CN102607119B

CN102607119B - 适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统

Info

Publication number: CN102607119B
Application number: CN201210070800.1A
Authority: CN
Inventors: 黄翔; 孙铁柱; 罗绒; 孙哲
Original assignee: Xian Polytechnic University
Current assignee: Xian Polytechnic University
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: CN102607119A

Abstract

本发明公开适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组、太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组以及之间连接管路复合而成；太阳能光电/光热干空气能冷热水机组包括太阳能光电板a、电源控制器a和太阳能热水器，沿进风方向设置进风口a、过滤器a、空气冷却器a、水箱a、填料a、布水器a、挡水板a、排风机及排风口；太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组包括太阳能光电板b、电源控制器b和辅助冷热源，沿进风方向设置进风口b、过滤器b、管式间接蒸发冷却段、空气冷却器b、直接蒸发冷却段、挡水板、送风机及送风口。夏季利用干空气能制取冷量为房间供冷，冬季利用太阳能制取热水为房间供暖。

Description

适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组和太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组组成的节能空调系统。

背景技术

干燥地区不仅拥有丰富的干空气能，还拥有充足的太阳能。干空气能可以用来制取冷量，太阳能可以用来产生电能和制取热水。在此条件下，现在还没有一种夏季利用干空气能为房间供冷，冬季利用太阳能为房间供暖的适用于干燥地区的节能空调系统出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，整个空调系统所需电能由太阳能光电板转化而来，夏季所需冷量利用干空气能制取，冬季所需热量通过太阳能热水器获得，节能环保，另外设有辅助电源和冷热源用于防备极端天气的出现。

本发明采用的技术方案是，适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组、太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组、显热末端以及之间连接的管路复合而成；

太阳能光电/光热干空气能冷热水机组包括太阳能光电板a、电源控制器a和太阳能热水器，沿机组进风方向设置进风口a、过滤器a、空气冷却器a、水箱a、填料a、布水器a、挡水板a、排风机及排风口，太阳能光电板a与电源控制器a连接，电源控制器a与排风机连接；

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组包括太阳能光电板b、电源控制器b和辅助冷热源，沿机组进风方向设置进风口b、过滤器b、管式间接蒸发冷却段、空气冷却器b、直接蒸发冷却段、挡水板、送风机及送风口，太阳能光电板b与电源控制器b连接，电源控制器b与送风机连接，送风口通过风管与房间新风送风口连接。

本发明的特征还在于，

其中管式间接蒸发冷却段包括自上而下设置的挡水板c、布水器c、管式间接蒸发冷却器、水箱c及喷淋水泵a，布水器c、水箱c和喷淋水泵a通过管道相连接，挡水板c对应的机组架体上还依次设置有二次风机与二次排风口，电源控制器b与喷淋水泵a连接；

直接蒸发冷却段包括自上而下设置的布水器b、填料b、水箱b和喷淋水泵b，布水器b、水箱b和喷淋水泵b通过管道相连接，电源控制器b与喷淋水泵b连接。

太阳能光电/光热干空气能冷热水机组的水箱a通过管道依次连接有显热末端、空气冷却器b、空气冷却器a和布水器a，显热末端设置在房间内，水箱a与显热末端之间管道上依次设置阀门d和水泵，空气冷却器b与空气冷却器a之间管道上设置阀门c；电源控制器a与水泵连接；太阳能热水器的供水管道连接于阀门d与水泵之间的管道，太阳能热水器的回水管道连接于阀门c与空气冷却器b之间管道，太阳能热水器的供水管道上设置有阀门b，太阳能热水器的回水管道上设置有阀门a；辅助冷热源通过管道回路分别与显热末端、空气冷却器b相连接，辅助冷热源的进水口设置有阀门e，辅助冷热源的出水口设置有阀门f。

其中的显热末端为毛细管、干式风机盘管、辐射吊顶或冷梁。

本发明适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统的有益效果是：

1)充分利用干燥地区的干空气能和太阳能，整个空调系统所耗电能由太阳能光电板转换而来，夏季利用干空气能为房间供冷，冬季利用太阳能为房间供暖，实现真正意义上的免费供冷、供暖。

2)电源控制器设置有辅助电源，在太阳能光电板产电不足时可以提供电流驱动空调系统的泵与风机的运行；太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组携有辅助冷热源，在夏季或冬季不利天气出现时辅助供冷、供暖，以保证整个空调系统运行的稳定性。

3)本发明的水系统采用串联式，太阳能光电/光热干空气能冷热水机组制取的冷/热水首先通过管道输送到室内显热末端承担室内冷/热负荷，然后通过管道输送到新风机组空气冷却器b预冷或加热新风，最后通过管道输送回冷热水机组，以实现能量的阶梯利用而节能。

附图说明

图1是本发明的空调系统的结构示意图。

图2是本发明的空调系统夏季运行的焓湿图。

图3为本发明的空调系统冬季运行的焓湿图。

图中，1、排风机，2、挡水板a，3、布水器a，4、填料a，5、水箱a，6、空气冷却器a，7、过滤器a，8、进风口a，9、太阳能光电板a，10、电源控制器a，11、太阳能热水器，12、排风口，13、阀门a，14、阀门b，15、阀门c，16、阀门d，17、水泵，18、进风口b，19、过滤器b，20、太阳能光电板b，21、电源控制器b，22、二次排风口，23、辅助冷热源，24、送风机，25、送风口，26、挡水板b，27、填料b，28、水箱b，29、空气冷却器b，30、水箱c，31、喷淋水泵a，32、布水器b，33、喷淋水泵b，34、挡水板c，35、布水器c，36、管式间接蒸发冷却器，37、阀门e，38、阀门f，39、显热末端，40、二次风机，41、新风送风口，42、室内排风口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的空调系统是为了充分利用干燥地区蕴含的丰富太阳能和干空气能而设计，利用太阳能光电板转换电能驱动空调系统的水泵与风机，夏季利用干空气能制取冷水或冷风为房间供冷，冬季利用太阳能热水器制取热水为房间供暖，以达到真正意义上的免费供冷、供热。另外还设置有辅助电源和冷热源防备不利天气的出现，以保证空调系统的运行稳定性。

图1是本发明提供的由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组和太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组组成的节能空调系统的结构示意图。

本发明的适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组、太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组以及之间连接的管路组成。

太阳能光电/光热干空气能冷热水机组，包括太阳能光电板a9、电源控制器a10和太阳能热水器11，沿机组进风方向还包括进风口a8、过滤器a7、空气冷却器a6、水箱a5、填料a4、布水器a3、挡水板a2、排风机1及排风口12。太阳能光电板a9与电源控制器a10连接，电源控制器a10与排风机1连接。

太阳能光电/光热干空气能冷热水机组水泵17和排风机1所需的电能由太阳能光电板a9转换而来，夏季机组通过干空气能制取高温冷水为房间供冷，冬季通过太阳能热水器11制取热水为房间供暖。

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组，包括太阳能光电板b20、电源控制器b21和辅助冷热源23，按机组进风方向还包括进风口b18、过滤器b19、管式间接蒸发冷却段、空气冷却器b29、直接蒸发冷却段、挡水板b26、送风机24及送风口25。太阳能光电板b20与电源控制器b21连接。

管式间接蒸发冷却段自上而下包括挡水板c34、布水器c35、管式间接蒸发冷却器36、水箱c30及喷淋水泵a31，布水器c35、水箱c30和喷淋水泵a31通过管道相连接。挡水板c34对应的机组架体上还依次设置有二次风机40与二次排风口22。

直接蒸发冷却段自上而下包括布水器b32、填料b27、水箱b28和喷淋水泵b33，布水器b32、水箱b28和喷淋水泵b33通过管道相连接。

电源控制器b21还分别与喷淋水泵a31、喷淋水泵b33、送风机24连接。

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组的喷淋水泵a31、喷淋水泵b33和送风机24所需电能由太阳能光电板b20制取，夏季利用干空气能制取冷风做为房间新风，冬季在空气冷却器b29内通入太阳能光电/光热干空气能冷热水机组制取的热水加热新风送入室内供暖，另外还带有辅助冷热源，用于防备不利天气的出现，

之间连接的管网组成为：太阳能光电/光热干空气能冷热水机组的水箱a5通过管道依次连接有显热末端39、空气冷却器b29、空气冷却器a6和布水器a3，显热末端39设置在房间内，水箱a5与显热末端39之间管道上依次设置阀门d16和水泵17，空气冷却器b29与空气冷却器a6之间管道上设置阀门c15。电源控制器a10与水泵17连接。显热末端39可以是毛细管、干式风机盘管、辐射吊顶、冷梁等。

太阳能热水器11的供水管道连接于阀门d16与水泵17之间的管道，太阳能热水器11的回水管道连接于阀门c15与空气冷却器b29之间管道，太阳能热水器11的供水管道上设置有阀门b14，太阳能热水器11的回水管道上设置有阀门a13。

辅助冷热源23通过管道回路分别与显热末端39、空气冷却器b29相连接，辅助冷热源23的进水口设置有阀门e37，辅助冷热源23的出水口设置有阀门f38。

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组的送风口25通过风管与房间内的新风送风口41连接。房间内还设置有室内排风口42。

本发明的节能空调系统运行过程：

1、夏季运行过程

图2展示了本发明节能空调系统夏季运行焓湿图：

状态为W_X的室外空气在管式间接蒸发冷却器36处一级预冷被等湿冷却到状态W₁，再在空气冷却器b29二级预冷被等湿冷却到状态W₂，然后在填料b27处等湿冷却到状态L_X，状态为N_X的室内回风在显热末端39处被等湿冷却到状态M_X，最后状态L_X的空气与状态M_X的空气按一定比例混合到送风状态点O_X沿热湿比线达到室内设计状态N_X。

1)天气允许而不需要辅助电源和冷源时，阀门c15和阀门d16开启，阀门a13、阀门b14、阀门e37和阀门f38关闭。太阳能光电板a9转换的电能驱动排风机1和水泵17，太阳能光电板b20转换的电能驱动喷淋水泵a31、喷淋水泵b33和送风机24。

a、水流程：太阳能光电/光热干空气能冷热水机组首先制取高温冷水，然后高温冷水通过管道输送到显热末端39，房间内部分显热负荷后通过管道输送到太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组的空气冷却器b29对新风进行二级预冷，然后通过管道输送到空气冷却器a6预冷冷热水机组的进风，最后通过管道输送到布水器a3喷淋，在填料a4与预冷后的室外空气进行热湿交换，冷却后回到水箱a5，如此循环。

其中，太阳能光电/光热干空气能冷热水机组制取高温冷水的过程是：室外空气先从进风口a8进入通过过滤器a7过滤，然后在空气冷却器a6处进行等湿冷却，然后在填料a4处与喷淋水进行热湿交换，使喷淋水降温冷却，得到高温冷水。

b、空气流程：

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组，室外空气首先经过进风口b18在过滤器b19进行粗效过滤，再经过管式间接蒸发冷却器36进行一级预冷，然后在空气冷却器b29处被二级预冷后在填料b27与喷淋水进行热湿交换等湿冷却到状态L_X，其中喷淋水是通过水箱b28通过喷淋水泵b33进入布水器b32喷洒。在送风机24作用下依次经过挡水板b26、送风机24、送风口25通过风管由新风送风口41送入室内，吸收室内负荷后由室内排风口42排出室外。

太阳能光电/光热干空气能冷热水机组，室外空气首先经过进风口a8在过滤器a7处进行粗效过滤，再经过空气冷却器a6进行二级预冷，然后在填料a4处进行热湿交换冷却喷淋水，在排风机1作用下依次经过挡水板a2、排风机1和排风口12排出室外。

2)天气不允许而需要辅助电源或冷源时，阀门c15、阀门d16、阀门e37和阀门f38开启，阀门a13和阀门b14关闭。

干燥地区的夏季出现阴天或下雨时，此时太阳能制取的电量不能满足空调系统消耗时，此时启用电源控制器a10和电源控制器b21的辅助电源，维持空调系统的正常运行。

此种情况的水流程和空气流程与上述1)部分的情况基本相同，不同处在于辅助冷热源23开启为水系统补充水温恒定的冷源，维持室内参数保持在设计范围内。

2、冬季运行过程

图3展示了本发明节能空调系统冬季运行焓湿图：

状态为W_d的室外空气在空气冷却器b29被加热到状态W_d′，状态为N_d的室内回风在显热末端39处被加热到状态M_d，最后状态L_X的空气与状态M_d的空气按一定比例混合到送风状态点O_d沿热湿比线达到室内设计状态N_d。

1)天气允许而不需要辅助电源和热源时，阀门a13和阀门b14开启，阀门c15、阀门d16、阀门e37和阀门f38关闭。太阳能光电板a9转换的电能驱动水泵17，太阳能光电板b20转换的电能驱动送风机24。

a、水流程：太阳能光电/光热干空气能冷热水机组制取的热水在水泵17的作用下通过管道输送到显热末端39，吸收室内冷负荷后通过管道输送到太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组的空气冷却器b29对新风进行加热，然后通过管道输送到太阳能热水器11，如此循环。

b、空气流程：

太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组，喷淋水泵a31和喷淋水泵b33不开启，室外空气首先经过进风口b18在过滤器b19进行粗效过滤，再经过管式间接蒸发冷却器36在空气冷却器b29处被加热，在送风机24作用下依次经过填料b27、挡水板b26、送风机24、送风口25通过风管由新风送风口41送入室内，吸收室内负荷后由室内排风口42排出室外。

2)天气不允许而需要辅助电源或热源时，阀门a13、阀门b14、阀门e37和阀门f38开启，阀门c15和阀门d16关闭。

干燥地区的冬季阳光不充足时，此时太阳能制取的电量不能满足空调系统消耗时，启用电源控制器a10和电源控制器b21的辅助电源，维持空调系统的正常运行。

此种情况的水流程和空气流程与冬季运行过程中1)部分的情况基本相同，不同处在于辅助冷热源23开启为水系统补充水温恒定的热水，维持室内参数保持在设计范围内。

Claims

1.适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，其特征在于，由太阳能光电/光热干空气能冷热水机组、太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组、显热末端（39）以及之间连接的管路复合而成；

所述太阳能光电/光热干空气能冷热水机组包括太阳能光电板a（9）、电源控制器a（10）和太阳能热水器（11），沿机组进风方向设置进风口a（8）、过滤器a（7）、空气冷却器a（6）、水箱a（5）、填料a（4）、布水器a（3）、挡水板a（2）、排风机（1）及排风口（12），所述太阳能光电板a（9）与电源控制器a（10）连接，电源控制器a（10）与排风机（1）连接；

所述太阳能光电干空气能蒸发冷却新风机组包括太阳能光电板b（20）、电源控制器b（21）和辅助冷热源（23），沿机组进风方向设置进风口b（18）、过滤器b（19）、管式间接蒸发冷却段、空气冷却器b（29）、直接蒸发冷却段、挡水板（26）、送风机（24）及送风口（25），所述太阳能光电板b（20）与电源控制器b（21）连接，电源控制器b（21）与送风；

所述太阳能光电/光热干空气能冷热水机组的水箱a（5）通过管道依次连接有显热末端（39）、空气冷却器b（29）、空气冷却器a（6）和布水器a（3），所述显热末端（39）设置在房间内，水箱a（5）与显热末端（39）之间管道上依次设置阀门d（16）和水泵（17），所述空气冷却器b（29）与空气冷却器a（6）之间管道上设置阀门c（15）；所述电源控制器a（10）与水泵（17）连接；所述太阳能热水器（11）的供水管道连接于阀门d（16）与水泵（17）之间的管道，所述太阳能热水器（11）的回水管道连接于阀门c（15）与空气冷却器b（29）之间管道，所述太阳能热水器（11）的供水管道上设置有阀门b（14），所述太阳能热水器（11）的回水管道上设置有阀门a（13）；辅助冷热源（23）通过管道回路分别与显热末端（39）、空气冷却器b（29）相连接，所述辅助冷热源（23）的进水口设置有阀门e（37），所述辅助冷热源（23）的出水口设置有阀门f（38）。

2.根据权利要求1所述的适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，其特征在于，所述管式间接蒸发冷却段包括自上而下设置的挡水板c（34）、布水器c（35）、管式间接蒸发冷却器（36）、水箱c（30）及喷淋水泵a（31），所述布水器c（35）、水箱c（30）和喷淋水泵a（31）通过管道相连接，所述挡水板c（34）对应的机组架体上还依次设置有二次风机（40）与二次排风口（22），所述电源控制器b（21）与喷淋水泵a（31）连接；

所述直接蒸发冷却段包括自上而下设置的布水器b（32）、填料b（27）、水箱b（28）和喷淋水泵b（33），布水器b（32）、水箱b（28）和喷淋水泵b（33）通过管道相连接，所述电源控制器b（21）与喷淋水泵b（33）连接。

3.按照权利要求1所述的适用于干燥地区的太阳能/干空气能空气水空调系统，其特征在于，所述的显热末端（39）为毛细管、干式风机盘管、辐射吊顶或冷梁。