CN103712367A

CN103712367A - 太阳能空气源热泵空调系统

Info

Publication number: CN103712367A
Application number: CN201310693116.3A
Authority: CN
Inventors: 杨永平
Original assignee: SHAANXI DONGTAI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Sichuan hanshang solar thermal Refrigeration Technology Co., Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: CN103712367B

Abstract

本发明公开的太阳能空气源热泵空调系统，包括太阳能集热器，太阳能集热器通过管道分别连接有蓄热水箱和第一循环水泵，第一循环水泵通过管道分别连接至用户端和第一翅片换热器的一端，蓄热水箱通过管道分别连接至用户端和第一翅片换热器的另一端；用户端的两端分别与第一换热器两端连接，并且在用户端与第一换热器其中一个相连端之间设置有第二循环水泵；第一换热器分别连接有过滤器和四通换向阀，过滤器依次连接有储液器和第二翅片换热器，四通换向阀分别连接有第二换热器、压缩机和气液分离器以及第二翅片换热器；第一换热器与过滤器之间设置有膨胀阀。该空调系统利用清洁能源太阳能和空气能，夏季制冷，冬季制热，全年提供生活热水。

Description

太阳能空气源热泵空调系统

技术领域

本发明属于空气源热泵设备技术领域，具体涉及一种太阳能空气源热泵空调系统。

背景技术

空气源热泵技术具有高效、节能、环保等优点，在公共建筑、商业会所、私人别墅中均有使用。目前空气源热泵技术主要的局限性在于：当外界环境温度较低时，一方面降低蒸发器的换热效能，另外一方面蒸发器容易结霜，空调压缩机的压缩比急剧升高，压缩机的排气温度常常会超过压缩机允许的工作范围，从而导致压缩机频繁的启停，无法正常工作，长此以往，将会损伤压缩机的整体性能，减少空调设备的使用寿命，增加机组的运行成本，故而在广大的北方寒冷地区其应用大大受限。

太阳能是永不枯竭的清洁能源，量大、且资源丰富，绿色环保。然而由于太阳能的能流密度低，且因时因地而变，具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持常量，如遇到连续阴雨天气，太阳能的供应就会中断。此外太阳能是一种辐射能，具有即时性，不易储存，必须即时转换成其他形式的能量才能利用和储存。因此，寒冷地区，单独利用太阳能进行供暖，一般很难满足要求。

现有的太阳能与空气源热泵联动热水系统解决了太阳能受阴雨天气影响无法连续供热以及冬季太阳能利用率低的问题。但因外界环境温度低而引起的问题依旧没有得到有效的缓解和解决，主要表现为以下几点：1、较低的外界环境温度使得机组的运行工况变差，蒸发器的换热效率降低，机组的运行性能变差；2、外界环境温度过低引起蒸发器结霜，机组难以连续运行，机组除霜导致能耗增大、运行成本增加、节能效果变差、机组使用寿命减少、系统的稳定性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能空气源热泵空调系统，解决了低温下空气源热泵运行性能变差以及蒸发器结霜的问题，并且解决了现有的装置无法连续利用太阳能为用户供热的问题，满足了空气源热泵与太阳能联动供空调冷热负荷的功效。

本发明所采用的技术方案是：太阳能空气源热泵空调系统，包括太阳能集热器，太阳能集热器通过管道分别连接有蓄热水箱和第一循环水泵，第一循环水泵通过管道分别连接至用户端和第一翅片换热器的一端，蓄热水箱通过管道分别连接至用户端和第一翅片换热器的另一端；用户端的两端分别与第一换热器两端连接，并且在用户端与第一换热器其中一个相连端之间设置有第二循环水泵；第一换热器分别连接有过滤器和四通换向阀，过滤器依次连接有储液器和第二翅片换热器，四通换向阀的第二个端口依次连接有第二换热器、压缩机和气液分离器，气液分离器再通过管道连接至四通换向阀的第三个端口；四通换向阀的第四个端口连接至第二翅片换热器；第一换热器与过滤器之间设置有膨胀阀。

本发明的特点还在于，

蓄热水箱和用户端之间设置有第一电动二通阀。

第一循环水泵和用户端之间设置有止回阀。

蓄热水箱与第一翅片换热器之间设置有第二电动二通阀。

第二翅片换热器的与第一翅片换热器并排设置，在第二翅片换热器的一侧设置有风机。

第二换热器的一侧分别设置有冷水进口端和热水出口端。

本发明的有益效果是：本发明的太阳能空气源热泵空调系统利用清洁能源太阳能和空气能，夏季制冷，冬季制热，全年提供生活热水。冬季制热空调热负荷较小时，太阳能系统即可满足供热要求，延迟了空气源热泵系统的启动时间。冬季制热空调热负荷较大时，太阳能系统为空气源热泵系统进行低温补偿，在同样的环境温度下，太阳能辅助加热使制冷剂系统的蒸发温度得以提高，机组的制COP值较普通的太阳能空气源热泵机组有了明显的提高。由于辅助热源低温补偿的加热作用，提高了进入蒸发器的空气温度，使其结霜的可能性降低，这样就可以防止蒸发器表面结霜，使其保持较高的换热效率，同时，机组的化霜次数和时间也大大减少，可以节省大量的电能，并保证热泵机组连续不间断的运行。通过太阳能作为辅助热源进行低温补偿提高了系统蒸发温度，间接的改善了压缩机的工作环境，不但解决了压缩机在外界低温环境下不能正常工作的问题，并且可以使整个热泵机组的使用寿命有效延长。通过太阳能作为辅助热源进行低温补偿，整个系统的节能效益和经济效益均显著增加，在北方较寒冷和寒冷地区空气源热泵亦能得到较好的使用。夏季制冷时，有空气源热泵系统为用户提供冷量，阴雨天或是隆冬时节太阳能系统难以满足用户生活热水的需求时，空气源热泵系统兼有供生活热水的功能，整个系统联动，大大提高了能源的利用率，真真正正起到了节能环保的作用。

附图说明

图1是本发明的太阳能空气源热泵空调系统的结构示意图。

图中，1.太阳能集热器，2.蓄热水箱，3.循环水泵，4.第一电动二通阀，5.止回阀，6.用户端，7.第二电动二通阀，8.第一翅片换热器，9.风机，10.第二翅片换热器，11.储液器，12.过滤器，13.膨胀阀，14.气液分离器，15.压缩机，16.第二换热器，17.四通换向阀，18.第一换热器，19.第二循环水泵；

161.冷水进口端，162.热水出口端。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种太阳能空气源热泵空调系统，如图1所示，包括太阳能集热器1，太阳能集热器1通过管道分别连接有蓄热水箱2和第一循环水泵3，第一循环水泵3通过管道分别连接至用户端6和第一翅片换热器8的一端，蓄热水箱2通过管道分别连接至用户端6和第一翅片换热器8的另一端；用户端6的两端分别与第一换热器18两端连接，并且在用户端6与第一换热器18其中一个相连端之间设置有第二循环水泵19；第一换热器18分别连接有过滤器12和四通换向阀17，过滤器12依次连接有储液器11和第二翅片换热器10，四通换向阀17的第二个端口依次连接有第二换热器16、压缩机15和气液分离器14，气液分离器14再通过管道连接至四通换向阀17的第三个端口；四通换向阀17的第四个端口连接至第二翅片换热器10；第一换热器18与过滤器12之间设置有膨胀阀13。

蓄热水箱2和用户端6之间设置有第一电动二通阀4。

第一循环水泵3和用户端6之间设置有止回阀5。

蓄热水箱2与第一翅片换热器8之间设置有第二电动二通阀7。

第二翅片换热器10的与第一翅片换热器8并排设置，在第二翅片换热器10的一侧设置有风机9。

第二换热器16的一侧分别设置有冷水进口端161和热水出口端162。

春、夏、秋季非阴雨天时，该系统能够利用太阳能向用户提供生活热水，具体方式为：太阳能集热器1依次与蓄热水箱2、第一电动二通阀4、用户端6、止回阀5、第一循环水泵3连接并构成回路，此时第二电动二通阀7关闭，这样就能够在初冬、初春季节空调负荷较小时为末端用户供空调热，以此延迟和减少空气源热泵的启动时间，达到节约能源、合理利用能源的效果。

阴雨天时，通过第二换热器16的换热作用，将从冷水进口端161进入的冷水加热成热水，并通过热水出口端162向外提供热水。

夏季空调冷负荷较大，需要供冷时，具体工作过程为：制冷剂依次通过由管道连接的压缩机15、第二换热器16、四通换向阀17、第二翅片换热器10、储液器11、过滤器12、膨胀阀13、第一换热器18、四通换向阀17、气液分离器14、压缩机15这一回路，载冷剂在第一换热器18、第二循环水泵19、用户端6、第二换热器18这一回路中循环，为用户提供冷量。

冬季，当空调热负荷过大，太阳能集热器1的采暖能力不足以满足空调负荷要求时，若太阳能集热器1中供热介质的温度不低于40℃，太阳能集热器1依次与蓄热水箱2、第一电动二通阀4、用户端6、止回阀5、第一循环水泵3连接并构成回路，此时第二电动二通阀7关闭；同时，制冷剂依次通过由管道连接的压缩机15、第二换热器16、四通换向阀17、第一换热器18、膨胀阀13、过滤器12、储液器11、第二翅片换热器10、四通换向阀17、气液分离器14、压缩机15这一回路；载冷剂在第一换热器18、第二循环水泵19、用户端6、第一换热器18这一回路中循环，为用户提供空调热。

冬季，太阳能集热器1中的供热介质的温度小于40℃时，则太阳能集热器1、蓄热水箱2、第二电动二通阀7、第一翅片换热器8、第一循环水泵3、太阳能集热器1依次由相关管道连接构成回路，第一电动二通阀4关闭；同时，制冷剂依次通过由管道连接的压缩机15、第二换热器16、四通换向阀17、第一换热器18、膨胀阀13、过滤器12、储液器11、第二翅片换热器10、四通换向阀17、气液分离器14、压缩机15这一回路；载冷剂在第一换热器18、第二循环水泵19、用户端6中循环，为用户提供空调热。此时，生活热水由第二换热器16的热水出口端162接入生活热水系统。运行时风机9作为强制对流设备，将第一翅片换热器8加热后的空气吹向第二翅片换热器10，于是第二翅片换热器10周围的空气温度大为升高，这使得第二翅片换热器10外部结霜的周期大为延长甚至是不结霜。

通过上述方式，本发明的太阳能空气源热泵空调系统，解决了低温下太阳能系统运行性能变差以及蒸发器结霜的问题。本发明的太阳能空气源热泵空调系统利用清洁能源太阳能和空气能，夏季制冷，冬季制热，全年提供生活热水。冬季制热空调热负荷较小时，太阳能系统即可满足供热要求，延迟了空气源热泵系统的启动时间。冬季制热空调热负荷较大时，太阳能系统为空气源热泵系统进行低温补偿，在同样的环境温度下，太阳能辅助加热使制冷剂系统的蒸发温度得以提高，机组的制COP值较普通的太阳能空气源热泵机组有了明显的提高。由于辅助热源低温补偿的加热作用，提高了进入蒸发器的空气温度，使其结霜的可能性降低，这样就可以防止蒸发器表面结霜，使其保持较高的换热效率，同时，机组的化霜次数和时间也大大减少，可以节省大量的电能，并保证热泵机组连续不间断的运行。通过太阳能作为辅助热源进行低温补偿提高了系统蒸发温度，间接的改善了压缩机的工作环境，不但解决了压缩机在外界低温环境下不能正常工作的问题，并且可以使整个热泵机组的使用寿命有效延长。通过太阳能作为辅助热源进行低温补偿，整个系统的节能效益和经济效益均显著增加，在北方较寒冷和寒冷地区空气源热泵亦能得到较好的使用。夏季制冷时，有空气源热泵系统为用户提供冷量，阴雨天或是隆冬时节太阳能系统难以满足用户生活热水的需求时，空气源热泵系统兼有供生活热水的功能，整个系统联动，大大提高了能源的利用率，真真正正起到了节能环保的作用。

Claims

1.太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，包括太阳能集热器（1），所述太阳能集热器（1）通过管道分别连接有蓄热水箱（2）和第一循环水泵（3），所述第一循环水泵（3）通过管道分别连接至用户端（6）和第一翅片换热器（8）的一端，所述蓄热水箱（2）通过管道分别连接至用户端（6）和第一翅片换热器（8）的另一端；所述用户端（6）的两端分别与第一换热器（18）两端连接，并且在所述用户端（6）与所述第一换热器（18）其中一个相连端之间设置有第二循环水泵（19）；所述第一换热器（18）分别连接有过滤器（12）和通换向阀（17），所述过滤器（12）依次连接有储液器（11）和二翅片换热器（10），所述四通换向阀（17）的第二个端口依次连接有第二换热器（16）、压缩机（15）和气液分离器（14），所述气液分离器（14）再通过管道连接至所述四通换向阀（17）的第三个端口；所述四通换向阀（17）的第四个端口连接至第二翅片换热器（10）；所述的第一换热器（18）与所述过滤器（12）之间设置有膨胀阀（13）。

2.如权利要求1所述的太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，所述的蓄热水箱（2）和所述用户端（6）之间设置有第一电动二通阀（4）。

3.如权利要求1所述的太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，所述的第一循环水泵（3）和所述的用户端（6）之间设置有止回阀（5）。

4.如权利要求1所述的太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，所述的蓄热水箱（2）与所述的第一翅片换热器（8）之间设置有第二电动二通阀（7）。

5.如权利要求1所述的太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，所述的第二翅片换热器（10）的与所述第一翅片换热器（8）并排设置，在所述的第二翅片换热器（10）的一侧设置有风机（9）。

6.如权利要求1～5任意一项所述的太阳能空气源热泵空调系统，其特征在于，所述的第二换热器（16）的一侧分别设置有冷水进口端（161）和热水出口端（162）。