CN102261711A - “绿色空调”运行系统 - Google Patents

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CN102261711A CN2011101843345A CN201110184334A CN102261711A CN 102261711 A CN102261711 A CN 102261711A CN 2011101843345 A CN2011101843345 A CN 2011101843345A CN 201110184334 A CN201110184334 A CN 201110184334A CN 102261711 A CN102261711 A CN 102261711A
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吴江
郑帅
李琪
李彦
姜未汀
方继辉
张锦红
吴业成
李成帅
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    • Y02B30/12Hot water central heating systems using heat pumps

Abstract

本发明涉及一种“绿色空调”运行系统,包括太阳能电池板、热泵、重力热管及翅片和室内、外换热器。太阳能电池板后面设有太阳能换热装置,太阳能换热装置的蒸发端与太阳能电池板接触,且太阳能换热装置设置在竖直风道中,太阳能换热装置下面与竖直风道的冷风入口连接,上面经室外换热器,水平风道的暖风出口连接室内换热器,室内、外换热器之间通过热泵和膨胀阀连接,且热泵和室内换热器分别与太阳能电池板电能供应线连接。本发明中的太阳能电池板及太阳能换热装置被广泛用于居民生活。太阳能换热装置中的换热器采用重力热管,结构简单、加工方便,液体回流蒸发段靠重力作用自然回流,工质流动稳定可靠、管路布置灵活,能够适应绝大部分的场合。

Description

“绿色空调”运行系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空调系统,尤其是一种利用清洁能源达到夏天制冷,冬天供暖的空调系统。
背景技术
[0002] 传统的供热、保暖设施,是单独用太阳能电池板或太阳能集热器。但是太阳能能流密度很低,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。实际上,在建筑方面如何用好太阳能,或者把冬天采暖和夏天隔热结合起来的一些被动式的太阳能利用设施和建筑节能方式,即使到现在还在不断地研究。市场上大量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率均在15%上下,其余的85%都浪费成了无用的热能。
[0003] 目前,很多人制造了类似太阳能空调系统,但是应用于实际技术成熟的太阳能空调还很少。
发明内容
[0004] 本发明是要提供一种“绿色空调”运行系统,该系统能够在供暖和制冷的同时节约电能的消耗,提高太阳能电池板的光伏效率,利用太阳能辐射作为能源代替不可再生能源, 同时利用光伏和光电两大效应,可减少电能的消耗,成为具有冷热双向调温功能的“绿色空调”。
[0005] 为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种“绿色空调”运行系统,包括太阳能电池板、热泵、重力热管及翅片和室内、外换热器,其特点是:太阳能电池板后面设有重力热管和翅片组成太阳能换热装置,太阳能换热装置的蒸发端与太阳能电池板接触,且太阳能换热装置设置在竖直风道中,太阳能换热装置下面与竖直风道的冷风入口连接,上面经室外换热器,水平风道的暖风出口与室内换热器连接,室内、外换热器之间通过热泵和膨胀阀连接,且热泵和室内换热器分别与太阳能电池板电能供应线连接。
[0006] 竖直风道与水平风道之间设有开关风门,夏季工况时,开关风门挡板向下,呈关闭状态,将竖直风道与水平风道隔开,使热空气直接排入大气中;冬季工况时,开关风门挡板向上,竖直风道与水平风道相通,给室内供暖。
[0007] 太阳能换热装置的蒸发端为长100mm,宽100mm,高30mm的长方体。
[0008] 太阳能电池板背面设有金属导热层,并通过金属导热层与重力热管连接。
[0009] 本发明的有益效果是:
通过实验测得本发明在夏季工况下“绿色空调”的太阳能电池板的光伏利用率增加了 6%。如果太阳能电池板为8m2,系统可输出的电能为558. 66w。冬季供热工况时,换热器可向屋内输出467w的热量。
[0010] 本发明中的太阳能电池板及太阳能换热装置被广泛用于居民生活。太阳能换热装置换热器采用重力热管,结构简单、加工方便,液体回流蒸发段靠重力作用自然回流,工质流动稳定可靠、管路布置灵活,能够适应绝大部分的场合。
[0011] 本发明占地面积十分有限,安装简便,而且十分适合光伏与建筑的一体化,市场前景将非常乐观。
[0012] 本发明做到一种能少用或是不用电能,而是利用清洁能源达到夏天制冷,冬天供暖的效果。充分利用光能,在利用光伏效应的同时,也利用光热效应产生的热量导出加以利用。将重力热管安装在太阳能电池板的背面,是热量从太阳能板上引出供给室内。在不改变太阳能板原理的结构的条件下,使得市场上的太阳能电池板的光伏效率有明显的提高。
[0013] 本发明具有的特点是:
(1)本发明做到一种能少用或是不用电能,而是利用清洁能源达到夏天制冷,冬天供暖的效果。
[0014] (2)充分利用光能,在利用光伏效应的同时,也利用光热效应产生的热量导出加以利用。将重力热管安装在太阳能电池板的背面,是热量从太阳能板上引出供给室内。
[0015] (3)在不改变太阳能板原理的结构的条件下,使得市场上的太阳能电池板的光伏效率有明显的提高。
附图说明
[0016] 图1是本发明的结构示意图; 图2是本发明的工作流程图;
图3是太阳能换热装置示意图; 图4是太阳能板和重力热管的连接示意图; 图5是太阳能换热装置工作状态示意图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
[0018] 如图1所示,本发明的“绿色空调”运行系统,包括太阳能电池板1、热泵4、重力热管9及翅片8、膨胀阀6和室内、外换热器2,7等。
[0019] 太阳能电池板1后面设有重力热管9和翅片8组成的太阳能换热装置,太阳能换热装置的蒸发端与太阳能电池板1接触,且太阳能换热装置设置在竖直风道中,太阳能换热装置下面与竖直风道的冷风入口 10连接,上面经室外换热器2,水平风道的暖风出口 5连接室内换热器7,室内、外换热器2,7之间通过热泵4和膨胀阀6连接,且热泵4和室内换热器7分别与太阳能电池板电能供应线3连接。
[0020] 如图2所示,本发明是在太阳能电池正常工作的情况下使用重力热管9 (材料为铜质)中工质的流动(工质为水与水蒸气)将太阳能电池板1上的热量带走。在风道中重力热管9和翅片8进行对流换热。利用冷热空气的密度差将热空气带入室内,达到供暖效果。 在夏天需要空调制冷时,利用夏季太阳辐射较为充足的条件下太阳能电池板产生的电能带动热泵进行吸热制冷。
[0021] 如图3所示,太阳能换热装置由重力热管9和翅片8组成。重力热管9是一种高效的传热元件,在很小的面积上可以传递大量的热量。将太阳能电池板1中不用的热量利用重力热管9的热单向传导,集中能量供热。重力热管9不使用毛细结构,结构简单、加工方便,液体回流蒸发段靠重力作用自然回流,工质流动稳定可靠、管路布置灵活比起具有毛细结构的热管要容易设计、成本也低得多,能够适应绝大部分的场合凝段11的位置必须高于蒸发端。
[0022] 如图4所示,太阳能电池板1和重力热管9的连接:太阳能电池板背面13设有金属导热层12,并通过金属导热层12与重力热管9连接。采用重力热管9散热的方式,工质采用水。太阳能换热装置的蒸发端设计是重力热管9的一个重要环节,它直接影响着重力热管9对太阳能聚光型光伏电池发热量的处理能力和对其工作温度的控制能力,一个好的太阳能换热装置蒸发端设计应该在保证传递足够多的热量条件下,使太阳能聚光型光伏电池的工作温度尽量低,不超过临界工作温度,从而使其能够正常持续工作。蒸发端与聚光太阳能电池接触,其温度场对电池性能和热管效率影响显著。本发明选用蒸发端为长100mm,宽100mm,高30mm的长方体。
本发明在竖直风道与水平风道之间设置开关风门,夏季工况时,开关风门挡板向下,呈关闭状态,将竖直风道与水平风道隔开。使热空气直接排入大气中。冬季工况时风门挡板向上,将竖直风道与水平风道相通,使系统能给室内供暖。
[0023] 本发明的理论计算 (1)夏季工况:
根据市场所查的太阳能电池板的光电转换效率为16%,适度每升高1摄氏度,其发电效率下降约0. 5%。在已做过的实验中采用TRM-PD人工太阳模拟发射器,光强由0增加到 800ff/m2,太阳能电池板接收到太阳模拟发射器所发出的模拟光照。
[0024] 所用设备具体规格如下:
(a)吸热板:采用厚度为Imm的铜板,表面喷黑漆,以减少反光,增强吸热效果;
(b)透明盖板:透明盖板采用普通玻璃,尺寸为505mmX490mmX4mm ;
(c)隔热层:隔热层采用玻璃丝,厚度约为5cm;
(d)太阳能电池板:太阳能电池板功率为20W,工作电压17. 6V,工作电流1. 14A,开路电压21. 6V,短路电流1. 33A,尺寸为似6*406*30mm。
[0025] 太阳能电池板实验测量数据的平均值如表一所示。
[0026]
表1各流量段内测量数据的平均值
Figure CN102261711AD00051
由表1进行数据处理,得到系统平均发电功率P平均为:
S
P 平均=p^i =17. 18W η
系统使用的太阳能模拟器输出的光照强度为800W,所使用的太阳能板的有效面积为 400 X 300mm,故电池板输入功率: P 人=800WX0. 12m2=96ff 则在没有冷却装置时,太阳能利用率ni为: P.
η 1= X 100%=11. 34 + 96X 100%=11. 8%
P入
加设了冷却装置时,太阳能利用率n2为:
P _
η 2= -ψ5- Χ 100%=17. 18 + 96Χ 100%=17. 8%
可以得到,加入冷却装置后,太阳能利用率增加了 Δ il=il2_iU=6%。在此工况下,如果太阳能电池板为8m2,则输出的电能为:17. 28*8/ (0. 505*0. 49)=558. 66w (2)冬季工况:
同样根据上述太阳能电池产品的性能参数和热管的安装模型以及冬季工况;按照太阳能辐射强度为400 ff/m2,假设太阳能电池板平均温度为55°C,热管与鳍片的平均温度
& ,进口温度‘ =IOtfC ,换热长度为2. 5m,空气流动的速度〜=2m Is。
[0027] 如图5所示,先假设空气出口温度I; = 25°C ,故定性温度等于
^ = (10+25/0/2 = 17.5^,相应的空气的物性参数是:A=0.0mPVf(m.K) ’
ν = 16.96 XlO^ W2/s' Pt> = 0.699 =19.1x1 O^ Pa-ε,
,,,-T. ud 2?«/sx0.1« 1λ4 …
由此可得 Ref = — = =11793 >10* (1)
ν IdJdxIu m /s
空气流动处于湍流区,
M^ =0.023Re°BPr°'4 = 0.023χ(1.1793χIO4)0.8 χ0.6990.4 = 30.752 (2)
, „ λ 0.0276WT / (m- K)…τ〜.2 ^
hf = Mif- = i0.7i2x---- = 8.7, / (m2 ■ K) (3)
/ f d OAm
在假设出口温度下,流动空气全管长的对数平均传热温差等于
£f~tf (40-Iir C s
Ms=^, f /1,-= ^-= 22.46tfC (4)
M \n[{tf-Oi{tf-tw)} ln(40"C/irC)
由表面传热系数计算的对流换热量等于
= kf 41ΖΔ& =8.7 W / (m ■ K) χ4 χ 0.4« χ 2.5« χ 15" C = 522W (5 )
由流量和进出口温升计算的总换热量等于Φ2 = q而(if -If) = 2挑 χ 1.128%/OT3Xl 005J f (kg-K) x(25-WfC = 4453W (6)
两个总换热量计算结果不相等是因为出口温度的假设值不正确。利用HTSolver做迭代计算,最后结果是:
hf = B32W / (m2 .KjJf = 22.4" C , φ = 467,
冬季供热工况时,换热器可输出的热量为:467w。
[0028] 由上述的实验及计算的结果可得:在夏季工况下“绿色空调”的太阳能电池板的光伏利用率增加了 6%。如果太阳能电池板为8m2,系统可输出的电能为558. 66w。冬季供热工况时,换热器可向屋内输出467w的热量。
[0029] 在绿色空调的设计中,我们也尽可能的往普通家庭的使用角度来进行改进,使得这项技术能得到最根本的利用,也省去了家庭的电费开销与热水供应,是一项既节能环保又实用的设计。在环境污染日益严重的今日,绿色能源的倡导与使用与发展,在节能减排中起着很大的作用。
[0030] 本发明的主要换热器部分已在实验室中做出了模型完成了性能测试,设备运行稳定,制冷、制热效果良好。该发明中的太阳能电池板及太阳能集热器被广泛用于居民生活。 换热器采用重力热管,结构简单、加工方便,液体回流蒸发段靠重力作用自然回流,工质流动稳定可靠、管路布置灵活,能够适应绝大部分的场合,蒸发端设计应该在保证传递足够多的热量条件下,使太阳能聚光型光伏电池的工作温度尽量低,不超过临界工作温度,从而使其能够正常持续工作。
[0031] 本发明的主要部分由太阳能电池、重力热管、热泵组成。就单个部件太阳能电池和热泵已近有成熟的技术并且在日常生活中应用十分广泛。采用铜制工质为水和水蒸气的重力热管,依靠蒸发段自身的重力作用自然回流,工作稳定可靠且布局灵活。
[0032] 本系统铺设时主要占地面积为太阳能板的面积,并且太阳能板可以安装在用户的户外墙的表面。所以本系统占地面积十分有限,安装简便,而且十分适合光伏与建筑的一体化,市场前景将非常乐观。
7

Claims (4)

1. 一种“绿色空调”运行系统,包括太阳能电池板(1)、热泵(4)、重力热管(9)及翅片 (8)和室内、外换热器(2,7),其特征在于:所述太阳能电池板(1)后面设有重力热管(9)和翅片(8)组成太阳能换热装置,太阳能换热装置的蒸发端与太阳能电池板(1)接触,且太阳能换热装置设置在竖直风道中,太阳能换热装置下面与竖直风道的冷风入口(10)连接,上面经室外换热器(2),水平风道的暖风出口(5)与室内换热器(7)连接,室内、外换热器(2, 7)之间通过热泵(4)和膨胀阀(6)连接,且热泵(4)和室内换热器(7)分别与太阳能电池板电能供应线(3)连接。
2.根据权利要求1所述的“绿色空调”运行系统,其特征在于:所述竖直风道与水平风道之间设有开关风门,夏季工况时,开关风门挡板向下,呈关闭状态,将竖直风道与水平风道隔开,使热空气直接排入大气中;冬季工况时,开关风门挡板向上,竖直风道与水平风道相通,给室内供暖。
3.根据权利要求1所述的“绿色空调”运行系统,其特征在于:所述太阳能换热装置,其蒸发端为长100mm,宽100mm,高30mm的长方体。
4.根据权利要求1所述的“绿色空调”运行系统,其特征在于:所述太阳能电池板背面 (13)设有金属导热层(12),并通过金属导热层(12)与重力热管(9)连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914010A (zh) * 2012-11-09 2013-02-06 沈阳建筑大学 基于太阳能的相变储能新风高效换热系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005241148A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽光利用ヒートポンプシステム、およびその稼働制御方法
JP2005257140A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd ソーラーヒートポンプシステム、およびその運転方法
CN101738005A (zh) * 2009-11-13 2010-06-16 中国科学技术大学 太阳能热泵热管复合系统
CN101806514A (zh) * 2010-03-10 2010-08-18 中国科学技术大学 建筑复合太阳能光伏热水供冷和采暖系统
CN102095234A (zh) * 2011-03-04 2011-06-15 中国科学技术大学 太阳能热泵与动力热管复合系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005241148A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽光利用ヒートポンプシステム、およびその稼働制御方法
JP2005257140A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd ソーラーヒートポンプシステム、およびその運転方法
CN101738005A (zh) * 2009-11-13 2010-06-16 中国科学技术大学 太阳能热泵热管复合系统
CN101806514A (zh) * 2010-03-10 2010-08-18 中国科学技术大学 建筑复合太阳能光伏热水供冷和采暖系统
CN102095234A (zh) * 2011-03-04 2011-06-15 中国科学技术大学 太阳能热泵与动力热管复合系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102914010A (zh) * 2012-11-09 2013-02-06 沈阳建筑大学 基于太阳能的相变储能新风高效换热系统
CN102914010B (zh) * 2012-11-09 2015-03-11 沈阳建筑大学 基于太阳能的相变储能新风高效换热系统

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