CN110848832A - 一种新型光伏热电热回收净化新风装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型光伏热电热回收净化新风装置及其控制方法，属于暖通空调及绿色建筑节能技术领域。所述新风装置包括热管热回收模块、净化新风模块、光伏热电模块和自动控制模块。热管热回收模块的一端设置在新风通道内，另一端设置在排风通道内。空气净化模块包括初效过滤层、高效过滤层和吸附层。光伏热电模块包括光伏电池板、蓄电池、控制器和热电堆，其中光伏电池板铺设在室外侧风管上表面，新风管和排风管的热管由热电堆连接，以强化换热。自动控制模块包括温度传感器和控制模块。本发明解决了排风能量浪费的问题，且采用太阳能辅助强化换热，大大地提高排风热回收效率，充分节约空调***的能耗，具有可观的应用前景。

Description

一种新型光伏热电热回收净化新风装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及暖通空调及绿色建筑节能技术，尤其涉及一种新型光伏热电热回收净化新风装置及其控制方法。
背景技术
能源短缺和环境污染是人类长期以来始终面临的两大难题。数据表明，在我国能源总消费量中，建筑能耗总量所占的比例在逐渐上升，而在建筑能耗当中主要为空调能耗，占建筑能耗的50％～60％甚至更多。在空调***所消耗的能源中，新风负荷约占30％左右，新风状态的变化对空调***的负荷和能耗有很大的影响，且室内的已被冷却或加热的空气直接排除室外是对能源的极大浪费。
此外，调查显示，现代建筑的保温隔热性能不断加强，使得室内气密性提高。有数据显示，室内空气中含有超过500中挥发性有机物，一些有害气体的浓度比户外高出几十倍，其中含有致癌物质有20多种。如今，室外雾霾天气频繁出现，将室外空气直接引入室内不仅不能降低室内污染物浓度，而且可能会加剧恶化室内空气品质。
针对以上问题，提出了热回收式净化新风机的概念，现有技术中已存在利用热管换热器回收排风中的热量，如申请公布号为CN107355937A的发明专利提出了一种热管热回收式净化新风机，但是存在热回收效率有限，长时间使用后灰尘堆积而影响换热效率等问题，导致实际使用过程能效比低。
从长远来看，可再生能源的开发利用成为未来能源结构的主流趋势，因此，加强太阳能、风能、地热能等可再生能源的应用显得尤为重要。其中，太阳能以其资源充足、分布广泛、安全、清洁等特点备受重视。目前，太阳能的利用方式主要包括太阳能光伏和光热，其中太阳能光伏发电是利用光生伏特效应，将太阳光能直接转化为电能，可就近供电，避免长距离输电带来的损耗，且不消耗燃料，无污染，将光伏发电与热电制冷/制热技术有效结合，有助于缓解目前严峻的能源与环境形势。但光伏发电存在光电转换效率低的问题，原因是光伏组件表面接收的太阳辐射中70％以上的能量转变成了热量，使得其工作温度通常都在50℃以上，这会严重影响光伏板的工作效率，甚至高温下光伏板容易出现自燃，安全性能下降等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型光伏热电热回收净化新风装置及其控制方法，解决以上热管换热器效率低的问题，集排风热回收、新风净化、热电制冷强化换热及自动控制等多种功能于一体。
具体由以下方案实现：
一种新型光伏热电热回收净化新风装置，包括热管热回收模块、空气净化模块、光伏热电模块、自动控制模块、排风管道及新风管道；所述自动控制模块包括光电控制模块、工况转换控制模块和及温度传感器。
其中排风管道和新风管道平行并排设置；所述新风管道位于室外的部分包括第一工况新风管和第二工况新风管；其中所述第一工况新风管和第二工况新风管均通过工况转换控制模块与位于室内的新风管道部分连接相通；热管热回收模块的新风侧热管换热器设置在新风管道内，热管热回收模块的排风侧热管换热器设置在排风管道内；所述热管热回收模块的新风入口侧设有新风风机，所述热管热回收模块的排风入口侧设有排风风机；所述空气净化模块位于室内侧的新风管道内且设置在所述新风风机旁，所述光伏热电模块包含光伏电池板、蓄电池、热电芯片和电动阀门；光伏电池板敷设在位于室外的排风管道和第一工况新风管道的上表面，其中所述热电芯片设置在位于室内的新风管道与排风管道之间的空隙处并与热管换热器相连；所述电动阀门设置在位于室外的排风管到与新风管的之间的旁通处，可以对光伏电池板进行辅助降温。
光电控制模块具有采集数据、分析对比、接收命令和执行命令的功能；工况转换控制模块可以接受来自光电控制模块的命令，实现工况的转换功能；若干个温度传感器分布设置在光伏电池板表面、第一工况新风管的入口和排风管道的入口处。
本发明进一步改机在于：热管排风热回收模块由整体式热管组组成，所述整体式热管组一端与热电芯片连接在一起进行强化换热且表面均覆盖有垂直于热管轴向的散热铝制翅片与新、排风进行换热。本发明进一步改机在于：所述空气净化模块包含初效过滤器、高效过滤器和吸附层。
对室外新风进行除尘过滤，同时防止长时间使用后因热管表面堆积大量灰尘而造成的换热效率低的问题。
本发明进一步改机在于：所述光伏热电模块是与热管热回收模块配合使用的，光伏热电模块中的热电堆可以强化热管换热器的换热能力，位于室外的排风管道和第一工况新风管道的底部设有保温层。
本发明进一步改机在于：所述光伏热电模块是独立发电***；光照充足情况下，所产生电能足以驱动热电模块，多余电能储存在蓄电池中；阴天或晚上等光照不足情况下，通过光电控制模块释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
一种新型光伏热电热回收净化新风装置控制方法，是通过自动控制模块实现的，所述自动控制模块包括所述自动控制模块包括光电控制模块、工况转换控制模块和及温度传感器；其中包括以下步骤：
(1)光电控制模块接收并比较室外新风和室内排风温度，当新风温度tn与排风温度tr满足tn-tr＞ε时，向工况转换控制模块发送命令，使其驱动运行工况2，同时驱动热电堆靠近新风侧制冷，靠近排风侧制热；反之当新风温度tn与排风温度tr满足tr-tn＞ε时，命令工况转换控制模块运行工况1，同时驱动热电堆靠近新风侧制热，靠近排风侧制冷；过渡季节即两者温差|Δt|＜ε时，则控制热管热回收模块停止工作，所述新型光伏热电热回收净化新风装置只启用净化新风的功能。
(2)在阴天或晚上等光照不足情况下，光伏电池板所产生的电能无法驱动热电堆工作，此时通过控制模块控制放电方向，释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
(3)当检测到光伏电池板表面温度超过45℃时，开启设置在室外侧新风通道和排风通道之间设有旁通管路和电动阀，引入温度较低的空气，对光伏电池板进行降温，从而起到过热保护的作用。
(4)控制模块具有红外接收功能，用户可根据实际需要自行调节。
其中光伏电池板设置在室外的新、排风通道上，将收集的太阳能转换为电能，一部分供热电芯片制冷/制热，对新风进行二次加热/冷却，同时提高热管的热回收效率；多余的电能则储存在蓄电池中，阴天或傍晚等光照不足的情况下通过控制转换器释放蓄电池中的电能维持热电芯片正常工作运行。
以冬季工况为例，该新风装置的工作原理为：
冬季，新风经过光伏电池板背部的第一工况新风管道，同时吸收光伏电池板发电过程中的一部分热量，进入空气净化模块，依次经过初效过滤器、高级过滤器和吸附层被净化后，洁净的新风在新风风机的作用下进入热管热回收模块的热端，同时光伏电池板输出的电能驱动热电芯片热端制热、冷端制冷，热电芯片的冷热端也分别与热管的冷端和热端进行换热，进而加热来自空气净化模块的新风；与此同时，室内侧空气在排风风机的作用下，通过排风风道，流经热管热回收模块的冷端，热量被回收，实现了室内排风余热回收利用。
夏季，经过第二工况新风管道从室外抽取阴凉处较低温度的新风，进入空气净化模块，依次经过初效过滤器、高效过滤器和吸附层被净化后，洁净的新风在新风风机的作用下进入热管热回收模块，此时自动控制模块控制热电芯片电流方向反向，使新风侧制冷，回风侧制热，从而降低来自空气净化模块的新风温度；与此同时，室内侧空气在排风风机的作用下，流经热管热回收模块的热端，冷量被回收，实现室内排风冷量回收利用。
过渡季节，热管热回收模块停止工作，室外新风经净化后即可引入室内，室内排风也直接排出室外即可。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
1)室外新风经由空气净化模块净化后，不仅提高送风室内空气品质，也可防止热管因长期使用灰尘堆积而造成的效率低下的问题；
2)将热管和热电堆进行有效结合，有效利用热电制冷，提高换热效率，同时空气与热管的换热也可间接减少热电芯片的温差，提高热电芯片的工作性能；
3)光照充足时太阳能光伏电池板产生的电能一部分驱动热电芯片制冷/制热，一部分储存在蓄电池中，当阴天或夜晚等光照不足的情况下，通过控制器释放蓄电池中的电能驱动热电芯片工作，不消耗多余电能，清洁环保；
4)冬季工况下，新风进入到光伏电池板背部的空气通道时，可对光伏电池板表面进行降温；当监测光伏电池板表面温度超过45℃时，控制电动阀门开启，从而均匀地对光伏板进行降温，提高光伏板的工作效率；
5)夏季工况时，考虑到夏季新风进入光伏电池板背部会使其温度升高而造成效率下降，因此在下端开启新风通道供夏季工况使用，不仅可以避免夏季室外空气流经空气通道加热光伏电池板，同时由于新风在阴凉处引入，温度也会较低；
6)所述新型光伏热电热回收净化新风装置自带控制装置，可以根据实际工作条件进行自适应调节，提高所述热管热回收装置的工作效率，此外，用户也可根据自身需求调节所述装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图俯视图。
图2为本发明的结构示意图A-A剖面图。
图3为控制模块的控制流程图。
其中：
1-热管热回收模块； 2-空气净化模块；
3-光伏热电模块； 4-自动控制模块；
5-排风管道； 6-新风管道；
101-新风侧热管换热器； 102-排风侧热管换热器；
201-初效过滤器； 202-高效过滤器；
203-吸附层； 301-光伏电池板；
302-热电芯片； 303-电动阀门；
304-保温层； 401-光电控制模块；
402-工况转换控制模块； 403-温度传感器；
501-排风机； 601-第一工况新风管道；
602-第二工况新风管道； 603-新风机。
具体实施方式
如图1、2所示，一种新型光伏热电热回收净化新风装置使用时，以新风机所在处为界，安装在窗户上。
本实施的一种新型光伏热电热回收净化新风装置，包括热管热回收模块1、空气净化模块2、光伏热电模块3、自动控制模块4、排风管道5及新风管道6；所述自动控制模块4包括光电控制模块401、工况转换控制模块402和及温度传感器403；
所述空气净化模块2包含初效过滤器201、高效过滤器202和吸附层203。
其中排风管道5和新风管道6平行并排设置；所述新风管道6位于室外的部分包括第一工况新风管601和第二工况新风管602；其中所述第一工况新风管601和第二工况新风管602均通过工况转换控制模块402与位于室内的新风管道6部分连接相通；
光电控制模块401具有采集数据、分析对比、接收命令和执行命令的功能；工况转换控制模块402可以接受来自光电控制模块401的命令，实现工况的转换功能；若干个温度传感器403分布设置在光伏电池板表面301、第一工况新风管601的入口和排风管道5的入口处。
热管热回收模块1的新风侧101设置在新风管道6内，热管热回收模块1的排风侧热管换热器102设置在排风管道5内；所述热管热回收模块1的新风入口侧设有新风风机603，所述热管热回收模块1的排风入口侧设有排风风机501。
所述空气净化模块2位于室内侧的新风管道6内且设置在所述新风风机603旁，所述光伏热电模块3包含光伏电池板301、蓄电池、热电芯片302和电动阀门303；光伏电池板301敷设在位于室外的排风管道5和第一工况新风管道601的上表面，其中所述热电芯片302设置在位于室内的新风管道6与排风管道7之间的空隙处并与热管换热器相连；所述电动阀门303设置在位于室外的排风管到5与新风管6的之间的旁通处，可以对光伏电池板301进行辅助降温。
热管排风热回收模块1由整体式热管组组成，所述整体式热管组一端与热电芯片302连接在一起进行强化换热且表面均覆盖有垂直于热管轴向的散热铝制翅片与新、排风进行换热。
所述光伏热电模块3是与热管热回收模块1配合使用的，光伏热电模块中的热电堆可以强化热管换热器的换热能力，位于室外的排风管道5和第一工况新风管道601的底部设有保温层304。所述光伏热电模块3是独立发电***；光照充足情况下，所产生电能足以驱动热电模块，多余电能储存在蓄电池中；阴天或晚上等光照不足情况下，通过光电控制模块401释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
如图3所示：一种新型光伏热电热回收净化新风装置控制方法，是通过自动控制模块4实现的，所述自动控制模块4包括所述自动控制模块4包括光电控制模块401、工况转换控制模块402和及温度传感器403；其中包括以下步骤：
(1)光电控制模块401接收并比较室外新风和室内排风温度，当新风温度tn与排风温度tr满足tn-tr＞ε时，向工况转换控制模块402发送命令，使其驱动运行工况2，同时驱动热电堆靠近新风侧制冷，靠近排风侧制热；反之当新风温度tn与排风温度tr满足tr-tn＞时，命令工况转换控制模块402运行工况1，同时驱动热电堆靠近新风侧制热，靠近排风侧制冷；过渡季节即两者温差|Δt|＜ε时，则控制热管热回收模块停止工作，所述新型光伏热电热回收净化新风装置只启用净化新风的功能；其中ε控制在2-5℃。
(2)在阴天或晚上等光照不足情况下，光伏电池板所产生的电能无法驱动热电堆工作，此时通过控制模块控制放电方向，释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
(3)当检测到光伏电池板表面温度超过45℃时，开启设置在室外侧新风通道和排风通道之间设有旁通管路和电动阀门303，引入温度较低的空气，对光伏电池板进行降温，从而起到过热保护的作用。
(4)控制模块具有红外接收功能，用户可根据实际需要自行调节。
冬季工况时，室外新风经过光伏电池板背部的第一工况新风管道601，同时吸收光伏电池板发电过程中的一部分热量，进入空气净化模块，依次经过初效过滤器、高级过滤器和吸附层被净化后，洁净的新风在新风风机603的作用下进入热管热回收模块的热端，同时光伏电池板301输出的电能驱动热电芯片302热段制热、冷端制冷，热电芯片302的冷热端也分别与热管的冷端和热端进行换热，进而加热来自空气净化模块的新风；与此同时，室内部分空气在排风风机501的作用下，通过排风风道5，流经热管热回收模块1的冷端，热量被回收，实现了室内排风余热回收利用。
夏季工况时，为了避免室外新风通过光伏电池板背部的空气通道引起光伏电池板温度升高而效率下降，自动控制装置控制新风从第二工况新风管道602引入，转换热电堆电流方向，实现冷、热端转换，新风通道的热管换热器变为冷端，排风通道5的热管换热器变为冷端，从而高效率实现回收排风中的冷量。
为了避免光伏组件表面温度过高导致光伏电池板光电转换效率下降的问题，在新风通道6和排风通道5之间设有旁通，当太阳能电池板表面温度超过45℃时，电动阀门303开启旁通，从而进行冷却，提高了太阳能光伏电池的效率。
其中过渡季节即两者温差|Δt|＜ε时，则控制热管热回收模块停止工作，所述新型光伏热电热回收净化新风装置只启用净化新风的功能；其中ε控制在2-5℃。
本发明使用一段时间后，会出现空气净化模块过滤效果下降，或者热管换热器换热效率降低的问题，此时可以通过开启可开启面板对过滤器或者热管换热器进行更换。

Claims (6)

1.一种新型光伏热电热回收净化新风装置，其特征在于：包括热管热回收模块(1)、空气净化模块(2)、光伏热电模块(3)、自动控制模块(4)、排风管道(5)及新风管道(6)；所述自动控制模块(4)包括光电控制模块(401)、工况转换控制模块(402)和及温度传感器(403)；
其中排风管道(5)和新风管道(6)平行并排设置；所述新风管道(6)位于室外的部分包括第一工况新风管(601)和第二工况新风管(602)；其中所述第一工况新风管(601)和第二工况新风管(602)均通过工况转换控制模块(402)与位于室内的新风管道(6)部分连接相通；热管热回收模块(1)的新风侧热管换热器(101)设置在新风管道(6)内，热管热回收模块(1)的排风侧热管换热器(102)设置在排风管道(5)内；所述热管热回收模块(1)的新风入口侧设有新风风机(603)，所述热管热回收模块(1)的排风入口侧设有排风风机(501)；所述空气净化模块(2)位于室内侧的新风管道(6)内且设置在所述新风风机(603)旁，所述光伏热电模块(3)包含光伏电池板(301)、蓄电池、热电芯片(302)和电动阀门(303)；光伏电池板(301)敷设在位于室外的排风管道(5)和第一工况新风管道(601)的上表面，其中所述热电芯片(302)设置在位于室内的新风管道(6)与排风管道(7)之间的空隙处并与热管换热器相连；所述电动阀门(303)设置在位于室外的排风管到(5)与新风管(6)的之间的旁通管路处，可以对光伏电池板(301)进行辅助降温；
光电控制模块(401)具有采集数据、分析对比、接收命令和执行命令的功能；工况转换控制模块(402)可以接受来自光电控制模块(401)的命令，实现工况的转换功能；若干个温度传感器(403)分布设置在光伏电池板表面(301)、第一工况新风管(601)的入口和排风管道(5)的入口处。
2.根据权利要求1所述的新型光伏热电热回收净化新风装置，其特征在于：热管排风热回收模块(1)由整体式热管组组成，所述整体式热管组一端与热电芯片(302)连接在一起进行强化换热且表面均覆盖有垂直于热管轴向的散热铝制翅片与新、排风进行换热。
3.根据权利要求1所述的新型光伏热电热回收净化新风装置，其特征在于：所述空气净化模块(2)包含初效过滤器(201)、高效过滤器(202)和吸附层(203)。
4.根据权利要求1所述的新型光伏热电热回收净化新风装置，其特征在于：所述光伏热电模块(3)是与热管热回收模块(1)配合使用的，光伏热电模块中的热电堆可以强化热管换热器的换热能力，位于室外的排风管道(5)和第一工况新风管道(601)的底部设有保温层(304)。
5.根据权利要求1所述的新型光伏热电热回收净化新风装置，其特征在于：所述光伏热电模块(3)是独立发电***；光照充足情况下，所产生电能足以驱动热电模块，多余电能储存在蓄电池中；阴天或晚上等光照不足情况下，通过光电控制模块(401)释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
6.一种新型光伏热电热回收净化新风装置控制方法，其特征在于：是通过自动控制模块(4)实现的，所述自动控制模块(4)包括所述自动控制模块(4)包括光电控制模块(401)、工况转换控制模块(402)和及温度传感器(403)；其中包括以下步骤：
(1)光电控制模块(401)接收并比较室外新风和室内排风温度，当新风温度tn与排风温度tr满足tn-tr＞ε时，向工况转换控制模块(402)发送命令，使其驱动运行工况2，同时驱动热电堆靠近新风侧制冷，靠近排风侧制热；反之当新风温度tn与排风温度tr满足tr-tn＞ε时，命令工况转换控制模块(402)运行工况1，同时驱动热电堆靠近新风侧制热，靠近排风侧制冷；过渡季节即两者温差|Δt|＜ε时，则控制热管热回收模块停止工作，所述新型光伏热电热回收净化新风装置只启用净化新风的功能。
(2)在阴天或晚上等光照不足情况下，光伏电池板所产生的电能无法驱动热电堆工作，此时通过控制模块控制放电方向，释放蓄电池中的电能驱动热电模块工作。
(3)当检测到光伏电池板表面温度超过45℃时，开启设置在室外侧新风通道和排风通道之间设有旁通管路和电动阀门(303)，引入温度较低的空气，对光伏电池板进行降温，从而起到过热保护的作用。
(4)控制模块具有红外接收功能，用户可根据实际需要自行调节。
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