CN202660661U - 实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；热泵系统与吸收式制冷机相连接。本实用新型在制冷工况下，将集热系统的热量用于辅助热泵制冷，一方面提高热泵的制冷性能，另一方面避免集热系统在夏季易出现的过热问题，实现太阳能即热系统的得热量与建筑冷负荷的匹配；在制热工况下，依据水箱温度选择性的运行太阳能直接供热和太阳能辅助热泵制热两种运行方式，实现对太阳能即热系统得热量的梯级利用，提高系统的节能效果。

Description

实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能热利用与空调技术领域的系统，具体是一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统。

背景技术

由于能源的紧缺和建筑能源需求的不断增大，使得太阳能与建筑相结合以及热泵应用技术的发展得到了越来越多的关注。就太阳能的热利用而言，除了可以提供生活热水还可用于采暖。近年来太阳能产业的快速发展和太阳能集热器技术的不断完善，为太阳能热水和采暖的利用提供了更好的条件。但由于太阳能集热器安装面积的限制以及太阳能能量密度低和波动大的特点，现有的太阳能采暖—热水联合系统大都需要配备辅助热源来保证热量的稳定供给。因此，在辐照较差时需要消耗较多的电能或化石能源来维持蓄热水箱的温度；在夏季由于建筑的热需求变小而系统的得热量反而变大，易出现过热的问题。为此，近年来很多学者提出了太阳能和热泵相耦合的太阳能热泵，其供热性能相对于单一的太阳能采暖系统有很大改善，但热泵的制冷性能却没有得到提高且在夏季太阳能即热系统仍然存在过热的问题。因此，研发一种高性能的、能使太阳能即热系统的得热量与建筑的供热与制冷需求相匹配的系统是促进太阳能热泵以及太阳能与建筑相结合进一步发展的关键。

经专利检索发现，现有的关于太阳能热泵空调系统的专利主要是通过利用太阳能即热系统的得热量来提高热泵的制热性能，而没有利用太阳能来辅助热泵制热并辅助热泵制冷，从而充分提高太阳能的利用率的专利。专利CN102221270A,名称为“一种热泵机组与太阳能联动的供冷暖和生活热水装置”的专利通过热泵和太阳能的联动实现制冷、制热和生活热水的供应，但是其没有对热泵的性能进行改善；专利CN1888726A，名称为“太阳能热泵及使用该热泵的冬夏两用空调系统”的专利通过在热泵的蒸发器和压缩机之间添加太阳能热水器来提高热泵的制热性能，但其对于热泵的制冷性能没有提高；专利CN102121765A，名称为“太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统”的专利通过太阳能驱动的制冷机来提高热泵的制冷性能，但其在蓄热水箱的水温不足以供暖时，未对热泵的制热性能进行改善，且机组采用CO₂作为制冷剂存在部件加工困难和易泄露等缺点；专利CN102116514A，名称为“一种太阳能空调”的专利通过溶液除湿来提高太阳能的利用率，但没有提高热泵的性能。以上专利都是通过太阳能即热系统和热泵的结合来提高太阳能热泵空调系统的性能，但还没有一种已有的结合方式能够既提高热泵的制热性能又提高热泵的制冷性能，并同时实现太阳能即热系统的得热量与建筑冷热负荷的匹配。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提出了一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，其中：所述太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；所述热泵系统与吸收式制冷机相连接。

优选地，所述太阳能即热系统包括相互连接的集热器阵列和第一循环泵，所述生活热水制备系统包括蓄热水箱及设置在蓄热水箱上的温度传感器，其中：第一循环水泵的进出口分别与蓄热水箱的下部出口和集热器阵列的进口相连接；集热器阵列的出口与蓄热水箱的上部进口相连接。

优选地，所述温度传感器设置于蓄热水箱的中部。

优选地，所述生活热水制备系统的进口与市政供水管网相连接，其出口与建筑内部的供水末端相连接。

优选地，所述蓄热水箱内部设有换热盘管。

优选地，所述吸收式制冷机包括发生器、第一冷凝器、储液器、第一节流阀、吸收-蒸发器、第二冷凝器、溶液泵及第二换热器，其中：溶液泵的进口与吸收蒸发器的吸收器侧出口以及第二换热器的热端出口相连接；溶液泵的出口与第二冷凝器的进口以及第二换热器的冷端进口相连接；第二换热器的热端进口和冷端出口分别与发生器的浓溶液出口和稀溶液进口相连接；第一冷凝器的进出口分别与发生器的蒸汽出口和储液器的进口相连接；第一节流阀的进出口分别与储液器的出口以及吸收-蒸发器的蒸发器侧的进口相连接；第二冷凝器的出口与吸收-蒸发器的吸收器侧的进口相连接。

优选地，所述吸收式制冷机为风冷的溴化锂吸收式制冷机。

优选地，所述热泵系统包括：压缩机、第一四通换向阀、第四换热器、第二四通换向阀、第二节流阀、第一电磁阀、第一单向阀、第三换热器、第二电磁阀、第一换热器和第二单向阀，其中：压缩机与第一四通换向阀相连接；第四换热器与第二四通换向阀相连接；第一单向阀的进口与吸收式制冷机的吸收—蒸发器的内置换热盘管相连接且串联后的整体与第一电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第二节流阀相连接；第二单向阀的进口与第一换热器相连且串联后的整体与第二电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第一四通换向阀相连接；所述吸收式制冷机的吸收—蒸发器的内置换热盘管串联于第三换热器和第一单向阀之间。

优选地，所述三通换向阀系统包含5个三通换向阀，其中：第一三通换向阀的进口通过管道系统的第二循环水泵与蓄热水箱的上部出口相连接，其两个出口分别与吸收式制冷机的发生器的热水进口和第三三通换向阀的一个进口相连接；第二三通换向阀的进口与吸收式制冷机的发生器的热水出口相连接，其另一个进口和出口分别与热泵系统的第一换热器和生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口相连接；第三三通换向阀的两个出口分别与热泵系统的第一换热器和第五三通换向阀的一个进口相连接；第四三通换向阀的进口与室内空气调节装置的出口相连接，其两个出口分别与生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口和热泵系统的第四换热器的进口相连接；第五三通换向阀的出口与室内空气调节装置的进口相连接，其另一个进口与热泵系统的第四换热器的出口相连接。

本实用新型有5种运行模式，具体为：制冷兼供生活热水模式、制冷模式、制热兼供生活热水模式、供生活热水模式。同时，依据蓄热水箱水温的的不同：制冷有太阳能辅助热泵制冷和热泵单独制冷两种运行方式；制热有太阳能直接供热、太阳能辅助热泵制热和热泵单独制热三种运行方式。对系统不同运行模式切换的具体描述如下。

在制冷工况下：当温度传感器测得的蓄热水箱水温高于85℃时，蓄热水箱内的热水进入吸收式制冷机的发生器驱动吸收机制冷，其制得的冷量用于对第三换热器出口的制冷剂进行过冷却，从而提高热泵的制冷性能；当蓄热水箱的水温低于85℃时，吸收式制冷机停止运行，由热泵单独制冷；当蓄热水箱的水温不低于45℃时，生活热水由市政供水经生活热水制备系统换热后制取。在制热工况下：当蓄热水箱的水温高于45℃时，蓄热水箱直接向室内供暖，生活热水由市政供水经生活热水制备系统换热后制取；当蓄热水箱的水温低于45℃但高于25℃时，蓄热水箱内的热水进入第一换热器以提高压缩机进口的制冷剂的过热度从而提高热泵的制热性能。在过渡季节，当蓄热水箱的水温不低于45℃时，生活热水可由市政供水经生活热水制备系统换热后制取。

综上所述，本实用新型能够满足建筑的制冷、采暖和部分全年生活热水的需求，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：在制冷工况下，可以将集热系统的热量用于辅助热泵制冷，一方面提高了热泵的制冷性能，另一方面避免了集热系统在夏季易出现的过热问题，实现了太阳能即热系统的得热量与建筑冷负荷的匹配；在制热工况下，依据水箱温度选择性的运行太阳能直接供热和太阳能辅助热泵制热两种运行方式，实现了对太阳能即热系统得热量的梯级利用，从而进一步的提高了系统的节能效果。

本实用新型可满足建筑的制冷、采暖和供应生活热水的需求。系统中的太阳能即热系统在冬季可以辅助热泵制热，在夏季可以辅助热泵制冷，从而在提高热泵制热和制冷性能的同时也使太阳能即热系统的得热量与建筑的冷热负荷相匹配，有效解决了太阳能即热系统在夏季的过热问题并使太阳能即热系统的得热量在全年都得到了充分的利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例1系统示意图；

图中，1为压缩机；2为第一四通换向阀；3为第四换热器；4为第二四通换向阀；5为第二节流阀；6为第一电磁阀；7为第一单向阀；8为第三换热器；9为第二电磁阀；10为第一换热器；11为第二单向阀；12为吸收-蒸发器；13为第一节流阀；14为储液器；15为第一冷凝器；16为发生器；17为第二换热器；18为第二冷凝器；19为溶液泵；20为第一三通换向阀；21为第二循环水泵；22为第二三通换向阀；23为第三三通换向阀；24为第四三通换向阀；25为第五三通换向阀；26为蓄热水箱；27为第一循环水泵；28为集热器阵列；30为温度传感器；101为太阳能即热系统；102为吸收式制冷机；103为热泵系统；104为生活热水制备系统。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：太阳能即热系统101、生活热水制备系统104、吸收式制冷机102、热泵系统103以及三通换向阀系统和管道系统，其中：太阳能即热系统101通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统104、吸收式制冷机102及热泵系统103相连接；热泵系统103与吸收式制冷机102相连接。

如图2所示，太阳能即热系统101包括相互连接的集热器阵列28和第一循环泵27；生活热水制备系统104包括蓄热水箱26及设置在蓄热水箱26上的温度传感器30；其中：第一循环水泵27的进出口分别与蓄热水箱26的下部出口和集热器阵列28的进口相连接；集热器阵列28的出口与蓄热水箱26的上部进口相连接；温度传感器30置于蓄热水箱26的中部，用于监测蓄热水箱26的水温。

如图2所示，蓄热水箱26内部设有换热盘管。该生活热水制备系统104的进口与市政供水管网相连接，其出口与建筑内部的供水末端相连接。

如图1和图2所示，吸收式制冷机102为风冷的溴化锂吸收式制冷机，包括：发生器16、第一冷凝器15、储液器14、第一节流阀13、吸收—蒸发器12、第二冷凝器18、溶液泵19及第二换热器17，其中：溶液泵19的进口与吸收—蒸发器12的吸收器侧出口以及第二换热器17的热端出口相连接；溶液泵19的出口与第二冷凝器18的进口以及第二换热器17的冷端进口相连接；第二换热器17的热端进口和冷端出口分别与发生器16的浓溶液出口和稀溶液进口相连接；第一冷凝器15的进出口分别与发生器16的蒸汽出口和储液器14的进口相连接；第一节流阀13的进出口分别与储液器14的出口以及吸收—蒸发器12的蒸发器侧的进口相连接；第二冷凝器18的出口与吸收—蒸发器12的吸收器侧的进口相连接；吸收—蒸发器12的内置换热盘管串联于第三换热器8和第一单向阀7之间。

如图1和图2所示，热泵系统103包括：压缩机1、第一四通换向阀2、第四换热器3、第二四通换向阀4、第二节流阀5、第一电磁阀6、第一单向阀7、第三换热器8、第二电磁阀9、第一换热器10和第二单向阀11，其中：压缩机1与第一四通换向阀2相连接；第四换热器3与第二四通换向阀4相连接；第一单向阀7的进口与吸收-蒸发器12的内置换热盘管相连接且串联后的整体与第一电磁阀6相并联，并联后的整体再与第三换热器8和第二节流阀5相连接；第二单向阀11的进口与第一换热器10相连且串联后的整体与第二电磁阀9相并联，并联后的整体再与第三换热器8和第一四通换向阀2相连接。吸收-蒸发器的内置换热盘管串联于第三换热器和第一单向阀之间。

如图2所示，三通换向阀系统包含5个三通换向阀，其中：第一三通换向阀20的进口通过第二循环水泵21与蓄热水箱26的上部出口相连接，其两个出口分别与发生器16的热水进口和第三三通换向阀23的一个进口相连接；第二三通换向阀22的进口与发生器16的热水出口相连接，其另一个进口和出口分别与第一换热器10和蓄热水箱26下部的进口相连接；第三三通换向阀23的两个出口分别与第一换热器10和第五三通换向阀25的一个进口相连接；第四三通换向阀24的进口与室内空气调节装置（如风机盘管）的出口相连接，其两个出口分别与蓄热水箱26下部的进口和第四换热器3的进口相连接；第五三通换向阀25的出口与室内空气调节装置的进口相连接，其另一个进口与第四换热器24的出口相连接。

本实用新型在制冷季节、采暖季节和过渡季节的运行模式具体如下所述：

1、制冷季节：

（1）当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温达到85℃时：第二循环水泵21运转，第一三通换向阀20和第二三通换向阀22都切换到发生器16侧，蓄热水箱26中的热水进入发生器16驱动吸收式制冷机102制冷；第一电磁阀6关闭，第二电磁阀9打开，压缩机1的进口经第一四通换向阀2切换后与第二四通换向阀4连接，第四换热器3的制冷剂进口经第二四通换向阀4切换后与第二节流阀5连接，经压缩机1压缩的制冷剂经第二电磁阀9后，流入第三换热器8与空气换热冷却，然后经吸收—蒸发器12过冷却后流经第一单向阀7并经第二节流阀5节流降温后，进入第四换热器3制取冷冻水；第四三通换向阀24和第五三通换向阀25都切换到第四换热器3侧，从而为室内提供冷冻水。（2）当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温低于85℃时：第二循环水泵21停止运转，吸收式制冷机102不工作；第一电磁阀6和第二电磁阀9都打开，压缩机1的进口经第一四通换向阀2切换后与第二四通换向阀4连接，第四换热器3的制冷剂进口经第二四通换向阀4切换后与第二节流阀5连接，经压缩机1压缩的制冷剂经第二电磁阀9后，流入第三换热器8与空气换热冷却，然后流经第一电磁阀6并经第二节流阀5节流降温后，进入第四换热器3制取冷冻水；第四三通换向阀24和第五三通换向阀25都切换到第四换热器3侧，从而为室内提供冷冻水。

2、采暖季节：（1）当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温达到45℃时：吸收式制冷机102和热泵103都不运转；第二循环水泵21启动，第一三通换向阀20切换到第三三通换向阀23侧，第三三通换向阀23的出口与第五三通换向阀25的进口相连，第四三通换向阀24切换到蓄热水箱侧，此时蓄热水箱26中的热水进入室内满足采暖需求。

（2）当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温低于45℃但高于25℃时：第二循环水泵21运转，第一三通换向阀20切换到第三三通换向阀23侧，第二三通换向阀22和第三三通换向阀23都切换到第一换热器10侧，蓄热水箱26中的热水流经第一换热器10与制冷剂换热；吸收式制冷机102不运转；第一电磁阀6打开，第二电磁阀9关闭；压缩机1的出口经第一四通换向阀2切换后与第二四通换向阀4连接，第四换热器3的制冷剂出口经第二四通换向阀4切换后与第二节流阀5连接，经压缩机1压缩后的制冷剂经第四换热器3换热后，再经第二节流阀5节流降压，然后流经第一电磁阀6和第三换热器8，接着经第一换热器10提高过热度后再被吸入压缩机1；第四三通换向阀24切换到第四换热器3侧，从而为室内供应热水来满足采暖需求。

（3）当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温低于25℃时：第二循环水泵21不运转，吸收式制冷机102不工作；第一电磁阀6和第二电磁阀9都打开；压缩机1的出口经第一四通换向阀2切换后与第二四通换向阀4连接，第四换热器3的制冷剂出口经第二四通换向阀4切换后与第二节流阀5连接，经压缩机1压缩后的制冷剂经第四换热器3换热后，再经第二节流阀5节流降压，然后流经第一电磁阀6、第三换热器8和第二电磁阀9，接着再被吸入压缩机1；第四三通换向阀24和第五三通换向阀25都切换到第四换热器3侧，从而为室内供应热水来满足采暖需求。

3.在过渡季节、制冷季节和采暖季节，当温度传感器30监测的蓄热水箱26的水温达到45℃时，市政供水经生活热水制备系统104换热后向室内提高生活热水。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (9)

1.一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，其中：所述太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；所述热泵系统与吸收式制冷机相连接。

2.根据权利要求1所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述太阳能即热系统包括相互连接的集热器阵列和第一循环泵，所述生活热水制备系统包括蓄热水箱及设置在蓄热水箱上的温度传感器，其中：第一循环水泵的进出口分别与蓄热水箱的下部出口和集热器阵列的进口相连接；集热器阵列的出口与蓄热水箱的上部进口相连接。

3.根据权利要求2所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述温度传感器设置于蓄热水箱的中部。

4.根据权利要求2所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述生活热水制备系统的进口与市政供水管网相连接，其出口与建筑内部的供水末端相连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述蓄热水箱内部设有换热盘管。

6.根据权利要求1所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述吸收式制冷机包括发生器、第一冷凝器、储液器、第一节流阀、吸收—蒸发器、第二冷凝器、溶液泵及第二换热器，其中：溶液泵的进口与吸收-蒸发器的吸收器侧出口以及第二换热器的热端出口相连接；溶液泵的出口与第二冷凝器的进口以及第二换热器的冷端进口相连接；第二换热器的热端进口和冷端出口分别与发生器的浓溶液出口和稀溶液进口相连接；第一冷凝器的进出口分别与发生器的蒸汽出口和储液器的进口相连接；第一节流阀的进出口分别与储液器的出口以及吸收蒸发器的蒸发器侧的进口相连接；第二冷凝器的出口与吸收—蒸发器的吸收器侧的进口相连接。

7.根据权利要求6所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述吸收式制冷机为风冷的溴化锂吸收式制冷机。

8.根据权利要求1所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统包括：压缩机、第一四通换向阀、第四换热器、第二四通换向阀、第二节流阀、第一电磁阀、第一单向阀、第三换热器、第二电磁阀、第一换热器和第二单向阀，其中：压缩机与第一四通换向阀相连接；第四换热器与第二四通换向阀相连接；第一单向阀的进口与吸收式制冷机的吸收—蒸发器的内置换热盘管相连接且串联后的整体与第一电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第二节流阀相连接；第二单向阀的进口与第一换热器相连且串联后的整体与第二电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第一四通换向阀相连接；所述吸收式制冷机的吸收—蒸发器的内置换热盘管串联于第三换热器和第一单向阀之间。

9.根据权利要求1所述的实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，所述三通换向阀系统包括5个三通换向阀，其中：第一三通换向阀的进口通过管道系统的第二循环水泵与蓄热水箱的上部出口相连接，其两个出口分别与吸收式制冷机的发生器的热水进口和第三三通换向阀的一个进口相连接；第二三通换向阀的进口与吸收式制冷机的发生器的热水出口相连接，其另一个进口和出口分别与热泵系统的第一换热器和生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口相连接；第三三通换向阀的两个出口分别与热泵系统的第一换热器和第五三通换向阀的一个进口相连接；第四三通换向阀的进口与室内空气调节装置的出口相连接，其两个出口分别与生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口和热泵系统的第四换热器的进口相连接；第五三通换向阀的出口与室内空气调节装置的进口相连接，其另一个进口与热泵系统的第四换热器的出口相连接。

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