CN106895604B - 耦合式冷热联供智能微网系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耦合式冷热联供智能微网系统，其包括太阳能集热系统、热泵系统、吸收式制冷系统和风机盘管系统。太阳能集热系统与热泵系统、吸收式制冷系统共用第一换热器。风机盘管系统与热泵系统、吸收式制冷系统共用第二换热器。根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统，能够解决太阳能的利用效率较低从而造成集热板面积较大的问题，以及在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供能的问题，并根据用户端的温度水平实现供热或供冷的智能切换，从而保持舒适环境。

Description

耦合式冷热联供智能微网系统

技术领域

本发明涉及一种耦合式冷热联供智能微网系统。

背景技术

石化能源为国民经济和社会发展重要物质基础但石化能源具有稀缺性和不可再生性，随着时间的推移，其储量的减少必将引起价格的大幅度上涨；另一方面对石化能源的高度依赖带来严重的环境问题，造成大气污染和持续严重的雾霾，这些问题将会严重的制约经济的发展。

这些矛盾的激化促使人们把能源利用的重点转移到可再生能源的开发和利用上，特别是太阳能的开发和利用，太阳能以其取之不尽、廉价、普遍、安全、无需运输、清洁无污染等优点收到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术已迅速地发展起来。

随着社会的发展，人们对于冷热品质的要求也越来越高，但是由于太阳能本身存在的缺点，如受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接或间接的利用都会受到一定的限制，一是太阳能的利用效率较低；二是在夜间或者阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续的供能。

因此，需要一种耦合式冷热联供智能微网系统，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供一种耦合式冷热联供智能微网系统，其包括：

太阳能集热系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器和第一换热器，所述太阳能集热器流体连接至所述第一换热器的第一入口和第一出口；

热泵系统，所述热泵系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器，第一换热器相当于蒸发器，第二换热器相当于冷凝器，所述压缩机流体连接至所述第一换热器的第二出口和所述第二换热器的第二入口，所述第一换热器的第二入口和所述第二换热器的第二出口流体连接；

吸收式制冷系统，所述吸收式制冷系统包括所述第一换热器、所述第二换热器、吸收器和冷凝器，第一换热器相当于发生器，第二换热器相当于蒸发器，所述吸收器分别流体连接至所述第一换热器的第三出口和第三入口以及所述第二换热器的第三出口，所述冷凝器流体连接至所述第一换热器的第四出口和所述第二换热器的第三入口；

风机盘管系统，所述风机盘管系统流体连接至所述第二换热器的第一入口和第一出口。

可选地，所述太阳能集热系统还包括储热器，所述储热器与所述第一换热器并联地流体连接至所述太阳能集热器，所述储热器用以储存所述太阳能集热器收集的热能。

可选地，所述太阳能集热系统还包括辅助储热装置，所述辅助储热装置连接至所述储热器，以在所述储热器内的热量低于预定值时进行加热。

可选地，所述辅助储热装置的热源为风能、地热能、水热能、空气能、电能或天然气。

可选地，所述耦合式冷热联供智能微网系统还包括智能检测控制系统，用以对所述耦合式冷热联供智能微网系统和室内环境进行检测，并根据检测结果切换所述热泵系统、所述吸收式制冷系统和所述风机盘管系统的运行方式，以及各系统之间的组合运行，以使得室内温度的温度保持在预定范围之内。

可选地，所述智能检测控制系统包括PLC控制系统和温度传感器。

根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统，能够解决太阳能的利用效率较低从而造成集热板面积较大的问题，以及在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供能的问题，并根据用户端的温度水平实现供热或供冷的智能切换，从而保持舒适环境。

附图说明

本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统的原理示意图；

图2为图1所示耦合式冷热联供智能微网系统的热泵循环原理示意图；

图3为图1所示耦合式冷热联供智能微网系统的吸收式制冷循环原理示意图；

图4为图1所示耦合式冷热联供智能微网系统的储热原理示意图；以及

图5为图1所示耦合式冷热联供智能微网系统在夜间或阴雨天进行制热或制冷的循环原理示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。

本发明提供一种利用太阳能的耦合式冷热联供智能微网系统。该耦合式冷热联供智能微网系统以太阳能作为热源，可以在冬季通过热泵系统为用户提供更多高品质热量，夏天时则可切换到吸收式制冷模式，基本不消耗电能的情况下，为用户提供冷量。

如图1所示，为根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统的原理示意图，主要包括太阳能集热系统100、热泵系统200、吸收式制冷系统300和风机盘管系统400。

太阳能集热系统100用于收集太阳能作为整个系统的驱动热源。其包括太阳能集热器110和第一换热器120。太阳能集热器110与第一换热器120的第一入口121和第一出口122通过管道流体连通以构成封闭的系统。在工作时，太阳能集热器110收集的太阳能转化为工质的热能，工质在太阳能集热系统100内循环，并在经过第一换热器120时将热量传递给热泵系统200或吸收式制冷系统300的工质。太阳能集热系统100使用的工质可以是水。

优选地，太阳能集热系统100还可以包括储热器130。储热器130与第一换热器120并联地流体连接至太阳能集热器110。太阳能集热器110与第一换热器120的第一入口121之间的管道上设置有第一调节阀501，太阳能集热器110与第一换热器120的第一出口122之间的管道上设置有第二调节阀502。储热器130分别连接至第一调节阀501和第一入口121之间的管道以及第二调节阀502和第一出口122之间的管道。在储热器130两端的管道上分别设置有第三调节阀503和第四调节阀504，以调节经过储热器130的工质的流量。如图4所示，当太阳光热能过剩时，可以调节第三调节阀503和第四调节阀504的开度，在不影响耦合式冷热联供智能微网系统工作的同时，将太阳能集热器110收集的一部分热能储存在储热器130内。这样，在夜间或阴雨天气导致太阳能集热器110提供的热能不足时，可以关闭第一调节阀501和第二调节阀502，打开第三调节阀503和第四调节阀504，利用储热器130内储存的热量作为热源，此时耦合式冷热联供智能微网系统的结构大致如图5所示。

进一步优选地，太阳能集热系统100还包括辅助储热装置140。辅助储热装置140连接至储热器130，以对储热器130内的工质加热。当出现连续阴雨天或者太阳光线强度持续较弱，导致太阳能集热器110提供的热能不足，并且储热器130中的储热量低于设定值时，可以启动辅助储热装置140对储热器130中的工质进行加热，保证耦合式冷热联供智能微网系统正常运行所需的热能供应。其中，辅助储热装置140的热源可以是风能、水热能、空气能、地热能等可再生能源，也可以是电能、天然气能等能源。

热泵系统200用于将来自太阳能集热系统100的热能转换为更高品位的热能从而向用户供热，其包括第一换热器120、压缩机210和第二换热器220。其中，压缩机210的入口和出口分别与第一换热器120的第二出口124和第二换热器220的第二入口223流体连通，第二换热器220的第二出口224和第一换热器120的第二入口123流体连通，由此，热泵系统200构成封闭系统。在热泵系统200中，第一换热器120作为蒸发器，其以来自太阳能集热系统100的热能作为热源，第二换热器220作为冷凝器与风机盘管系统400换热以向用户供热。热泵系统200使用的工质可以为R22或R134a等常见的热泵工质。第一换热器120的第二出口124与压缩机210之间的管道上设置有第五调节阀505，第一换热器120的第二入口123与第二换热器220的第二出口224之间的管道上设置有第六调节阀506，通过调节第五调节阀505和第六调节阀506的开闭，可以对耦合式冷热联供智能微网系统的供热模式进行切换。可以理解，热泵系统200中诸如膨胀阀等本领域技术人员所熟知的常识此处不再赘述。

吸收式制冷系统300以来自太阳能集热系统100的热能作为驱动热源，并通过吸收式制冷的方式向用户供冷。其包括第一换热器120、第二换热器220、吸收器310和冷凝器320。其中，吸收器310分别与第一换热器120的第三入口125、第三出口126和第二换热器220的第三出口226流体连通，冷凝器320与第一换热器120的第四出口127和第二换热器220的第三入口225流体连通。由此，吸收式制冷系统300构成封闭系统。在吸收式制冷系统300中，第一换热器120作为发生器，其以来自太阳能集热系统100的热能作为热源，对制冷剂和溶液进行加热，第二换热器120作为蒸发器，通过制冷剂的蒸发与风机盘管系统400换热以向用户供冷。吸收式制冷系统300使用的工质可以为氨水或溴化锂溶液等。第一换热器120的第三出口126与吸收器310之间的管道上设置有第七调节阀507，第一换热器120的第三入口125与吸收器310之间的管道上设置有第八调节阀508，冷凝器320与第二换热器220的第三入口225之间的管道上设置有第九调节阀509，吸收器310与第二换热器220的第三出口226之间的管道上设置有第十调节阀510，通过调节第七调节阀507、第八调节阀508、第九调节阀509以及第十调节阀510的开闭，可以对耦合式冷热联供智能微网系统的供冷模式进行切换。可以理解，吸收式制冷系统300中诸如溶液泵、冷剂泵、节流阀等本领域技术人员所熟知的常识此处不再赘述。

风机盘管系统400与第二换热器220的第一入口221和第一出口222流体连通并形成封闭系统。风机盘管系统400可以使用诸如水的工质，通过第二换热器220吸收来自热泵系统200的热或向吸收式制冷系统300放热，从而获得热能或冷能，以向图1中虚线部分所示的诸如室内等环境供热或供冷。

下面以太阳能集热系统100的工质为水、热泵系统200的工质为R22、吸收式制冷系统300的工质为溴化锂溶液为例，对根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统的工作过程进行详细介绍。然而，可以理解，此处仅为举例说明，各系统实际应用的工质可以由本领域技术人员根据实际情况具体选择。

供热模式：

在冬天或室内温度较低时，需要打开第五调节阀505和第六调节阀506，关闭第七调节阀507、第八调节阀508、第九调节阀509以及第十调节阀510，将耦合式冷热联供智能微网系统切换到供热模式。此时的耦合式冷热联供智能微网系统大致如图2所示。

太阳能集热器110将太阳能转化为太阳能集热系统100的工质水的热能，水在第一换热器120处与热泵系统200的工质R22换热。换热之后，水的温度降低，R22蒸发变为低温低压的气态。水从第一换热器120进入太阳能集热器110加热，如此往复循环。低温低压的气态R22由第一换热器120进入压缩机210，经过压缩之后变为高温高压。然后高温高压的气态R22进入第二换热器220，与风机盘管系统400的工质进行换热。换热之后，R22变为低温高压的液态，风机盘管系统400的工质则被加热，温度升高。低温高压的液态R22流出第二换热器220，经过膨胀阀等的节流降压作用变为低温低压的液态R22，然后再次进入第一换热器120进行蒸发，如此往复循环。风机盘管系统400内经过换热之后温度升高的工质则循环至室内与低温环境换热，进行供热。

供冷模式：

在夏天或室内温度较高时，需要关闭第五调节阀505和第六调节阀506，打开第七调节阀507、第八调节阀508、第九调节阀509以及第十调节阀510，将耦合式冷热联供智能微网系统切换到供冷模式。此时的耦合式冷热联供智能微网系统大致如图3所示。

太阳能集热器110将太阳能转化为太阳能集热系统100的工质水的热能，水在第一换热器120处与吸收式制冷系统300的工质溴化锂溶液换热。换热之后，水的温度降低，然后从第一换热器120进入太阳能集热器110加热，如此往复循环。换热之后，溴化锂溶液被加热蒸发，分为水蒸气和溴化锂浓溶液两部分。溴化锂浓溶液经过第一换热器120的第三出口126进入吸收器310。水蒸气经过第一换热器120的第四出口127进入冷凝器320，并在冷凝器320内被冷凝为水，之后进入第二换热器220与风机盘管系统400的工质进行换热。换热之后，水吸热蒸发变为水蒸气，风机盘管系统400的工质放热，温度降低。第二换热器220内的水蒸气经过第三出口226进入吸收器310，被吸收器310内的溴化锂浓溶液吸收，使其变为浓度较小的溴化锂溶液。之后，溴化锂溶液由吸收器310再次进入第一换热器120，如此往复循环。风机盘管系统400内经过换热之后温度降低的工质则循环至室内与高温环境换热，进行供冷。

优选地，根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统还可以包括智能检测控制系统(图中未示出)，用以对耦合式冷热联供智能微网系统和室内环境进行检测调节。该智能检测控制系统可以包括诸如PLC控制系统和温度传感器等，因此可以具有检测、控制等功能。比如对室内环境的温度和光照强度进行检测，并根据检测结果控制各调节阀的开闭，从而实现自动选择切换供热或供冷模式或组合运行模式，以及选择是否进行储能或使用储能器作为热源。这样可以通过智能检测控制系统实现对耦合式冷热联供智能微网系统的自动控制，从而使室内温度保持在合适的预定范围之内。

根据本发明的耦合式冷热联供智能微网系统，将热泵技术和吸收式制冷技术进行糅合，共用两套换热器，减少了系统的投资，提高了热泵系统的蒸发器热源侧和吸收式制冷系统发生器的热源温度，极大的提高了制冷与制热的效率，高效的利用了太阳能，减少了同等制冷和制热负荷条件下太阳能集热板的占地面积；设置储热器，光照强度较强时，将多余太阳能进行储存，当处于夜间或者阴雨天时，将储存的热量释放，进行制冷或制热，合理地对太阳能进行利用；还设置有辅助储热装置，以保证当持续阴雨天或者光照强度较弱时，制冷或制热系统能够不受天气和昼夜变化的影响，达到24h不间断的进行制冷或制热。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (3)

1.一种耦合式冷热联供智能微网系统，其特征在于，包括：

太阳能集热系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器和第一换热器，所述太阳能集热器流体连接至所述第一换热器的第一入口和第一出口，所述太阳能集热器与所述第一换热器的第一入口之间的管道上设置有第一调节阀；

热泵系统，所述热泵系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器，第一换热器相当于蒸发器，第二换热器相当于冷凝器，所述压缩机流体连接至所述第一换热器的第二出口和所述第二换热器的第二入口，所述第一换热器的第二入口和所述第二换热器的第二出口流体连接；

吸收式制冷系统，所述吸收式制冷系统包括所述第一换热器、所述第二换热器、吸收器和冷凝器，第一换热器相当于发生器，第二换热器相当于蒸发器，所述吸收器分别流体连接至所述第一换热器的第三出口和第三入口以及所述第二换热器的第三出口，所述冷凝器流体连接至所述第一换热器的第四出口和所述第二换热器的第三入口；

风机盘管系统，所述风机盘管系统流体连接至所述第二换热器的第一入口和第一出口；

所述太阳能集热系统还包括储热器，所述储热器与所述第一换热器并联地流体连接至所述太阳能集热器，所述储热器用以储存所述太阳能集热器收集的热能；

所述太阳能集热系统还包括辅助储热装置，所述辅助储热装置连接至所述储热器，以在所述储热器内的热量低于预定值时进行加热，

所述耦合式冷热联供智能微网系统还包括智能检测控制系统，用以对所述耦合式冷热联供智能微网系统和室内环境进行检测，并根据检测结果切换所述热泵系统、所述吸收式制冷系统和所述风机盘管系统的运行方式，以及各系统之间的组合运行，从而实现自动选择切换供热或供冷模式或组合运行模式，以使得室内温度保持在预定范围之内。

2.根据权利要求1所述的耦合式冷热联供智能微网系统，其特征在于，所述辅助储热装置的热源为风能、地热能、水热能、空气能、电能或天然气。

3.根据权利要求1所述的耦合式冷热联供智能微网系统，其特征在于，所述智能检测控制系统包括PLC控制系统和温度传感器。

Images