太阳能空调与相变储能一体化系统及其工作方法与流程

本发明涉及太阳能空调及相变储能
技术领域：
，具体是一种太阳能空调与相变储能一体化系统及其工作方法。
背景技术：
：太阳能吸收式空调系统是以太阳能作为主要能源，为热能驱动式制冷机提供其发生器所需要的热水，从而达到制冷的目的的系统。在冬季不需要制冷的情况下，经太阳能加热的热水可直接为用户供暖或提供生活热水，实现太阳能冷热空调和热水器的一体化。虽然太阳能空调技术具有节能环保的突出优点，然而，目前太阳空调系统在推广过程还存在以下问题：(1)太阳能空调的稳定运行通常需要配置储热罐和储冷罐，目前采用的储存介质为水。但是，采用储水罐普遍存在以下不足：一是储水罐的体积巨大；二是储水罐的罐体的安全设置问题，如入水侧通常安装高温高压储热罐，存在一定的风险；三是为防止水温迅速下降，对储水罐的罐体的保温要求非常高。(2)太阳能资源具有波动性，影响太阳能空调运行的连续性。太阳能辐射非常高时，受制于储热罐的体积，系统不能充分存储多余的太阳能资源；当出现用户载荷突然增加或者连续阴雨天时，单独依靠太阳能系统不能保障客户需求，此时需要频繁启动辅助系统，增加能源消耗。(3)太阳能空调的制冷效率取决于热水输入温度。输入热水温度越高，机组制冷效果越好。当前，储水罐存在的普遍问题是：一是水温会出现分层现象，不能维持进入机组的稳定温度，造成制冷机运行不稳定；二是水属于显热储存，其储能量和储能释能的温度变化范围成正比。储能温度越低，其储能量越低。当水温低于制冷机最低额定入水温度时，此温度下的热水将不能被利用，造成大量的残余热量和能源浪费。综上可见，当前太阳能空调系统存在一定的技术瓶颈问题。为解决此问题，本发明提出一种太阳能空调与相变储能一体化系统及其工作方法。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种太阳能空调与相变储能一体化系统及其工作方法，通过集成和控制太阳能空调与备用系统(热泵冷暖机)的连接，实现太阳能与电能的无缝切换，在系统运行过程中，优先利用太阳能，而当太阳能不足以提供稳定、持续的能源时，作为备用系统的热泵冷暖机可弥补这一不足，在有效降低备用系统启动频率和运行时间的同时，整个系统运行更加节能。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种太阳能空调与相变储能一体化系统，包括太阳能集热单元、相变蓄热水箱、供冷单元、缓冲水箱和风机盘管，所述的太阳能集热单元通过第一循环管路与所述的储热水箱相连，所述的储热水箱内安装有储热盘管，所述的储热水箱通过第二循环管路与所述的相变蓄热水箱相连，所述的相变蓄热水箱内存储有相变材料，所述的供冷单元包括冷却塔和溴化锂制冷机组，所述的冷却塔通过第三循环管路与所述的溴化锂制冷机组相连，所述的储热水箱经第四循环管路与所述的溴化锂制冷机组相连，所述的储热水箱经第五循环管路与所述的缓冲水箱相连，所述的第四循环管路与所述的第五循环管路之间具有共用管路，该共用管路连在所述的储热水箱上，所述的溴化锂制冷机组经第六循环管路与所述的缓冲水箱相连，所述的缓冲水箱通过第七循环管路与所述的风机盘管相连，所述的第一循环管路上设置有变频的第一循环泵P1，所述的第四循环管路上设置有第二循环泵P2，P2同时位于所述的第五循环管路上，所述的第六循环管路上设置有第三循环泵P3，所述的第七循环管路上设置有第四循环泵P4，所述的第三循环管路上设置有第五循环泵P5，所述的第二循环管路上设置有第六循环泵P6，所述的第一循环管路、第二循环管路、第三循环管路、第四循环管路、第五循环管路、第六循环管路和第七循环管路上分别设置有若干温度传感器和若干阀门，夏季制冷时，太阳能集热单元向溴化锂制冷机组提供热水，溴化锂制冷机组向缓冲水箱提供冷冻水，缓冲水箱向风机盘管提供制冷所需冷冻水；冬季采暖时，太阳能集热单元向缓冲水箱提供热水，缓冲水箱向风机盘管提供采暖所需热水。作为优选，还包括热泵冷暖机，所述的缓冲水箱通过第八循环管路与所述的热泵冷暖机相连，所述的第八循环管路上设置有第七循环泵、若干温度传感器和若干阀门。作为优选，所述的相变材料的熔点为75～95℃。作为优选，所述的第一循环管路上设置有电动三通阀S1和风冷散热器，所述的太阳能集热单元经所述的电动三通阀S1分别与所述的储热水箱和所述的风冷散热器相连。作为优选，所述的太阳能集热单元包括相互并联的第一太阳能集热器组和第二太阳能集热器组，所述的第一太阳能集热器组的出水管路上安装有温度传感器T1，所述的第二太阳能集热器组的出水管路上安装有温度传感器T2，所述的第一太阳能集热器组的出水管路与所述的第二太阳能集热器组的出水管路的汇合处安装有温度传感器T3，所述的第一太阳能集热器组的出水管路与所述的第二太阳能集热器组的出水管路汇合后经电动三通阀S1分别与所述的储热水箱和所述的风冷散热器相通，S1与所述的储热水箱之间安装有流量传感器F1和球阀V1，P1与所述的储热水箱之间安装有第一膨胀罐、第一减压阀J1和球阀V2，S1与所述的风冷散热器之间安装有闸阀V20，所述的风冷散热器的出水管路与所述的第一循环管路相连，所述的风冷散热器的出水管路上安装有闸阀V19，P1与所述的第一太阳能集热器组和所述的第二太阳能集热器组的入水管路之间安装有温度传感器T6和温度传感器T7，所述的储热水箱上安装有温度传感器T4和T5，所述的相变蓄热水箱的入水口处安装有球阀V17，所述的相变蓄热水箱的出水口处安装有球阀V18，所述的相变蓄热水箱上安装有温度传感器T18和T19，所述的储热水箱向所述的溴化锂制冷机组的供水管路上依次安装有P2和球阀V3，所述的溴化锂制冷机组向所述的储热水箱的回水管路上依次安装有温度传感器T9和球阀V4，V3和V4的靠近所述的溴化锂制冷机组的一端分别与电动三通阀S2相连，S2同时与所述的溴化锂制冷机组相连，所述的第四循环管路和第五循环管路的共用管路上安装有P2、第二膨胀罐、第二减压阀J2和流量传感器F2，所述的第五循环管路上设置有球阀V7、球阀V8和第三减压阀J3，所述的第六循环管路上设置有温度传感器T11、温度传感器T10、球阀V5和球阀V6，T10和T11靠近所述的溴化锂制冷机组，所述的缓冲水箱上安装有温度传感器T14和T15，所述的第三循环管路上设置有温度传感器T12、温度传感器T13、球阀V11和球阀V12，T12和T13靠近所述的溴化锂制冷机组，所述的第七循环管路上设置有温度传感器T16、温度传感器T17、流量传感器F3、球阀V9和球阀V10，所述的第八循环管路上设置有球阀V13、球阀V15和球阀V14、球阀V16。上述太阳能空调与相变储能一体化系统的工作方法，包括以下步骤：夏季制冷时：V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9～V20打开，V7、V8关闭；T1或T2≥85℃时，P1开启，太阳能集热单元工作，系统进入集热循环模式；P1开启并运行10分钟后，若T1且T2＜85℃，则P1停止，或者，P1开启并运行10分钟内，T1且T2＜80℃，则P1停止，集热循环模式停止；当T4＞90℃且T4-T18≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱开始蓄热；当T4≤88℃或T4-T18＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱停止蓄热；当T4≤75℃且T18-T4≥6℃时，则P6开启，相变蓄热水箱开始放热；当T4＞80℃或T18-T4＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱停止放热；当T4≥95℃或T3≥110℃时，S1切换到风冷散热器通路，同时风冷散热器打开，系统开启高温保护模式；当T4＜93℃或T3＜105℃时，S1切换到第一循环管路，同时风冷散热器关闭，高温保护模式停止；当T4≥80℃时，P2启动，且溴化锂制冷机组的发生器温度≥63℃时，溴化锂制冷机组开启，P3、P5和P4开启，供冷单元和风机盘管工作，太阳能集热单元向溴化锂制冷机组提供热水，溴化锂制冷机组向缓冲水箱提供冷冻水，缓冲水箱向风机盘管提供制冷所需冷冻水，系统开启制冷循环模式；当T4＜70℃，或者，T15＞18℃且风机盘管启动时，供冷单元停止工作，热泵冷暖机启动，P7开启，热泵冷暖机向风机盘管供冷，风机盘管制冷；当T15≤15℃或风机盘管停止时，P7停止，热泵冷暖机停止工作；冬季采暖时：V1、V2、V7、V8、V9、V10、V13～V20打开，V3、V4、V5、V6、V11、V12关闭；T1或T2≥50℃时，P1开启，太阳能集热单元工作，系统进入集热循环模式；P1开启并运行10分钟后，若T1且T2＜50℃，则P1停止，或者，P1开启并运行10分钟内，T1且T2＜45℃，则P1停止，集热循环模式停止；当T4＞60℃且T4-T18≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱开始蓄热；当T4≤58℃或T4-T18＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱停止蓄热；当T4≤55℃且T18-T4≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱开始放热；当T4＞58℃或T18-T4＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱停止放热；当T4＞62℃或T3＞90℃时，S1切换到风冷散热器通路，同时风冷散热器打开，系统开启高温保护模式；当T4≤60℃或T3≤88℃时，S1切换到第一循环管路，同时风冷散热器关闭，高温保护模式停止；当T7＜2℃时，P1开启，S1切换到风冷散热器通路，风冷散热器关闭，系统进入防冻循环模式；当T7≥6℃时，P1停止，S1切换到第一循环管路，防冻循环模式停止；当T15＜55℃且T4-T15≥2℃时，P2、P4和风机盘管启动，系统进入换热循环模式，太阳能集热单元向缓冲水箱提供热水，缓冲水箱向风机盘管提供采暖所需热水，系统开启采暖模式；当T15＜45℃且风机盘管启动时，热泵冷暖机启动，P7开启，热泵冷暖机向风机盘管供暖，风机盘管采暖；当T15≥50℃或风机盘管停止时，P7停止，热泵冷暖机停止工作。作为优选，当第一膨胀罐测得第一循环管路的水压＜1.5MPa时，自来水经第一减压阀J1向第一循环管路补水；当第一膨胀罐测得第一循环管路的水压≥2.0MPa时，第一减压阀J1关闭；当第二膨胀罐测得第四循环管路或第五循环管路的水压＜1.5MPa时，自来水经第二减压阀J2向第四循环管路或第五循环管路补水；当第二膨胀罐测得第四循环管路或第五循环管路的水压≥2.0MPa时，第二减压阀J2关闭。作为优选，当T1-T2＞5℃或T3＞110℃时，第一循环管路报警；当夏季制冷循环模式下，T4＞95℃时，储热水箱报警；当冬季换热循环模式下，T4＞62℃时，储热水箱报警。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明提供的太阳能空调与相变储能一体化系统，将相变储能技术与太阳能空调技术相结合，是空调技术发展上的一次创新，将会促进太阳能空调系统的大面积推广。2、相对于传统的显热储能介质(比如水、盐水等)，相变储能材料具有储能密度高、温度变化小的突出优点。本发明将相变储能技术应用于太阳能空调系统的蓄热端和蓄冷端，可以解决太阳能间歇性、不稳定性的特点，将白天(或晴天)多余的太阳能进行存储，在晚上(或阴雨天)释放能量，实现太阳能利用的连续性；同时，在相同温度变化范围内，相变材料的储能密度是水的5～12倍，因此，本发明太阳能空调与相变储能一体化系统，在同等储能容量的情况下，可以大幅度降低现有的储水罐的容积，节省用户空间；而且相变储能材料在储能过程中保持温度不变，或者变化很小，在蓄热端采用相变储能技术，可以稳定制冷机进口热水的温度，显著提高系统的运行效率，在蓄冷端采用相变储能技术，可以稳定冷冻水温度，提高用户使用的舒适性。3、本发明太阳能空调与相变储能一体化系统，具备两种运行模式：夏季制冷模式与冬季采暖模式，其通过集成和控制太阳能空调与备用系统(热泵冷暖机)的连接，实现太阳能与电能的无缝切换，在系统运行过程中，优先利用太阳能，而当太阳能不足以提供稳定、持续的能源时，作为备用系统的热泵冷暖机可弥补这一不足，在有效降低备用系统启动频率和运行时间的同时，整个系统运行更加节能。此外，通过相变蓄热水箱，可实现相变材料的自动蓄热和放热功能，从而有效防止第一循环管路过热。附图说明图1为实施例中太阳能空调与相变储能一体化系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例的太阳能空调与相变储能一体化系统，如图1所示，包括太阳能集热单元1、相变蓄热水箱2、供冷单元、缓冲水箱4、风机盘管5和热泵冷暖机6，太阳能集热单元1通过第一循环管路81与储热水箱7相连，储热水箱7内安装有储热盘管71，储热水箱7通过第二循环管路82与相变蓄热水箱2相连，相变蓄热水箱2内存储有相变材料，供冷单元包括冷却塔32和溴化锂制冷机组31，冷却塔32通过第三循环管路83与溴化锂制冷机组31相连，储热水箱7经第四循环管路84与溴化锂制冷机组31相连，储热水箱7经第五循环管路85与缓冲水箱4相连，第四循环管路84与第五循环管路85之间具有共用管路，该共用管路连在储热水箱7上，溴化锂制冷机组31经第六循环管路86与缓冲水箱4相连，缓冲水箱4通过第七循环管路87与风机盘管5相连，第一循环管路81上设置有变频的第一循环泵P1，第四循环管路84上设置有第二循环泵P2，P2同时位于第五循环管路85上，第六循环管路86上设置有第三循环泵P3，第七循环管路87上设置有第四循环泵P4，第三循环管路83上设置有第五循环泵P5，第二循环管路82上设置有第六循环泵P6，第一循环管路81、第二循环管路82、第三循环管路83、第四循环管路84、第五循环管路85、第六循环管路86和第七循环管路87上分别设置有若干温度传感器和若干阀门，缓冲水箱4通过第八循环管路88与热泵冷暖机6相连，第八循环管路88上设置有第七循环泵、若干温度传感器和若干阀门；夏季制冷时，太阳能集热单元1向溴化锂制冷机组31提供热水，溴化锂制冷机组31向缓冲水箱4提供冷冻水，缓冲水箱4向风机盘管5提供制冷所需冷冻水；冬季采暖时，太阳能集热单元1向缓冲水箱4提供热水，缓冲水箱4向风机盘管5提供采暖所需热水。以上具体实施例中，相变材料的熔点为75～95℃，可选择的相变材料如下：名称熔点/℃焓值/(KJ/kg)三羟甲基乙烷81-82(凝固范围:75-73)155二十烷酸76.5227Mg(NO3)2·6H2O89.9167乙酰胺82以上具体实施例中，第一循环管路81上设置有电动三通阀S1和风冷散热器9，太阳能集热单元1经电动三通阀S1分别与储热水箱7和风冷散热器9相连。以上具体实施例中，太阳能集热单元1包括相互并联的第一太阳能集热器组11和第二太阳能集热器组12，第一太阳能集热器组11的出水管路上安装有温度传感器T1，第二太阳能集热器组12的出水管路上安装有温度传感器T2，第一太阳能集热器组11的出水管路与第二太阳能集热器组12的出水管路的汇合处安装有温度传感器T3，第一太阳能集热器组11的出水管路与第二太阳能集热器组12的出水管路汇合后经电动三通阀S1分别与储热水箱7和风冷散热器9相通，S1与储热水箱7之间安装有流量传感器F1和球阀V1，P1与储热水箱7之间安装有第一膨胀罐13、第一减压阀J1和球阀V2，S1与风冷散热器9之间安装有闸阀V20，风冷散热器9的出水管路与第一循环管路81相连，风冷散热器9的出水管路上安装有闸阀V19，P1与第一太阳能集热器组11和第二太阳能集热器组12的入水管路之间安装有温度传感器T6和温度传感器T7，储热水箱7上安装有温度传感器T4和T5，相变蓄热水箱2的入水口处安装有球阀V17，相变蓄热水箱2的出水口处安装有球阀V18，相变蓄热水箱2上安装有温度传感器T18和T19，储热水箱7向溴化锂制冷机组31的供水管路上依次安装有P2和球阀V3，溴化锂制冷机组31向储热水箱7的回水管路上依次安装有温度传感器T9和球阀V4，V3和V4的靠近溴化锂制冷机组31的一端分别与电动三通阀S2相连，S2同时与溴化锂制冷机组31相连，第四循环管路84和第五循环管路85的共用管路上安装有P2、第二膨胀罐41、第二减压阀J2和流量传感器F2，第五循环管路85上设置有球阀V7、球阀V8和第三减压阀J3，第六循环管路86上设置有温度传感器T11、温度传感器T10、球阀V5和球阀V6，T10和T11靠近溴化锂制冷机组31，缓冲水箱4上安装有温度传感器T14和T15，第三循环管路83上设置有温度传感器T12、温度传感器T13、球阀V11和球阀V12，T12和T13靠近溴化锂制冷机组31，第七循环管路87上设置有温度传感器T16、温度传感器T17、流量传感器F3、球阀V9和球阀V10，第八循环管路88上设置有球阀V13、球阀V15和球阀V14、球阀V16。上述太阳能空调与相变储能一体化系统的工作方法，夏季制冷时：V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9～V20打开，V7、V8关闭；T1或T2≥85℃时，P1开启，太阳能集热单元1工作，系统进入集热循环模式；P1开启并运行10分钟后，若T1且T2＜85℃，则P1停止，或者，P1开启并运行10分钟内，T1且T2＜80℃，则P1停止，集热循环模式停止；当T4＞90℃且T4-T18≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱2开始蓄热；当T4≤88℃或T4-T18＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱2停止蓄热；当T4≤75℃且T18-T4≥6℃时，则P6开启，相变蓄热水箱2开始放热；当T4＞80℃或T18-T4＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱2停止放热；当T4≥95℃或T3≥110℃时，S1切换到风冷散热器9通路，同时风冷散热器9打开，系统开启高温保护模式；当T4＜93℃或T3＜105℃时，S1切换到第一循环管路81，同时风冷散热器9关闭，高温保护模式停止；当T4≥80℃时，P2启动，且溴化锂制冷机组31的溴冷机发生器温度≥63℃时，溴化锂制冷机组31开启，P3、P5和P4开启，供冷单元和风机盘管5工作，太阳能集热单元1向溴化锂制冷机组31提供热水，溴化锂制冷机组31向缓冲水箱4提供冷冻水，缓冲水箱4向风机盘管5提供制冷所需冷冻水，系统开启制冷循环模式；当T4＜70℃，或者，T15＞18℃且风机盘管5启动时，供冷单元停止工作，热泵冷暖机6启动，P7开启，热泵冷暖机6向风机盘管5供冷，风机盘管5制冷；当T15≤15℃或风机盘管5停止时，P7停止，热泵冷暖机6停止工作；冬季采暖时：V1、V2、V7、V8、V9、V10、V13～V20打开，V3、V4、V5、V6、V11、V12关闭；T1或T2≥50℃时，P1开启，太阳能集热单元1工作，系统进入集热循环模式；P1开启并运行10分钟后，若T1且T2＜50℃，则P1停止，或者，P1开启并运行10分钟内，T1且T2＜45℃，则P1停止，集热循环模式停止；当T4＞60℃且T4-T18≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱2开始蓄热；当T4≤58℃或T4-T18＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱2停止蓄热；当T4≤55℃且T18-T4≥4℃时，则P6开启，相变蓄热水箱2开始放热；当T4＞58℃或T18-T4＜2℃时，则P6停止，相变蓄热水箱2停止放热；当T4＞62℃或T3＞90℃时，S1切换到风冷散热器9通路，同时风冷散热器9打开，系统开启高温保护模式；当T4≤60℃或T3≤88℃时，S1切换到第一循环管路81，同时风冷散热器9关闭，高温保护模式停止；当T7＜2℃时，P1开启，S1切换到风冷散热器9通路，风冷散热器9关闭，系统进入防冻循环模式；当T7≥6℃时，P1停止，S1切换到第一循环管路81，防冻循环模式停止；当T15＜55℃且T4-T15≥2℃时，P2、P4和风机盘管5启动，系统进入换热循环模式，太阳能集热单元1向缓冲水箱4提供热水，缓冲水箱4向风机盘管5提供采暖所需热水，系统开启采暖模式；当T15＜45℃且风机盘管5启动时，热泵冷暖机6启动，P7开启，热泵冷暖机6向风机盘管5供暖，风机盘管5采暖；当T15≥50℃或风机盘管5停止时，P7停止，热泵冷暖机6停止工作。上述太阳能空调与相变储能一体化系统工作过程中，当第一膨胀罐13测得第一循环管路81的水压＜1.5MPa时，自来水经第一减压阀J1向第一循环管路81补水；当第一膨胀罐13测得第一循环管路81的水压≥2.0MPa时，第一减压阀J1关闭；当第二膨胀罐41测得第四循环管路84或第五循环管路85的水压＜1.5MPa时，自来水经第二减压阀J2向第四循环管路84或第五循环管路85补水；当第二膨胀罐41测得第四循环管路84或第五循环管路85的水压≥2.0MPa时，第二减压阀J2关闭。当T1-T2＞5℃或T3＞110℃时，第一循环管路81报警；当夏季制冷循环模式下，T4＞95℃时，储热水箱7报警；当冬季换热循环模式下，T4＞62℃时，储热水箱7报警。当前第1页1 2 3