所测得温度低于55℃时,二氧化碳热泵11辅助提供生活热水,当感温控制器32所测得温度低于45℃时,开启电加热辅助提供生活热水。对于夜间或阴天等其他太阳能辐照较差时段内,为防止保温水箱蓄存热量通过集热器辐射散失,集热系统1可以独立关闭。

Claims (4)

1.一种太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,包括:集热系统、蓄热系统、生活热水供应系统、热泵空调系统和空调室内末端系统,其中:集热系统依次与蓄热系统和生活热水供应系统串联,蓄热系统依次与热泵空调系统和空调室内末端系统串联,其特征在于:
所述的热泵空调系统包括:太阳能控制组件、热泵控制组件和联合工作主机,其中:联合工作主机由串联连接的吸收式制冷机和集水器组成,太阳能控制组件分别与蓄热系统、热泵控制组件、吸收式制冷机和空调室内末端系统连接,热泵控制组件分别与蓄热系统、集水器和空调室内末端系统连接;
所述的集水器的输入端设有二氧化碳热泵;
所述的太阳能控制组件包括:两个三通阀、开关组件、制冷阀门和两个供暖阀门;
所述的热泵控制组件包括:二氧化碳回路水泵、两个二氧化碳回路阀门和两个二氧化碳供水阀门,其中:第一三通阀的蓄热端与蓄热系统的一端连接,第一三通阀的制冷端依次与制冷阀门、吸收式制冷机和第二三通阀的主机端串联,第一三通阀的供暖端与第一供暖阀门的一端连接,第一供暖阀门的另一端分别与第一二氧化碳回路阀门的一端、第二二氧化碳回路阀门的一端和空调室内末端系统的一端连接,第二二氧化碳回路阀门的另一端与蓄热系统的一端相连接,第二三通阀的蓄热端与开关组件的一端连接,开关组件的另一端与蓄热系统的另一端连接,第二三通阀的供暖端与第二供暖阀门的一端连接,第二供暖阀门的另一端分别与第一二氧化碳供水阀门的一端、第二二氧化碳供水阀门的一端和空调室内末端系统的一端连接,第一二氧化碳供水阀门的另一端与蓄热系统的另一端相连接;
二氧化碳回路水泵的一端与集水器连接,二氧化碳回路水泵的另一端与第二二氧化碳供水阀门的一端连接,第二二氧化碳供水阀门的另一端与第一二氧化碳供水阀门、第二供暖阀门和空调室内末端系统连接,第一二氧化碳回路阀门的一端与集水器连接,第一二氧化碳回路阀门的另一端与第二二氧化碳回路阀门、第一供暖阀门和空调室内末端系统连接;
所述的集热系统包括:太阳能采集循环装置和热交换装置,其中:太阳能采集循环装置与热交换装置连接,热交换装置与蓄热系统连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,其特征是,所述的蓄热系统包括:带有热交换管的保温循环水箱、感温控制器和电加热器,其中:感温控制器和电加热器均与保温循环水箱连接,感温控制器与电加热器连接,保温循环水箱分别与集热系统和热泵空调系统连接,保温循环水箱的热交换管与生活热水供应系统连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,其特征是,所述的生活热水供应系统包括:混水阀、两个供水阀门和热水水泵,其中:混水阀的控制端依次与第一供水阀门和热水水泵串联,热水水泵依次与第二供水阀门、蓄热系统和混水阀的水箱端串联。
4.根据权利要求1所述的太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统,其特征是,所述的空调室内末端系统包括:冷暖传递装置和两个冷暖阀门,其中:第一冷暖阀门的一端与热泵控制组件和太阳能控制组件连接,第一冷暖阀门的另一端依次与冷暖传递装置和第二冷暖阀门的一端串联,第二冷暖阀门的另一端与热泵控制组件和太阳能控制组件连接。
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