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CN103277856A - 一种太阳能跨季节冷热联供空调系统 - Google Patents

一种太阳能跨季节冷热联供空调系统 Download PDF

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马伟斌
廉永旺
龚宇烈
王显龙
李华山
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Abstract

本发明公开了一种太阳能跨季节冷热联供空调系统。该系统由四大子系统组成，分别是集热系统、蓄热系统、吸收式冷热联供系统和蓄冷系统。集热系统主要由槽式集热器和高温储油罐组成；蓄热系统的核心部件是相变蓄热器；吸收式冷热联供系统主要由发生器，吸收器，蒸发器，冷凝器，溶液换热器和冷却塔等组成；蓄冷系统主要是地下蓄冷水池。本发明运用太阳能高温集热技术显著提高集热效率，采用中高温复合蓄热材料设计合理高效的蓄热器－换热器结构，使得能量间歇不稳定输入与能量持续稳定输出两个工作状态相分离，实现太阳能空调的稳定运行。同时，建立可以实现跨季节蓄冷的蓄能装置，对太阳能进行跨季节的存储和输出，根据不同季节对空调的冷热需求量不同进行调配。

Description

一种太阳能跨季节冷热联供空调系统
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能作为能源动力，并具有跨季节蓄热蓄冷功能的冷热联供空调系统，该技术涵盖太阳能集热技术、吸收式制冷技术、蓄热蓄冷技术等技术领域。
背景技术
太阳能空调就是利用太阳能作为吸收式制冷机的能源来源进行制冷或供热的成套设备。太阳能空调耗电极少，无污染无排放，运行安静无噪声，是很有发展前景的新能源利用设备。当前，太阳能空调主要由太阳能平板集热器、吸收式制冷机两大主要部分组成。太阳能平板集热器收集太阳能，产生80℃～100℃的热水，热水作为驱动热源进入吸收式制冷机，吸收式制冷机产生冷媒水进入空调末端。虽然太阳能有很多优点，比如能量是巨大的，普遍的，长久的和无害的。同时，太阳能作为可利用能源也有其明显的局限性，比如能量密度低，热辐射强度随机性大，而且具有间歇性。目前太阳能空调的主要问题就是制冷效率低、受太阳辐射波动影响大而工作不稳定，太阳能无法存储，热量不能根据实际需要调节，因此不能保证全年可靠、高效工作。
针对太阳能空调的上述局限性，本发明运用太阳能高温集热技术显著提高集热效率，采用中高温复合蓄热材料设计合理高效的蓄热器－换热器结构，使得能量间歇不稳定输入与能量持续稳定输出两个工作状态相分离，实现太阳能空调的稳定运行。同时，建立可以实现跨季节蓄冷的蓄能装置，对太阳能进行跨季节的存储和输出，根据不同季节对空调的冷热需求量不同进行调配。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的技术问题，提供一种太阳能跨季节冷热联供空调系统。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种太阳能跨季节冷热联供空调系统，包括集热系统、蓄热系统、吸收式冷热联供系统和蓄冷系统,所述集热系统包括槽式集热器和高温储油罐，蓄热系统包括相变蓄热器，吸收式冷热联供系统包括发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、溶液换热器和节流阀，蓄冷系统包括蓄冷水池；槽式集热器以并联的形式连接，槽式集热器的两端通过第一三通换向阀和第二三通换向阀分别与高温储油罐连接，高温储油罐还通过第三三通换向阀和第四三通换向阀分别与发生器连接；所述相变蓄热器两端通过第二三通换向阀和第一三通换向阀与高温储油罐并联；发生器和冷凝器设置在一个真空密封罐内，吸收器和蒸发器设置在另一个真空密封罐内，两个真空密封罐之间分别通过溶液换热器和节流阀连接，蓄冷水池进出口管道通过第五三通换向阀和第六三通换向阀分别与蒸发器的冷冻水管及空调末端的风机盘管(17)连接。通过三通换向阀的控制，空调冷冻水可以来自制冷机，也可以来自地下蓄冷水池。
该系统还包括冷却塔，所述冷却塔两端分别通过第七三通换向阀和第八三通换向阀与建筑物的风机盘管并联。通过三通换向阀的控制，升温的冷却水可以向建筑物供暖，也可以流经冷却塔降温。
集热系统：槽式集热器一般是以并联的形式连接在一起，通过光聚作用将照射到反光镜面上的太阳光聚焦到集热管中，集热管内流动导热油，导热油吸收热能达到高温（最高可达300℃）后进入高温储油罐。在高温储油罐中，导热油与吸收式制冷机发生器的热源水换热，提高热源水温度，驱动吸收式制冷机工作。导热油换热后温度降低，再次流入槽式集热器吸热，循环往复。
蓄热系统：相变蓄热器是一体化的相变蓄热/换热器，其内部设有两个换热器，一个是吸热换热器，一个是放热换热器。高温导热油通过吸热换热器将热量传递给相变蓄热材料，相变蓄热材料通过放热换热器将热量传递给制冷机的热源水或者建筑物的卫生热水，高温导热油不同时在相变蓄热器与高温储油罐中循环流动，由三通换向阀确定高温导热油流动路线。
蓄冷系统：蓄冷水池是采用保温材料在地下建设的体积庞大的蓄冷系统。当需要蓄冷时，冷冻水从蒸发器出来后进入蓄冷水池蓄存。当需要调用蓄冷水时，蓄冷池出水口管道与空调末端的风机盘管连接，蓄冷水进入建筑物制冷。
吸收式冷热联供系统：吸收式制冷机发生器的管内通有热源水，热源水在吸收式制冷机发生器和高温储油罐之间循环流动，流入吸收式制冷机发生器时放热，流入高温储油罐时吸热，循环往复。
本发明的系统运行原理：系统运行时，通过集热系统将太阳辐射能转变为导热工质（一般采用高温导热油）的热能，由换热器将导热油热能转化为热源水或被蓄存；通过蓄热系统来贮存集热器盈余的热量，在适当时候释放给制冷机或提供生活热水；通过蓄冷系统，可以保证在太阳能强度低或者无太阳辐射的时间实现连续供冷，也可以在不需供冷的季节将冷量储存起来；吸收式冷热联供系统利用高温热源水进行制冷，同时通过冷却水的排热作用提高冷却水温度，将排出的冷却水作供暖之用，从而实现冷热联供。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明所设计的太阳能空调联供系统具有集热温度高、蓄放热速率快，全年工作稳定、制冷供热效率高的特点。本发明采用低成本的轻质有机材料开发槽式集热装置、高效紧凑式蓄热－换热交换器，获得稳定的中高温热源，驱动溴化锂吸收式制冷机制冷，提供稳定的冷、热负荷供给建筑物，并利用地下蓄冷水池对冷冻水进行蓄存。夏季建筑物需要制冷时，集热器吸收太阳能作为制冷机的驱动热源，并依靠相变蓄热器进行热量调节，稳定输出热源水的温度，保证制冷机稳定工作。当无太阳辐射时，利用地下蓄水池所蓄冷冻水进行供冷。春秋季建筑物不需要冷量供应时，吸收式制冷机仍然工作，制取冷冻水存入地下蓄冷水池，冬季制冷机工作时，不仅可以蓄存冷冻水，还可以将冷却水加热后送入空调末端的风机盘管，给建筑物供暖，实现全年太阳能的集约高效利用
附图说明
图1为为本发明系统组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1所示，一种太阳能跨季节冷热联供空调系统，包括集热系统、蓄热系统、吸收式冷热联供系统和蓄冷系统,所述集热系统包括槽式集热器2和高温储油罐5，蓄热系统包括相变蓄热器1，吸收式冷热联供系统包括发生器6、吸收器10、蒸发器12、冷凝器13、溶液换热器9和节流阀14，蓄冷系统包括蓄冷水池11；槽式集热器2以并联的形式连接，槽式集热器2的两端通过第一三通换向阀3和第二三通换向阀4分别与高温储油罐5连接，高温储油罐5还通过第三三通换向阀7和第四三通换向阀8分别与发生器6连接；相变蓄热器1两端通过第二三通换向阀4和第一三通换向阀3与高温储油罐5并联；
发生器6和冷凝器13设置在一个真空密封罐内，吸收器10和蒸发器12设置在另一个真空密封罐内，两个真空密封罐之间分别通过溶液换热器9和节流阀14连接，蓄冷水池11进出口通过第五三通换向阀15和第六三通换向阀16与蒸发器12的冷冻水管连接,蓄冷水池11出水口管道还通过第五三通换向阀15与空调末端的风机盘管17连接。
还包括冷却塔20，冷却塔20两端分别通过第七三通换向阀21和第八三通换向阀22与建筑物的风机盘管17并联。
以下分别按夏季、春秋季、冬季的系统运行进行说明：
夏季：槽式集热器2聚焦太阳光到集热管上，高温导热油在集热管和高温储油罐5中循环流动，不断被太阳热辐射加热升温，达到设定温度范围的下限值后，打开第三三通换向阀7和第四三通换向阀8，使制冷机发生器6中循环流动的热源水与高温导热油在储油罐中进行换热，热源水升温到一定温度后即可驱动制冷机开始制冷。当高温导热油温度超过所设定温度范围的上限值后，第一换向阀3,第二换向阀4开始换向，高温导热油不再流入储油罐，而是进入相变蓄热器1，在相变蓄热器1中与相变材料发生换热，将热量传递给相变材料，从而使热量贮存在相变蓄热器1中。当相变蓄热器1温度达到一定值后，可通过改变第三三通换向阀7和第四三通换向阀8，使制冷机发生器6中循环流动的热源水与相变蓄热器1进行换热，实现相变蓄热器1在无太阳辐射时也可驱动制冷机制冷，不会因太阳辐射不足而无法使制冷机稳定工作。同时，通过开关第一截止阀18和第二截止阀19，实现对外提供卫生热水。
春秋季：春秋季建筑物一般不需要供冷，但为了充分利用太阳能，也照常运行制冷机，其集热过程与蓄热过程与上述说明相同。通过改变第五三通换向阀15和第六三通换向阀16，使制取的冷冻水不再进入建筑物的风机盘管17，而是进入地下蓄冷水池11，冷冻水在地下蓄冷水池11和制冷机蒸发器12中循环往复，不断降温，实现储存冷冻水的目的。当夏季长时间没有太阳光辐射时，通过改变第五三通换向阀15和第六三通换向阀16，使地下蓄冷水池11中蓄存的冷冻水进入建筑物的风机盘管17，实现系统的稳定供冷。
冬季：冬季建筑物也不需要供冷，为了充分利用太阳能，并利用吸收式制冷机实现供暖的目的，照常开动制冷机，其集热过程、蓄热过程、蓄冷过程与上述说明相同，不再累述，本段重点介绍供暖过程。热源水在制冷机的发生器6中循环放热，冷冻水在蒸发器12中循环放热，冷却水在吸收器10和冷凝器13中串联循环吸热，使冷却水温度逐渐升高。夏季时冷却水经冷却塔20冷却后进入吸收器，冬季时改变第七三通换向阀21和第八三通换向阀22使冷却水不再进入冷却塔20，而是将升温后的冷却水作为供暖水进入建筑物的风机盘管17，为建筑物供暖。散热降温后的冷却水流过第八三通换向阀22，进入吸收器10，开始下一个供暖循环。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种太阳能跨季节冷热联供空调系统，其特征在于：包括集热系统、蓄热系统、吸收式冷热联供系统和蓄冷系统,所述集热系统包括槽式集热器（2）和高温储油罐（5），蓄热系统包括相变蓄热器（1），吸收式冷热联供系统包括发生器（6）、吸收器（10）、蒸发器（12）、冷凝器（13）、溶液换热器（9）和节流阀（14），蓄冷系统包括蓄冷水池（11）；
槽式集热器（2）以并联的形式连接，槽式集热器（2）的两端通过第一三通换向阀（3）和第二三通换向阀（4）分别与高温储油罐（5）连接，高温储油罐（5）还通过第三三通换向阀（7）和第四三通换向阀（8）分别与发生器（6）连接；
所述相变蓄热器（1）两端通过第二三通换向阀（4）和第一三通换向阀（3）与高温储油罐（5）并联；
发生器（6）和冷凝器（13）设置在一个真空密封罐内，吸收器（10）和蒸发器（12）设置在另一个真空密封罐内，两个真空密封罐之间分别通过溶液换热器（9）和节流阀（14）连接，
蓄冷水池（11）进出口管道通过第五三通换向阀（15）和第六三通换向阀（16）分别与蒸发器(12)的冷冻水管及空调末端的风机盘管(17)连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能跨季节冷热联供空调系统，其特征在于：还包括冷却塔（20），所述冷却塔（20）两端分别通过第七三通换向阀（21）和第八三通换向阀（22）与建筑物的风机盘管（17）并联。
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