专利名称：一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用，特别涉及一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统。
背景技术：
太阳能是最清洁的可再生能源，在当今全球面临能源即将枯竭，环境日益恶化的严峻形势下引起各国的重视。吸收式热泵在理论研究方面已经过很长的时间，基本成熟，大多数是应用在建筑的空调领域。利用太阳能驱动吸收式热泵制冷，为建筑物提供空调冷源， 是处在研发阶段的一项节能新技术。但是，这项技术在推广应用中遇到的最大障碍就是初期投资大，主要原因就是太阳能集热器投资大，而空调系统在一年之中仅用3-4个月，集热器大部分时间闲置，降低了这套系统的经济性，给推广应用带来了困难。太阳能采暖技术是近二十年开发应用的一项节能新技术，在很多地区已试用，处在逐步推广阶段。但是在推广使用的过程中亦遇到集热器的利用问题。由于冬天太阳能辐射强度低，照射时间短，为了保证采暖效果，集热器的面积比较大。冬季过后，太阳辐射强度增强，照射时间延长，可是用能却停止了，集热器吸收到的热能得不到利用，还会造成集热器内导热介质沸腾，对集热器系统造成损坏。如何将集热器吸收到的太阳能能量得到充分利用，采暖和空调分别采用哪种形式还没有成熟的方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于冬季采暖和夏季空调的太阳能吸收式热泵系统，该系统的集热器在一年之中都得到充分利用，解决了集热器过季闲置的难题，提高系统投资的性价比。为解决以上问题，本系统由四部分组成。即集热器部分、吸收式热泵、采暖空调部分、自动控制部分。本系统集热器部分主要是吸收太阳辐射的太阳能，用来驱动吸收式热泵或作为采暖热源加热房间的空气。由于冬季和夏季太阳辐射强度差别很大，根据同一建筑冬天采暖需要的能量和夏季空调需要的能量比较，应该以满足冬天采暖所需要的能量为设计依据， 在满足了冬季采暖所需要的能量以后，夏季可以满足空调所需要的能量。集热器可以采用不同类型的集热器，真空管式、热管式、平板式均可以。为防止在冬季集热器和管路冻结，集热器回路可以加注防冻的导热介质，为此本系统在热能储存水箱和生活水箱内均设了加热盘管。本系统的吸收式热泵采用第一类单效溴化锂热泵，利用太阳能集热器产生 80-95°C的热水驱动，在夏季为空调提供冷源。由吸收式热泵制冷的5-8°C冷水被储存在具有高效保温性能的水箱内，作为空调系统用来作为冷源被利用。同时吸收式热泵还会产生一定量的冷却热水，这部分热水可以作为热源通过生活水箱内的热交换器加热生活用水。 如果生活用水被加热到较高的温度以后，从生活水箱热交换器内出来的水温高于吸收式热泵需要的冷却用水的最高限度35°C，系统将自动打开冷却塔进口处的阀门，这部分冷却水将通过冷却塔降温后回到吸收式热泵，作为吸收式热泵冷却循环用水。吸收式热泵在太阳能的驱动下，仅用少量的电能，向建筑物提供冷源，为建筑物的空调系统，大大节约了常规能源。在冬季太阳的辐射能量比较低，如果再利用太阳能产生85°C以上的热水，对集热器的要求将很高，面积要增大，投资上升，很不经济。但是如要产生40°C以上的热水则并不困难，因此，在冬季利用集热器吸收太阳能生产中温热水，直接作为采暖热源，将提高本系统的效率。在最为寒冷的季节，太阳的辐射能量很低，要求集热器出水温度越高，其效率就会越低，可以采取降低集热器出水温度，提高集热器的效率。在此情况下，用电作为驱动能源，驱动吸收式热泵，吸收从集热器来的低温热水中的低品位热能，输出40°C以上的热水至地板辐射采暖终端，对建筑物内的空气进行加热。此时吸收式热能采用高温热源(电)驱动，其热力系数可以达到1. 6-1. 7。在冬季或夏季阴霾无阳光天气，可以开动辅助能源，进行加热或者制冷。本系统设计了专门的电辅助加热器，用于冬季无阳光的天气进行采暖。夏季可以启动设置在吸收式热泵内的电加热器，保证吸收式热泵的正常工作，实现系统的空调功能。本系统设有采暖和制冷储能需要的储能水箱。在冬季，太阳能集热器将在白天吸收的太阳能量储存在水箱内，在供白天采暖外，还可供夜间采暖。夏季该水箱储存由热泵制冷的低温冷水，提供空调冷源用水。由于低温冷水与外界温差小，因此储存冷水比储存80°C 以上的热水能量损失小。同时本系统还设有生活水箱，一年四季提供生活热水。本系统采暖与空调部分由储能水箱、循环泵、空调风机盘管、分水器、集水器、地暖盘管、阀门、管路组成。在通往空调风机盘管制冷器和地暖盘管的循环管路中有三通阀，旋转三通阀的手柄，即可根据季节需要决定是连通空调风机盘管制冷器，还是连通采暖用的分水器、集水器与地暖盘管。本系统由微电脑控制器控制全自动运行。微电脑控制器采集集热器出液口温度、 储能水箱温度、生活水箱集热盘管出液口的温度、室内温度，根据采集到的这几个点的温度以及人工输入的夏季或冬季运行模式，决定各循环泵、三通阀门的动作，控制系统自动运行。吸收式热泵主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、热交换器、工质循环泵、溶液循环泵以及节流阀组成。在发生器内有热水加热盘管和辅助电加热盘管。冷凝器和吸收器内的盘管串联，用来冷却内部温度，同时将盘管内的液体加热，输出热水，用来加热水箱内的水。蒸发器内为吸热反应，蒸发器内的工质蒸发吸收盘管低温水的温度，使的盘管内的水温降低，用来做空调的低温能源。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。图1是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统的系统图；图2是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统夏季运行系统图；图3是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统冬季运行系统图；图4是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统冬天寒冷季节运行系统图5是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统中吸收式热泵的原理图。
具体实施例方式图1是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统的系统图。系统中集热器1出口设有温度传感器Tl，用来探测集热器出口导热介质的温度。集热器1的出口经三通阀12 可以分别与吸收式热泵R的发生器2的驱动热源入口接通，或经由阀门40、19、18与储能水箱38、生活水箱39接通接通。集热器1导热介质回流入口接有导热介质循环泵10，在循环泵的入口接有三通阀11，可以分别与吸收式热泵R发生器2的驱动热源的出口接通，或经由阀门41、20、21以及电磁三通阀25与储能水箱38、生活水箱39、冷却塔22接通。这样的连接即可以使集热器1在夏季作为吸收式热泵的驱动热源，在冬季也可以用集热器吸收的太阳能直接加热储能水箱内的水，供给采暖用能。吸收式热泵R要由、冷凝器3、蒸发器5、吸收器4、溶液泵8、工质泵9、热交换器6 和溶液阀7组成，在此系统中以虚线方框表示吸收式热泵R，发生器2的驱动热源输入端口与三通阀12连接，输出端口与三通阀11连接，冷凝器对外热水输出端口与阀门17连接，吸收器4与阀门13连接的端口为制热水入口，蒸发器5与阀门16连接的为制冷水输出口，蒸发器与阀门15连接的为制冷水循环入口。本一种太阳本发明能吸收式热泵采暖空调系统设有一个储能水箱38，一个生活水箱39。储能水箱38主要作为能量储存装置，水箱有很好的保温层，夏天用于储存经吸收式热泵R制冷的低温冷水，供空调风机冷却空气使用。因为如果要储存供吸收式热泵R用的高温热水，温度要在80°C以上，热水和周围环境的温度差很大，热能容易散失。而冷水在 5-8°C，和周围环境温度差较小，热能散失小，因而夏季储存低温冷水。在冬季采暖运行期间，水箱储存采暖用热水。生活水箱39用来存储生活用热水。本系统在夏季用吸收式热泵R的循环冷却水加热生活水箱内39的生活用水，一方面对热泵R起到冷却作用，同时加热了生活用水。在生活水箱内温度高于35°C以后，回流的冷却水温度将高于热泵R对冷却水的温度要求，因此在回流回路设置了冷却塔22，在回流水T3点的温度达到35°C时，微电脑控制器33将转动电磁阀25，打开冷却塔22的入口，将使冷却水在冷却塔22内进一步冷却，以符合热泵R对冷却水的工艺要求。本系统设有电辅助加热器观，在冬季阴霾无阳光的天气，可以启动电辅助加热器 28，同时自动控制器33通过电磁三通阀门，将电辅助加热器22与采暖循环泵29、分水器 36、采暖地盘管37、集水器35连通，形成采暖加热回路。本系统空调制冷采用空调风机盘管制冷器32，通过三通阀门30、31系统接通，通过三通阀门30、31可以选择接通采暖回路或是空调回路。本系统设置由单片机为核心的微电脑控制器33，微电脑控制器33自动采集集热器1出液口 Tl点、储能水箱内T2点、生活水箱加热盘管出口 T3点、室内温度采集点T4点的温度，同时由人工输入系统工作在空调模式或采暖模式，微电脑控制器将按程序自动控制系统自动运行。图2是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统夏季空调模式下工作原理图。 其中红色线段代表太阳能热水回路，绿色代表冷水回路，黄色代表生活热水加热回路。在集热器1受到阳光辐射，当集热器1出口 Tl点处温度达到85°C时，微电脑控制器33启动加热循环泵10，导热介质通过三通阀12、吸收式热泵R的发生器2内的加热盘管、三通阀门11和循环泵10回到集热器1的回液口，形成加热循环回路，对吸收式热泵R提供驱动能源。吸收式热泵R在集热器1提供的热水驱动下工作。由蒸发器5产生低温冷水，通过阀门16、40、 19进入储能水箱38的热交换盘管23，再从储能水箱38的热交换盘管23出来经阀门20、 39、15回到吸收式热泵R的蒸发器5，这样不断循环，将储能水箱内的水温不断降低，作为空调风机盘管制冷器32的冷源。在夏季空调模式下，三通阀31、30将空调风机盘管制冷器32 与管路接通，同时将采暖部分关闭。冷水从储能水箱38出水口、电磁三通阀27、循环泵四、 三通阀31、空调风机盘管制冷器32的进水口连通，空调风机盘管制冷器32的出水口通过三通阀30、电磁三通阀沈与储能水箱38的回水口接通，形成了空调制冷冷水的循环回路。 微电脑控制器33将从室内测温探头34测得室内T4点的温度与设定的室内温度上限进行比较，当T4点的温度高于设定温度时，微电脑控制器33启动循环泵四和空调风机盘管制冷器32，对室内空气降温。当室内温度降至设定的温度下限时，微电脑控制器33将关闭循环泵四和空调风机盘管制冷器32。当天气处于阴天无阳光的期间，微电脑控制器测得Tl 点的温度低于85°C，且储能水箱内T2点的温度高于10°C时，微电脑控制器将启动吸收式热能发生器2内的电加热器42，向吸收式热泵R提供能源，保证其工作，对储能水箱38内的储水进行制冷，从而保证空调正常工作。图3是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统冬季采暖模式下工作原理图。 其中红色线段代表太阳能热水回路，黄色线段代表采暖热水循环回路。冬季太阳辐射强度比较低，集热器1内导热介质的温度要达到80°C以上比较困难。因此冬季无法将太阳能集热器1内的热水作为吸收式热泵R的驱动热源。在冬季不太严寒的大部分时间，集热器 1内的导热介质的温度可以达到40°C以上，因此这段时间可以用太阳能集热器内的导热介质直接通过储能水箱内的热交换盘管加热储能水箱38内的水，是储能水箱38内的水温达到40°C以上，用于采暖。采暖回路的热水由储能水箱38出口经电磁三通阀27连接循环泵四、三通阀31到分水器36，在分水器处分别连通相同并列的几组采暖地盘管37，采暖热水在采暖地盘管37 循环换热以后经集水器35、三通阀30电磁三通阀沈回到采暖水箱38。集热器1的导热介质通过三通阀12、阀门40、19进入储能水箱38内的热交换盘管 23，在从储能水箱38的热交换盘管23的出口流出，完成了热交换过程，之后经过阀门20、 41、三通阀11，在循环泵10的驱动下进入集热器1。同时，在阀门40之后分出另一路经阀门18到生活水箱39与热交换盘管M的入口相接，生活水箱39的热交换盘管M的出口经由电磁三通阀25、阀门21与阀门41相接，构成生活水箱加热回路。图4是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统冬季严寒季节采暖模式下工作原理图。在冬季最严寒的时期，阳光很弱，太阳的辐射能量很低，集热器1内被加热的导热介质的温度也随之降低，在此时期用集热器1内的导热介质直接加热储能水箱38内的采暖用水也很困难。本系统在此时期内转换为由电能通过发生器2内的电加热器42加热热泵内的工质产生蒸汽驱动热泵R工作。而太阳能集热器1产生的低温导热介质(只要高于 IO0C )向热泵R提供低温热源，由热泵R吸收低温导热介质所携带的能量，加热储能水箱内的采暖热水。集热器1的导热介质出口通过三通阀12、16与热泵蒸发器5的盘管入口相接， 热泵蒸发器5的盘管出口经阀门15、三通阀11与循环泵10进液口连接，循环泵10的出液口与集热器1的回液口相连，这样就构成了低温热源循环回路。在热泵工作后，集热器1吸收的太阳的辐射能由导热介质携带在循环泵10的作用下在回路内不断循环，在导热介质进入蒸发器5的盘管以后，其中部分热能被蒸发器5吸收，导热介质被吸收部分能量后温度降低，由蒸发器5的盘管流出，流回集热器1再次被阳光辐射升温，由集热器1出口流出，如此往复循环，将太阳的热能输送给热泵。热泵R处在工作状态，冷凝器3和吸收器4均是放热反应，循环水由吸收器4的盘管入口进入，经吸收器4的盘管在进入冷凝器3的盘管，经冷凝器3的盘管出口流出后大部分经阀门17、18、19进入储能水箱38内的热交换盘管23， 由热交换盘管23的出口流出后经阀门20、21、循环泵14到阀门13，形成了储能水箱38的加热循环回路。从阀门17流出的少部分循环水进入生活水箱39的热交换盘管M，在由热交换盘管M流出后经电磁三通阀25、循环泵14到阀门13，形成了生活水箱39的加热回路。采暖回路的热水由储能水箱38出口经电磁三通阀27连接循环泵四、三通阀31到分水器36，在分水器处分别连通相同并列的几组采暖地盘管37，采暖热水在采暖地盘管37 循环换热以后经集水器35、三通阀30电磁三通阀沈回到采暖水箱38。图5是本发明一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统中吸收式热泵的原理图。其中发生器2、冷凝器3、吸收器4、蒸发器5为吸收式热泵R的主要部件，还有溶液泵8、工质泵 9、热交换器6、节流阀7。可以将虚线框内的吸收式热泵R看做一个整体式的热压缩机，发生器2内盘管的两个接口为驱动能源接口，而蒸发器5内盘管的两个接口为制冷输出的两个接口，吸收器4内的盘管与冷凝器3内的盘管串联连接，它们的另两个接口即与阀门13 连接、与阀门17连接的两个接口，为热泵的两个制热输出口。本系统用的吸收式热泵R与常规的不同点是在发生器2内设置了电加热器42，作为辅助能源。
权利要求
1.一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统，该系统由太阳能集热器(1)吸收太阳辐射的热能，驱动吸收式热泵(R)工作，其特征在于所述太阳能集热器(1)内的导热介质直接进入吸收式热泵(I)的发生器O)的加热盘管内，作为吸收式热泵(R)的驱动热源。
2.按照权利要求1所述的一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统，其特征在于该系统通过内部选通阀门的配合，可以使太阳能集热器(1)在不同季节，产生的不同温度的热水分别用于制冷空调、直接加热储能水箱(38)用于采暖、作为吸收式热泵的低温热源三种形式，充分利用了不同季节的太阳能。
3.按照权利要求1所述的一种太阳能吸收式热泵采暖空调系统，其特征在于该系统内的吸收式热泵(R)的蒸发器( 内设计装有电加热器(42)，在没有阳光的天气，可以启动电加热器(42)，保证吸收式热泵(R)的正常工作。
全文摘要
本发明涉及一种利用太阳能驱动吸收式热泵用于对建筑物的采暖和空调。夏季利用集热器1产生的80℃以上的热水作为吸收式热泵R的发生器2的驱动热源，由蒸发器5制得5-8℃的低温水作为空调的的冷源。在冬季集热器1可以产生40℃以上热水时，可以用集热器1产生的热水直接加热储能水箱38内的储水，用于采暖。当严冬季节，集热器1无法产生40℃以上的热水时，启动吸收式热泵R的发生器2内的集热器作为吸收式热泵R的驱动能源，用集热器产生的10℃以上的低温热水作为吸收式热泵R的低温热源，制取中温的采暖热水。本系统设有两个电辅助集热装置，吸收式热泵R电加热器42和采暖电加热器28。
文档编号F24F5/00GK102494441SQ20111043391
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者魏春旺 申请人:魏春旺