CN105650790A - 一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统 - Google Patents

一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统。本发明的基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙包括依次设置在建筑墙体表面的保温层、导热辐射层、水泥砂浆层和墙表腻层，所述导热辐射层与水泥砂浆层之间埋设有水媒盘管；家用空调系统包括新风进风系统、太阳能集热器、热水箱、冷冻水泵、热交换器、地埋管以及所述的辐射冷热墙。优点：结构简单，辐射冷热墙供热供冷具有节能、舒适性强、易于实现“分户计量、分室调节”、转移峰值耗电等优点；整个系统设计合理，使用方便，能耗较低，有效的节省了使用成本。

Description

一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统。
背景技术
目前市场上的冷暖空调、太阳能集热器、地源热泵三种装置的运用大多都是独立的，尤其是在住宅中。住宅中冷暖空调室内热交换器的形式大多是风机盘管、地板盘管辐射、顶板盘管辐射以及散热器，风机盘管的冷凝水盘上容易滋生细菌，对室内空气会产生污染；地板盘管辐射和顶板盘管辐射，前者只能进行辐射供暖，后者只能进行辐射制冷，即制冷与供暖不能同时进行；散热器与前面两者相似，只能供暖，而且只能靠墙安装，占用室内空间，制冷或换热效果也不好；在住宅中的冷暖空调大多没有设置新风系统，即是设置了的很多只是对空气进行简单过滤，不能有效的去除PM2.5，且其能耗较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙及家用空调系统，有效的解决了现有技术的家用空调系统安装不便，占用体积较大，且制冷或供暖效果不佳，且是被空气无法得到净化，耗能较高的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙，包括依次设置在建筑墙体表面的保温层、导热辐射层、水泥砂浆层和墙表腻层，上述导热辐射层与水泥砂浆层之间埋设有水媒盘管。
本发明的有益效果是：结构简单，辐射冷热墙供热供冷具有节能、舒适性强、易于实现“分户计量、分室调节”、转移峰值耗电等优点。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述导热辐射层为纳米热超导材料。
还提供一种家用空调系统，包括新风进风系统、太阳能集热器、热水箱、冷冻水泵、热交换器、地埋管以及上述的辐射冷热墙；
上述新风进风系统内具有盘管换热装置，上述热交换器内具有冷凝器和蒸发器；
上述热水箱的进水口、盘管换热装置的出水口、水媒盘管的出水口以及冷冻水泵的进水口分别通过管路连通第一四通件的四个连接管口，上述冷冻水泵的出水口分别通过管路连通上述冷凝器和蒸发器的进水口；
上述热水箱的出水口与太阳能集热器的进水口之间通过管路连通，且该管路上设有循环水泵；
上述太阳能集热器的出水口、盘管换热装置的进水口、水媒盘管的进水口和蒸发器的出水口分别通过管路连通第二四通件的四个连接管口，且上述冷凝器的出水口通过管路连通上述蒸发器与第二四通件之间连接的管路；
上述冷凝器和蒸发器的进水口分别通过管路连通上述地埋管的出水口；上述冷凝器和蒸发器的出水口分别通过管路连通上述地埋管的进水口。
采用上述进一步方案的有益效果是整个系统设计合理，使用方便，能耗较低，有效的节省了使用成本。
进一步，上述地埋管的出水口处连通设置有地热水泵，上述冷凝器和蒸发器的进水口分别通过管路连通地热水泵。
采用上述进一步方案的有益效果是便于对地热管内的水源进行输送。
进一步，上述热水箱与第一四通件连接的管路上设有截止阀和止回阀；上述太阳能集热器与第二四通件连接的管路上设有截止阀；上述第二四通件与蒸发器之间连接的管路上设有截止阀和止回阀，该管路与蒸发器出水口的连接处设有截止阀，且该管路与冷凝器之间连接的管路上设有截止阀；上述冷凝器和蒸发器分别与地热水泵连接的管路上均设有截止阀；上述冷凝器和蒸发器的出水口分别与地埋管的进水口连接的管路上均设有截止阀。
采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，灵活，通过在各个管路上设置截止阀或止回阀，使得整个系统可根据实际需求，开闭截止阀，改变水源在管路内的流向，进而使整个系统起到合理的供暖或制冷作用。
进一步，还包括补水箱，上述补水箱通过管路连通上述冷冻水泵的进水口，且该管路上设有截止阀。
采用上述进一步方案的有益效果是可对管路水循环过程中流失的水源进行补充，保证整个系统能长久稳定的使用。
进一步，上述热水箱的进水口与太阳能集热器的出水口之间通过管路连接，且该管路上设有截止阀。
采用上述进一步方案的有益效果是使得太阳能集水器和热水箱之间可形成一个完整的水路循环，便于日常供给热水使用。
进一步，上述新风进风系统还包括进风仓、过滤器、PM2.5空气净化装置、加湿器和送风机，上述进风仓为两端开口的管道结构，且其一端设置为进风口，另一端设置为出风口，上述过滤器、PM2.5空气净化装置(53)、盘管换热装置和加湿器由上述进风仓的进风口向出风口方向依次间隔设置在上述进风仓内，上述送风机连通设置在出风口处。
采用上述进一步方案的有益效果是该系统可有效的对进入室内的空气进行净化、过滤，防置PM2.5等粉尘颗粒进入，保证室内环境的舒适，利于人们身体健康。
进一步，上述PM2.5空气净化装置包括分别安装在进风仓内壁上且由上述进风仓的进风口向出风口方向依次间隔设置的进风格栅机构、第一电离极模块、集尘铝丝网、第二电离极模块、集尘铝板和活性炭过滤网层，上述第一电离极模块、集尘铝丝网、第二电离极模块分别外接电源。
采用上述进一步方案的有益效果是该装置结构简单，设计合理，能有效的对PM2.5粉尘颗粒进行过滤除尘，保证进入室内的空气质量较好，利于人们的健康。
附图说明
图1为本发明的基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙的结构示意图；
图2为本发明的家用空调系统的结构示意图；
图3为本发明的家用空调系统中PM2.5空气净化装置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、建筑墙体，2、保温层，3、导热辐射层，4、水泥砂浆层，5、墙表腻层，5、上述导热辐射层，6、水媒盘管，7、第一四通件，8、循环水泵，9、第二四通件，10、地热水泵，11、太阳能集热器，12、热水箱，13、冷冻水泵，14、地埋管，15、补水箱，16、辐射冷热墙，21、冷凝器，22、蒸发器，51、进风仓，52、过滤器，53、PM2.5空气净化装置，54、盘管换热装置，55、加湿器，56、送风机，531、进风格栅机构，532、第一电离极模块，533、集尘铝丝网，534、第二电离极模块，535、集尘铝板，536、活性炭过滤网层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：如图1所示，提供一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙，包括依次设置在建筑墙体1表面的保温层2、导热辐射层3、水泥砂浆层4和墙表腻层5，上述导热辐射层3与水泥砂浆层4之间埋设有水媒盘管6。
其中，水泥砂浆4和墙表腻层5形成辐射冷热墙的辐射面，使用过程中，水媒盘管6通过与导热辐射层3的接触，将冷水/热水的热量传递给导热辐射层3，从而使整个导热辐射层3形成冷热辐射面，即就是将水媒盘管6的线辐射变为导热辐射层3的面辐射，大大的提升了换热表面积，从而使室内的制冷制热效果更好。
上述导热辐射层3为纳米热超导材料，上述纳米热超导材料为碳晶硅，也可为碳晶硅和活性炭的混合体，其中碳晶硅占总量的75％，活性炭占总量的25％，基于其热超导性能，可以很好的将水媒盘管的热量传到整个材料表面上，使线辐射变为面辐射。
实施例二：如图2所示，提供一种家用空调系统，包括新风进风系统、太阳能集热器11、热水箱12、冷冻水泵13、热交换器、地埋管14以及上述的辐射冷热墙16；
上述新风进风系统内具有盘管换热装置54，上述热交换器内具有冷凝器21和蒸发器22；
上述热水箱12的进水口、盘管换热装置54的出水口、水媒盘管6的出水口以及冷冻水泵13的进水口分别通过管路一一对应连通第一四通件7的四个连接管口，上述冷冻水泵13的出水口分别通过管路连通上述冷凝器21和蒸发器22的进水口；
上述热水箱12的出水口与太阳能集热器11的进水口之间通过管路连通，且该管路上设有循环水泵8；
上述太阳能集热器11的出水口、盘管换热装置54的进水口、水媒盘管6的进水口和蒸发器22的出水口分别通过管路一一连通第二四通件9的四个连通管口，且上述冷凝器22的出水口通过管路连通上述蒸发器22与第二四通件9之间连接的管路；
上述冷凝器21和蒸发器22的进水口分别通过管路连通上述地埋管14的出水口；上述冷凝器21和蒸发器22的出水口分别通过管路连通上述地埋管14的进水口。
上述地埋管14的出水口处连通设置有地热水泵10，上述冷凝器21和蒸发器22的进水口分别通过管路连通地热水泵10，通过地热水泵10有效的对地埋管14内的水源进行输送。
上述热水箱12与第一四通件7连接的管路上设有截止阀和止回阀；上述太阳能集热器11与第二四通件9连接的管路上设有截止阀；上述第二四通件9与蒸发器22之间连接的管路上设有截止阀和止回阀，该管路与蒸发器22出水口的连接处设有截止阀，且该管路与冷凝器21之间连接的管路上设有截止阀；上述冷凝器21和蒸发器22分别与地热水泵10连接的管路上均设有截止阀；上述冷凝器21和蒸发器22的出水口分别与地埋管14的进水口连接的管路上均设有截止阀。
还包括补水箱15，上述补水箱15通过管路连通上述冷冻水泵13的进水口，且该管路上设有截止阀，因水循环过程中，会有部分水源流失，因此，通过补水箱15对系统管路内的水源进行补充，保证其水源充足，持续正常使用。
上述热水箱12的进水口与太阳能集热器11的出水口之间通过管路连接，且该管路上设有截止阀。
上述新风进风系统还包括进风仓51、过滤器52、PM2.5空气净化装置53、加湿器55和送风机56，上述进风仓51为两端开口的管道结构，且其一端设置为进风口，另一端设置为出风口，上述过滤器52、PM2.5空气净化装置53、盘管换热装置54和加湿器54由上述进风仓51的进风口向出风口方向依次间隔设置在上述进风仓51内，上述送风机56连通设置在出风口处，使用时，送风机56通电抽风，外界空气由进风口处进入，经过滤器过滤，之后经PM2.5空气净化装置53进行再次过滤，之后经盘管换热装置54进行加热或冷却，再经加湿器55进行加湿，后经送风机56进入室内，向室内吹入舒适、清新的空气。
如图3所示，上述PM2.5空气净化装置53包括分别安装在进风仓51内壁上且由上述进风仓51的进风口向出风口方向依次间隔设置的进风格栅机构531、第一电离极模块532、集尘铝丝网533、第二电离极模块534、集尘铝板535和活性炭过滤网层536，上述第一电离极模块532、集尘铝丝网533、第二电离极模块534分别外接电源，上述集尘铝丝网533内布有纤维滤料，使用过程中，第一电离极模块532和集尘铝丝网533通电后形成第一个高压电场，集尘铝丝网533和第二电离极模块534通电后形成第二个高压电场，通过两个高压电场进行依次有序除尘，再通过集尘铝丝网533纤维进行一次过滤，后经活性炭过滤网层536进行二次过滤，就可以有效的过滤掉PM2.5颗粒，上述的集尘铝板535上开有多个均匀且贯穿其的通风孔，以便空气能通过。
在冬季进行供暖时，关闭截止阀24、30、31、35、36，首先，热水从太阳能集热器11出水口流经第二四通件9，进行分路，分别流向水媒盘管6的进水口和盘管换热装置54中的管路内，流向盘管换热装置54中的管路中的水经对盘管换热装置54内流通的空气进行加热，之后由其出水口流经第一四通件7，同时，水媒盘管6内的水也由出水口流经第一四通件7，之后，在第一四通件7进行分路，一路经流向热水箱12重复循环，另一路流向冷冻水泵13，后进入冷凝器21中，冷凝器21释放热量补充到该路水源中，该路水源之后再流经第二四通件9，经第二四通件9分流后，分两路分别进入到水媒盘管6及盘管换热装置54中再次循环使用，上述循环过程中，辐射冷热墙1吸收流入水媒盘管6内的热量并向室内辐射，对室内供暖；
同步，地埋管14内的水源经地热水泵10抽取进入到蒸发器22内，蒸发器22对水源内热量进行吸收，之后该水源再次流回地埋管14内；
上述中，热交换器还包括压缩机17和膨胀阀18，上述压缩机17分别连接冷凝器21和蒸发器22内一侧的制冷剂的管路进液口或出液口，膨胀阀18连接两者内另一侧的制冷剂的管路进液口或出液口，使其内的制冷剂在冷凝器21和蒸发器22内形成循环回路，具体原理为，蒸发器22内的制冷剂吸收其内水路管内的水源热量，使得制冷剂蒸发形成气态，该气态制冷剂经压缩机17压缩，在冷凝器21内冷凝成液态，同时，释放热量对冷凝器21内的水路管道内的水源进行热量补充，之后，液态制冷剂经膨胀阀18流入冷凝器21内，形成循环，在其气液转变时，对相应的水路管道内的水源进行热量补充或对其热量进行吸收。
在夏季进行制冷时，关闭截止阀25、29、32、34、37、38，太阳能集热器11内的水将不再向第二四通件9流动，同时，水媒盘管6内的水源将不再流回热水箱12中，此时，冷冻水泵13运行，使得水媒盘管6内的水源经出水口流出，再经冷冻水泵13抽取后流向蒸发器22内，蒸发器22对该水路内的水源进行热量吸收后，该水源再次流向第二四通件9，经其分流后，分别流入水媒盘管6和盘管换热装置54内，进入盘管换热装置54内的水源对盘管换热装置54内流通的空气进行降温冷却后由其管路出口再次流出，同时，水媒盘管6由其出水口流出，两路水源共同流向第一四通件7，再次流向冷冻水泵13，循环使用，同时，蒸发器22对其内的水路管道内的水源进行热量吸收，使得进入到水媒盘管6内的水源温度较低，经辐射冷热墙16向室内辐射，对室内温度进行调节降温。
此外，如图2所示，上述太阳能集热器11的出水口与水媒盘管6之间的管路上设有截止阀25，当关闭截止阀25和截止阀38，打开截止阀24时，热水箱12与太阳能集热器11之间形成单独的热循环，供给人们日常热水使用。
上述的家用空调系统，室内热交换器采用了辐射冷热墙的形式，可以制冷、制热，不占用室内空间，兼具太阳能集热器和地源热泵的优点，可以提供生活热水；而且新风系统中设置了一种小型PM2.5控制装置，采用双级高压电场除尘，通过与纤维过滤和活性炭过滤器的配合使用，可以高效过滤PM2.5，具有效率高、体积小、结构紧凑等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙，其特征在于：包括依次设置在建筑墙体(1)表面的保温层(2)、导热辐射层(3)、水泥砂浆层(4)和墙表腻层(5)，所述导热辐射层(3)与水泥砂浆层(4)之间埋设有水媒盘管(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-地源热泵的辐射冷热墙，其特征在于：所述导热辐射层(3)为纳米热超导材料。
3.一种家用空调系统，其特征在于：包括新风进风系统、太阳能集热器(11)、热水箱(12)、冷冻水泵(13)、热交换器、地埋管(14)以及如权利要求1和2任一项所述的辐射冷热墙(1)；
所述新风进风系统内具有盘管换热装置(54)，所述热交换器内具有冷凝器(21)和蒸发器(22)；
所述热水箱(12)的进水口、盘管换热装置(54)的出水口、水媒盘管(6)的出水口以及冷冻水泵(13)的进水口分别通过管路连通第一四通件(7)，所述冷冻水泵(13)的出水口分别通过管路连通所述冷凝器(21)和蒸发器(22)的进水口；
所述热水箱(12)的出水口与太阳能集热器(11)的进水口之间通过管路连通，且该管路上设有循环水泵(8)；
所述太阳能集热器(11)的出水口、盘管换热装置(54)的进水口、水媒盘管(6)的进水口和蒸发器(22)的出水口分别通过管路连通第二四通件(9)，且所述冷凝器(22)的出水口通过管路连通所述蒸发器(22)与第二四通件(9)之间连接的管路；
所述冷凝器(21)和蒸发器(22)的进水口分别通过管路连通所述地埋管(14)的出水口；所述冷凝器(21)和蒸发器(22)的出水口分别通过管路连通所述地埋管(14)的进水口。
4.根据权利要求3所述的一种家用空调系统，其特征在于：所述地埋管(14)的出水口处连通设置有地热水泵(10)，所述冷凝器(21)和蒸发器(22)的进水口分别通过管路连通地热水泵(10)。
5.根据权利要求4所述的一种家用空调系统，其特征在于：所述热水箱(12)与第一四通件(7)连接的管路上设有截止阀和止回阀；所述太阳能集热器(11)与第二四通件(9)连接的管路上设有截止阀；所述第二四通件(9)与蒸发器(22)之间连接的管路上设有截止阀和止回阀，该管路与蒸发器(22)出水口的连接处设有截止阀，且该管路与冷凝器(21)之间连接的管路上设有截止阀；所述冷凝器(21)和蒸发器(22)分别与地热水泵(10)连接的管路上均设有截止阀；所述冷凝器(21)和蒸发器(22)的出水口分别与地埋管(14)的进水口连接的管路上均设有截止阀。
6.根据权利要求5所述的一种家用空调系统，其特征在于：还包括补水箱(15)，所述补水箱(15)通过管路连通所述冷冻水泵(13)的进水口，且该管路上设有截止阀。
7.根据权利要求3至6任一项所述的一种家用空调系统，其特征在于：所述热水箱(12)的进水口与太阳能集热器(11)的出水口之间通过管路连接，且该管路上设有截止阀。
8.根据权利要求3至6任一项所述的一种家用空调系统，其特征在于：所述新风进风系统还包括进风仓(51)、过滤器(52)、PM2.5空气净化装置(53)、加湿器(55)和送风机(56)，所述进风仓(51)为两端开口的管道结构，且其一端设置为进风口，另一端设置为出风口，所述过滤器(52)、PM2.5空气净化装置(53)、盘管换热装置(54)和加湿器(54)由所述进风仓(51)的进风口向出风口方向依次间隔设置在所述进风仓(51)内，所述送风机(56)连通设置在出风口处。
9.根据权利要求8所述的一种家用空调系统，其特征在于：所述PM2.5空气净化装置(53)包括分别安装在进风仓(51)内壁上且由所述进风仓(51)的进风口向出风口方向依次间隔设置的进风格栅机构(531)、第一电离极模块(532)、集尘铝丝网(533)、第二电离极模块(534)、集尘铝板(535)和活性炭过滤网层(536)，所述第一电离极模块(532)、集尘铝丝网(533)、第二电离极模块(534)、集尘铝板(535)分别外接电源。
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