基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統的製作方法
2023-06-08 13:21:36
專利名稱：基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種太陽能熱技術領域的空調系統，具體是一種基於相變蓄冷的 太陽能吸附式空調系統。
背景技術：
近年來，隨著全球工業的高速發展和用電結構的改變，製冷空調耗電量不斷增長， 空調能耗已佔全國耗電量的15%左右。我國電力供應緊張，由於空調用電集中，加重了高峰 用電負荷，夏季用電高峰時，空調用電量甚至達到城鎮總用電量的40%。據電力專家介紹， 在夏季用電高峰期，空調的用電量佔到家庭總用電的65 %。空調不僅耗電巨大，而且其用電 高峰往往與城市用電高峰相重疊，從而加劇了峰谷供電的不平衡，使得峰期供電不足的矛 盾更加嚴峻。太陽能空調具有節能環保的特點，已經成為建築節能以及可再生能源領域的 一項先進技術。目前太陽能空調技術應用較多的是太陽能吸附式空調以及太陽能吸收式空 調，其中，太陽能吸附式空調與現有太陽能集熱器的匹配性好，在中小型空調系統中的應用 潛力較大。目前的相變蓄冷技術主要應用於常規電力驅動的空調系統。相變蓄冷通常是指通 過相變材料的相變將製冷設備在電價低谷時所制的冷量儲存起來，在空調高峰負荷時段部 分或全部的把冷量釋放出來供冷，從而達到減少製冷安裝容量和節省運行電費的目的。由 於相變蓄冷過程近似於等溫過程，相變潛熱較顯熱大得多，因此蓄冷設備的體積小，易於控 制。將太陽能吸附式製冷空調與相變蓄冷技術相結合，符合了當前能源和環境協調發 展的總趨勢。首先，吸附式製冷可採用太陽能或餘熱等低品位熱源作為驅動熱源，不僅緩解 電力的緊張供應和能源危機，而且能有效的利用大量的低品位熱源。將相變蓄冷技術應用 於太陽能吸附式製冷系統中把晴天製得的部分冷量貯存起來，供晚上或陰雨天使用，緩解 了太陽能製冷受天氣影響的限制，真正實現全天候製冷，以達到常規製冷設備一樣的效果。 其次，基於相變蓄冷的太陽能吸附式製冷系統不採用氯氟烴類的物質作為製冷劑，臭氧層 破壞係數(ODP)和溫室效應係數(GWP)均為零，無CFCS問題，適合當前環保的要求，是一種 環境友好型製冷方式。同時可以減少化石能源發電帶來的環境汙染。最後，基於相變蓄冷 的太陽能吸附式製冷系統無運動的部件，減少了因摩擦等因素造成的能量損失，系統中增 加了相變蓄冷裝置，從而減小了制冷機組的容量，運行費用低，適用範圍廣。經對現有技術的文獻檢索發現，在申請號為200420010987. 7的專利申請中，提 供了一種利用太陽能製冷的蓄冷式空調系統，該系統通過利用貯氫合金的吸氫放熱和吸熱 放氫的特性，實現製冷空調的目的。該系統雖然有效地結合了太陽能技術和蓄能技術，但是 該技術所利用的貯氫技術成本較高，而且該技術未涉及到吸附式製冷技術。
發明內容
本發明為克服現有技術存在的問題，提供一種基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統。本發明將相變蓄冷技術和太陽能吸附式空調技術有效的結合起來，並實現空調溫溼 度的獨立控制，達到了節能、環保的目的，該系統能夠滿足冬季採暖以及四季生活熱水的供應。本發明是通過以下技術方案實現的本發明包括太陽能集熱系統、熱水蓄存系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系 統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統。熱水蓄存系統分別與太陽能集熱系統、蓄冷及輻射 吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統四個系統並聯連接。所述的太陽能集熱系統包括太陽能集熱器陣列、集熱器熱水循環泵、第一板式換 熱器、膨脹水箱和集熱器增壓泵。膨脹水箱和集熱器增壓泵連接，集熱器熱水循環泵和第一 板式換熱器分別與太陽能集熱器陣列相連，集熱器熱水循環泵的另一端和第一板式換熱器 的另一端兩者之間與膨脹水箱和集熱器增壓泵兩者之間通過管道連接；太陽能集熱系統與 熱水蓄存系統通過板式換熱器間接連接。所述的太陽能集熱器陣列由多個U型管集熱器通過串、並聯方式組合連接而成， 每個單個集熱器自身不帶蓄熱水箱。所述的太陽能集熱系統包括太陽能集熱器陣列、集熱器熱水循環泵、第一板式換 熱器、膨脹水箱和集熱器增壓泵，膨脹水箱和集熱器增壓泵連接，集熱器熱水循環泵和第一 板式換熱器分別與太陽能集熱器陣列相連，集熱器熱水循環泵的另一端和第一板式換熱器 的另一端兩者之間與膨脹水箱和集熱器增壓泵兩者之間通過管道連接。所述的熱水蓄存系統包括蓄熱水箱加熱泵、蓄熱水箱和熱水利用循環泵，蓄熱水 箱與分別與太陽能集熱系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻 射採暖系統四個系統並聯循環相連，一組為蓄熱水箱與太陽能集熱系統的第一板式換熱 器循環相連，其中一路蓄熱水箱與第一板式換熱器兩者之間設置蓄熱水箱加熱泵，另一組 為蓄熱水箱與蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統並 聯循環相連，其中一路蓄熱水箱與熱水利用循環泵連接之後進一步與蓄冷及輻射吊頂加獨 立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統並聯連接。所述的地板採暖系統是指埋於地板中的熱水盤管，熱水盤管與蓄熱水箱連接循環 相連，其中一路熱水盤管與蓄熱水箱兩者之間設置熱水利用循環泵。所述的蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統包括吸附制冷機、冷凍水循環泵、蓄 冷支路電動閥、相變蓄冷裝置、除溼支路電動閥、除溼空調箱、輻射供冷支路電動閥、冷凍水 水箱、第一蓄冷電動閥、第二蓄冷電動閥、蓄冷增壓泵、風冷冷卻塔及冷輻射吊頂，吸附式冷 機分別並聯三組迴路第一組迴路吸附式制冷機分別與相變蓄冷裝置、除溼空調箱、冷輻射吊頂三者並 聯連接，在吸附式制冷機分別與相變蓄冷裝置兩者之間設置第二蓄冷電動閥，在除溼空調 箱和冷輻射吊頂兩者並聯連接之後的管道與相變蓄冷裝置設置之間設置第一蓄冷電動閥； 吸附式制冷機與相變蓄冷裝置的另一端相連接，吸附式制冷機與相變蓄冷裝置的另一端之 間依次設置冷凍水循環泵、蓄冷支路電動閥，吸附式制冷機與除溼空調箱的另一端相連接， 吸附式制冷機在連接了冷凍水循環泵之後又依次與除溼支路電動閥、除溼空調箱另一端之 間連接，吸附式制冷機與冷輻射吊頂另一端相連接，吸附式制冷機在連接了冷凍水循環泵 之後又依次與輻射供冷支路電動閥、冷凍水水箱、冷輻射吊頂另一端相連接；
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第二組迴路吸附制冷機與風冷冷卻塔循環相連，其中一路在吸附制冷機與風冷 冷卻塔之間設置蓄冷增壓泵；第三組迴路吸附制冷機與蓄熱水箱連接循環相連，其中一路在吸附制冷機與蓄 熱水箱連接之間設置熱水利用循環泵。所述的生活熱水系統包括第二板式換熱器、生活熱水加熱泵、生活熱水箱和生活 熱水輸送泵，生活熱水箱與蓄熱水箱連接循環相連，其中一路在生活熱水箱與蓄熱水箱兩 者之間依次設置第二板式換熱器、生活熱水加熱泵，另一路在生活熱水箱與蓄熱水箱兩者 之間依次設置第二板式換熱器、生活熱水輸送泵。真空管太陽能集熱器吸收太陽輻射，在系統正常工作的4個大氣壓下，流經集熱 器的循環水可以被加熱到溫度100°c以上。高溫熱水經過第一板式換熱器，把熱量傳遞到 蓄熱水箱內並蓄存起來。根據系統以及被控房間狀況，在冬季熱水泵把熱水送入埋於辦公 室地板內的盤管，均勻的加熱整個地板，隨後熱量以輻射及對流的形式加熱室內空間。在夏 季，熱水迴路切換至吸附式制冷機，同時冷卻塔、冷卻水循環泵、冷凍水循環泵、以及吸附式 制冷機也開啟，進入到製冷工況，產出周期性變化的10 15°C的冷水。本發明通過太陽能集熱器收集熱量，並將熱量用於地板採暖，蓄冷和輻射吊頂加 獨立除溼空調系統，處理了建築的冷、熱負荷，並在過渡季提供生活熱水。從而實現了對太 陽能的綜合，高效利用。
附圖為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括太陽能集熱系統1、熱水蓄存系統2、蓄冷及輻射吊頂 加獨立除溼空調系統3、生活熱水系統4、地板輻射採暖系統5，太陽能集熱系統1通過第一 板式換熱器8與熱水蓄存系統2通過管道間接連接起來。蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調 系統3、生活熱水系統4、地板採暖系統5相互之間為並聯關係，並通過管路與熱水蓄存系統 2連接。太陽能集熱系統1包括太陽能集熱器陣列6、集熱器熱水循環泵7、第一板式換熱 器8、膨脹水箱9以及集熱器增壓泵10。太陽能集熱器陣列6為U型管式真空管式太陽能 集熱器陣列，按照串、並聯方式組成，與地面的傾角為30°。第一板式換熱器8連接兩個回 路，第一條迴路一端與真空管式太陽能集熱器陣列6的出口連接，另一端與集熱器熱水循 環泵7的入口連接；第二條迴路一端與熱水蓄存系統2中蓄熱水箱加熱泵11的出口連接， 另一端與蓄熱水箱12連接。膨脹水箱9在集熱器熱水循環泵7的後方接入熱水循環管路。 集熱器增壓泵10 —頭與自來水管道相連，另一頭接入膨脹水箱9和熱水循環管路之間的短 管中。太陽能集熱循環的設計循環溫差為10°C，根據循環溫差和當地太陽輻照情況可以選 用合適的串、並聯形式及集熱循環泵7的規格，使得在該設計循環溫差下集熱器陣列的總流量和壓力損失與集熱循環泵7的額定流量及壓頭相匹配。太陽能集熱器陣列6內部的工 作介質，優先選用適合在冬季工作的防凍液，這樣在冬季夜間環境溫度較低時管路也不會凍結。熱水蓄存系統2包括蓄熱水箱12、蓄熱水箱加熱泵11和熱水利用循環泵13。其 中蓄熱水箱12內的浮球閥入水端接入自來水管路中。熱水蓄存系統2連接了兩個循環水 路。第一條從水箱下側開始，進入蓄熱水箱加熱泵11，再接到太陽能集熱系統1中的第一板 式換熱器8上，回水管路從水箱上側接回水箱。第二條循環迴路從水箱上側開始，經過熱水 利用循環泵13後分別與三個並聯的系統相連其中一組迴路與蓄冷和輻射吊頂加獨立除 溼空調系統3相連，熱水進入蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統3中的吸附式制冷機14， 從吸附式制冷機14流回的熱水從蓄熱水箱12下部進入水箱；還有一組迴路與熱水生活熱 水系統4相連，熱水管與第二板式換熱器26的上部相連接，回水管從第二板式換熱器的下 部接入吸附式制冷機14的回水管路；還有一組迴路與地板採暖系統5相連，熱水通過熱水 管進入地板採暖系統5的末端裝置地埋管30，回水管接入吸附式制冷機14的回水管路。蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統3包括吸附制冷機14、冷凍水循環泵15、蓄 冷支路電動閥16和22、相變蓄冷裝置17、除溼支路電動閥18、除溼空調箱19、輻射供冷支 路電動閥20、冷凍水水箱21、冷輻射吊頂31、冷凍水回水控制閥23、冷去水循環泵24及風 冷冷卻塔25。相變蓄冷裝置17的相變溫度與太陽能吸附式製冷的冷凍水工作溫度接近。 吸附式冷機14連接著3個迴路，分別走熱水、冷凍水與冷卻水。其中熱水迴路進口與熱水 蓄存系統2中熱水利用循環泵13的出口相連，熱水迴路的出口與蓄熱水箱12相連；冷凍水 迴路的出口與冷凍水循環泵15相連，冷凍水迴路的進口與冷凍水回水控制閥23相連；冷卻 水進水與風冷冷卻塔25的上部相連，冷卻水回水與冷卻水循環水泵24相連。系統充冷時， 電動閥16開啟，電動閥18、20關閉，吸附式制冷機14與相變蓄冷裝置17連接進行充冷。系 統放冷時，電動閥16開啟，電動閥18、20開啟，相變蓄冷裝置17與輻射吊頂31和除溼空調 相連進行放冷。生活熱水系統4包括生活熱水箱28、第二板式換熱器26、生活熱水加熱泵27以 及生活熱水輸送泵29。第二板式換熱器26連接兩個迴路，第一條迴路一端與熱水蓄存系 統2中熱水利用循環泵13的出口連接，另一端熱水迴路的出口與蓄熱水箱12相連。第二 條迴路一端接入生活熱水箱28的上側，另一端與生活熱水加熱泵27的出口連接。生活熱 水輸送泵29的入口與生活熱水箱28的上側相連，生活熱水的回水管路與生活熱水箱28的 下側連接。地板採暖系統5包括埋於地板中的熱水盤管30。其進口與熱水蓄存系統2中熱 水利用循環泵13的出口連接，熱水盤管30的出口與蓄熱水箱12相連。在白天，真空管式太陽能集熱器陣列6接收太陽直射輻射以及天空散射輻射，加 熱內部循環流動的高溫熱水。熱水流經第一板式換熱器8時，與來自蓄熱水箱12的中溫熱 水進行熱交換，把熱量蓄存在蓄熱水箱12中。蓄熱水箱內蓄存的熱水，在不同的條件下，接 收控制系統的管理和調配，實現不同的用途。在夏季當用戶房間溫度較高時，系統進入空調 模式，熱水被送入蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統3中。在冷卻塔25的配合下，吸附 制冷機14通過受控的吸附和解析過程，對來自蓄熱水箱的熱水進行高效利用，產出10 15°C的冷凍水。在衝冷時，冷凍水部分被送到相變蓄冷裝置17，隨後冷水被送往空調箱19中對流經其中的空氣進行預冷，或者經過冷凍水水箱21送入冷輻射吊頂31為用戶房間供 冷。在放冷時，相變蓄冷裝置17將其蓄得的冷量送往輻射吊頂31以及除溼空調箱中。在冬 季當用戶房間溫度較低時，系統進入採暖模式，熱水被送入地板採暖系統5中，通過傳導、 對流以及輻射等多種傳熱方式，熱量被送入用戶室內，加熱室內空間。在春季秋季這些過渡 季節，以及在夏季和冬季熱量有富餘時，系統進入生活熱水產出模式，熱水被送入生活熱水 系統4中。在第二板式換熱器26中，來自蓄熱水箱12的熱水把熱量傳遞給生活熱水箱28， 並蓄存起來。在需要的時候，生活熱水箱28中的熱水通過生活熱水輸送泵29，送往用戶末 端。
權利要求
一種基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，包括太陽能集熱系統、熱水蓄存系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統，熱水蓄存系統分別與太陽能集熱系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統四個系統並聯循環連接。
2.根據權利要求1所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是，所述的 太陽能集熱器陣列由多個U型管集熱器通過串、並聯方式組合連接而成。
3.根據權利要求1所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是，所述的 太陽能集熱系統包括太陽能集熱器陣列、集熱器熱水循環泵、第一板式換熱器、膨脹水箱 和集熱器增壓泵，膨脹水箱和集熱器增壓泵連接，集熱器熱水循環泵和第一板式換熱器分 別與太陽能集熱器陣列相連，集熱器熱水循環泵的另一端和第一板式換熱器的另一端兩者 之間與膨脹水箱和集熱器增壓泵兩者之間通過管道連接。
4.根據權利要求1或者2所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是， 所述的熱水蓄存系統包括蓄熱水箱加熱泵、蓄熱水箱和熱水利用循環泵，蓄熱水箱與分別 與太陽能集熱系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系 統四個系統並聯循環相連，其中一組為蓄熱水箱與太陽能集熱系統的第一板式換熱器 循環相連，其中一路蓄熱水箱與第一板式換熱器兩者之間設置蓄熱水箱加熱泵；另一組為 蓄熱水箱與蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統並聯 循環相連，其中一路蓄熱水箱與熱水利用循環泵連接之後進一步與蓄冷及輻射吊頂加獨立 除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統並聯連接。
5.根據權利要求4所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是，所述的 地板採暖系統是指埋於地板中的熱水盤管，熱水盤管與蓄熱水箱連接循環相連，其中一路 熱水盤管與蓄熱水箱兩者之間設置熱水利用循環泵。
6.根據權利要求4所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是，所述的 蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統其吸附式制冷機分別並聯三組迴路第一組迴路吸附式制冷機分別與相變蓄冷裝置、除溼空調箱、冷輻射吊頂三者並聯連 接，在吸附式制冷機分別與相變蓄冷裝置兩者之間設置第二蓄冷電動閥，在除溼空調箱和 冷輻射吊頂兩者並聯連接之後的管道與相變蓄冷裝置設置之間設置第一蓄冷電動閥；吸附 式制冷機與相變蓄冷裝置的另一端相連接，吸附式制冷機與相變蓄冷裝置的另一端之間依 次設置冷凍水循環泵、蓄冷支路電動閥，吸附式制冷機與除溼空調箱的另一端相連接，吸附 式制冷機在連接了冷凍水循環泵之後又依次與除溼支路電動閥、除溼空調箱另一端之間連 接，吸附式制冷機與冷輻射吊頂另一端相連接，吸附式制冷機在連接了冷凍水循環泵之後 又依次與輻射供冷支路電動閥、冷凍水水箱、冷輻射吊頂另一端相連接；第二組迴路吸附制冷機與風冷冷卻塔循環相連，其中一路在吸附制冷機與風冷冷卻 塔之間設置蓄冷增壓泵；第三組迴路吸附制冷機與蓄熱水箱連接循環相連，其中一路在吸附制冷機與蓄熱水 箱連接之間設置熱水利用循環泵。
7.根據權利要求4所述的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統，其特徵是，所述的 生活熱水系統包括第二板式換熱器、生活熱水加熱泵、生活熱水箱和生活熱水輸送泵，生 活熱水箱與蓄熱水箱連接循環相連，其中一路在生活熱水箱與蓄熱水箱兩者之間依次設置第二板式換熱器、生活熱水加熱泵，另一路在生活熱水箱與蓄熱水箱兩者之間依次設置第 二板式換熱器、生活熱水輸送泵。
全文摘要
一種太陽能熱技術領域的基於相變蓄冷的太陽能吸附式空調系統。包括太陽能集熱系統、熱水蓄存系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統，熱水蓄存系統分別與太陽能集熱系統、蓄冷及輻射吊頂加獨立除溼空調系統、生活熱水系統、地板輻射採暖系統四個系統並聯循環連接。本發明通過太陽能集熱器收集熱量，並將熱量用於地板採暖，蓄冷和輻射吊頂加獨立除溼空調系統，處理了建築的冷、熱負荷，並在過渡季提供生活熱水。從而實現了對太陽能的綜合，高效利用。
文檔編號F24F5/00GK101893299SQ20101025549
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者李悅, 翟曉強 申請人:上海交通大學