CN1912477A - 应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统，属于空调采暖通风领域。本系统将太阳能集热器(1)、相变蓄热装置(2)、全热回收交换器(3)以及空气/水热交换器(4)有机的组合起来，利用太阳能集热器(1)将太阳能转化成热水，并利用相变蓄热装置(2)通过热水作为热媒体，将不稳定的、多变化的太阳能蓄存起来，变成温度波动小、供热稳定的热能；利用空气/水热交换器(3)将通过全热回收热交换器(4)进行热回收后的新风进行加热后，送至空调房间。本发明利用太阳能进一步加热冬季空调新风，实现了冬季空调供暖能耗的减少，减少CO2排放量，保护人类生存环境。

Description

应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统
技术领域
本发明涉及一种应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统，属于空调采暖通风领域。
背景技术
我国是建筑业大国，建筑业已成为国民经济的支柱产业之一。建筑节能和建筑业的可持续发展，不仅涉及老百姓的生活质量，而且也是关系国计民生的大事业。我国正处于城镇化和工业化快速发展时期，每年大约20亿m2的建筑总量，接近全球年建筑总量的一半。我国在这个时期新建建筑以及原有400亿m2存量建筑是否节能，不仅关系到能否缓解我国能源供求的紧张状况，而且还关系到全球的气候变化与可持续发展。
据有关部门测算，目前住宅总能耗已占全国能耗的37％；而在建筑能耗中，用于空调、采暖的能耗占到了建筑能耗的35％～50％。随着人们环境意识的不断增强，人们在要求一个舒适的热环境的同时，对室内空气品质也越来越关注。对于空调系统来说，新风的有效补充变得越来越重要。室内新风的不断补充无疑会带来空调系统能耗的增加。在北方冬季空调采暖负荷中，新风加热负荷达20％～30％。虽然通过全热交换器可减少一部分新风加热负荷，但新风加热负荷仍然比较大。
众所周知，太阳能是一种“取之不尽，用之不竭”的能源。太阳每年以辐射形式送给地球表面的能量高达8.5×1013kW，相当于2000年全球总能量的70万倍；每40min照射在地球上的太阳能足以供全人类一年能量的消耗。我国位于地球的北纬18°～54°，这一区域太阳的年辐射总量为335～1000kJ/cm2，年照度时数为1000～3000h。太阳能资源虽然是非常好的客再生能源，但是太阳能热能密度不高，而且辐射强度变化大、不稳定，这给太阳能的利用带来了很大的难度。而相变材料具有在近似等温的条件下，吸收或释放大量热量的特点。因此，只要根据太阳辐射强度的变化规律，以及用热系统需求热负荷特点，设计相变温度合适的相变材料，就可实现太阳能不同地点、不同时间的转移。
现有的太阳能蓄热技术，更多的是应用于土壤源热泵系统、吸收式制冷系统、生活热水系统。在空调系统中，新风是室内空气品质和舒适环境的重要保证，随着人们对环境和健康的日益注重，新风量的有效供给对空调系统来说尤为重要。但是，对于冬季空调供暖系统，由于室内外温差大，用于加热新风所需的能耗是很大的，目前采用比较多的方式是，利用全热回收热交换器回收一部分排风中的热量。但是因为回收热量有限，送入房间的新风温度偏低，仍然需要补充加热。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有装置的上述缺陷，提出了一种应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统，本系统利用相变蓄热装置将不稳定的太阳能有效蓄存，并用于补充加热冬季空调新风的热源，以实现冬季空调供暖能耗的减少。
本系统将太阳能集热器1、相变蓄热装置2、全热回收热交换器3和空气-水热交换器4有机的组合起来，利用太阳能集热器1将太阳能转化成热水，并利用相变蓄热装置2通过热水作为热媒体，将不稳定的、多变化的太阳能蓄存起来，变成温度波动小、供热稳定的热能；利用空气-水热交换器4将通过全热回收热交换器3进行热回收后的新风进行加热，然后送至空调房间。
本发明采用了如下技术方案。本系统主要包括有全热回收热交换器3、太阳能集热器1、相变蓄热装置2、空气/水热交换器4和全热回收热交换器3。其中，太阳能集热器1通过阀门V5E、水泵5和阀门V2B与相变蓄热装置2连接，组成了太阳能—热水—相变蓄热水系统回路。相变蓄热装置2通过阀门V3C、阀门V6F、水泵5和阀门V1A与空气/水热交换器4连接，组成了相变蓄热装置—空气/水热交换器放热水系统回路；阀门V4D一端分别与阀门V3C和阀门V6F连接，另一端分别与阀门V1A和阀门V5E连接；空气/水热交换器4与前置的全热回收热交换器3连接，组成了全热回收-空气/水热交换新风系统回路。
本发明的工作模式如下：
模式1：全热量蓄热模式，在该模式下运行时，阀门V2B、阀门V5E、水泵5打开，阀门V1A、阀门V3C、阀门V4D、阀门V6F关闭。在该模式下，太阳能集热器1、相变蓄热装置2、阀门V5E、水泵5、阀门V2B构成太阳能-热水-相变蓄热水系统回路，利用太阳能集热器1将太阳辐射热能转换成热水，并以热水作为热媒体，将太阳能蓄存在相变蓄热装置2内。
模式2：相变蓄热装置独立放热模式，在该模式下运行时，阀门V1B、阀门V3C、阀门V6F、水泵5打开，阀门V2B、阀门V4D、阀门V5E关闭。相变蓄热装置2、阀门V3C、阀门V6F、空气/水热交换器4、水泵5、阀门V1A构成相变放热-热水-空气/水热交换水系统回路，蓄热后的相变蓄热装置2利用热水作为热媒体，将预先蓄存的太阳能通过空气/水热交换器4水侧释放给空气侧的新风。
模式3：太阳能集热器独立放热模式，在该模式下运行时，阀门V2B、阀门V3C、阀门V6F、水泵5打开，阀门V1A、阀门V4D、阀门V5E关闭。太阳能集热器1、阀门V3C、阀门V6F、空气/水热交换器4、水泵5、阀门V2B组成该模式下的运行回路。
模式4：相变蓄热装置边蓄热边放热模式1，在该模式下运行时，阀门V2B、阀门V3C、阀门V6F、阀门V5E、水泵5打开，阀门V1A、阀门V4D关闭。
模式5：相变蓄热装置边蓄热边放热模式2，在该模式下运行时，阀门V2B、阀门V4D、阀门V3C、阀门V6F、水泵5打开，阀门V1A、阀门V5E关闭。
模式6：相变蓄热装置边蓄热边放热模式3，在该模式下运行时，阀门V2B、阀门V4D、阀门V6F、水泵5打开，阀门V1A、阀门V3C、阀门V5E关闭。
空气/水热交换器4空气侧与全热回收热交换器3通过风管及风阀连接，构成全热回收-空气/水热交换新风系统回路，首先通过全热回收热交换器4将室内排风的废热回收，用于预热室外低温新风；然后通过空气/水热交换器3空气侧，从水侧获得太阳能热量，以对预热后的新风进一步加热至达到房间送风要求。
本发明的工作过程：早晨，相变蓄热装置2把前一天蓄存的热量已释放完毕。太阳出来后，本系统可以有两种工作模式：1)相变蓄热装置2进入全热量蓄热模式，太阳能-热水-相变蓄热水系统回路工作，阀门V2B、阀门V5E、水泵5开启，阀门V1A、阀门V3C、阀门V4D、阀门V6F关闭。即，由太阳能集热器1将吸收的太阳能量转换给水，升温后的热水向相变蓄热装置2蓄热，直至蓄热结束。2)太阳出来后，相变蓄热装置2进入边蓄热边放热模式，太阳能-热水-相变蓄热水系统回路与相变放热-热水-空气/水热交换水系统回路同时工作，阀门V2B、阀门V5E、阀门V3C、阀门V6F、水泵5开启；阀门V1A、阀门V4D关闭。即，由太阳能集热器1将吸收的太阳能量转换为热水，升温后的热水部分向相变蓄热装置2蓄热，部分通过空气-水热交换器4水侧向空气侧放热。白天，本系统也有两种工作模式：1)太阳能集热器1进入独立放热模式运行。即，太阳能集热器1将太阳能转换为热水，送至空气/水热交换器3水侧向空气侧放热。2)相变蓄热装置2进入边蓄热边放热模式3，太阳能-热水-相变蓄热水系统回路与相变放热-热水-空气/水热交换水系统回路同时工作，相变蓄热装置2将预先蓄存的太阳能释放给热媒体，作为热媒体的热水通过空气/水热交换器3水侧将热量释放给空气侧；同时太阳能集热器1加热来自空气-/热交换器3水侧的低温热水，向相变蓄热装置2蓄热。晚上或阴天，相变蓄热装置2进入独立放热模式：相变放热-热水-空气/水热交换水系统回路工作，相变蓄热装置2进入独立放热模式。即，相变蓄热装置2将预先蓄存的太阳能释放出来，加热来自空气/水热交换器3水侧的低温热水，升温后的热水又通过空气/水热交换器3水侧将热量释放给空气侧。当本系统在模式2、模式3、模式4、模式5、模式6下工作时，全热回收-空气/水热交换新风系统回路工作，经全热回收热交换器3回收室内排风6的废热，并将回收的热量传送给室外低温新风7，预热后的新风再进入空气-水热交换器4空气侧，获得来自水侧的太阳能热，被再次加热的新风8可直接送入房间，在不承担室内负荷或承担部分室内负荷的条件下，为空调房间提供一个舒适而健康环保的工作与生活环境。
采用本系统后，加热新风的热源不再需要人工热源，可以通过两种途径解决：1)通过回收排风中的废热预热室外低温新风7，提高了能源的利用率；2)从太阳能中获取热能加热新风，将太阳能集热器1、相变蓄热装置2和空气-水热交换器3有机结合起来，高效收集、储存太阳能，并利用太阳能进一步加热冬季空调新风，实现了冬季空调供暖能耗的减少，减少CO2排放量，保护人类生存环境。
说明附图
图1本发明的系统原理图
图中：1、太阳能集热器，2、相变蓄热装置，3、全热回收热交换器，4、空气/水热交换器，5、水泵，6、室内排风，7、室外低温新风，8、加热后新风A、阀门V1，B、阀门V2，C、阀门V3，D、阀门V4，E、阀门V5，F、阀门V6。
具体实施方式
下面结合图1说明本发明的具体实施方式。本系统主要包括有全热回收热交换器3、太阳能集热器1、相变蓄热装置2、空气/水热交换器4和全热回收热交换器3。其中，太阳能集热器1通过阀门V5E、水泵5和阀门V2B与相变蓄热装置2连接，组成了太阳能—热水—相变蓄热水系统回路。相变蓄热装置2通过阀门V3C、阀门V6F、水泵5和阀门V1A与空气/水热交换器4连接，组成了相变蓄热装置—空气/水热交换器放热水系统回路；阀门V4D一端分别与阀门V3C和阀门V6F连接，另一端分别与阀门V1A和阀门V5E连接；空气/水热交换器4与前置的全热回收热交换器3连接，组成了全热回收-空气/水热交换新风系统回路。

Claims (1)

1、应用太阳能相变蓄热的全热回收新风节能系统，本系统主要包括有全热回收热交换器3，其特征在于：还包括有太阳能集热器(1)、相变蓄热装置(2)、空气/水热交换器(4)和全热回收热交换器(3)。其中，太阳能集热器(1)通过阀门V5(E)、水泵5和阀门V2(B)与相变蓄热装置(2)连接，组成了太阳能—热水—相变蓄热水系统回路；相变蓄热装置(2)通过阀门V3(C)、阀门V6(F)、水泵5和阀门V1(A)与空气/水热交换器4连接，组成了相变蓄热装置—空气/水热交换器放热水系统回路；阀门V4(D)一端分别与阀门V3(C)和阀门V6(F)连接，另一端分别与阀门V1(A)和阀门V5(E)连接；空气/水热交换器(4)与前置的全热回收热交换器(3)连接，组成了全热回收-空气/水热交换新风系统回路。
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