CN111536638B - 一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调*** - Google Patents

一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***，包括水回路、空气回路以及太阳能回路，太阳能、空气源耦合共同为空调***提供冷(热)量。采用冷冻水梯级利用装置，解决了余热回收问题，能量利用率高。在冬季运行时，当太阳光充足的时候采用太阳能并联空气源联供模式，否则采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式。在夏季运行时，采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式。***刚启动或室内热湿负荷较大时，采用送风+环绕式辐射混合供冷供热模式。***运行平稳或室内热湿负荷较小时采用环绕式辐射为主体，辅助送风供冷供热模式。环绕式辐射***具有更高的热舒适性和空间利用性，送风***具有更快的启动特性和更好的除湿能力。

Description

一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***
技术领域
本发明属于空调领域，涉及一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***。
背景技术
太阳能制热技术有利于节能减排，在水箱换热式、相变蓄热式等***结构的研发方面，己经取得长足进展。在空调领域，太阳能蓄热蓄能技术主要应用在供暖方面，夏季供冷工况应用较复杂。空气源热泵是以空气为低温热源,通过输入少量电能驱动,将低位能源转化为高位能源的高效节能技术，但在冬季寒冷工况下，存在供热能力和性能系数降低的问题，需要太阳能辅助供热。
传统的辐射空调***无法独立处理室内湿负荷，单位辐射板的换热能力约为50-80W/㎡，当室内负荷较大时，辐射板铺设面积较大，空间利用率低。传统送风空调***尽管处理热湿负荷能力强，但存在风机能耗大、热舒适性差等特点。当前领域，多为顶板/地板辐射和送风***联合运行，***耦合性差。
综上所述，目前对于太阳能和空气能、辐射换热和对流送风换热的耦合利用都有其特定的局限性，尚未有一种空调***能够将太阳能和空气能利用，并以高耦合度的形式，同时具备辐射换热和对流送风换热两种能力。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供种基于空气源及太阳能耦合的室内环绕式辐射送风一体化空调***，利用太阳能、空气源耦合共同为空调***提供冷(热)量。
本发明的技术方案如下：
一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***，其特征在于：包括空气源回路、空气回路以及太阳能回路；
所述太阳能回路包括太阳能集热器(12)、第一温度传感器(13)、第二循环水泵(14)、第一手动调节阀(15)、第三电磁流量计(16)、第二温度传感器(17)、四通换向阀(18)、环绕式换热盘管(19)、第二手动调节阀(21)、第二过滤器(22)、补水阀(23)、第一止回阀(24)、第一电磁阀(25)、第二止回阀(26)、第二电磁阀(27)、相变储能装置(28)、第三温度传感器(29)、第一开关(36)、辅助电加热器(8)、第二开关(37)、空气源热泵机组(1)、第三止回阀(30)、第三电磁阀(31)、第四止回阀(32)、第四电磁阀(33)；
所述太阳能集热器(12)的输出端连接第一温度传感器(13)的输入端，第一温度传感器(13)的输出端的第一支路与第二循环水泵(14)的输入端连接，第二循环水泵(14)的输出端的第一支路与第一手动调节阀(15)、第三电磁流量计(16)、第二温度传感器(17)依次连接，经过四通换向阀(18)的一个连接口连接环绕式换热盘管(19)/经过四通换向阀(18)的另一个连接口从四通换向阀输出端的第一支路与第二手动调节阀(21)的输入端连接，经过第二过滤器(22)流入太阳能集热器(12)，第二过滤器(22)的输出端支路连接补水阀(23)；
所述第一温度传感器(13)的输出端的第二支路与第一止回阀(24)、第一电磁阀(25)依次连接，第一电磁阀(25)的输出端与相变储能装置(28)的输入端连接，相变储能装置(28)安装第三温度传感器(29)；相变储能装置(28)的输出端的第一支路与第三止回阀(30)、第三电磁阀(31)依次连接，相变储能装置(28)的第二支路与第四止回阀(32)、第四电磁阀(33)依次连接，第三电磁阀(31)的输出端、第四电磁阀(33)的输出端与第二手动调节阀(21)的输出端相汇，与第二过滤器(22)的输入端连接；
所述空气回路包括轴流风机(9)、板式换热器(6)、辐射送风一体化末端(10)、用户侧房间(11)、环绕式换热盘管(19)；所述辐射送风一体化末端(10)包括外壳(10a)、诱导器(10b)、室内回风口(10c)、辐射孔板(10d)；轴流风机(9)入口端与室外新风接通，出口端与板式换热器(6)连接，空气送入辐射送风一体化末端(10)，在诱导器(10b)处高速流动产生负压，室内空气流入室内回风口(10c)与新风混合，混合风经环绕式换热盘管(19)，从辐射孔板(10d)送入用户侧房间(11)；
所述空气源回路包括空气源热泵机组(1)、第一过滤器(2)、第一循环水泵(3)、第二电磁流量计(4)、第三手动调节阀(5)、板式换热器(6)、第四手动调节阀(7)、辅助电加热器(8)、第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)、第六手动调节阀(20)；空气源热泵机组(1)的输出端依次与第一过滤器(2)和第一循环水泵(3)连接，第一循环水泵(3)的输出端与第二电磁流量计(4)的输入端连接，第二电磁流量计(4)的输出端经第三手动调节阀(5)，与板式换热器(6)的输入端连接，板式换热器(6)的输出端经第四手动调节阀(7)，与辅助电加热器(8)的输入端连接，辅助电加热器(8)的输出端的第一支路依次经第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)，与第二温度传感器(17)的输出端相汇，与四通换向阀(18)的输入端连接；四通换向阀(18)的输出端的第二支路与第六手动调节阀(20)的输入端连接，第六手动调节阀(20)的输出端与辅助电加热器(8)的输出端的第二支路相汇，与空气源热泵机组(1)的输入端连接。
进一步的，在冬季运行时，当太阳光充足的时候采用太阳能串联空气源联供模式，否则采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式；在夏季运行时，采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式。
进一步的，风***与水***联合运行对用户侧进行供冷供热；***刚启动或室内热湿负荷较大时，采用送风+环绕式辐射混合供冷供热模式；***运行平稳或室内热湿负荷较小时采用环绕式辐射为主体，辅助送风供冷供热模式。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、冷热源设备工作模式多，耦合利用太阳能和空气能，增强***的稳定性和节能性。
2、空调末端运行模式多，风***与水***联合运行对用户侧进行供冷供热。***刚启动或室内热湿负荷较大时，采用送风+环绕式辐射混合供冷供热模式。***运行平稳或室内热湿负荷较小时采用环绕式辐射为主体，辅助送风供冷供热模式。模式调节灵活，可适应季节性负荷变化、昼夜性负荷变化。
3、辐射***具有更高的热舒适性和空间利用性；环绕式换热盘管(19)提升了空间利用性，增加了辐射换热占比；送风***具有更快的启动特性和更好的除湿能力，孔口送风形式使辐射板下表面形成一层空气膜，提升防结露特性。
4、空调末端设备一体化程度高，具有良好的诱导回风特性，相比于传统工况，可降低3-5℃，实现低温送风，同时也可减少新风量，提升***节能性。
5、实现单冷源机组冷冻水(冷却水)的梯级利用，能量利用率高。梯级利用体现在两方面：经板式换热器(6)处理后的冷冻水(冷却水)，依次流过第四手动调节阀(7)、辅助电加热器(8)后，仍然具备换热能力，依次经过第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)送入环绕式换热盘管(19)对室内进行辐射换热；夏季低温冷冻水沿顶板-四周墙壁-地板的换热管路流动，冬季高温冷却水沿地板-四周墙壁-顶板的换热管路流动，利用冷空气下沉，热空气上升的特点，梯级利用冷冻水(冷却水)对室内空气进行辐射换热。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明基于空气源及太阳能耦合的室内环绕式辐射送风一体化空调***的示意图。
图中：空气源热泵机组(1)、第一过滤器(2)、第一循环水泵(3)、第二电磁流量计(4)、第三手动调节阀(5)、板式换热器(6)、第四手动调节阀(7)、辅助电加热器(8)、轴流风机(9)、辐射送风一体化末端(10)、外壳(10a)、诱导器(10b)、室内回风口(10c)、辐射孔板(10d)、用户侧房间(11)、太阳能集热器(12)、第一温度传感器(13)、第二循环水泵(14)、第一手动调节阀(15)、第三电磁流量计(16)、第二温度传感器(17)、四通换向阀(18)、环绕式换热盘管(19)、第六手动调节阀(20)、第二手动调节阀(21)，第二过滤器(22)，补水阀(23)、第一止回阀(24)、第一电磁阀(25)、第二止回阀(26)、第二电磁阀(27)、相变储能装置(28)、第三温度传感器(29)、第三止回阀(30)、第三电磁阀(31)、第四止回阀(32)、第四电磁阀(33)、第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)、第一开关(36)、第二开关(37)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明包括空气源回路、空气回路以及太阳能回路。其中太阳能回路包括太阳能集热器12、第一温度传感器13、第二循环水泵14、第一手动调节阀15、第三电磁流量计16、第二温度传感器17、四通换向阀18、环绕式换热盘管19、第二手动调节阀21、第二过滤器22、补水阀23、第一止回阀24、第一电磁阀25、第二止回阀26、第二电磁阀27、相变储能装置28、第三温度传感器29、第一开关36、辅助电加热器8、第二开关37、空气源热泵机组1、第三止回阀30、第三电磁阀31、第四止回阀32、第四电磁阀33。所述太阳能集热器12的输出端连接第一温度传感器13的输入端，第一温度传感器13的输出端的第一支路与第二循环水泵14的输入端连接，第二循环水泵14的输出端的第一支路与第一手动调节阀15、第三电磁流量计16、第二温度传感器17依次连接，经过四通换向阀18，连接环绕式换热盘管19，经过四通换向阀18，从四通换向阀输出端的第一支路与第二手动调节阀21的输入端连接，经过第二过滤器22流入太阳能集热器12，第二过滤器22的输出端支路连接补水阀23。第一温度传感器13的输出端的第二支路与第一止回阀24、第一电磁阀25依次连接，第一电磁阀25的输出端与相变储能装置28的输入端连接，相变储能装置28安装第三温度传感器29，相变储能装置28的输出端的第一支路与第三止回阀30、第三电磁阀31依次连接，第二支路与第四止回阀32、第四电磁阀33依次连接，第三电磁阀31的输出端、第四电磁阀33的输出端与第二手动调节阀21的输出端相汇，与第二过滤器22的输入端连接。
所述空气回路包括轴流风机9、板式换热器6、辐射送风一体化末端10、用户侧房间11、环绕式换热盘管19。辐射送风一体化末端10包括外壳10a、诱导器10b、室内回风口10c、辐射孔板10d。诱导器10b位于外壳10a中心处，辐射孔板10d位于外壳10a内部并和其形成室内回风口10c，室内回风口10c和诱导器10b连通。
轴流风机9入口端与室外新风接通，出口端与板式换热器6连接，空气送入辐射送风一体化末端10，在诱导器10b处高速流动产生负压，室内空气流入室内回风口10c与新风混合，混合风经环绕式换热盘管19，从辐射孔板10d送入房间。
所述空气源回路包括空气源热泵机组1、第一过滤器2、第一循环水泵3、第二电磁流量计4、第三手动调节阀5、板式换热器6、第四手动调节阀7、辅助电加热器8、第五手动调节阀34、第四电磁流量计35、第六手动调节阀20。空气源热泵机组1的输出端依次与第一过滤器2和第一循环水泵3连接，第一循环水泵3的输出端与第二电磁流量计4的输入端连接，第二电磁流量计4的输出端经第三手动调节阀5，与板式换热器6的输入端连接，板式换热器6的输出端经第四手动调节阀7，与辅助电加热器8的输入端连接，辅助电加热器8的输出端的第一支路依次经第五手动调节阀34、第四电磁流量计35，与第二温度传感器17的输出端相汇，与四通换向阀18的输入端连接。四通换向阀18的输出端的第二支路与第六手动调节阀20的输入端连接，第六手动调节阀20的输出端与辅助电加热器8的输出端的第二支路相汇，与空气源热泵机组1的输入端连接。
在本发明中，冷热源设备有两种运行模式：空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式，太阳能并联空气源联供模式。空调末端设备有两种运行模式：空气-水混合换热模式，冷热水独立换热模式。在冬季白天太阳光充足的时候，采用太阳能并联空气源联供模式：从太阳能集热器12流出的一部分高温热水依次流经第一温度传感器13、第二循环水泵14、第一手动调节阀15、第三电磁流量计16、第二温度传感器17、四通换向阀18、环绕式换热盘管19、四通换向阀18、第二手动调节阀21、第二过滤器22、补水阀23回到太阳能集热器，另一部分高温热水流经第一止回阀24、第一电磁阀25、相变储能装置28、第三止回阀30、第三电磁阀31、第二过滤器22、补水阀23回到太阳能集热器。空气源热泵机组1产生的高温水依次流经第一过滤器2、第一循环水泵3、第二电磁流量计4、第三手动调节阀5、板式换热器6、第四手动调节阀7、辅助电加热器8，一部分中温水流经第五手动调节阀34、第三电磁流量计35、四通换向阀18、环绕式换热盘管19、四通换向阀18、第六手动调节阀20，与另一部分中温水相汇于主管路，回到空气源热泵机组1，关闭第一开关36、第二开关37。否则采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式：关闭第一手动调节阀15、第二手动调节阀21、第三止回阀30、第三电磁阀31、第一止回阀24、第一电磁阀25。从太阳能集热器12流出的全部热水依次流经第一温度传感器13、第二循环水泵14、第二止回阀26、第二电磁阀27、相变储能装置28、第四止回阀32、第四电磁阀33、第二过滤器22、补水阀23回到太阳能集热器，打开第一开关36、第二开关37，为空气源热泵机组1和辅助电加热器8辅助供电。空气源热泵机组1产生的高温水依次流经第一过滤器2、第一循环水泵3、第二电磁流量计4、第三手动调节阀5、板式换热器6、第四手动调节阀7、辅助电加热器8，一部分中温水流经第五手动调节阀34、第四电磁流量计35、四通换向阀18、环绕式换热盘管19、四通换向阀18、第六手动调节阀20，与另一部分中温水相汇于主管路，回到空气源热泵机组1。
在夏季运行时，采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式：关闭第一手动调节阀15、第二手动调节阀21、第三止回阀30、第三电磁阀31、第一止回阀24、第一电磁阀25、辅助电加热器8、第二开关37。从太阳能集热器12流出的全部热水依次流经第一温度传感器13、第二循环水泵14、第二止回阀26、第二电磁阀27、相变储能装置28、第四止回阀32、第四电磁阀33、第二过滤器22、补水阀23回到太阳能集热器，打开第一开关36，为空气源热泵机组1辅助供电。空气源热泵机组1产生的低温水依次流经第一过滤器2、第一循环水泵3、第二电磁流量计4、第三手动调节阀5、板式换热器6、第四手动调节阀7，一部分低温水流经第五手动调节阀34、第四电磁流量计35、四通换向阀18、环绕式换热盘管19、四通换向阀18、第六手动调节阀20，与另一部分低温水相汇于主管路，回到空气源热泵机组1。***刚启动或室内热湿负荷较大时，采用送风+环绕式辐射混合供冷供热模式：全功率开启轴流风机9。
***运行平稳或室内热湿负荷较小时采用环绕式辐射为主体，辅助送风供冷供热模式：减小轴流风机9功率或不开机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***，其特征在于：包括空气源回路、空气回路以及太阳能回路；
所述太阳能回路包括太阳能集热器(12)、第一温度传感器(13)、第二循环水泵(14)、第一手动调节阀(15)、第三电磁流量计(16)、第二温度传感器(17)、四通换向阀(18)、环绕式换热盘管(19)、第二手动调节阀(21)、第二过滤器(22)、补水阀(23)、第一止回阀(24)、第一电磁阀(25)、第二止回阀(26)、第二电磁阀(27)、相变储能装置(28)、第三温度传感器(29)、第一开关(36)、辅助电加热器(8)、第二开关(37)、空气源热泵机组(1)、第三止回阀(30)、第三电磁阀(31)、第四止回阀(32)、第四电磁阀(33)；
所述太阳能集热器(12)的输出端连接第一温度传感器(13)的输入端，第一温度传感器(13)的输出端的第一支路与第二循环水泵(14)的输入端连接，第二循环水泵(14)的输出端的第一支路与第一手动调节阀(15)、第三电磁流量计(16)、第二温度传感器(17)依次连接，经过四通换向阀(18)的一个连接口连接环绕式换热盘管(19)/经过四通换向阀(18)的另一个连接口从四通换向阀输出端的第一支路与第二手动调节阀(21)的输入端连接，经过第二过滤器(22)流入太阳能集热器(12)，第二过滤器(22)的输出端支路连接补水阀(23)；
所述第一温度传感器(13)的输出端的第二支路与第一止回阀(24)、第一电磁阀(25)依次连接，第一电磁阀(25)的输出端与相变储能装置(28)的输入端连接，相变储能装置(28)安装第三温度传感器(29)；相变储能装置(28)的输出端的第一支路与第三止回阀(30)、第三电磁阀(31)依次连接，相变储能装置(28)的第二支路与第四止回阀(32)、第四电磁阀(33)依次连接，第三电磁阀(31)的输出端、第四电磁阀(33)的输出端与第二手动调节阀(21)的输出端相汇，与第二过滤器(22)的输入端连接；
所述空气回路包括轴流风机(9)、板式换热器(6)、辐射送风一体化末端(10)、用户侧房间(11)、环绕式换热盘管(19)；所述辐射送风一体化末端(10)包括外壳(10a)、诱导器(10b)、室内回风口(10c)、辐射孔板(10d)；轴流风机(9)入口端与室外新风接通，出口端与板式换热器(6)连接，空气送入辐射送风一体化末端(10)，在诱导器(10b)处高速流动产生负压，室内空气流入室内回风口(10c)与新风混合，混合风经环绕式换热盘管(19)，从辐射孔板(10d)送入用户侧房间(11)；
所述空气源回路包括空气源热泵机组(1)、第一过滤器(2)、第一循环水泵(3)、第二电磁流量计(4)、第三手动调节阀(5)、板式换热器(6)、第四手动调节阀(7)、辅助电加热器(8)、第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)、第六手动调节阀(20)；空气源热泵机组(1)的输出端依次与第一过滤器(2)和第一循环水泵(3)连接，第一循环水泵(3)的输出端与第二电磁流量计(4)的输入端连接，第二电磁流量计(4)的输出端经第三手动调节阀(5)，与板式换热器(6)的输入端连接，板式换热器(6)的输出端经第四手动调节阀(7)，与辅助电加热器(8)的输入端连接，辅助电加热器(8)的输出端的第一支路依次经第五手动调节阀(34)、第四电磁流量计(35)，与第二温度传感器(17)的输出端相汇，与四通换向阀(18)的输入端连接；四通换向阀(18)的输出端的第二支路与第六手动调节阀(20)的输入端连接，第六手动调节阀(20)的输出端与辅助电加热器(8)的输出端的第二支路相汇，与空气源热泵机组(1)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***，其特征在于：在冬季运行时，当太阳光充足的时候采用太阳能串联空气源联供模式，否则采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式；在夏季运行时，采用空气源单供、太阳能辅助蓄能供电模式。
3.根据权利要求1所述的一种基于空气源及太阳能耦合的一体化空调***，其特征在于：风***与水***联合运行对用户侧进行供冷供热；***刚启动或室内热湿负荷较大时，采用送风+环绕式辐射混合供冷供热模式；***运行平稳或室内热湿负荷较小时采用环绕式辐射为主体，辅助送风供冷供热模式。
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