CN114811699A - 浅氢能吸收式空气源热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及浅氢及吸收式空气源热泵技术领域，具体提供了一种浅氢能吸收式空气源热泵系统，包括给吸收式空气源热泵子系统中的发生器配置燃料的混合供气子系统，所述混合供气子系统包括混合器、第一流量调节组件、第二流量调节组件和分析仪；所述混合器包括第一输入口、第二输入口和输出口，所述混合器用于氢气与天然气混合，所述输出口用于将混合气体输送至发生器的燃烧装置；所述第一流量调节组件用于第一输入口与氢气源连接并调节氢气压力与氢气流量；所述第二流量调节组件用于第二输入口与天然气源连接并调节天然气压力与天然气流量；所述分析仪用于对混合气体进行分析。本发明不需要系统彻底更换，即可降低吸收式空气源热泵系统的碳排放。

Description

浅氢能吸收式空气源热泵系统
技术领域
本发明涉及浅氢及吸收式空气源热泵技术领域，特别涉及一种浅氢能吸收式空气源热泵系统。
背景技术
吸收式空气源热泵系统的发生器需要持续提供热量，目前多采用天然气燃烧方式给发生器提供热量。
不过，天然气中的碳含量较高，燃烧后会产生大量的CO2，CO2属于温室气体，排放至大气中加剧了温室效应。《巴黎协定》要求各国有计划地降低温室气体排放，相应地，我国近年提出了“2030碳达峰，2060碳中和”的目标，为达到这一目标，有必要降低天然气使用量，吸收式空气源热泵系统也需要响应这一目标。
但是，对于现有建成使用天然气的吸收式空气源热泵系统来说，将天然气燃料完全替换，必然导致吸收式空气源热泵系统中的发生器及配套设施的整体更换，改造成本高，代价巨大，因此，有必要提供一种改造成本较小又能够降低碳排放的替代能源方式。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种浅氢能吸收式空气源热泵系统，包括给吸收式空气源热泵子系统中的发生器配置燃料的混合供气子系统，所述混合供气子系统包括混合器、第一流量调节组件、第二流量调节组件和分析仪；
所述混合器包括第一输入口、第二输入口和输出口，所述混合器用于氢气与天然气混合，所述输出口用于将混合气体输送至发生器的燃烧装置；
所述第一流量调节组件用于第一输入口与氢气源连接并调节氢气压力与氢气流量；
所述第二流量调节组件用于第二输入口与天然气源连接并调节天然气压力与天然气流量；
所述分析仪用于对混合气体进行分析以控制天然气和氢气的混合比。
可选的，所述第一流量调节组件包括相互连接的第一调压阀和第一流量计；
所述第二流量调节组件包括相互连接的第二调压阀、第二流量计和防爆电动调节阀；
所述混合器的输出口设有紧急切断阀。
可选的，所述第一流量计和第二流量计都配置有温度补偿模块和压力补偿模块；
所述温度补偿模块用于根据气体温度对测量得到的气体流量进行补偿修正；
所述压力补偿模块用于根据气体压力对测量得到的气体流量进行补偿修正。
可选的，所述吸收式空气源热泵子系统包括制冷剂循环回路和吸收剂循环回路；
所述制冷剂循环回路包括制冷剂经过以管道依次连接的发生器、精馏器、冷凝器、过冷器的热侧、储液器、电子膨胀阀、蒸发器、过冷器的冷侧和吸收器后，在吸收器内被吸收剂吸收，然后随着吸收剂由液泵输送回发生器；
所述吸收剂循环回路包括吸收剂经过以管道依次连接的发生器、孔板电磁阀和吸收器，在吸收器内吸收制冷剂，然后与制冷剂一同由液泵输送回发生器。
可选的，所述吸收器内置GAX换热器，所述GAX换热器用于将吸收剂吸收制冷剂所释放的热量，所述液泵将被GAX换热器冷却后的制冷剂与吸收剂一同通过管道穿过精馏器，然后分流：一部分直接回到发生器，另一部分流经GAX换热器后再回到发生器。
可选的，所述蒸发器配置有化霜旁路，所述化霜旁路由精馏器与冷凝器之间管路接出，连接到电子膨胀阀与蒸发器之间管路上，所述化霜旁路上安装有化霜控制阀。
可选的，所述发生器包括外罐体和位于外罐体内部的内罐体，所述内罐体的内部用于贮存制冷剂与吸收剂的混合溶液；
所述外罐体和内罐体之间设有多个并联且具有共同的进口与出口的螺旋腔体，所述螺旋腔体的内表面设有催化剂涂层，相邻的所述螺旋腔体之间的分隔板内置电加热器；
所述燃烧装置包括鼓风机和燃气喷嘴，所述燃气喷嘴通过定量调节阀与混合器的输出口连接，所述鼓风机的送风口和燃气喷嘴都与螺旋腔体的进口连接；
所述螺旋腔体的出口与烟囱连接，所述出口位置安装有烟雾分析仪，所述烟雾分析仪用于烟雾分析以判断混合气体是否完全燃烧，若存在不完全燃烧情况则调节鼓风机增加空气送入量。
可选的，还包括人工智能控制子系统，所述人工智能控制子系统包括主控模块、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块；
所述主控模块分别与第一流量调节组件、第二流量调节组件、分析仪、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块连接；所述主控模块用于吸收式空气源热泵子系统和混合供气子系统运行的协调控制，所述主控模块根据分析仪对混合气体的分析控制第一流量调节组件和第二流量调节组件，按照设定比例输送氢气与天然气；
所述分区控制模块用于吸收式空气源热泵子系统对各区域供冷或者供热的分配控制；
所述分时控制模块用于吸收式空气源热泵子系统对各时段供冷或者供热的分配控制；
所述气候补偿模块用于根据实时气候数据对吸收式空气源热泵子系统的供冷或者供热进行补偿控制；
所述防温度骤降模块用于根据房屋开窗情况调节房屋的供冷或者供热；
所述低温运行模块用于在房屋空置状态时将房屋的供冷或者供热调至设定的低供运行状态。
可选的，所述主控模块连接有通信模块，所述通信模块用于网络连接；
所述气候补偿模块通过网络连接，从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算管网各房屋近24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至主控模块，主控模块发出对应的指令。
可选的，还包括人工智能控制子系统，所述人工智能控制子系统包括主控模块，所述主控模块连接有通信模块、地理定位模块和海拔补偿模块，所述通信模块用于网络连接；所述地理定位模块用于确定设备使用的地理位置；
所述主控模块根据地理位置通过通信模块进行网络查询确定当地的海拔高度；
所述海拔补偿模块内置海拔参数修正模型，所述海拔参数修正模型根据海拔高度对发生器的空气输送量进行修正，并以修正后的空气输送量对燃烧装置进行控制。
本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统，以天然气掺氢(HCNG)为能源的空气源吸收式热泵技术，通过将氢气和天然气输送至混合器中混合后，用于吸收式空气源热泵子系统中的发生器提供热量，由于替代燃料仍然是一种燃气，所以不需要对发生器进行彻底更换，只需要改造配套设施，可以降低对于现有吸收式空气源热泵系统的改造成本；本发明中采用的氢气可以通过太阳能或者风能发电，用于对水进行电离并进行氢气与氧气的分离得到，在氢气制取量多于使用量时可以将其存储起来，实现储能目的，以备使用量较多时使用，采用太阳能或者风能发电用于制取氢气的方式有利于清洁能源的发展。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种浅氢能吸收式空气源热泵系统示意图；
图2为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的混合供气子系统示意图；
图3为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的吸收式空气源热泵子系统示意图；
图4为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的发生器结构示意图；
图5为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的气候补偿控制技术原理图；
图6为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的防止开窗散热温度骤降控制技术原理图；
图7为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的空置房屋低温运行控制技术原理图；
图8为本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统实施例采用的分时分区控制技术原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，本发明实施例提供了一种浅氢能吸收式空气源热泵系统，包括给吸收式空气源热泵子系统1中的发生器11配置燃料的混合供气子系统2，所述混合供气子系统2包括混合器21、第一流量调节组件22、第二流量调节组件23和分析仪24；
所述混合器21包括第一输入口、第二输入口和输出口，所述混合器21用于氢气与天然气混合，所述输出口用于将混合气体输送至发生器11的燃烧装置110；
所述第一流量调节组件22用于第一输入口与氢气源连接并调节氢气压力与氢气流量；
所述第二流量调节组件23用于第二输入口与天然气源连接并调节天然气压力与天然气流量；
所述分析仪24用于对混合气体进行分析以控制天然气和氢气的混合比。
上述技术方案的工作原理为：本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统(HCNG-AHP)是一种以天然气掺氢(HCNG)为能源的空气源吸收式热泵技术，通过将氢气和天然气输送至混合器中混合后，用于吸收式空气源热泵子系统中的发生器提供热量，由于替代燃料仍然是一种燃气，所以不需要对发生器进行彻底更换，只需要改造配套设施，可以降低对于现有吸收式空气源热泵系统的改造成本；该系统以天然气和氢气为驱动能源，天然气燃烧化学反应式：CH4+2O2＝CO2+2H2O，氢气燃烧化学反应式：2H2+O2＝2H2O，通过剧烈地氧化燃烧反应，放出大量光和热；采用吸收式热泵技术，从空气中吸取热量，从而制取高品位热量；其中，分析仪对混合气体的分析结果是用于对天然气和氢气的混合比进行控制；本方案中采用的氢气可以通过太阳能或者风能发电，用于对水进行电离并进行氢气与氧气的分离得到，在氢气制取量多于使用量时可以将其存储起来，实现储能目的，以备使用量较多时使用，采用太阳能或者风能发电用于制取氢气的方式有利于清洁能源的发展。
上述技术方案的有益效果为：本方案的浅氢能吸收式空气源热泵系统(HCNG-AHP)与传统的燃气吸收式热泵(GdAHP)相比具有以下优势：一是提高热效率。浅氢能吸收式空气源热泵与常规燃气直燃和燃气+氢直燃锅炉相比，效率可提升1.5—2.0倍，与电驱动空气源热泵相比，用电量只有其十分之一；氢气的燃烧速度很快，约为天然气的8倍，在天然气中掺入氢气可以提高混合气的燃烧速度。氢气的辛烷值高，氢气和天然气的混合可以提高混合燃料的等熵指数，进而可以提高循环热效率。并且氢在燃烧时释放出OH、H、O等活性中心，可大大地促进燃烧速度，抑制爆燃，提高安全性能；二是减少碳排放。由于氢气的掺人，提高了燃料的氢碳比，从燃料本身减少了CO2和CO的生成，降低了温室气体排放量；三是降低氮氧化物的排放量。氢气的可燃空燃比界限宽，稀燃极限达0.068，淬熄距离只有天然气的30％，因此少量氢气的加入可以拓宽混合气的可燃范围，实现更稀薄燃烧，从而降低了燃烧温度，进而降低了氮氧化物(NOX)的排放量；四是减少基础设施的投资。天然气-氢气混合燃料(HCNG)可以利用比较完善的天然气基础设施，具有实际应用价值。研究表明含20％体积比氢气的天然气-气混合燃料(HCNG)可以直接使用的天然气输运管道，无需任何改造。氢气输运网络基础设施建设需要巨大的投入和很长的建设周期，在氢气分配基础设施还不完善的条件下，天然气-氢气混合燃料可以作为向氢能源过渡的可行性方式。同时，天然气-氢气混合燃料的研究和应用可以为氢气燃料的推广使用积累经验。例如我国利用现有西气东输、川气东输等逾8万公里天然气主干管网和庞大的支线管网掺氢运输，不仅可低成本实现氢气大范围输运，更有力地促进西部可再生能源制氢的发展，为氢能产业提供绿色廉价的氢气，并对实现我国能源结构转型意义重大；五是降低运行费用。天然气中掺入氢气(HCNG)的经济可行性很大程度上取决于氢气的价格，氢能完整工业链包括氢的制备、净化、储存、运输及最终使用诸环节，目前我国氢能已经具备产业化的基础，秉承“绿氢为目标”，“蓝氢为过渡”，“灰氢不可取”的原则，构建清洁化、低碳化的氢能供热应用体系。充分利用现有的天然气主干管网和庞大的支线管网掺氢运输，实现低成本的氢气大规模、大范围运输，从而降低氢气价格。
在一个实施例中，如图2所示，所述第一流量调节组件22包括相互连接的第一调压阀221和第一流量计222；
所述第二流量调节组件23包括相互连接的第二调压阀231、第二流量计232和防爆电动调节阀233；
所述混合器21的输出口设有紧急切断阀25；
所述第一流量计222和第二流量计232都配置有温度补偿模块和压力补偿模块；
所述温度补偿模块用于根据气体温度对测量得到的气体流量进行补偿修正；
所述压力补偿模块用于根据气体压力对测量得到的气体流量进行补偿修正。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置第一调压阀和第一流量计用于调节氢气的输送压力和测量氢气的输送量；通过设置二调压阀和第二流量计用于调节天然气的输送压力和测量天然气的输送量，设置防爆电动调节阀用于调节天然气的输送量，以控制天然气和氢气的混合比例；通过设置温度补偿模块和压力补偿模块，分别对测量氢气和天然气的输送量根据温度与压力进行补偿修正，以提高氢气和天然气的输送量的测量精度，避免由于测量精度不足影响天然气和氢气的混合比例。
在一个实施例中，如图3所示，所述吸收式空气源热泵子系统包括制冷剂循环回路和吸收剂循环回路；
所述制冷剂循环回路包括制冷剂经过以管道依次连接的发生器11、精馏器12、冷凝器13、过冷器14的热侧、储液器15、电子膨胀阀16、蒸发器17、过冷器14的冷侧和吸收器18后，在吸收器18内被吸收剂吸收，然后随着吸收剂由液泵19输送回发生器11；
所述吸收剂循环回路包括吸收剂经过以管道依次连接的发生器11、孔板电磁阀和吸收器18，在吸收器18内吸收制冷剂，然后与制冷剂一同由液泵19输送回发生器11；
所述吸收器18内置GAX换热器，所述GAX换热器用于将吸收剂吸收制冷剂所释放的热量，所述液泵19将被GAX换热器冷却后的制冷剂与吸收剂一同通过管道穿过精馏器12，然后分流：一部分直接回到发生器11，另一部分流经GAX换热器后再回到发生器11；
所述蒸发器17配置有化霜旁路10，所述化霜旁路10由精馏器12与冷凝器13之间管路接出，连接到电子膨胀阀16与蒸发器17之间管路上，所述化霜旁路10上安装有化霜控制阀。
上述技术方案的工作原理为：本方案可以采用氨为制冷剂，水为吸收剂；在制冷剂循环中，发生器中的浓溶液被来自混合供气子系统的掺氢天然气(HCNG)燃烧获得的热量加热后，在发生器中产生的高温高压氨蒸汽，经提馏、精馏后进入冷凝器(水冷热交换器)冷凝，高温高压的氨蒸汽被冷凝为高温高压的液氨进入过冷器的热侧；在过冷器中，与来自翅片式换热器的低温低压的氨蒸汽进行热量交换成为低温高压的过冷液氨，过冷后的液氨进入储液器，经电子膨胀阀节流后成为低温低压气液混合物进入蒸发器(翅片式换热器)，在翅片式换热器中吸收空气中的热量而发生相变成为低温低压的氨蒸汽，再通过过冷器的冷侧与过冷器的热侧进行热交换成为过热的氨蒸汽，然后进入吸收器中被从吸收器顶部喷淋的稀溶液吸收成为浓溶液，经溶液泵加压输送回发生器，进入下一个制冷剂的循环。在吸收剂循环中，在发生器中，浓溶液吸收来自混合供气子系统的掺氢天然气(HCNG)燃烧的热量，使氨从浓溶液中不断蒸发，溶液浓度逐渐降低，成为高温高压的稀溶液；高温稀溶液经稀溶液孔板电磁阀进入吸收器，吸收来自过冷器的过热氨蒸汽，氨蒸汽与稀溶液混合释放出溶解热，同时与吸收器内GAX高效换热器中的浓溶液进行热量交换，温度不断降低，浓度逐渐升高，浓溶液进入水冷换热器与水进行热量交换(制热)，冷却后，经溶液泵加压与精馏器中高温高压的氨蒸汽进行换热，氨蒸汽被冷却，浓溶液被加热；加热后的浓溶液一部分进入发生器顶部，一部分进入降膜吸收器内的GAX循环中进行热量交换，被加热后再进入发生器，进入下一个吸收剂的循环。
上述技术方案的有益效果为：本方案采用来自混合供气子系统的一次性清洁能源掺氢天然气(HCNG)作为驱动能源，运行费用更低；系统热效率COP为1.5—2.0，是传统锅炉的两倍；系统使用范围广泛，可在环境温度-30℃到43℃内稳定运行，水温可从5℃到55℃宽工况范围内灵活调节；全智能化霜控制系统，能大幅减少化霜次数，并且保障化霜时有足够热量继续输出，能有效保持供水温度的稳定性；若采用氨水工质，对生态无破坏作用(ODP＝GWP＝0)，不破坏臭氧层，保护人类生存环境；系统采用模块化设计，自由组合，分散安装，独立控制，适用范围广；吸收式空气能热泵技术可以改善工质的物理和化学特性，加大工质的沸点差,使其分离难度小、纯度高；作为制冷剂的水价廉、易得、气化潜热大、无毒、无味、安全性能好；溶液比热小，有利于提高循环效率；饱和气压低，溶液吸水性强，能够吸收低温水蒸气，且过程传质推动力强等；吸收循环的改进；在简单吸收循环的基础上，围绕吸收循环所做的工作使得吸收式热泵向高温升、高效率、高经济性、多用途、柔性化等方向发展。
在一个实施例中，如图4所示，所述发生器11包括外罐体114和位于外罐体114内部的内罐体115，所述内罐体115的内部用于贮存制冷剂与吸收剂的混合溶液；所述外罐体114的外表面设有保温层；
所述外罐体114和内罐体115之间环绕内罐体115设有多个并联且具有共同的进口117与出口118的螺旋腔体116，所述螺旋腔体116的内表面设有催化剂涂层，相邻的所述螺旋腔体116之间的分隔板119内置电加热器；
所述燃烧装置110包括鼓风机113和燃气喷嘴112，所述燃气喷嘴112通过定量调节阀111与混合器21的输出口连接，所述鼓风机113的送风口和燃气喷嘴112都与螺旋腔体116的进口117连接；
所述螺旋腔体116的出口118与烟囱连接，所述出口118位置安装有烟雾分析仪，所述烟雾分析仪用于烟雾分析以判断混合气体是否完全燃烧，若存在不完全燃烧情况则调节鼓风机113增加空气送入量。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过将发生器制作成双层结构，以内罐体与精馏器和吸收器连通，贮存制冷剂与吸收剂的混合溶液；在双层结构的夹层设置螺旋腔体用于混合气体的燃烧腔，对内罐体中的混合溶液进行加热使得制冷剂蒸发；螺旋腔体环绕内罐体设置可以提高传热的均匀性；在螺旋腔体的内表面设催化剂涂层，配合相邻螺旋腔体之间分隔板中内置的电加热器，初始时通过电加热器对分隔板和螺旋腔体进行预热，然后通过混合气体和空气，在催化剂涂层的催化以及预热达到的温度条件下，使得混合气体在螺旋腔体内部发生无焰燃烧，即在不产生明火情况下混合气体和空气中的氧气发生化学反应，产生热量，可以减少烟气产生，降低气体污染；设置烟雾分析仪进行烟雾分析以判断混合气体是否完全燃烧来对鼓风机进行调节，提高混合气体和空气相互比例的适配性。
在一个实施例中，还包括人工智能控制子系统，所述人工智能控制子系统包括主控模块、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块；
所述主控模块分别与第一流量调节组件22、第二流量调节组件23、分析仪24、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块连接；所述主控模块用于吸收式空气源热泵子系统1和混合供气子系统2运行的协调控制，所述主控模块根据分析仪对混合气体的分析控制第一流量调节组件和第二流量调节组件，按照设定比例输送氢气与天然气；
所述分区控制模块用于吸收式空气源热泵子系统1对各区域供冷或者供热的分配控制；
所述分时控制模块用于吸收式空气源热泵子系统1对各时段供冷或者供热的分配控制；
所述气候补偿模块用于根据实时气候数据对吸收式空气源热泵子系统1的供冷或者供热进行补偿控制；
所述防温度骤降模块用于根据房屋开窗情况调节房屋的供冷或者供热；
所述低温运行模块用于在房屋空置状态时将房屋的供冷或者供热调至设定的低供运行状态。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置主控模块以及与其连接的分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块，可以分别对供冷或者供热进行各种补偿，以提高供冷或者供热的控制精度，减少浪费；由主控模块对吸收式空气源热泵子系统和混合供气子系统的运行进行协调控制，主控模块还能够根据分析仪对混合气体的分析控制第一流量调节组件和第二流量调节组件，按照设定比例输送氢气与天然气，以提高氢气与天然气输送比例的控制精度，降低安全风险；其中，供冷是由吸收式空气源热泵子系统的蒸发器提供，供热是由吸收式空气源热泵子系统的冷凝器提供，即蒸发器和冷凝器都通过管道引导载冷剂(通常采用水作为载冷剂)进行不同方向的热量输送，将热量由冷凝器输送至房屋内的末端设备即为供热，将热量由房屋内的末端设备带至蒸发器即为供冷，具体根据房屋需要进行蒸发器和冷凝器的连接切换。
在一个实施例中，所述主控模块连接有通信模块，所述通信模块用于网络连接；
所述气候补偿模块通过网络连接，从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算管网各房屋近24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至主控模块，主控模块发出对应的指令。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过通信模块的网络连接，从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据，根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量，使得控制模块能够根据参量进行对应的控制，气候补偿控制方式如图5所示；可以提高供热与气候的适应性，防止供热不足或者过度供热，减少热量浪费，控制制冷剂循环回路、吸收剂循环回路和发生器的工作效率，进一步节约了能源，保护了环境，减少了废气排放，降低了成本。
在一个实施例中，所述主控模块连接有通信模块、地理定位模块和海拔补偿模块，所述通信模块用于网络连接；所述地理定位模块用于确定设备使用的地理位置；
所述主控模块根据地理位置通过通信模块进行网络查询确定当地的海拔高度；
所述海拔补偿模块内置海拔参数修正模型，所述海拔参数修正模型根据海拔高度对发生器的空气输送量进行修正，并以修正后的空气输送量对燃烧装置进行控制。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置地理定位模块自动确定设备使用的地理位置，再通过通信模块的网络连接，搜索查询确定海拔高度数据，减少人工确定的麻烦或者人为操作的遗漏和失误；在此基础上，配合海拔补偿模块内置的海拔参数修正模型，根据海拔高度对发生器的空气输送量进行修正，再用于对燃烧装置进行协调控制，可能提高燃烧装置中混合气体与空气输送比例的控制精度，防止设备由于使用地点不同和海拔差异带来的控制偏差造成混合气体燃烧不充分或者空气输送过量，减少燃料浪费或者降低能耗，有利于充分利用能源和节能。
在一个实施例中，所述蒸发器安装有摄像头，所述摄像头与主控模块连接；所述摄像头用于按照设定周期拍摄蒸发器的结霜图像；
所述主控模块连接有存储器和结霜评估模块，所述存储器保存有摄像头拍摄的未结霜状态下的蒸发器图像；
所述结霜评估模块按照设定周期采用以下公式对蒸发器结霜程度进行评估：
Figure BDA0003607318470000131
上式中，ω表示蒸发器的结霜指数；(i,j)表示蒸发器的结霜图像的像素坐标；μ(i,j)表示蒸发器的结霜图像的像素坐标点(i,j)处的色度值；
Figure BDA0003607318470000132
表示未结霜状态下的蒸发器图像各像素点的平均色度值；γ(i,j)表示蒸发器的结霜图像的像素坐标点(i,j)处的亮度值；
Figure BDA0003607318470000133
表示未结霜状态下的蒸发器图像各像素点的平均亮度值；τ(i,j)表示蒸发器的结霜图像的像素坐标点(i,j)处的光谱值；
Figure BDA0003607318470000134
表示未结霜状态下的蒸发器图像各像素点的平均光谱值；
若计算得到的结霜指数高于预设的指数阈值，则表示蒸发器的结霜严重，主控模块控制化霜旁路10上的化霜控制阀打开，直接将高温制冷剂引入蒸发器进行化霜，化霜完毕再关闭化霜控制阀；
主控模块还可以发出结霜提示信息，结霜提示信息可以是通过触摸显示屏显示的文字信息、通过工作指示灯发出的灯光提示或者由蜂鸣器发出的声音提示之中的一种或者多种组合，结霜提示信息还可以通过网络连接进行远程发送。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过拍摄蒸发器的结霜图像，与预先存储的未结霜状态下的蒸发器图像进行对比，用两者的图像对比度作为对蒸发器的结霜程度的评估数据(结霜指数)，从而实现了对蒸发器结霜的监视和量化分析，根据结霜指数与预设的指数阈值的对比确定是否实施化霜，提高系统效率；本方案采用的图像对比度计算公式简单，可操作性强，数据计算量小，采用定期评估方式能够进一步减少控制能耗，实际使用中，可以设备使用场合，合理确定评估时间或者周期；为了进一步提高评估准确性，还可以分别对蒸发器图像和结霜图像进行过滤处理和增强处理，提高蒸发器图像和结霜图像的质量，防止因为图像质量较差对结霜情况发生误判；目前蒸发器的化霜一般采用定期化霜或者根据温度检测进行化霜，定期化霜方式只要到了化霜时间即使没有结霜仍会执行化霜，温度检测方式也存在达到化霜温度条件时实际没有结霜的情况，即对于结霜判断不准确，没有结霜时仍然进行化霜运行造成能源浪费；本方案采用蒸发器表面图像对比方式进行判断，提高的结霜判断准确性，使得化霜准确及时，提高效率节省能耗。
本发明采用天然气加氢(HCNG)的混合技术，现有的天然气和氢气的燃料供给系统非常复杂，需要设计出一套混合供气系统能够控制天然气和氢气的混合比例，本发明采用在线混合技术的目标是随着系统工况变化，及时准确地提供给定掺氢比的HCNG混合气。天然气的流量受程序控制装置控制，并通过精度较高的质量流量计计量管道中天然气的流量，根据测量结果按照所需的掺氢比计算得到氢气流量，然后通过下一级高精度的质量流量控制仪控制氢气的流量，最后通过稳压罐进行混合，从而达到所需掺氢比。针对在天然气管道中注入氢气会对管道产生影响，可以在考虑氢气体积分数和管道气压的情况下选定合适的混合比和气体压力，例如：当在天然气管道中注入氢气的体积分数小于10％时，管道操作压力应小于7.7MPa；当氢气体积分数大于10％时，管道操作压力应小于5.38MPa，从而降低系统中采用金属材料制作部件的氢脆问题，提高系统安全性与寿命。
天然气和氢气的物理参数如下表所示：
Figure BDA0003607318470000151
防温度骤降模块采用的防止开窗散热温度骤降控制技术原理如图6所示，防止开窗散热温度骤降控制系统采集当前室内温度，计算近一段时间的平均温度，并计算当前室内温度与近一段时间的平均温度的变化率。根据温度的变化率识别开窗行为，在检测到有开窗行为时，系统暂停加热，并发送到用户的手机APP。
低温运行模块采用的空置房屋低温运行控制技术原理如图7所示。空置房屋低温运行系统通过无线采集室内温度、人体移动状态及移动时间等数据发送至服务器，服务器通过对采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，以实现低温运行控制。
分区控制模块和分时控制模块采用的分时分区控制技术原理如图8所示。分时分区控制系统根据不同建筑的供暖需求，设定不同的供暖时间、不同区域设定不同的供暖温度。
本发明的浅氢能吸收式空气源热泵系统(HCNG-AHP)适用于广大北方地区和部分中南部省区，无市政供暖或市政供暖难以覆盖的新建项目，包括各类居民建筑、公共建筑和工商建筑。居民建筑包括住宅区、别墅区、新农居、城镇化等；公共建筑包括办公及综合楼、文体卫机构、营房等；工商建筑包括产业园、商业体、营业机构、宾馆等。该系统可整体实施集中供暖运营，也可独户、独栋分布建设自主使用。浅氢能吸收式空气源热泵系统(HCNG-AHP)的主要用户涵盖所有需要用热取暖单位，包括开发商、社区物业、供热企业和政府平台，尤其适用于有进行分区域或个性化需求进行分布式供暖的项目，例如宾馆、酒店、办公楼、学校、医院、部队和小区等供热采暖终端用户。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，包括给吸收式空气源热泵子系统中的发生器配置燃料的混合供气子系统，所述混合供气子系统包括混合器、第一流量调节组件、第二流量调节组件和分析仪；
所述混合器包括第一输入口、第二输入口和输出口，所述混合器用于氢气与天然气混合，所述输出口用于将混合气体输送至发生器的燃烧装置；
所述第一流量调节组件用于第一输入口与氢气源连接并调节氢气压力与氢气流量；
所述第二流量调节组件用于第二输入口与天然气源连接并调节天然气压力与天然气流量；
所述分析仪用于对混合气体进行分析以控制天然气和氢气的混合比。
2.根据权利要求1所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述第一流量调节组件包括相互连接的第一调压阀和第一流量计；
所述第二流量调节组件包括相互连接的第二调压阀、第二流量计和防爆电动调节阀；
所述混合器的输出口设有紧急切断阀。
3.根据权利要求2所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述第一流量计和第二流量计都配置有温度补偿模块和压力补偿模块；
所述温度补偿模块用于根据气体温度对测量得到的气体流量进行补偿修正；
所述压力补偿模块用于根据气体压力对测量得到的气体流量进行补偿修正。
4.根据权利要求1所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述吸收式空气源热泵子系统包括制冷剂循环回路和吸收剂循环回路；
所述制冷剂循环回路包括制冷剂经过以管道依次连接的发生器、精馏器、冷凝器、过冷器的热侧、储液器、电子膨胀阀、蒸发器、过冷器的冷侧和吸收器后，在吸收器内被吸收剂吸收，然后随着吸收剂由液泵输送回发生器；
所述吸收剂循环回路包括吸收剂经过以管道依次连接的发生器、孔板电磁阀和吸收器，在吸收器内吸收制冷剂，然后与制冷剂一同由液泵输送回发生器。
5.根据权利要求4所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述吸收器内置GAX换热器，所述GAX换热器用于将吸收剂吸收制冷剂所释放的热量，所述液泵将被GAX换热器冷却后的制冷剂与吸收剂一同通过管道穿过精馏器，然后分流：一部分直接回到发生器，另一部分流经GAX换热器后再回到发生器。
6.根据权利要求4所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述蒸发器配置有化霜旁路，所述化霜旁路由精馏器与冷凝器之间管路接出，连接到电子膨胀阀与蒸发器之间管路上，所述化霜旁路上安装有化霜控制阀。
7.根据权利要求1所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述发生器包括外罐体和位于外罐体内部的内罐体，所述内罐体的内部用于贮存制冷剂与吸收剂的混合溶液；
所述外罐体和内罐体之间设有多个并联且具有共同的进口与出口的螺旋腔体，所述螺旋腔体的内表面设有催化剂涂层，相邻的所述螺旋腔体之间的分隔板内置电加热器；
所述燃烧装置包括鼓风机和燃气喷嘴，所述燃气喷嘴通过定量调节阀与混合器的输出口连接，所述鼓风机的送风口和燃气喷嘴都与螺旋腔体的进口连接；
所述螺旋腔体的出口与烟囱连接，所述出口位置安装有烟雾分析仪，所述烟雾分析仪用于烟雾分析以判断混合气体是否完全燃烧，若存在不完全燃烧情况则调节鼓风机增加空气送入量。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，还包括人工智能控制子系统，所述人工智能控制子系统包括主控模块、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块；
所述主控模块分别与第一流量调节组件、第二流量调节组件、分析仪、分区控制模块、分时控制模块、气候补偿模块、防温度骤降模块和低温运行模块连接；所述主控模块用于吸收式空气源热泵子系统和混合供气子系统运行的协调控制，所述主控模块根据分析仪对混合气体的分析控制第一流量调节组件和第二流量调节组件，按照设定比例输送氢气与天然气；
所述分区控制模块用于吸收式空气源热泵子系统对各区域供冷或者供热的分配控制；
所述分时控制模块用于吸收式空气源热泵子系统对各时段供冷或者供热的分配控制；
所述气候补偿模块用于根据实时气候数据对吸收式空气源热泵子系统的供冷或者供热进行补偿控制；
所述防温度骤降模块用于根据房屋开窗情况调节房屋的供冷或者供热；
所述低温运行模块用于在房屋空置状态时将房屋的供冷或者供热调至设定的低供运行状态。
9.根据权利要求8所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，所述主控模块连接有通信模块，所述通信模块用于网络连接；
所述气候补偿模块通过网络连接，从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算管网各房屋近24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至主控模块，主控模块发出对应的指令。
10.根据权利要求1或7所述的浅氢能吸收式空气源热泵系统，其特征在于，还包括人工智能控制子系统，所述人工智能控制子系统包括主控模块，所述主控模块连接有通信模块、地理定位模块和海拔补偿模块，所述通信模块用于网络连接；所述地理定位模块用于确定设备使用的地理位置；
所述主控模块根据地理位置通过通信模块进行网络查询确定当地的海拔高度；
所述海拔补偿模块内置海拔参数修正模型，所述海拔参数修正模型根据海拔高度对发生器的空气输送量进行修正，并以修正后的空气输送量对燃烧装置进行控制。
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