CN103983042A - 一种太阳能室内冷热一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳光热能和空气源热能利用技术，具体涉及一种太阳能室内冷热一体化系统，目的在于有机结合太阳能溴化锂吸收式制冷机组、空气源热泵以及太阳能集热器的优点，满足建筑物制冷、制热需求，所采用的技术方案为：包括太阳能热管集热器，太阳能热管集热器入口连接第一热水泵，出口连接至空调用热水储罐的入口，第一热水泵与水源连接，太阳能热管集热器两端并接有空气源热泵，空调用热水储罐出口的热水通过管路导入溴化锂吸收式制冷机组中进行热交换，本发明利用太阳能做为驱动热源，通过太阳能热管集热器将太阳能转换成热能，产生热水驱动整个系统工作。

Description

一种太阳能室内冷热一体化系统
技术领域
本发明涉及一种太阳光热能和空气源热能利用技术，具体涉及一种太阳能室内冷热一体化系统。
背景技术
随着人们生活质量的提高，空调的使用越来越广泛，然而空调所带来的一些弊端也日渐突出。首先，目前世界上运行的空调设备绝大多数是采用压缩蒸汽制冷循环，此类空调主要以氟利昂为制冷剂，然而氟利昂却会对大气臭氧层造成极大的破坏；其次，传统空调占用了大量的电能，导致了大量电能的消耗。
太阳能作为一种无污染，能量巨大而且在某种程度上属于不会枯竭的能源，其能够为人来带来非比寻常的价值。目前对太阳能的开发利用上，主要有两种，一是直接利用太阳能的热效应，将水等物质加热，像现在比较普遍的太阳能热水器等；还有就是将太阳能转化为电能，通过一定的条件，将电能储蓄起来然后进行别的用途，在这方面有光伏发电从而制热等。
太阳能光热作为热源加热工质水，水资源来源丰富，有较好的传热性能，且可循环使用，作为热源工质，其利用价值高。溴化锂比热容小，沸点低，作为空调系统中的冷源。
太阳能集热技术是利用太阳能集热装置将太阳能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能而加以利用。太阳能集热技术发展已较为成熟，应用广泛，集热装置多种多样。
吸收式制冷循环技术是一种利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一种条件下又能吸收低沸点组分，完成制冷循环。溴化锂吸收式制冷技术利用溴化锂—水工质对的热量传递，实现制冷效果。此技术能耗低，有较好的经济性、安全性、环保性，且工作过程稳定，有很高的实用价值。
空气源热泵技术是利用清洁的空气热源，通过将吸收的空气热量释放到水中，循环将水加热，同时，失去大量能量的低温空气还可以作为冷剂制冷。空气源热泵的工作温度是-10℃～40℃，能全天候供热，还具有高效节能、绿色环保、安全节约以及四季制热的优点，在阴雨天或寒冷冬季，其优势更加凸显，是一种有效的能源利用方式。
目前，只有单效的溴化锂吸收式制冷机组或者空气热源泵，没有综合太阳能溴化锂吸收式制冷机组和空气源热泵的优点，利用太阳能的室内冷热一体化的系统。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种有机结合太阳能溴化锂吸收式制冷机组、空气源热泵以及太阳能集热器的优点，满足建筑物制冷、制热需求的太阳能室内冷热一体化系统。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括太阳能热管集热器，太阳能热管集热器入口连接第一热水泵，出口连接至空调用热水储罐的入口，第一热水泵与水源连接，所述的空调用热水储罐出口的热水通过管路导入溴化锂吸收式制冷机组中进行热交换；
所述的溴化锂吸收式制冷机组包括：与空调用热水储罐热水进行热交换的发生器，发生器的蒸汽出口连接至冷凝器的入口，冷凝器的出口连接至蒸发器的入口，蒸发器的冷剂蒸气出口连接至吸收器的冷剂蒸气入口；所述的发生器的浓溶液出口连接溶液热交换器的浓溶液入口，溶液热交换器的浓溶液出口管路经过吸收冷却器后连接至吸收器的浓溶液入口，吸收器的稀溶液出口连接至液热交换器的稀溶液入口，液热交换器的稀溶液出口连接至发生器的稀溶液入口；
所述的蒸发器设置有冷媒水管路，并通入室内空调末端设备；所述的吸收器设置有制热管路，通入室内空调末端设备；
所述的太阳能热管集热器两端并接有空气源热泵。
所述的空调用热水储罐与发生器之间的热交换管道上设置有辅助电加热器。
所述的太阳能热管集热器的出口还连接有生活用热水储罐。
所述的冷凝器的冷却水接入空调用热水储罐和生活用热水储罐。
所述的冷凝器与发生器之间设置有热交换管路，并通过第二热水泵接入空调用热水储罐和生活用热水储罐。
所述的蒸发器的冷媒水管路上设置有储藏冷量的蓄冷装置。
所述的蒸发器的溶液出口通过带有蒸发器泵的管路接入蒸发器的入口。
所述的蒸发器的冷剂蒸气出口设置有挡水板。
所述的吸收器的输出端设有溴化锂溶液储箱和冷却水储箱。
所述的冷凝器的出口和蒸发器的入口之间的管路上设有节流阀。
与现有技术相比，本发明利用太阳能做为驱动热源，通过太阳能热管集热器将太阳能转换成热能，产生热水驱动整个系统工作，驱动溴化锂吸收式制冷机组工作，热水通过加热改变溴化锂溶液浓度，利用溶液浓度差来制冷产生冷量；制热的时候，溴化锂吸收式制冷机组关闭仅作为一个传热通道，将太阳能热管集热器产生的热量传递到室内空调，提供热量；在光照充足时利用集热器制热效果以供热，光照不足时，空气热源泵以空气为热源，其热量通过热交换转移至流通于空气热源泵中的水，为室内供给热量，这样的设计使制冷和制热的有效相互补充形成了整个系统的一体化，整机运动部件少，工作安全可靠，有着良好的节能和环保作用。
更进一步，本发明通过设置的辅助电加热器，在阳光不足时，热水储罐热水经辅助电加热器加热，导入单效溴化锂吸收式制冷机发生器，组成封闭系统，保证了系统有足够的热源，保障了系统的稳定性。
更进一步，本发明设置有生活用热水储罐，并通入室内提供生活热水。
更进一步，本发明的冷凝器的冷却水接入热水储罐，提高了能源的利用效率。
更进一步，本发明在冷凝器与发生器之间设置有热交换管路，并通往热水储罐，这样的设计充分利用了热源，避免了对热量的浪费，节能高效。
更进一步，本发明通过设置的蓄冷装置，在冷量足够的时候将多余的冷量储存，在冷量低时通过蓄冷装置调取冷量，保证给室内提供足够的冷量，提高了系统的稳定性。
更进一步，本发明通过挡水板使蒸发器中冷凝水蒸发为冷剂蒸气经挡水板进入吸收器，被吸收器中的溴化锂浓溶液吸收。
更进一步，冷凝器中的冷剂水蒸气冷凝成高压低温液态冷剂水，经节流阀节流变为低压液态冷凝水进入蒸发器，蒸发器中流动的冷媒水与冷凝水进一步产生热量交换。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明溴化锂吸收式制冷机组的结构示意图；
图3是本发明系统的装配图主视图；
图4是本发明系统的装配图侧视图；
其中，1是第一热水泵、2是太阳能热管集热器、3是空调用热水储罐、4是生活用热水储罐、5是冷凝器、6是空气源热泵、7是蓄冷装置、8是蒸发器、9是吸收器、10是冷却水储箱、11是冷媒水储箱、12是发生器泵、13是溶液热交换器、14是溴化锂稀溶液储罐、15是吸收器泵、16是第二热水泵、17是发生器、18是辅助电加热器、19是吸收冷却器、20是蒸发器泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，本发明包括：太阳能热管集热器2，太阳能热管集热器2入口连接第一热水泵1，出口连接至空调用热水储罐3和生活用热水储罐4的入口，第一热水泵1与水源连接，太阳能热管集热器2两端并接有空气源热泵6，空调用热水储罐3出口的热水通过管路导入溴化锂吸收式制冷机组中进行热交换；
溴化锂吸收式制冷机组包括：与空调用热水储罐3热水进行热交换的发生器17，空调用热水储罐3与发生器17之间的热交换管道上设置有辅助电加热器18，发生器17的蒸汽出口连接至冷凝器5的入口，冷凝器5的出口通过带节流阀V5的管路连接至蒸发器8的入口，冷凝器5的冷却水出口接入空调用热水储罐3和生活用热水储罐4，蒸发器8的冷剂蒸气出口设置有挡水板，并连接至吸收器9的冷剂蒸气入口，蒸发器8设置有带储藏冷量的蓄冷装置7的冷媒水管路，并通入室内空调末端设备，吸收器9设置有制热管路，通入室内空调末端设备；发生器17的浓溶液出口连接溶液热交换器13的浓溶液入口，溶液热交换器13的浓溶液出口管路经过吸收冷却器19后连接至吸收器9的浓溶液入口，吸收器9的稀溶液出口连接至液热交换器13的稀溶液入口，吸收器9的输出端还设有溴化锂溶液储箱14和冷却水储箱10，液热交换器13的稀溶液出口连接至发生器17的稀溶液入口；冷凝器5与发生器17之间设置有热交换管路，并通过第二热水泵16接入空调用热水储罐3和生活用热水储罐4，发生器17上还设置有安全阀。
热水储罐与用户的连接管道上还设有电动调节阀、膨胀阀，冷凝器5和蒸发器8之间管路上设置有压缩机。
在蒸发器8输出端连接有蒸发器泵20，经管道与蒸发器8输入端相连，形成溶液循环，冷媒水储箱11经管道与蒸发器8连接，制备空调用冷媒水。
参见图1，图中V1～V4、V7～V13是电动调节阀，V5是节流阀，V6是膨胀阀，本发明正常工作时，使节流阀V5、膨胀阀V6处于打开状态。夏季制冷时：关闭电动调节阀V4、V7，其他阀门打开，热源不足时，打开电动调节阀V4，关闭V3；冬季制热时：打开电动调节阀V1、V3、V7，其他阀门关闭，热源不足时，打开电动调节阀V4，关闭V3。
参见图3和图4，本发明的装配方式为：第一热水泵一端与水源连接，另一端经管道连接入太阳能热管集热器2；太阳能热管集热器2的另一端与空调用热水储罐3的入口相连；溶液热交换器13的一端的入口通过吸收器泵15的输出端与吸收器9输出端相连，出口连接入吸收冷却器19；另一端出、入口分别通过发生器泵12和管道与单效溴化锂吸收式制冷机发生器17输入、输出端连接；单效溴化锂吸收式制冷机发生器17的一输入端与空调用热水储罐3的输出端连接，输出端与冷凝器5的输入端、第二热水泵16的输入端连接；第二热水泵16的输出端通过管道连接入空调用热水储罐3和生活用热水储罐4；冷凝器5的输出端与蒸发器8的输入端连接；吸收器9的输入端与吸收冷却器19的输出端和蒸发器8的输出端连接；蒸发器8的输出端与蓄冷装置7的输入端连接，同时经管道连接入室内。
空调用热水储罐3与单效溴化锂吸收式制冷机发生器17之间还设置有辅助电加热器18，组成封闭系统。
系统冷凝器5的输出端和蒸发器8的输入端之间设有节流阀(V5)6，热水储罐与用户的连接管道上还设有电动调节阀、膨胀阀。
在吸收器9的输出端设有溴化锂溶液储箱14和冷却水储箱10。
在蒸发器8输出端连接有蒸发器泵20，经管道与蒸发器8输入端相连，形成溶液循环，冷媒水储箱11经管道与蒸发器8连接，制备空调用冷媒水。
太阳能室内冷热一体化系统，空气热源泵单独构成一制热单元，接入时按太阳能集热器接入方式接入。
太阳能室内冷热一体化系统主要包含单效溴化锂吸收式制冷机组制冷以及太阳能集热器制热、空气热源泵制热。其工作方式主要有单效溴化锂吸收式制冷机组制冷、太阳能集热器单独工作制热、辅助电加热器辅助太阳能集热器工作制热、空气热源泵与太阳能集热器联合制热等四种工作方式。
1、单效溴化锂吸收式制冷机组制冷工作方式：
单效溴化锂吸收式制冷机组制冷工作状态时，电动调节阀V4、V7闭合，其他电动调节阀打开，节流阀V5、膨胀阀V6处于打开状态，热源不足时，打开电动调节阀V4，关闭V3。
经太阳能集热器2加热的热水，与经溶液热交换器13换热后通过发生器泵12流入发生器的溴化锂稀溶液分别进入单效溴化锂吸收式制冷机发生器17，经热量的交换后产生溴化锂浓溶液和冷剂水蒸汽，溴化锂浓溶液经管道、溶液热交换器、吸收预冷器后回流入吸收器，冷剂水蒸汽通过电动调节阀V11进入冷凝器5，冷凝器内流动有冷却水，将冷剂水蒸气冷凝成高压低温液态冷剂水后，经节流阀6节流变为低压液态冷凝水进入蒸发器8，蒸发器8中流动的冷媒水与冷凝水进一步产生热量交换，冷媒水温度降低，由管道一部分进入室内供空调末端设备使用，一部分储存于蓄冷装置7，冷量低时通过蓄冷装置调取冷量。蒸发器中冷凝水蒸发为冷剂蒸气经挡水板进入吸收器9，被吸收器9中的溴化锂浓溶液吸收，溴化锂稀溶液通过吸收器泵15和发生器泵12返回发生器17，完成整个制冷循环。
调节节流阀6，使在吸收器9中吸收循环的浓溶液与冷剂水的流量可以制备出满足建筑物空调负荷所需的冷量，将多余的浓溶液和冷剂水储存在储箱中；当空调冷量不足时，通过吸收器泵15将储箱中的部分溴化锂浓溶液泵出以补充吸收过程中浓溶液的不足，同时多余的稀溶液储存在另一储箱中。
当夜晚阳光不足的情况下，建筑物所需的冷量，完全由储箱中储存的溴化锂浓溶液释放其溶液潜能来实现溶液蓄能制冷，由太阳能集热器2出来的多余热水进入热水储罐，同时满足洗浴等生活用水。当太阳能集热器出水温度无法启动吸收式制冷机时，打开电动调节阀V4，关闭电动调节阀V3，启动辅助电加热器18，二者联合提供热量满足吸收制冷循环。
2、太阳能集热器单独工作制热工作方式：
太阳能集热器单独工作制热工作状态时，打开电动调节阀V1、V3，其他阀门处于关闭状态。
此工作方式处于太阳能集热器2单独供热状态。第一热水泵1泵出的水经太阳能热管集热器2充分加热后，排至空调用热水储罐3，储罐中热水通过阀门直接管道导入房间供热。系统控制器根据太阳能集热器2和热水储罐3之间的温差控制第一热水泵1的工作，经调节第一热水泵1水流量，太阳能热管集热器2加热热水至合适温度为房间提供热量。也可以通过光电控制和温度控制，启动第一热水泵1，泵出的水经太阳能集热器2加热，导入热水储罐，当热水储罐3水温达到设定温度，循环泵停止。
制备生活热水时，电动调节阀V7打开，其他阀门全关闭。
3、辅助电加热器辅助太阳能集热器工作制热工作方式：
辅助电加热器辅助太阳能集热器工作制热工作状态时，打开电动调节阀V1、V4，其他阀门处于关闭状态。
此工作方式处于太阳能集热器2和辅助电加热器18同时工作时状态。第一热水泵1泵出的水经太阳能热管集热器2充分加热后，排至空调用热水储罐3，储罐中热水通过阀门V4进入辅助电加热器18，辅助电加热器18对热水进行二次加热，然后经管道阀门导入房间供热。
制备生活热水时，电动调节阀V7打开，其他阀门全关闭。
4、空气源热泵间歇辅助太阳能集热器制热工作方式：
空气源热泵间歇辅助太阳能集热器制热工作状态时，打开电动调节阀V1、V3，其他阀门处于关闭状态。
此工作方式处于太阳能热管集热器2正常工作，空气热源泵按需工作状态。第一热水泵1泵出的水经太阳能热管集热器2加热，至热水储罐3，储罐中热水通过阀门管道导入房间供热。热量不足时，启动空气源热泵，其与太阳能集热器2同时对热水加热至足够温度后通入室内，进行制热。
制备生活热水时，电动调节阀V7打开，其他阀门全关闭。
本发明利用太阳能做为驱动热源，通过太阳能热管集热器将太阳能转换成热能，产生热水驱动整个系统工作，驱动溴化锂吸收式制冷机组工作，热水通过加热改变溴化锂溶液浓度，利用溶液浓度差来制冷产生冷量；制热的时候，溴化锂吸收式制冷机组关闭仅作为一个传热通道，将太阳能热管集热器产生的热量传递到室内空调，提供热量；在光照充足时利用集热器制热效果以供热，光照不足时，空气热源泵以空气为热源，其热量通过热交换转移至流通于空气热源泵中的水，为室内供给热量，这样的设计使制冷和制热的有效相互补充形成了整个系统的一体化，整机运动部件少，工作安全可靠，有着良好的节能和环保作用。
更进一步，本发明通过设置的辅助电加热器，在阳光不足时，热水储罐热水经辅助电加热器加热，导入单效溴化锂吸收式制冷机发生器，组成封闭系统，保证了系统有足够的热源，保障了系统的稳定性。
更进一步，本发明设置有生活用热水储罐，并通入室内提供生活热水。
更进一步，本发明的冷凝器的冷却水接入热水储罐，提高了能源的利用效率。
更进一步，本发明在冷凝器与发生器之间设置有热交换管路，并通往热水储罐，这样的设计充分利用了热源，避免了对热量的浪费，节能高效。
更进一步，本发明通过设置的蓄冷装置，在冷量足够的时候将多余的冷量储存，在冷量低时通过蓄冷装置调取冷量，保证给室内提供足够的冷量，提高了系统的稳定性。
更进一步，本发明通过挡水板使蒸发器中冷凝水蒸发为冷剂蒸气经挡水板进入吸收器，被吸收器中的溴化锂浓溶液吸收。
更进一步，冷凝器中的冷剂水蒸气冷凝成高压低温液态冷剂水，经节流阀节流变为低压液态冷凝水进入蒸发器，蒸发器中流动的冷媒水与冷凝水进一步产生热量交换。
本发明解决了小户型住房电力能源的浪费的问题，提供一种经济可行的户式太阳能空调系统的方案，有机结合太阳能溴化锂吸收式制冷机组和太阳能热泵制热，可在满足建筑物制冷、制热需求的同时，并提供生活热水。

Claims (10)

1.一种太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：包括太阳能热管集热器(2)，太阳能热管集热器(2)入口连接第一热水泵(1)，出口连接至空调用热水储罐(3)的入口，第一热水泵(1)与水源连接，所述的空调用热水储罐(3)出口的热水通过管路导入溴化锂吸收式制冷机组中进行热交换；
所述的溴化锂吸收式制冷机组包括：与空调用热水储罐(3)热水进行热交换的发生器(17)，发生器(17)的蒸汽出口连接至冷凝器(5)的入口，冷凝器(5)的出口连接至蒸发器(8)的入口，蒸发器(8)的冷剂蒸气出口连接至吸收器(9)的冷剂蒸气入口；所述的发生器(17)的浓溶液出口连接溶液热交换器(13)的浓溶液入口，溶液热交换器(13)的浓溶液出口管路经过吸收冷却器(19)后连接至吸收器(9)的浓溶液入口，吸收器(9)的稀溶液出口连接至液热交换器(13)的稀溶液入口，液热交换器(13)的稀溶液出口连接至发生器(17)的稀溶液入口；
所述的蒸发器(8)设置有冷媒水管路，并通入室内空调末端设备；所述的吸收器(9)设置有制热管路，通入室内空调末端设备；
所述的太阳能热管集热器(2)两端并接有空气源热泵(6)。
2.根据权利要求1所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的空调用热水储罐(3)与发生器(17)之间的热交换管道上设置有辅助电加热器(18)。
3.根据权利要求1所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的太阳能热管集热器(2)的出口还连接有生活用热水储罐(4)。
4.根据权利要求3所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的冷凝器(5)的冷却水接入空调用热水储罐(3)和生活用热水储罐(4)。
5.根据权利要求4所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的冷凝器(5)与发生器(17)之间设置有热交换管路，并通过第二热水泵(16)接入空调用热水储罐(3)和生活用热水储罐(4)。
6.根据权利要求1所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的蒸发器(8)的冷媒水管路上设置有储藏冷量的蓄冷装置(7)。
7.根据权利要求6所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的蒸发器(8)的溶液出口通过带有蒸发器泵(20)的管路接入蒸发器(8)的入口。
8.根据权利要求7所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的蒸发器(8)的冷剂蒸气出口设置有挡水板。
9.根据权利要求1所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的吸收器(9)的输出端设有溴化锂溶液储箱(14)和冷却水储箱(10)。
10.根据权利要求1所述的太阳能室内冷热一体化系统，其特征在于：所述的冷凝器(5)的出口和蒸发器(8)的入口之间的管路上设有节流阀。
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