CN103953987A - 一种太阳能冬夏固体调湿*** - Google Patents

Abstract

本发明属于暖通空调技术应用领域，涉及室内热舒适度调节和***节能过程，特别涉及一种太阳能冬夏固体调湿***，该***由固体调湿模块、固体调湿模块、太阳能集热模块、相变蓄热模块、送风机、排风机、太阳能集热循环泵以及蓄热循环泵组成。所述其他辅助设备包括水管路上的电动两通阀、电动两通阀、电动两通阀、电动两通阀以及风管路上的电动风阀、电动风阀、电动风阀、电动风阀、电动风阀、电动风阀、电动风阀、电动风阀等。它充分利用太阳能资源，实现新风夏季除湿、冬季加湿、冬季加热的连续稳定运行。

Description

一种太阳能冬夏固体调湿***

技术领域

本发明属于暖通空调技术应用领域，涉及一种室内热舒适度调节和***节能过程，特别涉及一种太阳能冬夏固体调湿***。

背景技术

在世界日益增长的能源消耗中，建筑能耗占每个国家总能耗的比重均较大，发达国家建筑能耗占其总能耗的三分之一左右。在我国，城镇民用建筑(非工业建筑)运行电耗占我国总发电量的22～24％，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15～18％，建筑消耗的能源占全国商品能源的21～24％。随着我国城市化程度的不断提高，第三产业占GDP比例的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，将接近发达国家的水平。

特别是，我国单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染。据有关资料显示，中国现有建筑总面积达400多亿m2，预计到2020年将新增建筑面积约300亿m2，建筑能耗将达到全国总能耗的1/3以上，由此可见，建筑能耗对我国的能源消耗将带来长期而巨大的影响。

我国北方地区太阳能辐射分布非常丰富。以西安为例，西安在热工分区中处于寒冷地区的南端，最冷月平均温度0～－10℃，采暖期有四个月，采暖所消耗的能耗占整个建筑能耗的50％。供暖期间的日平均总辐射量可达5～10MJ/m²，太阳能具有重要的利用价值。然而太阳能是一种不稳定的能源，在使用中受季节、气象、地域等因素影响较大，尤其是夜晚，无法提供充足和持续的能量供应。目前太阳能规模化热利用的最大障碍是太阳能的获取受制于气候因素，且不能全天候稳定供热。太阳能蓄热技术利用蓄热材料的相变蓄热，可以有效的减小蓄积能量所需的容积，可以实现太阳能的充分和持续稳定利用，是解决这一问题的良好途径。

固体除湿技术是实现温湿度分控技术的关键，也是暖通空调发展的重要方向之一。现有的固体除湿主要应用于全热热回收装置中，在回收室内显热的同时，回收潜热，其回收量有限，同时要求用于带有回风的空调***中。当前暖通行业常用的除湿方式是冷冻除湿，冷冻除湿效果好，但需要采用电力驱动的冷冻机组或燃气、蒸汽、高温热水驱动的吸收式制冷机制备，也需要消耗高品质能源。溶液除湿是近年发展较快，较为先进的除湿技术，除湿效果良好，但溶液除湿一般体积较大，也需要消耗较大的电力或80℃以上的热水实现再生。

申请号为201210102561.3的中国专利公开了一种平板太阳能集热器与薄形固体吸附层于一体的固体吸湿再生床。该***太阳能集热器局限于平板集热器，固体除湿和再生流床需直接放置于太阳下，吸收太阳辐射热，虽减少了热损失，但受自然气候的影响，运行稳定性无法保证。公开号为CN101240925B的中国专利公开了一种利用太阳能同时进行制冷和除湿的太阳能吸收式液体除湿空调***，该***液体除湿技术与太阳能吸收式制冷技术联合，可充分提高了吸收式制冷机的制冷效率，该***采用蓄热水箱，热量存储体积较大，采用溶液除湿，装置需要体积较大。公开号为CN100432573C的中国专利公开了一种太阳能驱动的辐射供冷空调装置，该装置包括溶液除湿及其再生部分和蒸发冷却及其冷量回收部分，该发明揭示的太阳能驱动的辐射供冷空调装置的除湿稀溶液要流过太阳能集热器并在其中被加热，这将对太阳能集热器造成腐蚀，降低太阳能集热器的使用寿命。申请号为201110209559.1的中国专利公开了一种采用热管热回收和超声强化再生的转轮除湿空调***，该发明利用中高温热泵的高能效特点对再生空气加热，利用热管的高导热性对潜在废热进行回收利用，利用超声波强化再生技术，降低转轮除湿剂对再生空气温度的要求，达到除湿空调***节能，改***涉及超声波除湿转轮、超声波发生器、压缩机、热管的多个部件，设备及***工作较为复杂。申请号为200710045901.2的中国专利公开了一种制冷除湿技术领域的可利用低品位热源的两级转轮除湿空调装置，该***对室外新风或室内回风进行湿度及温度处理，湿度处理主要由第一级除湿转轮、第二级除湿转轮完成，温度处理主要由换热器及蒸发冷却器完成，该***可以实现除湿的连续运行，涉及了低品位热源，但没有详细描述和利用。申请号为201210417716.2的中国专利公开了一种具有蓄能效果的太阳能除湿空调***，该***利用固体除湿剂蓄能床存贮太阳能量，固体除湿蓄能床利用除湿剂吸附势能转换加热空气，采用跨季节存贮，需要体积大，存贮热量有限。申请号为201010252741.0的中国专利公开了一种固体吸附除湿装置，该装置仅设计了固体除湿装置的内部结构：包括竖直风道、设置在其中的除湿基底、热源、冷源，除湿基底包括多根纵向排列的翅片管，与各翅片管纵向接触的多个平板型翅片，粘结在基底表面上的硅胶吸附质；热源与除湿基底相连构成热水回路；冷源与除湿基底相连构成冷水回路；该热水回路与冷水回路通过阀门的开合切换交替工作。申请号为201220638809.3的中国专利公开了一种基于太阳能热回收的吸收式制冷与固体转轮除湿空调***，是将太阳能热回收、吸收式制冷与固体转轮除湿耦合为一体的空调***，太阳能集热器回收的热量用于吸收式制冷的浓溶液以及固体转轮除湿的除湿剂的再生，蒸发器制备的冷媒水用于冷却除湿后的空气，该***一级太阳能集热器的低温储能箱中的液态介质为水，温度温度在92～97℃范围，二级太阳能集热器的高温储能箱中液态介质为纳米传热流体，温度在180～200℃范围，***要求温度高，当太阳辐射强度无法满足时需要采用电热辅助加热。

有效的利用太阳能这种清洁能源，实现夏季除湿再生、冬季加湿和空气的再热，增加室内环境的热舒适度，并全面考虑太阳能的连续使用和能源的连续供应，以及保证室内热舒适度冬、夏季高效利用的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，针对有效利用太阳能这种清洁能源，从太阳能的存贮，夏季的吸收式制冷和固体调湿以及末端低品位能源的高效使用几个环节来进行设计，提供一种太阳能冬夏固体调湿***。该***充分考虑到太阳能全年的使用，尤其是，夏季过剩热量有效利用，以及毛细管网低温辐射供冷、供暖对冷热源温度的要求不高的优势，最终全面合理的使用太阳能资源，实现节能和提高室内环境热舒适度的功能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括通过若干电动风阀和若干电动两通阀的开关进行切换的夏季除湿、再生***以及冬季加湿、再生***；

夏季除湿、再生***包括太阳能集热模块，太阳能集热模块与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元相连，相变蓄热单元将热量输送至用于再生的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于除湿的固体调湿模块进行除湿，除湿后通过送风机送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块加湿后，通过排风机排至室外；

冬季加湿、再生***包括太阳能集热模块，太阳能集热模块与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元相连，相变蓄热单元将热量输送至用于加湿的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于加湿的固体调湿模块进行加湿，同时加热升温后通过送风机送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块除湿后，通过排风机排至室外。

所述的固体调湿模块包括第一固体调湿模块以及第二固体调湿模块；相变蓄热模块的热水出口分别连接得到第一固体调湿模块和第二固体调湿模块的热水入口上，第一固体调湿模块和第二固体调湿模块的出水口汇合后连接到相变蓄热模块上；当第一固体调湿模块用于加湿时，第二固体调湿模块用于除湿；当第一固体调湿模块用于除湿时，第二固体调湿模块用于加湿。

所述的第一固体调湿模块和第二固体调湿模块均放置于机房内，且均采用固态二氧化硅作为调湿介质，内置加热热水盘管；两固体调湿模块结构相同，并列放置，通过风管连接，共同实现固体空气调湿的连续运行。

所述的相变蓄热单元放置于机房内，相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元中，相变蓄热温度范围40～80℃。

所述的送风机放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室内连接，将经过第一固体调湿模块或第二固体调湿模块处理过的空气输送到空调房间内；排风机放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室外连接，将经过第一固体调湿模块或第二固体调湿模块处理过的空气输排到室外。

所述的相变蓄热单元的出口处设置有将相变蓄热单元中贮存的热量输送到固体调湿模块中的蓄热循环泵，蓄热循环泵放置于机房内。

所述的太阳能集热单元与相变蓄热单元之间的回路上设置有将太阳能集热单元收集到的热量输送到相变蓄热单元中的太阳能集热循环泵，太阳能集热循环泵放置于机房内。

所述的太阳能集热单元放置于屋面上，太阳能集热器采用平板式、热管式或玻璃真空管式的太阳能集热器，集热温度范围40～95℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用现有成熟的太阳能热利用技术，在现有太阳能集热器温度下，利用相变蓄热技术、固体调湿技术，通过低品位能源的有效利用，实现新风夏季除湿、冬季加湿、冬季加热的连续稳定运行。该***首先通过蓄热技术对太阳能进行充分利用和储存，有效地利用太阳能这种可再生清洁能源，获得稳定的热源供应；第二，夏季室外新风经固体除湿后送入室内，再利用太阳能热水实现固体调湿的再生；第三，冬季室外新风固体加湿、太阳能热水加热后送入室内，再利用冬季室外低温空气实现固体调湿的再生；第四，固体调湿采用双模块设计，实现了固体调湿的连续运行。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

其中，1A为第一固体调试模块；1B为第二固体调试模块；2为太阳能集热模块；3为相变蓄热模块；4为送风机；5为排风机；6为太阳能集热循环泵；7为蓄热循环泵；V1为第一电动两通阀；V2为第二电动两通阀；V3为第三电动两通阀；V4为第四电动两通阀；F1为第一电动风阀；F2为第二电动风阀；F3为第三电动风阀；F4为第四电动风阀；F5为第五电动风阀；F6为第六电动风阀；F7为第七电动风阀；F8为第八电动风阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括通过若干电动风阀和若干电动两通阀的开关进行切换的夏季除湿、再生***以及冬季加湿、再生***；白天在太阳辐射充分时，太阳能集热模块收集热量，并存贮蓄在相变蓄热模块热中，为固体调湿模块提供充足的再生热源。具体的流程是：太阳能集热模块2出口的热水经太阳能集热循环泵6送入相变蓄热模块3，实现蓄热，通过蓄热循环泵7将存贮的热量送出。固体调湿由第一固体调试模块1A和第二固体调试模块1B两个模块组成，可以实现新风夏季除湿、冬季加湿、冬季加热的连续稳定运行。

相变蓄热模块3的热水出口分别连接得到第一固体调湿模块1A和第二固体调湿模块1B的热水入口上，第一固体调湿模块1A和第二固体调湿模块1B的出水口汇合后连接到相变蓄热模块3上；当第一固体调湿模块1A用于加湿时，第二固体调湿模块1B用于除湿；当第一固体调湿模块1A用于除湿时，第二固体调湿模块1B用于加湿。第一固体调湿模块1A和第二固体调湿模块1B均放置于机房内，且均采用固态二氧化硅作为调湿介质，内置加热热水盘管；两固体调湿模块结构相同，并列放置，通过风管连接，共同实现固体空气调湿的连续运行。

相变蓄热单元3放置于机房内，相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元3中，相变蓄热温度范围40～80℃。相变蓄热单元3的出口处设置有将相变蓄热单元3中贮存的热量输送到固体调湿模块中的蓄热循环泵7，蓄热循环泵7放置于机房内。

太阳能集热单元2与相变蓄热单元3之间的回路上设置有将太阳能集热单元2收集到的热量输送到相变蓄热单元3中的太阳能集热循环泵6，太阳能集热循环泵6放置于机房内。太阳能集热单元2放置于屋面上，太阳能集热器采用平板式、热管式或玻璃真空管式的太阳能集热器，集热温度范围40～95℃。

另外，本发明还设有用于调节切换夏季热源供应***和冬季热源供应***的其他辅助设备，包括水管路上的第一电动两通阀V1、第二电动两通阀V2、第三电动两通阀V3、第四电动两通阀V4以及风管路上的第一电动风阀F1、第二电动风阀F2、第三电动风阀F3、第四电动风阀F4、第五电动风阀F5、第六电动风阀F6、第七电动风阀F7以及第八电动风阀F8。这些两通阀以及风阀均布置在机房内，并通过管道相连。

具体的连接方式：

夏季除湿、再生***包括太阳能集热模块2，太阳能集热模块2与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元3相连，相变蓄热单元3将热量输送至用于再生的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于除湿的固体调湿模块进行除湿，除湿后通过送风机4送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块加湿后，通过排风机5排至室外；送风机4放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室内连接，将经过第一固体调湿模块1A或第二固体调湿模块1B处理过的空气输送到空调房间内；排风机5放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室外连接，将经过第一固体调湿模块1A或第二固体调湿模块1B处理过的空气输排到室外。

冬季加湿、再生***包括太阳能集热模块2，太阳能集热模块2与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元3相连，相变蓄热单元3将热量输送至用于加湿的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于加湿的固体调湿模块进行加湿，同时加热升温后通过送风机4送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块除湿后，通过排风机5排至室外。

本发明的原理为：

夏季，当第一固体调湿模块1A用于除湿，第二固体调湿模块1B再生时：水管路上的第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2关闭，第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4开启，风管路上的第一电动风阀F1、第四电动风阀F4、第六电动风阀F6和第七电动风阀F7开启，第二电动风阀F2、第三电动风阀F3、第五电动风阀F5和第八电动风阀F8关闭。具体流程是：热水经第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4进入第二固体调湿模块1B，室外新风经电动风阀第一电动风阀F1进入第一固体调湿模块1A除湿后，经第七电动风阀F7、送风机4送入空调房间；室外空气经第六电动风阀F6进入第二固体调湿模块1B加湿后，经第二电动风阀F2、排风机5排至室外。

夏季，当第一固体调湿模块1A用于再生，第二固体调湿模块1B除湿时：水管路上的第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2开启，第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4关闭，风管路上的第一电动风阀F1、第四电动风阀F4、第六电动风阀F6和第七电动风阀F7关闭，第二电动风阀F2、第三电动风阀F3、第五电动风阀F5和第八电动风阀F8开启。具体流程是：热水经第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2进入第一固体调湿模块1A，室外新风经第三电动风阀F3进入第二固体调湿模块1B除湿后，经第八电动风阀F8、送风机4送入空调房间；室外空气经第五电动风阀F5进入第一固体调湿模块1A加湿后，经第二电动风阀F2、排风机5排至室外。

冬季，当第一固体调湿模块1A用于加湿，第二固体调湿模块1B再生时：水管路上的第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2开启，第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4关闭，风管路上的第一电动风阀F1、第四电动风阀F4、第六电动风阀F6和第七电动风阀F7关闭，第二电动风阀F2、第三电动风阀F3、第五电动风阀F5和第八电动风阀F8开启。具体流程是：热水经第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2进入第一固体调湿模块1A，室外新风经第一电动风阀F1进入第一固体调湿模块1A加湿，同时加热升温后，经第七电动风阀F7、送风机4送入空调房间；室外空气经第六电动风阀F6进入第二固体调湿模块1B除湿后，经第四电动风阀F4、排风机5排至室外。

冬季，当第二固体调湿模块1B用于加湿，第一固体调湿模块1A再生时：水管路上的第一电动两通阀V1和第二电动两通阀V2关闭，第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4开启，风管路上的第一电动风阀F1、第四电动风阀F4、第六电动风阀F6和第七电动风阀F7开启，第二电动风阀F2、第三电动风阀F3、第五电动风阀F5和第八电动风阀F8闭。具体流程是：热水经第三电动两通阀V3和第四电动两通阀V4进入第二固体调湿模块1B，室外新风经第三电动风阀F3进入第二固体调湿模块1B加湿，同时加热升温后，经第八电动风阀F8、送风机4送入空调房间；室外空气经第五电动风阀F5进入第一固体调湿模块1A除湿后，经第二电动风阀F2、排风机5排至室外。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：包括通过若干电动风阀和若干电动两通阀的开关进行切换的夏季除湿、再生***以及冬季加湿、再生***；

夏季除湿、再生***包括太阳能集热模块(2)，太阳能集热模块(2)与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元(3)相连，相变蓄热单元(3)将热量输送至用于再生的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于除湿的固体调湿模块进行除湿，除湿后通过送风机(4)送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块加湿后，通过排风机(5)排至室外；

冬季加湿、再生***包括太阳能集热模块(2)，太阳能集热模块(2)与用于存贮和释放热量的相变蓄热单元(3)相连，相变蓄热单元(3)将热量输送至用于加湿的固体调湿模块；室外新风通过风管输送至用于加湿的固体调湿模块进行加湿，同时加热升温后通过送风机(4)送入空调房间；室外空气经过用于再生的固体调湿模块除湿后，通过排风机(5)排至室外。

2.根据权利要求1所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的固体调湿模块包括第一固体调湿模块(1A)以及第二固体调湿模块(1B)；相变蓄热模块(3)的热水出口分别连接得到第一固体调湿模块(1A)和第二固体调湿模块(1B)的热水入口上，第一固体调湿模块(1A)和第二固体调湿模块(1B)的出水口汇合后连接到相变蓄热模块(3)上；当第一固体调湿模块(1A)用于加湿时，第二固体调湿模块(1B)用于除湿；当第一固体调湿模块(1A)用于除湿时，第二固体调湿模块(1B)用于加湿。

3.根据权利要求2所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的第一固体调湿模块(1A)和第二固体调湿模块(1B)均放置于机房内，且均采用固态二氧化硅作为调湿介质，内置加热热水盘管；两固体调湿模块结构相同，并列放置，通过风管连接，共同实现固体空气调湿的连续运行。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的相变蓄热单元(3)放置于机房内，相变蓄热单元内设置有蓄热管和取热管，蓄热管和取热管采用交错排列的方式均布在相变蓄热单元(3)中，相变蓄热温度范围40～80℃。

5.根据权利要求2所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的送风机(4)放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室内连接，将经过第一固体调湿模块(1A)或第二固体调湿模块(1B)处理过的空气输送到空调房间内；排风机(5)放置于机房内，通过风管与固体调湿模块和室外连接，将经过第一固体调湿模块(1A)或第二固体调湿模块(1B)处理过的空气输排到室外。

6.根据权利要求1或2所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的相变蓄热单元(3)的出口处设置有将相变蓄热单元(3)中贮存的热量输送到固体调湿模块中的蓄热循环泵(7)，蓄热循环泵(7)放置于机房内。

7.根据权利要求1所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的太阳能集热单元(2)与相变蓄热单元(3)之间的回路上设置有将太阳能集热单元(2)收集到的热量输送到相变蓄热单元(3)中的太阳能集热循环泵(6)，太阳能集热循环泵(6)放置于机房内。

8.根据权利要求1或7所述的太阳能冬夏固体调湿***，其特征在于：所述的太阳能集热单元(2)放置于屋面上，太阳能集热器采用平板式、热管式或玻璃真空管式的太阳能集热器，集热温度范围40～95℃。