CN104515219A - 一种多源复合空调系统 - Google Patents

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陈廷敏
王学峰
赵宝山
邱斌
张孝德
冯光
马学武
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Abstract

本发明涉及一种复合空调系统，特别是一种利用了多种冷热源的复合空调系统。所述多源复合空调系统主要由以下部件构成：一个压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、蓄水箱、辅助加热器、地埋管系统、太阳能电池、配电系统。本发明的复合系统将太阳能直接转换为电能，克服了太阳能集热器的能量转换易受天气制约的缺点，也减少了外源电力的使用，节约了能源；同时减少了换热器、压缩机等部件的使用，整套系统便于组装、维护，且成本降低。

Description

一种多源复合空调系统
技术领域
本发明涉及一种复合空调系统，特别是一种利用了多种冷热源的复合空调系统。
背景技术
出于解决环境污染和能源短缺两大问题，空调系统领域开始越来越多地使用多种冷热源构成复合系统，从而减少对于电力这一种能源的消耗。太阳能、地能和空气能是被广泛使用的能源，现有技术中也有一些使用这三种能源构筑的复合空调系统，例如中国专利申请200820069365.X、201010545227.6等所公开的复合系统。但是，现有技术中对于太阳能的利用是将光能直接转化为热能，并根据环境情况在光致热能、地能和空气能之间转换。这种方式存在两大局限性：一是光-热转换受天气十分强烈地依赖于天气状况，且不论阴雨天气，即使是多云等日光不足的天气也会显著降低光致热能的产生，导致复合系统失去一种热源；二是三种能源之间的转换需要复杂的设备，或者是换热器采用三介质换热器，或者是两个以上的压缩机和三个以上的换热器构成系统，导致设备安装复杂、成本上升。
另外，现有技术中公开的前述多源复合空调系统在电力能源方面只能依靠外源输入。这种方式尽管较为适用于大规模集体住宅（例如城市中的居民楼）使用，但对于地处偏远的别墅或独立建筑等建筑则不是很适用。例如我国南部沿海地区、美国西部地区等，别墅所处地区距离市区偏远，电力输运不便、且输电功率有限，难以支撑完全依靠外源电力供电的空调系统的正常运转。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种多源复合空调系统，所述多源复合空调系统主要由以下部件构成：一个压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、蓄水箱、辅助加热器、地埋管系统、太阳能电池、配电系统；
所述太阳能电池用于将光能转换为电能；
所述配电系统的输入源包括电网供电和太阳能电池供电，并具有蓄电功能；配电系统的输出包括向压缩机和辅助加热器供电；
所述辅助加热器位于蓄水箱内；
所述第一换热器为液-液换热器，用于压缩机导热介质和蓄水箱储水的热量交换；
所述第二换热器为空气散热器，用于压缩机导热介质和空气的热量交换；
所述第三换热器为液-液换热器，用于压缩机导热介质和地热系统导热介质的热量交换；
所述压缩机的导热介质依次流经第一换热器和第三换热器的管程，第一换热器的管程和第三换热器的管程之间以导管相连接、并设置有第一三通和第二三通，压缩机的导热介质在流出第一换热器的管程后，经由第一三通进入第二换热器的管程、并经由第二三通返回导管并流入第三换热器的管程；
所述蓄水箱具有进水管路和出水管路，所述出水管路用于为用户提供热水。
所述太阳能电池可以使用单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或薄膜太阳能电池。
所述地埋管系统可以使用竖直U型埋管、水平埋管、桩埋管或连续螺旋埋管，其导热介质可以为水。
本发明的有益效果为：
1.利用了太阳能电池在弱光条件下依然具有较高光电转换效率的特点，将太阳能直接转换为电能，输入配电系统中统一分配、并用于压缩机供电，不仅可以避免日光照射不足的气象条件下复合系统缺少一项能源而导致的空调系统运转异常，亦可以减少外源电力的使用、起到节约能源的效果。
2.整套空调系统所用部件均为易于采购、维修的成熟产品，对部件的结构、型号等无特殊需求，便于空调系统的组装和维护。
3.减少了换热器、压缩机等部件的使用，进一步压缩了整套空调系统的成本。
附图说明
图1为本发明的多源复合空调系统结构示意图。
各部件为：1、压缩机；2-1、第一换热器；2-2、第二换热器；2-3、第三换热器；3、蓄水箱；4、辅助加热器；5、地埋管系统；6、太阳能电池；7、配电系统。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步解释、说明本发明的多源复合空调系统的工作原理。
参见图1：
太阳能电池6用于将太阳能转换为电能，并输入配电系统7。配电系统7的电力输入源除了太阳能电池6以外，还包括电网供电的电能；配电系统7具有蓄电功能，可通过蓄电池实现，主要用于储存太阳能电池6所产生的额外电力，从而仅在太阳能电池6所产生的电力不足时才使用电网供电。配电系统7可将电力分配至压缩机1，并在必要时分配至辅助加热器4。电力输送线路在图1中以虚线表示。
压缩机1的导热介质依次流过第一换热器2-1和第三换热器2-3的管程。第一、二换热器的管程之间以导管连接，导管上具有第一三通8-1和第二三通8-2。导热介质可以经由第一三通8-1流入第二换热器2-2的管程、并通过第二三通8-2返回导管。
蓄水池3中的水流经第一换热器2-1的壳程，用于压缩机和水的热交换；地埋管系统5的导热介质（一般为水）流经第三换热器2-3的壳程，用于压缩机和地热源之间的热交换。第二换热器2-2为风冷散热器，用于将压缩机产生的多余热量疏散至空气中。
蓄水池3具有水的输入、输出管路，可为建筑物内提供热水。蓄水池3中还设置有辅助加热器4，在冬季、阴雨天气等气象条件下，蓄水池3的水温仅通过换热器的热交换依然无法达到要求时，可利用辅助加热器4对水进行加热。
电力、热量的控制方式均可通过本领域业已成熟的手段实现，此处不再赘述。
本发明的复合空调系统的运行方式为：
太阳能电池6原则上一年四季均可提供电能，这些电能通过配电系统7进行分配。
夏季时，电力驱动压缩机1工作，压缩机1产生的热量首先通过第一换热器2-1对蓄水池3的水进行加热，随后剩余的热量通过第三换热器2-3存储于地埋管系统5中。蓄水池3和地埋管5的导热介质管路上可以分别设置阀门，以便控制现热量在两个部件之间的分配。
当热量仅在压缩机1、蓄水池3和地埋管系统5之间分配时，第一三通8-1和第二三通8-2阻止了导热介质流经第二换热器2-2。但是，一般夏季时节压缩机1带来的热量大于蓄水池3和地埋管系统5的承受能力，则调节三通8-1和8-2使导热介质流经第二换热器2-2，将多余的热量扩散至空气内。
冬季时，主要的热源是地埋管系统5所存储的热量。由于目前市面上销售的空调室内机组已普遍具有电加热系统，压缩机仅需将空气吹过电加热网再吹入室内即可供热。此时，反转压缩机1的导热介质的流动方向，使地埋管系统5首先通过第三换热器2-3和第一换热器2-1对蓄水池3的水进行加热，以保证室内热水的供给；剩余的热量可输入压缩机1以减小电力消耗。此时，第一三通8-1和第二三通8-2用于阻止导热介质流经第二换热器2-2。
当然，也可以维持压缩机1的导热介质流动方维持夏季时的方向不变，将地埋管系统5的热量优先用于为室内提供热量。

Claims (3)

1.一种多源复合空调系统，其特征在于，所述多源复合空调系统主要由以下部件构成：一个压缩机（1）、第一换热器（2-1）、第二换热器（2-2）、第三换热器（2-3）、蓄水箱（3）、辅助加热器（4）、地埋管系统（5）、太阳能电池（6）、配电系统（7）；
所述太阳能电池（6）用于将光能转换为电能；
所述配电系统（7）的输入源包括电网供电和太阳能电池（6）供电，并具有蓄电功能；配电系统（7）的输出包括向压缩机（1）和辅助加热器（4）供电；
所述辅助加热器（4）位于蓄水箱（3）内；
所述第一换热器（2-1）为液-液换热器，用于压缩机（1）导热介质和蓄水箱（3）储水的热量交换；
所述第二换热器（2-2）为空气散热器，用于压缩机（1）导热介质和空气的热量交换；
所述第三换热器（2-3）为液-液换热器，用于压缩机（1）导热介质和地热系统（5）导热介质的热量交换；
所述压缩机（1）的导热介质依次流经第一换热器（2-1）和第三换热器（2-3）的管程，第一换热器（2-1）的管程和第三换热器（2-3）的管程之间以导管相连接、并设置有第一三通（8-1）和第二三通（8-2），压缩机（1）的导热介质在流出第一换热器（2-1）的管程后，经由第一三通（8-1）进入第二换热器（2-2）的管程、并经由第二三通（8-2）返回导管并流入第三换热器（2-3）的管程；
所述蓄水箱（3）具有进水管路和出水管路，所述出水管路用于为用户提供热水。
2.根据权利要求1所述的多源复合空调系统，其特征在于，所述太阳能电池板（6）为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或薄膜太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的多源复合空调系统，其特征在于，所述地埋管系统（5）包括竖直U型埋管、水平埋管、桩埋管或连续螺旋埋管。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201163124Y (zh) * 2008-02-18 2008-12-10 中原工学院 空气—太阳能—地能三热源复合热泵装置
CN201340033Y (zh) * 2008-12-30 2009-11-04 上海理工大学 太阳能辅助发电地源热泵空调装置
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合系统

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