CN107166591A - 光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组 - Google Patents

光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组 Download PDF

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刘凯磊
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郭志成
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Abstract

本发明公开的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，包括机组壳体和太阳能光伏发电系统；机组壳体两相对的侧壁上设有一次风进风口、出风口，机组壳体内设置有板管式空气换热器、喷雾单元、蒸发器/冷凝器一体机、挡水板b及送风机，板管式空气换热器和喷雾单元连接且在两者之间形成回风流道，板管式空气换热器的上方设置有风冷式冷凝器/蒸发器一体机，喷雾单元的上方分别设置有节流阀、压缩机及四通换向阀；蒸发器/冷凝器一体机与节流阀风冷式冷凝器/蒸发器一体机、四通换向阀及压缩机通过管道依次连接构成闭合回路形成直膨胀式制冷系统。本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，能在低能耗下实现多种供冷模式和供热模式。

Description

光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组
技术领域
[0001] 本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种光伏回热型复合供冷与供热节能空 调机组。
背景技术
[0002] 蒸发冷却与机械制冷复合式空调机组可扩大绿色环保蒸发冷却技术的应用范围， 同时能节省机械制冷能耗，减少环境污染，但该类型的空调机组形式较少，在我国的实际应 用也较为缺乏。目前，常用的空调机组虽然形式多样，但对清洁可再生能源利用不足，整体 能耗大，结构与性能有待改进优化，从而满足不同实际需求，切实节省空调运行能耗，绿色 环保。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，有效利用 清洁能源能节省机组运行能耗，该空调机组还能实现多种供冷模式和供热模式。
[0004] 本发明所采用的技术方案是，光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，包括有 机组壳体，机组壳体外设置有太阳能光伏发电系统;机组壳体两相对的侧壁上分别设置有 一次风进风口、出风口，机组壳体内按一次空气进入后流动方向依次设置有板管式空气换 热器、喷雾单元、蒸发器/冷凝器一体机、挡水板b及送风机，板管式空气换热器和喷雾单元 连接且在两者之间形成回风流道，回风流道对应的机组壳体侧壁上设置有回风口，板管式 空气换热器的上方设置有风冷式冷凝器/蒸发器一体机，风冷式冷凝器/蒸发器一体机上方 对应的机组壳体顶壁上设置有排风口，喷雾单元的上方分别设置有节流阀、压缩机及四通 换向阀；蒸发器/冷凝器一体机与节流阀风冷式冷凝器/蒸发器一体机、四通换向阀及压缩 机通过管道依次连接构成闭合回路，形成直膨胀式制冷系统;太阳能光伏发电系统分别与 板管式空气换热器、送风机及直膨胀式制冷系统连接。
[0005] 本发明的特点还在于：
[0006] 本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，还包括有设置于一次风进风口 和板管式空气换热器之间的空气过滤器以及设置于排风口内的排风机，排风机与太阳能光 伏发电系统连接;送风机采用离心式风机。
[0007] 太阳能光伏发电系统，包括有通过导线依次连接的太阳能光伏板、太阳能控制器 及逆变器连接，太阳能控制器连接蓄电池;太阳能控制器分别与板管式空气换热器、送风 机、直膨胀式制冷系统及排风机连接。
[0008] 蓄电池上设置有切换开关，在太阳能光伏发电系统无法满足电力要求时，用于切 换至市政供电。
[0009] 板管式空气换热器，包括有空气换热板管组，空气换热板管组的上方依次设置有 布水器a、挡水板a，空气换热板管组的下方依次设置有布水器b、蓄水箱，布水器b与蓄水箱 之间形成空气流道，空气流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次风进风口；蓄水箱连接有 供水总管，供水总管上分别设置有水泵、水过滤器，水泵通过寸线与太附此®市U益进按；水 过滤器通过第一供水支管分别与布水器a、布水器b连接，水过滤器还通过第二供水支管与 雾化降温单元连接，第二供水支管上设置有调节阀。
[0010]二次风进风口内设置有粗效空气过滤器。
[0011] 喷雾单元，包括有多根竖直且并排设置的喷淋管，每根喷淋管上均匀设置有多个 面向板管式空气换热器出风侧喷雾的雾化喷嘴。 _
[0012] 空气换热板管组由多个空气换热板管按多行多列排列构成，且相邻近的两行空气 换热板管呈交错设置;每根空气换热板管的中部水平设置有横向隔板并与空气换热板管一 体化。
[0013] 空气过滤器采用粗效-中效复合空气过滤器。
[0014] 排风机采用轴流式风机。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] (1)本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，将板管式空气换热技术、绝 热蒸发冷却技术与直接膨胀式冷却技术有机结合，可“因时制宜、因地制宜”，实现多种供冷 模式和供热模式，同时充分利用室内回风实现能量回收与梯级利用，而在新风不能满足要 求时，可间接利用新风，实现全回风运行，保证被处理空气的品质;此外，辅助以太阳能，加 大了对可再生清洁能源的利用，能显著节省空调机组运行能耗；
[0017] (2)本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，适用于一般民用建筑的夏 季供冷与冬季供热，也适用于数据中心等对空气品质要求较高的工业建筑的全年供冷；
[0018] (3)本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，所采用的板管式空气换热 器在冬季可通过空气-空气干式间接换热方式，利用室内回风预热室外新风，或者利用室外 新风间接冷却被处理的室内回风，避免室外新风品质较差、温度较低时直接引入新风对室 内环境造成损害;在夏季采用空气换热板管外分层喷雾方式，可使二次空气与水雾充分接 触，增强直接蒸发冷却热湿交换程度以及机组阻力损失，同时显著降低二次流道内风冷式 冷凝器冷却气流的温度，有效降低冷凝器冷凝温度和压力，提高机械制冷制冷系数，使机械 制冷更加节能高效;此外，设置喷雾单元可对被等湿降温后的一次空气进行适当的加湿降 温，同时还可以对被处理空气起到过滤净化作用。
附图说明
[0019] 图1是本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组的结构示意图；
[0020] 图2是本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组内空气换热板管组的侧视 图。
[0021]图中，1. 一次风进风口，2 •空气换热板管，3 •布水器a，4.挡水板a，5 •风冷式冷凝 器/蒸发器一体机，6•排风口，7•排风机，8•节流阀，9•压缩机，10.四通换向阀，u .蓄电池， 12•太阳能光伏板，13•挡水板b，14•空气过滤器，15•布水器b，16.蓄水箱，17.二次风进风 口，18 •水栗，19 •水过滤器，20 •调节阀，21.回风口，22 •喷雾单元，23 •蒸发器/冷凝器一体 机，24.送风机，25.出风口。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0023]本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其结构如图1所示，包括有机组 壳体，机组壳体外设置有太阳能光伏发电系统;机组壳体两相对的侧壁上分别设置有一次 风进风口 1、出风口25,机组壳体内按一次空气进入后流动方向依次设置有板管式空气换热 器、喷雾单元22、蒸发器/冷凝器一体机23、挡水板bl3及送风机24,板管式空气换热器和喷 雾单元22连接且在两者之间形成回风流道，回风流道对应的机组壳体侧壁上设置有回风口 21，板管式空气换热器的上方设置有风冷式冷凝器/蒸发器一体机5,风冷式冷凝器/蒸发器 一体机5上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风口 6，喷雾单元22的上方分别设置有节流阀 8、压缩机9及四通换向阀10;蒸发器/冷凝器一体机23与节流阀8、风冷式冷凝器/蒸发器一 体机5、四通换向阀10及压缩机9通过管道(铜管)依次连接构成闭合回路，形成直膨胀式制 冷系统;太阳能光伏发电系统分别与板管式空气换热器、送风机25及直膨胀式制冷系统连 接。
[0024]排风口 6内设置有排风机7,排风机7也与太阳能光伏发电系统连接;排风机7采用 轴流式风机。
[0025] 一次风进风口 1与板管式空气换热器之间还设置有空气过滤器14;空气过滤器14 采用粗效-中效复合空气过滤器。
[0026] 一次风进风口 1、出风口 25及回风口 21内均设置有风阀。
[0027] 送风机24采用离心式风机。
[0028]太阳能光伏发电系统，如图1所示，包括有通过导线依次连接的太阳能光伏板12、 太阳能控制器及逆变器连接，太阳能控制器连接蓄电池11;太阳能控制器分别与板管式空 气换热器、送风机25、直膨胀式制冷系统及排风机7连接。
[0029]太阳能光伏板12、太阳能控制器及蓄电池11均设置于机组壳体的顶壁上，太阳能 光伏板12呈倾斜设置，蓄电池11位于太阳能光伏板12下方，太阳能光伏板12能对蓄电池11 起到保护的作用。太阳能控制器能对蓄电池11进行充、放电控制，并进行过充和过放保护。 蓄电池11上设置有切换开关，在太阳能光伏发电系统无法满足电力要求时，可切换至市政 供电。
[0030] 板管式空气换热器，如图1所示，包括有空气换热板管组，空气换热板管组的上方 依次设置有布水器a3、挡水板a4，空气换热板管组的下方依次设置有布水器bl5、蓄水箱16， 布水器bl5与蓄水箱16之间形成空气流道，该空气流道对应的机组壳体侧壁上设置有二次 风进风口 17;蓄水箱16连接有供水总管，供水总管上分别设置有水栗18、水过滤器19，水泵 18通过导线与太阳能控制器连接;水过滤器19通过第一供水支管分别与布水器a3、布水器 bl5连接，水过滤器19还通过第二供水支管与喷雾单元22连接，第二供水支管上设置有调节 阀20。
[0031] 如图2所示，空气换热板管组由多个空气换热板管2按多行多列排列构成，且相邻 近的两行空气换热板管2呈交错设置;每根空气换热板管2的中部水平设置有横向隔板并与 空气换热板管2—体化。空气换热板管组的上下分别设置有布水器a3和布水器bl5,能保证 空气换热板管外空间水雾均匀。
[0032] 二次风进风口 17内设置有粗效空气过滤器。
[0033] 水泵18位于蓄水箱16内为潜水泵。
[0034] 喷雾单元22,包括有多根竖直且并排设置的喷淋管，每根喷淋管上均匀设置有多 个面向板管式空气换热器出风侧喷雾的雾化喷嘴，能确保一次空气流经此处时，喷出的水 雾均匀良好，从而达到良好的降温效果。喷雾单元22与板管式空气换热器共用一个蓄水箱 16,通过对调节阀20进行一定调节，就能对经板管式空气换热器等湿降温后的一次空气进 行适当加湿。
[0035]直膨胀式制冷系统可以通过四通换向阀10的切换实现制冷与制热;夏季时压缩机 9的工质流出顺序是从压缩机9到风冷式冷凝器/蒸发器一体机5,流入顺序是蒸发器/冷凝 器一体机23到压缩机9;冬季时顺序刚好相反，压缩机9的工质流出顺序是从压缩机9到蒸发 器/冷凝器一体机23，流入顺序是是风冷式冷凝器/蒸发器一体机5到压缩机9。
[0036] 本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，可实现的工作模式及工作流程 分别如下：
[0037] (1)直接蒸发冷却(DEC)模式：
[0038]只开启喷雾单元22、水泵18、送风机24及其他有关装置，具体过程如下：
[0039] 一次空气在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入，经空气过滤器14过滤后形 成洁净的一次空气;洁净的一次空气与喷雾单元22喷出的水雾充分接触后被降温加湿，形 成符合送风条件的空气;符合送风条件的空气在送风机24的作用下经出风口 25送入空调区 域。
[0040] 该模式主要针对过渡季节以及干燥地区夏季供冷工况。
[0041] (2)间接蒸发冷却（IEC)模式：
[0042] 只开启板管式空气换热器内的布水器a3和布水器bl5、水泵18、送风机24、排风机7 及其他有关装置，具体过程如下：
[0043] 一次空气在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入，经空气过滤器14过滤后形 成洁净的一次空气;洁净的一次空气进入空气换热板管组内被等湿冷却，形成冷空气;冷空 气在送风机24的作用下经出风口 25送入空调区域；
[0044] 同时，二次空气在排风机7的作用下经二次风进风口 17吸入机组壳体内，与经布水 器a3和布水器bl5喷出的水雾均充分接触，在空气换热板管组内与每根空气换热板管2外表 面形成的水膜发生直接蒸发冷却，对空气换热板管2内的一次空气进行间接蒸发等湿冷却， 最后在排风机7的作用下从排风口 6排出机组壳体。 _
[0045] 该模式主要针对一次空气湿度满足要求的供冷工况，在一定条件下也可以采用部 分室内回风作为二次空气，而由排风机7排出的二次空气可通过风管引至室内吊顶层或通 风幕墙内为室内消除一部分热量，提高能量利用率。
[0046] (3)间接-直接蒸发冷却(IDEC)模式：
[0047] 在上述间接蒸发冷却(IEC)模式前提下，开启喷雾单元22,具体过程如下：
[0048] 一次空气在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入，经空气过滤器14过滤后形 成洁净的一次空气;洁净的一次空气进入空气换热板管组内被等湿冷却，形成冷空气;冷空 气再与经喷雾单元22喷出的雾滴充分接触，发生直接蒸发冷却，被降温加湿，形成符合送风 条件的空气;符合送风条件的空气在送风机24的作用下经出风口 25送入空调区域。
[0049] 该模式主要针对过渡季节以及干燥地区较为炎热的夏季供冷工况，在一定条件下 也可以采用部分室内回风作为二次空气，而由排风机7排出的二次空气可通过风管引至室 内吊顶层或通风幕墙内为室内消除一部分热量，提高能量的利用率。
[0050] ⑷间接蒸发冷却+机械制冷(IEC+DX)模式：
[0051] 在上述间接蒸发冷却（IEC)模式前提下，开启直膨胀式制冷系统制冷，具体过程如 下：
[0052] 一次空气在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入，经空气过滤器14过滤后形 成洁净的一次空气;洁净的一次空气进入空气换热板管组内被等湿冷却，形成冷空气;冷空 气再与经回风口 21吸入机组壳体内的室内回风混合，再由蒸发器/冷凝器一体机23 (夏季时 用作蒸发器)进行降温除湿，最后在送风机24的作用下经出风口 25送入空调区域；
[0053] 同时，二次空气在排风机7的作用下经二次风进风口 17吸入机组壳体内，与经布水 器a3和布水器bl5喷出的水雾均充分接触，发生直接蒸发冷却，对空气换热板管内的一次空 气进行间接蒸发等湿冷却，之后经过风冷式冷凝器/蒸发器一体机(夏季时用作冷凝器）带 走冷凝热，最后在排风机7的作用下从排风口6排出机组壳体。
[0054] 该模式主要针对炎热夏季供冷工况，此外，也可以利用部分室内回风作为二次空 气。
[0055] (5)自然冷却供冷(fc)模式：
[0056] 只开启送风机24、排风机7及其他有关装置，具体过程如下：
[0057] 一次空气（采用室内回风）在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入机组壳体 内，经空气过滤器14过滤后形成洁净的空气;洁净的空气进入空气换热板管组内，被等湿冷 却，形成冷空气;冷空气在送风机24的作用下经出风口 25送入空调区域；
[0058] 同时，二次空气(采用室外新风)在排风机7的作用下从二次风进风口 17吸入机组 壳体内，经二次空气流道输送，间接冷却空气换热板管内的一次空气，最后在排风机7的作 用下从排风口 6排出机组壳体。
[0059] 此外，在一定条件下，可通过喷雾单元22对一次空气进行适当加湿。该模式主要针 对冬季自然供冷工况。
[0060] ⑹供热⑹模式：
[0061] 只开启送风机24、排风机7,原有机械制冷循环通过四通换向阀1〇切换为“空气源 热泵循环”，同时开启其他有关装置，具体过程如下：
[0062] 一次空气在送风机24的作用下从一次风进风口 1吸入，经空气过滤器14过滤后形 成洁净的一次空气；洁净的一次空气进入空气换热板管组内被预热，之后与经回风口21吸 入机组壳体内的室内回风混合，形成混合风;再由喷雾单元22进行适当加湿，最后由蒸发 器/冷凝器一体机23 (冬季时用作冷凝器)提供再热量，并由送风机24经出风口 25送入空调 区域；
[0063]同时，二次空气（采用部分室内回风）在排风机7的作用下从二次风进风口 17吸入 机组壳体内，经二次空气流道输送，对空气换热板管内的一次空气进行预热，之后被风冷式 冷凝器/蒸发器一体机5 (冬季时用作蒸发器)再次吸收热量，最后在排风机7的作用下从排 风口 6排出机组壳体。
[0064]该模式主要针对冬季供冷工况，此外，在回风不足时，可利用部分室外新风作为二 次空气。
[0065]本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，可实现多种供冷模式及供热模 式，并充分利用室内回风实现能量回收，也可间接利用室外新风；此外，本发明光伏回热型 复合供冷与供热节能空调机组加大了对可再生清洁能源的利用，能显著节省空调系统能 耗。本发明光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组适用于民用建筑的夏季供冷与冬季供 热，也适用于数据中心等工业建筑的全年供冷。

Claims (10)

1. 光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，包括有机组壳体，所述机组 壳体外设置有太阳能光伏发电系统;所述机组壳体两相对的侧壁上分别设置有一次风进风 口（1)、出风口（25)，所述机组壳体内按一次空气进入后流动方向依次设置有板管式空气换 热器、喷雾单元(22)、蒸发器/冷凝器一体机(23)、挡水板b (13)及送风机(24)，所述板管式 空气换热器和喷雾单元(22)连接且在两者之间形成回风流道，所述回风流道对应的机组壳 体侧壁上设置有回风口（21)，所述板管式空气换热器的上方设置有风冷式冷凝器/蒸发器 一体机(5)，所述风冷式冷凝器/蒸发器一体机(5)上方对应的机组壳体顶壁上设置有排风 口（6)，所述喷雾单元(22)的上方分别设置有节流阀（8)、压缩机⑼及四通换向阀（10);所 述蒸发器/冷凝器一体机(23)与节流阀（8)、风冷式冷凝器/蒸发器一体机(5)、四通换向阀 (10)及压缩机(9)通过管道依次连接构成闭合回路，形成直膨胀式制冷系统;所述太阳能光 伏发电系统分别与板管式空气换热器、送风机(25)及直膨胀式制冷系统连接。
2. 根据权利要求1所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，还包 括有设置于一次风进风口（1)和板管式空气换热器之间的空气过滤器(14)以及设置于排风 口（6)内的排风机(7)，所述排风机(7)与太阳能光伏发电系统连接； 所述送风机(24)采用离心式风机。
3. 根据权利要求1或2所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于， 所述太阳能光伏发电系统，包括有通过导线依次连接的太阳能光伏板（12)、太阳能控制器 及逆变器连接，所述太阳能控制器连接蓄电池(11); 所述太阳能控制器分别与板管式空气换热器、送风机(25)、直膨胀式制冷系统及排风 机⑺连接。
4. 根据权利要求3所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 蓄电池（11)上设置有切换开关，在太阳能光伏发电系统无法满足电力要求时，用于切换至 市政供电。
5. 根据权利要求3所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 板管式空气换热器，包括有空气换热板管组，所述空气换热板管组的上方依次设置有布水 器a (3)、挡水板a (4)，所述空气换热板管组的下方依次设置有布水器b (15)、蓄水箱（16)，所 述布水器b (15)与蓄水箱（16)之间形成空气流道，所述空气流道对应的机组壳体侧壁上设 置有二次风进风口（17); 所述蓄水箱（16)连接有供水总管，所述供水总管上分别设置有水栗（1S)、水过滤器 (19)，所述水泵（18)通过导线与太阳能控制器连接;所述水过滤器（I9)通过第一供水支管 分别与布水器a (3)、布水器b (15)连接，所述水过滤器(I9)还通过第二供水支管与雾化降温 单元(22)连接，所述第二供水支管上设置有调节阀（2〇)。
6. 根据权利要求5所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 二次风进风口（17)内设置有粗效空气过滤器。
7. 根据权利要求5所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 喷雾单元(22)，包括有多根竖直且并排设置的喷淋管，每根所述喷淋管上均匀设置有多个 面向板管式空气换热器出风侧喷雾的雾化喷嘴。
8. 根据权利要求5所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 空气换热板管组由多个空气换热板管(2)按多行多列排列构成，且相邻近的两行空气换热 板管(2)呈交错设置； 每根所述空气换热板管(2)的中部水平设置有横向隔板并与空气换热板管⑵一体化。
9. 根据权利要求2所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所述 空气过滤器(14)采用粗效-中效复合空气过滤器。 ’
10. 根据权利要求2所述的光伏回热型复合供冷与供热节能空调机组，其特征在于，所 述排风机(7)采用轴流式风机。
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