CN1167911C - 一种太阳能吸收式空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能吸收式空调系统，它包括太阳能集热器、制冷机、储热水箱、冷却塔、空调箱和辅助锅炉，其特征在于：它还包括一速热水箱，其一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述集热器形成一循环回路，其另一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述制冷机内的热水管形成一循环回路；所述太阳能集热器为热管式真空管太阳能集热器。本发明热效率高、耐冰冻、启动快、保温好、可以满足多楼层大面积的制冷和供暖需求。

Description

一种太阳能吸收式空调系统

本发明涉及一种太阳能吸收式空调系统。

由于夏天强烈的太阳辐照恰好与夏季迫切的制冷需求相匹配，因此，用太阳能替代常规能源驱动空调系统，可以充分利用自然条件，对节能和环保都具有十分重要的意义。为此，当前世界各国都在加紧进行太阳能空调的研究，许多国家已经建立或正在建立太阳能空调系统。现有的大多数太阳能吸收式空调系统主要是由平板型太阳能集热器、吸收式制冷机、储热水箱、冷却塔、空调箱和辅助锅炉等部分组成。其存在以下问题：1、由于平板型太阳能集热器在高工作温度时的集热效率较低，一般在60℃以下，不能满足吸收式制冷热的需求。2、由于系统中仅具有一个储热水箱，当太阳升起后，需要很长的加热时间，才能使储水箱中的水温达到制冷或供暖的要求，因此，早晨经常需要启动辅助锅炉。3、由于夏季夜晚也需要制冷，而现有系统中，一方面太阳能储热水箱的容量有限，太阳落山以后的制冷，往往需要使用辅助锅炉供热水，不能充分地利用太阳能；另一方面储热水箱内的热水温度高，散热较快，又存在热量浪费的问题。

针对上述问题，本发明的目的是提供一种加热温度高，加热速度快，供热时间长，能源利用充分的太阳能吸收式空调系统。

为实现上述目的，本发明采取以下设计：一种太阳能吸收式空调系统，它包括一太阳能集热器，其设置在建筑物顶部；一吸收式制冷机，其设置在机房内；一储热水箱，所述储热水箱的一进、出水口通过管路和阀门与所述集热器连接成一循环回路，另一进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机内的热水管连接成一循环回路；一冷却塔，其通过管路和阀门与所述制冷机内的冷却管连接成一循环回路；若干空调箱，其内设置有供风盘管，所述空调箱与所述制冷机连接；一辅助锅炉，其进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机内的热水管和空调箱分别连接成一循环回路；若干循环水泵和阀门，其分别设置在各个管路上；其特征在于：它还包括一速热水箱，其一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述集热器形成一循环回路，其另一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述制冷机内的热水管形成一循环回路；所述太阳能集热器为热管式真空管太阳能集热器。

为更充分利用太阳能，本发明还可以在所述空调箱与所述制冷机之间设置一储冷水箱，所述储冷水箱的一进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机的制冷管连接成一循环回路，另一进、出水口通过管路和阀门与所述空调箱连接成一循环回路。

本发明还可以包括一生活用热水箱，其内带有盘管，所述盘管通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述集热器连接成一循环回路；

本发明所述辅助锅炉为燃油、燃气、电热水锅炉中的一种。

本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于采用热管式真空管太阳能集热器作为集热装置，因此，热效率高、耐冰冻、启动快、保温好、承压高、耐热冲击、运行可靠、维修方便，一般可以使热水的工作温度达到90℃左右，进而使制冷机充分发挥制冷效果，满足多楼层大面积的制冷需求。2、本发明由于增设了一个小型速热水箱，因此，可以在太阳刚刚升起的时候，先加热小型速热水箱，使其尽快达到制冷机要求的供热水；当太阳辐照温度逐渐升高，小型速热水箱的水已经被加热时，可以换成大储热水箱加热，从而有效地加长了太阳能制冷的时间。3、本发明由于增设了一个储冷水箱，其不但可以使制冷空调输出的温度比较稳定，而且可以在白天储存较多的低温水，当太阳下山储热水箱的温度无法满足制冷机需求时，可以关闭制冷机，直接利用较低的水温通过空调箱向室内供冷。4、由于制冷机的出口水温约为8℃，而储热水箱的水温一般在90℃左右，与环境温度(假设为30℃)相比，储冷水箱与环境之间的温差要比储热水箱与环境之间的温差小得多，因此，在同等条件下，储冷水箱的保温隔热效果比储热水箱好，可以储存更多的能量，在太阳下山后可以具有更长时间的供冷效果。5、本发明由于同时设置了一小型速热水箱和一储冷水箱，因此可以在同样制冷和供热面积的情况下，不增加储热水箱的体积，使整个空调系统小型化，较大程度地降低了保温层的制作成本和制作难度，有效地延长了储存能量的使用时间，极大地提高了太阳能的利用率。

下面结合附图对本发明进行详细地说明。

图1是本发明系统示意图

图2是本发明集热器中的热管式真空集热管示意图

图3是图2中半圆柱面状吸热板示意图

图4是图2中平面状吸热板示意图

如图1所示，本发明包括热管式真空管集热器1，吸收式制冷机2，辅助锅炉3，冷却水塔4，储热水箱5，小型速热水箱6，储冷水箱7，空调箱13、14、15，生活用热水箱9等。

首先，本发明的集热器采用热管式真空管集热器1，其最大特点是热效率高、耐冰冻、启动快、保温好、承压高、耐热冲击、运行可靠、维修方便。集热器1中的热管式真空管10可以根据需要采用几支、几十支、几百支、甚至上千支。为了使集热器1能够接收到更多的太阳辐射能，真空管10中的吸热板11可以采用半圆柱面状吸热板11(如图3所示)，其比平面状吸热板(如图4所示)的日吸热量可以提高10％以上。

本发明的制冷机2采用溴化锂吸收式制冷机。还可以采用其他工质的吸收式制冷机。

为了保证系统运行的稳定性，使制冷机2的进口热水温度不受太阳辐照瞬时变化的直接影响，太阳能集热器1出口的热水是先进入储热水箱5，再由储热水箱5向制冷机2供热。本发明设置一速热水箱6，主要是为了保证系统在太阳升起的时候快速启动，同时也可以储存更多的热量。系统连接时，将储热水箱5和速热水箱6上相同的进、出水口分别通过单向、双向或三通阀门F1-F9及管路G1-G4并联。并联管路G1通过管路G5与集热器1的出水口连接；并联管路G2依次通过管路G6、三通阀F10、循环泵P2、管路G7和双向阀F11与制冷机2的热水进水口连接；并联管路G3依次通过管路G8和循环泵P1与集热器1的进水口连接；并联管路G4上的三通阀F9依次通过管路G9、双向阀F12和管路G10与制冷机2的热水出水口连接；在管路G10上连接一支路G11至三通阀F10。同时，在管路G7上连接一支路G32，通过双向阀F25至分流器8。

生活用热水箱9的作用主要是在不制冷或供暖的季节供应生活用热水，另外它还可以在夏季储热水箱5中的温度超过94℃极限温度时，作为过热保护的泄热水箱。生活用水箱9内设置盘管12，盘管12的进水口通过管路G12与储热水箱5和速热水箱6的并联管路G1连接，即与集热器1的出水口连接；盘管12的出水口依次通过管路G13、双向阀F13、管路G14和单向阀F14与管路G8并联，也通过循环泵P1与集热器1的进水口连接。

由于太阳能系统的运行不可避免地要受到气候的影响，为了保证本发明系统可以全天候发挥制冷、采暖功能，辅助锅炉3是必不可少的，辅助锅炉3可以采用电热、燃油、燃气热水锅炉。本发明连接时，将辅助锅炉3的进水口通过管路G15与管路G10连通，辅助锅炉3的出水口通过双向阀F15、管路G16与管路6连通，从而，使辅助锅炉3形成与储热水箱5和速热水箱6并联的形式。

冷却水塔4是为给制冷机2提供冷却水而设置的，冷却水的出水口通过管路G17和循环泵P3与制冷机2的冷却水进水口连接；冷却水的出水口通过双向阀F16和管路G18与制冷机2的冷却水出水口连接。

储冷水箱7是根据建筑物用冷的特点而设置的。因为用户日落后要继续用冷，尽管储热水箱可以储存能量，但能力毕竟有限。因此，本发明设置一储冷水箱7，可以把白天的能量尽可能多地储存起来，在晚上制冷机2停机后，还可以在很长一段时间内向室内供冷。系统连接时，将储冷水箱7的进水口通过管路G19和循环泵P4与制冷机2的制冷水出水口连接；储冷水箱7的出水口通过管路20与制冷机2的制冷水进水口连接。储冷水箱7的另一出水口通过管路G21、双向阀F17、循环泵P5、管路G22与空调箱13、14、15进口处的分流器8连接；储冷水箱7的另一进水口通过管路G23、双向阀F18、F19和管路G24与空调箱8出口的集流器16连接；在两双向阀F17、F18之间的管路G21、G23上分别设置一双向阀F21、F22；在储冷水箱7的底部还设置有一出水口，其通过单向阀F23、双向阀F24和管路G25连接至管路G14。

空调箱13、14、15通过进水管路G26、G27、G28与分流器8连接，空调箱13、14、15的回水管路G29、G30、G31连接至集流器16。

在上述系统中，各部件、阀门、循环泵等的启停控制，通过在系统中设置的温度传感器，根据系统在各种状态下的不同运行要求编制程序，由计算机自动控制。比如：集热器的运行是根据进出口温度传感器所检测到的温度传输到控制模块，经比较、处理后得到的温差来控制。当温差≥6℃时，太阳能循环水泵P1开启；当温差≤2℃时，太阳能循环水泵P1关闭。又如：在有供冷要求的工况下，由中央控制计算机下发有“供冷”指令到控制模块，通过温度传感器检测大储热水箱5或小速热水箱6温度，当其中一个水箱5或6温度达到85℃以上且储冷水箱7温度≥8℃时，即可向制冷机2供热，并由控制模块自动开启制冷机2及相应的水泵P2，这时冷水通过空调箱13、14、15内的风机盘管向房间内供冷。当大小水箱温度5、6均小于85℃且储冷水箱7温度≥8℃时，控制模块自动开启辅助锅炉3及相应的阀门，关闭储热(速热)水箱5、6供热回路阀门，由燃油锅炉向制冷机供热并产生冷水，通过空调箱13、14、15内的风机盘管向房间内供冷。在辅助锅炉3运行阶段，控制模块始终自动检测储热(速热)水箱5、6的温度，当两水箱的温度均达到94℃时，控制模块将从辅助锅炉3供热自动转换到储热水箱供热而维持制冷机运行，并关闭辅助锅炉3。

由于本发明主要是通过采用热管式真空管作为太阳能集热器来提高供热效率，加快供热温度和速度，通过设置小型速热水箱6、储冷水箱7等延长太阳能供热时间，充分利用太阳能，而在整个系统中的电路控制仅仅是根据各种不同工况采用常规的控制方法，故在此不再详细叙述。

下面举例说明本发明各种工作状况以及防过热和防冷冻所采取的措施。

1、夏季制冷

首先，在太阳升起的时候，将集热器1通往速热水箱6的阀门F3、F7和循环泵P1电源打开，关闭集热器1通往储热水箱5和生活用热水箱9的阀门，只加热速热水箱中的水，当其达到88℃规定温度时，打开速热水箱通往制冷机2的阀门F4、F10、F11、F12、F9、F8及循环泵P2，向制冷机供热水，其余供热水至制冷机的阀门被关闭。制冷机通往储冷水箱的循环泵P4启动，通过管路G19和G20向储冷水箱供冷。储冷水箱与空调箱之间的进水阀门F22、F21关闭，F17、循环泵P5打开，通过分流器8向空调箱供制冷水；同时空调箱与储冷水箱之间的回水阀门F19、F18打开，通过集流器16向储冷水箱回水。这时，如果打开设在各个位置上的空调箱，便可以通过空调箱内的风机盘管得到空调冷风。当储热水箱5中的水被加热至88℃时，可以打开集热器1通往储热水箱5的阀门F1、F5，以及储热水箱通往制冷机的阀门F2、F6，通过三通阀F10、F9转而由储热水箱供热水。此时可以关闭上述通往速热水箱6的相应阀门，也可以不关闭相应阀门，由储热水箱和小型速热水箱共同供热水。如果需要用辅助锅炉3供应热水，则需要打开阀门F15，关闭阀门F12及其它集热器和制冷机通往储热水箱和速热水箱的阀门，而由阀门F15、F10、F11和循环泵P2向制冷机供热水。而在辅助锅炉向制冷机供热水时，可以始终检测储热或速热水箱的温度，待其达到94℃时，辅助锅炉将自动关闭，转而由储热或速热水箱供热水。值得注意的是：当储冷水箱7内的水温被冷却到7℃时，制冷机将自动不再工作。当储热水箱内的水温达到94℃时，为了防止系统因温度过高，出现汽化，将自动打开阀门F13、F14，使集热器同时与生活用热水箱9中的盘管12连通，以通过盘管12向生活用热水箱中散热。

2、冬季供暖

冬季供暖时，速热水箱6和辅助锅炉3与集热器1和制冷机2的连接方式与夏季相同，唯一不同的是：进入制冷机的阀门F11被关闭，原进入制冷机的热水是通过三通阀F10、循环泵P2、管路G7、支路G32和阀门F25直接进入分流器8的。而空调箱中的回水是通过支路G33、阀门F26、F12、三通阀F9后，回到速热水箱或储热水箱；而通过支路G33和阀门F26回到辅助锅炉3。在这种工况下，储冷水箱也作为储热水箱使用。值得注意的是为了防冻，在系统管路温度最低处，设置一温度传感器，一旦温度低到4℃，就自动开启循环泵P1一段时间，使储热水箱中的热水流入管路，从而可以有效地避免管路的冻结。

3、供应生活用热水

在春秋季节，或其它不用制冷或供暖，或具有多余的热量时，可以打开通向生活用热水箱9的阀门F13，通过集热器1向生活用热水箱9中的盘管12供热。

Claims (5)

1、一种太阳能吸收式空调系统，它包括

一太阳能集热器，其设置在建筑物顶部；

一吸收式制冷机，其设置在机房内；

一储热水箱，所述储热水箱的一进、出水口，通过管路和阀门与所述集热器连接成一循环回路，另一进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机内的热水管连接成一循环回路；

一冷却塔，其通过管路和阀门与所述制冷机内的冷却管连接成一循环回路；

若干空调箱，其内设置有供风盘管，所述空调箱与所述制冷机连接；

一辅助锅炉，其进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机内的热水管和空调箱分别连接成一循环回路；

若干循环水泵和阀门，其分别设置在各个管路上；

其特征在于：它还包括

一速热水箱，其一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述集热器形成一循环回路，其另一进、出水口分别通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述制冷机内的热水管形成一循环回路；

所述太阳能集热器为热管式真空管太阳能集热器。

2、如权利要求1所述的太阳能吸收式空调系统，其特征在于：在所述空调箱与所述制冷机之间设置一储冷水箱，所述储冷水箱的一进、出水口通过管路和阀门与所述制冷机的制冷管连接成一循环回路，另一进、出水口通过管路和阀门与所述空调箱连接成一循环回路。

3、如权利要求1或2所述的太阳能吸收式空调系统，其特征在于：它还包括一生活用热水箱，其内带有盘管，所述盘管通过管路和阀门与所述储热水箱并联、与所述集热器连接成一循环回路；

4、如权利要求1或2所述的太阳能吸收式空调系统，其特征在于：所述辅助锅炉为燃油、燃气、电热水锅炉中的一种。

5、如权利要求3所述的太阳能吸收式空调系统，其特征在于：所述辅助锅炉为燃油、燃气、电热水锅炉中的一种。

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