CN201093643Y - 新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置 - Google Patents

新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置 Download PDF

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Abstract

新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成，太阳能集热装置通过换热器分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。该装置将太阳能和地热能综合利用，为公共建筑物提供采暖、供冷、生活热水以及对饮用水进行预热，同时通过控制器进行自动模糊控制，从而可以在环保的基础上实现高效节能。

Description

新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置
技术领域
本实用新型涉及一种综合利用太阳能及地热能的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置。
背景技术
能源是人类生存和社会发展必需的物质基础，进入二十一世纪，能源紧缺已经成为各国经济发展的世界性难题。目前，建筑物的能耗约占全国能耗的1/3，而在公共建筑(特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等)的全年能耗中，大约50％-60％消耗于空调制冷与采暖系统，为了解决能源短缺及由此带来的环境污染问题，近年越来越重视可再生资源的开发与利用。
目前，现有技术中，有利用太阳能热水器为建筑物提供供暖和生活热水的技术，利用地热能为建筑物空调系统提供冷热源的技术，但两者的结合利用技术，目前都不是很完善，不能做到充分利用可再生资源，或者有些实施起来比较复杂，需要改变系统内部结构，来实现节能。
发明内容
针对现有技术缺陷，本实用新型提出一种新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，通过综合利用可再生资源，解决公共建筑物的采暖、供冷、生活热水以及饮用水问题。
一种新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成，太阳能集热装置通过换热器分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
所述的太阳能集热装置由太阳能集热器、温度变送器、太阳能热水循环泵及蓄热水箱组成，温度变送器分别安装在太阳能集热器出水口和蓄热水箱上，太阳能集热器、太阳能热水循环泵与蓄热水箱之间通过管道连接。
所述的饮用水系统由饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水温度变送器、饮用水系统压力变送器、饮用水循环泵、热水锅炉及饮用水补水装置组成，饮用水温度变送器、饮用水压力变送器安装在板式换热器二次热源侧，饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水循环泵和热水锅炉之间通过管道连接。
所述的生活热水系统由生活热水系统换热循环泵、板式换热器、温度变送器、压力变送器、生活热水循环泵和生活热水用户组成，温度变送器、压力变送器安装在板式换热器二次热源侧，换热循环泵、板式换热器和生活热水循环泵之间通过管道连接。
所述的控制系统由数据采集装置、中央控制器、数据显示处理器、电源单元和模糊控制单元组成；数据采集装置由温度变送器、湿度变送器和压力变送器组成，采用0～10V/4～20MA标准信号；中央控制器由CPU模块或单片机及其辅助模块组成，辅助模块包括电源模块、输入模块以及输出模块等，通过连接电缆与CPU模块或单片机连接；数据显示处理器由触摸屏或嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口和打印机组成，触摸屏或嵌入式一体化工控机通过通讯口与中央控制器相连，存储设备为硬盘，打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工控机的USB接口连接；模糊控制单元由模糊控制软件组成，模糊控制软件嵌入在中央控制器中。
所述的地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵、板式换热器、制冷机、冷冻水循环泵、空调用户、地源水循环泵、冷冻系统出水和回水温度变送器、冷冻出水和回水流量变送器、冷冻系统出水和回水压力变送器以及控制阀组成，太阳能系统通过板式换热器与冷冻系统连接，并过各控制阀实现转换控制，地源水循环泵连接于冷却系统。
饮用水系统通过换热循环泵来加热饮用水。换热循环泵根据水温及压力控制启停，饮用水循环泵根据系统水量随时开启，将常温的自来水通过板式换热器加温后，给热水锅炉补水，从而减少热水锅炉的开启时间，达到节能的目的。
生活热水系统通过换热循环泵来供给用户生活热水。换热循环根据水温及压力控制启停，生活热水循环泵根据用户需要随时开启，供给用户使用。
控制系统采用现代模糊控制技术进行自动控制，进行高效节能。通过采集装置实时采集系统的温度、流量、压力等参数，送到中央控制器进行模糊运算处理，确定输出最优控制值来控制系统泵的运行。数据显示处理器可以实时显示系统的各项参数和进行操作控制。冬季热水循环根据水温控制启停。空调系统分冬、夏季制热制冷运行。夏季制冷时，通过阀门转换，地源水连接制冷机冷凝器，蒸发器接空调用户系统，从而将室内的热量转移到地下，取低温的土壤或地下水源作为空调系统冷却水源，从而达到制冷的效果。冬季供暖时，首先通过阀门转换，将地源连接制冷机蒸发器，空调用户系统及太阳能换热连接于制冷机冷凝器。当太阳能热水足够高时，可单独采用太阳能供热；一般情况，空调系统从电能驱动的水源中央空调主机(热泵)中提取部分热能负荷，根据供暖水温和太阳能的实际水温进行比较，通过阀门的自动切换，使从空调主机的送出的热水经过太阳能换热系统，使系统温度再次提高，然后送出高温热源，以满足用户供热需求，启动太阳能集热装置，辅助供热设施运行，太阳能承担部分负荷，可节约空调主机电能能耗。
本实用新型可通过综合利用可再生资源，解决公共建筑物的采暖、供冷、生活热水以及饮用水问题。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图
其中，A.太阳能集热器，B.蓄热水箱，C.饮用水系统热水换热器，D.热水锅炉，E.生活热水换热器，F.生活热水用户，G.供暖热水换热器，H.空调用户，I.地源或水源，J.制冷机，J1.蒸发器，J2.冷凝器，K.控制系统，L.饮用水系统补水装置，M.生活热水系统补水装置，1.太阳能热水循环泵，2.饮用水系统换热循环泵，3.饮用水循环泵，4.生活热水系统换热循环泵，5.生活热水循环泵，6.太阳能热水控制阀，7.供暖系统换热循环泵，8.冷冻系统转换阀，9.冷冻出水控制阀，10.冷凝器冷冻出水控制阀，11.蒸发器冷冻出水控制阀，12.冷冻水循环泵，13.太阳能热水控制阀，14.冷冻回水控制阀，15.蒸发器冷冻回水控制阀，16.冷凝器冷冻回水控制阀，17.冷凝器热泵出水控制阀，18.蒸发器热泵出水控制阀，19.地源水循环泵，20.冷凝器热泵回水控制阀，21.蒸发器热泵回水控制阀，T1.太阳能热水温度变送器，T2.蓄热水箱温度变送器，T3.饮用水温度变送器，T4.生活热水温度变送器，T5.冷冻系统出水温度变送器，T6.冷冻系统回水温度变送器，Q1.冷冻出水流量变送器，Q2.冷冻回水流量变送器，P1.冷冻系统出水压力变送器，P2.冷冻系统回水压力变送器，P3.饮用水系统压力变送器，P4.生活热水系统压力变送器。
具体实施方式
实施例：
本实用新型的结构如图1所示，装置由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成，太阳能集热装置通过换热器分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
太阳能集热装置由太阳能集热器A、温度变送器(T1、T2)、太阳能热水循环泵1及蓄热水箱B组成，温度变送器T1、T2分别安装在太阳能集热器A出水口和蓄热水箱B上，太阳能集热器A、热水循环泵1与蓄热水箱B之间通过输水管道连接。其中太阳能集热器A的数量根据建筑面积选择。太阳能集热器A集热后，将热量储存在蓄热水箱B中，然后再供热。当温度T1-T2≥8-10℃时，此时太阳能热水循环泵1开启；当温度T1-T2≤2-5℃时，太阳能热水循环泵1关闭。
饮用水系统由饮用水系统换热循环泵2、板式换热器、饮用水温度变送器T3、饮用水系统压力变送器P3、饮用水循环泵3、热水锅炉及饮用水补水装置L组成，饮用水温度变送器T3、饮用水压力变送器P3安装在板式换热器二次热源侧，饮用水系统换热循环泵2、板式换热器、饮用水循环泵3和热水锅炉之间通过管道连接。当温度T2-T3≥8-10℃时，此时饮用水系统换热循环泵2开启；当温度T2-T3≤2-5℃时，饮用水系统换热循环泵2关闭。通过系统采集的温度和压力控制饮用水循环泵3的启停。补水装置根据需要随时开启，将常温的自来水通过板式换热器加温后，给热水锅炉补水，从而减少热水锅炉的开启时间，达到节能的目的。
生活热水系统由生活热水系统换热循环泵4、板式换热器、生活热水温度变送器T4、生活热水系统压力变送器P4、生活热水循环泵5和生活热水用户组成，温度变送器、生活热水系统压力变送器P4安装在板式换热器二次热源侧，换热循环泵4、板式换热器和生活热水循环泵5之间通过管道连接。当温度T3-T4≥8-10℃时，此时生活热水系统换热循环泵4开启；当温度T3-T4≤2-5℃时，生活热水系统换热循环泵4关闭。通过系统采集的温度和压力控制生活热水循环泵5的启停。补水装置根据用户需要随时开启，供给用户使用。
地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵7、板式换热器、制冷机、冷冻水循环泵12、空调用户、地源水循环泵19、冷冻系统出水和回水温度变送器T5和T6、冷冻出水和回水流量变送器Q1和Q2、冷冻系统出水和回水压力变送器P1和P2以及控制阀组成，太阳能系统通过板式换热器与冷冻系统连接，并过各控制阀实现转换控制，地源水循环泵19连接于冷却系统。当温度T2-T5≥8-10℃时，此时换热循环泵7开启；当温度T2-T5≤2-5℃时，换热循环泵7关闭。空调系统分冬、夏季运行。
夏季制冷时，地源连接制冷机冷凝器，蒸发器接空调用户系统，所以将阀门11、15、17、20开启，阀门10、16、18、21关闭；由于不采用太阳能，需要将冷冻系统阀门8、9、14开启，同时关闭6、13阀门。
冬季供暖，将地源连接制冷机蒸发器，空调用户系统及太阳能换热连接于制冷机冷凝器，即开启阀门10、16、18、21，关闭11、15、17、20阀门；根据蓄热水箱的水温来确定使用太阳能供暖或者太阳能辅助地热共同供暖，当温度T2-T6≥20℃，同时T6＞30℃时，可以只用太阳能来提供供暖，此时，开启阀门6、13，关闭阀门8、9、14，停止制冷机系统的运行。当温度不满足以上条件时，将阀门6、9、14开启，同时关闭8、13阀门，采用太阳能辅助地热共同供暖方式。
控制系统由PLC、触摸屏、变频器、温、湿度变送器及压力变送器等组成，模糊控制由PLC来实现，PLC通过实时采集系统温度、流量、压力等模拟量，进行模糊控制运算，发出指令控制电机启停、泵的开关以及变频器的运行，从而实现节能控制。

Claims (6)

1.一种新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，由太阳能集热装置、饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统和控制系统五部分组成，太阳能集热装置通过换热器分别与饮用水系统、生活热水系统、地源热泵中央空调系统连接。
2.如权利要求1所述的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，太阳能集热装置由太阳能集热器、温度变送器、太阳能热水循环泵及蓄热水箱组成，温度变送器分别安装在太阳能集热器出水口和蓄热水箱上，太阳能集热器、太阳能热水循环泵与蓄热水箱之间通过管道连接。
3.如权利要求1所述的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，所述的饮用水系统由饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水温度变送器、饮用水系统压力变送器、饮用水循环泵、热水锅炉及饮用水补水装置组成，饮用水温度变送器、饮用水压力变送器安装在板式换热器二次热源侧，饮用水系统换热循环泵、板式换热器、饮用水循环泵和热水锅炉之间通过管道连接。
4.如权利要求1所述的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，生活热水系统由生活热水系统换热循环泵、板式换热器、生活热水温度变送器、生活热水系统压力变送器、生活热水循环泵和生活热水用户组成，温度变送器、生活热水系统压力变送器安装在板式换热器二次热源侧，换热循环泵、板式换热器和生活热水循环泵之间通过管道连接。
5.如权利要求1所述的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，所述的控制系统由数据采集装置、中央控制器、数据显示处理器、电源单元和模糊控制单元组成；数据采集装置由温度变送器、湿度变送器和压力变送器组成，采用0～10V/4～20MA标准信号；中央控制器由CPU模块或单片机及其辅助模块组成，辅助模块包括电源模块、输入模块以及输出模块等，通过连接电缆与CPU模块或单片机连接；数据显示处理器由触摸屏或嵌入式一体化工控机、存储设备、通讯接口和打印机组成，触摸屏或嵌入式一体化工控机通过通讯口与中央控制器相连，存储设备为硬盘，打印机通过打印机电缆与嵌入式一体化工控机的USB接口连接；模糊控制单元由模糊控制软件组成，模糊控制软件嵌入在中央控制器中。
6.如权利要求1所述的新型太阳能辅助地源热泵空调系统装置，其特征在于，所述的地源热泵空调系统由供暖系统换热循环泵、板式换热器、制冷机、冷冻水循环泵、空调用户、地源水循环泵、冷冻系统出水和回水温度变送器、冷冻出水和回水流量变送器、冷冻系统出水和回水压力变送器以及控制阀组成，太阳能系统通过板式换热器与冷冻系统连接，并过各控制阀实现转换控制，地源水循环泵连接于冷却系统。
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