專利名稱：一種間接式太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射供暖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，是一種充分利用太陽(yáng)能、提高機(jī)組制熱系數(shù)的節(jié)能空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著能源形式的日趨緊張，節(jié)能成為各個(gè)行業(yè)的重要任務(wù)。而占社會(huì)總能耗比例較大的建筑能耗成為節(jié)能的主要部分之一，其中空調(diào)供暖能耗占建筑能耗的80%左右，是建筑能耗的主要組成部分。因此，節(jié)約空調(diào)供暖能耗是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。目前，太陽(yáng)能結(jié)合地源熱泵、空氣源熱泵及水源熱泵的節(jié)能措施已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，并且取得了一定的成果。其中，太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射采暖的系統(tǒng)正逐漸被人們重視，對(duì)于此類系統(tǒng)，提高太陽(yáng)能的利用率，降低機(jī)組能耗，保證循環(huán)水的溫度一直是該系統(tǒng)的難點(diǎn)，主要原因在于當(dāng)太陽(yáng)能集熱器中水溫較高時(shí)，集熱效率下降，太陽(yáng)能的利用率降低； 冬季，當(dāng)室外空氣溫度較低時(shí)，室外換熱器結(jié)霜嚴(yán)重，空氣源熱泵很難在室外空氣中吸取熱量，導(dǎo)致熱泵機(jī)組運(yùn)行制熱系數(shù)較低，能耗升高。因此，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能直接加熱循環(huán)水輔助空氣源熱泵采暖系統(tǒng)難以充分利用太陽(yáng)能、提高機(jī)組效率及保證循環(huán)水溫度。作為太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射采暖方式，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了一些新的系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。《煤氣與熱力》的《空氣源熱泵輔助太陽(yáng)能毛細(xì)管輻射供暖系統(tǒng)》，在其系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器和熱泵共用一個(gè)蓄熱水箱，由太陽(yáng)能集熱器和熱泵直接加熱水箱中的水，供采暖使用。該系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱器直接加熱循環(huán)水進(jìn)行采暖，集熱效率較低，大大降低了太陽(yáng)能的利用率，且空氣源熱泵機(jī)組的制熱效率較低?！渡虾ｈF道科技》的《太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)輔助熱源空氣源熱泵的配置》；天津大學(xué)陳雁的碩士學(xué)位論文《太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵供暖實(shí)驗(yàn)和模擬研究》，在其系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱器直接加熱室外空氣，加熱的室外空氣再與蒸發(fā)器換熱。該方法提高了室外空氣的溫度，有利于提高機(jī)組的制熱效率，卻無(wú)法蓄存多于的熱量，造成太陽(yáng)能的利用率不高，且空氣的比熱較小，運(yùn)行工況缺乏穩(wěn)定性。相對(duì)于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能結(jié)合空氣源熱泵系統(tǒng)，間接式太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射供暖節(jié)能系統(tǒng)采用了和室外蒸發(fā)器并聯(lián)一個(gè)氟水板式換熱器，室內(nèi)側(cè)空調(diào)器與壁掛銅毛細(xì)管網(wǎng)并聯(lián)向室內(nèi)供暖。該系統(tǒng)可以充分利用太陽(yáng)能，提高了集熱管的集熱效率，解決空氣源熱泵機(jī)組冬季結(jié)霜與制熱系數(shù)偏低的問(wèn)題。該系統(tǒng)主要適用于寒冷地區(qū)的辦公建筑的冬季采暖和夏季供冷，在冬季的白天，當(dāng)室外空氣溫度較低時(shí)，室外蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)組制熱系數(shù)大幅下降，嚴(yán)重的還可以導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)保護(hù)，無(wú)法運(yùn)行。此時(shí)，由太陽(yáng)能集熱器向熱泵機(jī)組提供熱量，太陽(yáng)能集熱器蓄積的熱量通過(guò)氟水板式換熱器與制冷劑換熱。即提高了太陽(yáng)能集熱器的集熱效率，又提高了機(jī)組的制熱系數(shù)，節(jié)約了高品位電能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何負(fù)面影響。對(duì)于室內(nèi)側(cè)來(lái)說(shuō)，采用了銅毛細(xì)管網(wǎng)進(jìn)行輻射采暖，降低了冷凝溫度和壓力，減少了壓縮機(jī)功耗，提高了機(jī)組的制熱系數(shù)，同時(shí)，也提高了室內(nèi)采暖舒適度。因此，該系統(tǒng)在充分利用可再生能源——太陽(yáng)能的同時(shí)，也解決了傳統(tǒng)空氣源熱泵在冬季運(yùn)行時(shí)突出的問(wèn)題，并優(yōu)化了機(jī)組的運(yùn)行工況，提聞了機(jī)組的制熱系數(shù)，節(jié)約了聞品位電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵采暖系統(tǒng)存在的如太陽(yáng)能利用率低、集熱管效率低、熱泵機(jī)組制熱系數(shù)低的問(wèn)題，提出了一種間接式太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射供暖節(jié)能系統(tǒng)。系統(tǒng)特征在于冬季采用氟水板式換熱器與室外蒸發(fā)器并聯(lián)，室內(nèi)換熱器采用銅質(zhì)毛細(xì)管網(wǎng)與空調(diào)器并聯(lián)。該發(fā)明是一種適合寒冷地區(qū)辦公類型建筑的空氣源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)可以滿足辦公建筑夏季供冷、冬季采暖及全年供應(yīng)熱水的需求。技術(shù)方案本發(fā)明為一種間接式太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射供暖節(jié)能系統(tǒng)，由兩個(gè)環(huán)路系統(tǒng)組成水循環(huán)環(huán)路系統(tǒng)、制冷劑循環(huán)環(huán)路系統(tǒng)。水循環(huán)環(huán)路系統(tǒng)包括真空集熱管、集熱水箱、放氣補(bǔ)水裝置、循環(huán)管路、水管保溫層、截止閥、管道循環(huán)泵、流量計(jì)、熱電偶、氟水板式換熱器、接口管件及設(shè)備支架組成。循環(huán)水從集熱管(23)底部流入集熱管，從集熱管上部流入集熱水箱(34)，循環(huán)水流出集熱箱，經(jīng)過(guò)水管截止閥(22)，進(jìn)入管道循環(huán)水泵(17)，在水管截止閥(22)和管道循環(huán)水泵(17)之間，有一個(gè)熱電偶(19)，循環(huán)水從管道 循環(huán)水泵(17)輸出，輸入氟水板式換熱器(15)，從氟水板式換熱器(15)輸出，輸入流量計(jì)
(20),在氟水板式換熱器(15)和流量計(jì)(20)之間有一個(gè)熱電偶(18)，循環(huán)水從流量計(jì)(20)輸出，經(jīng)過(guò)水管截止閥(21)輸入集熱管(23);制冷劑循環(huán)環(huán)路系統(tǒng)包括制冷機(jī)組、四通換向閥、室內(nèi)空調(diào)器、銅毛細(xì)管網(wǎng)、節(jié)流閥、氟水板式換熱器、室外換熱器、閥門、連接管路、銅管保溫層、接口管件及設(shè)備支架組成。從壓縮機(jī)(I)出氣口輸出，接四通換向閥(2 )，四通換向閥(2)輸出，輸入室內(nèi)空調(diào)器(35)或銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)，在四通換向閥(2)與銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)之間安裝一個(gè)熱電偶(8)，在銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)和室內(nèi)空調(diào)器(35)的輸入管上安裝銅管截止閥(4)和銅管截止閥(6)，在其出口安裝銅管截止閥(5)和銅管截止閥(7)，節(jié)流閥(10)的輸入口接空調(diào)器(35)與銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)，輸出口接氟水板式換熱器(15)和室外換熱器(16)，節(jié)流閥(10)輸入口安裝熱電偶(9)，氟水板式換熱器(15)和室外換熱器(16)并聯(lián)連接，在其輸入口分別安裝截止閥(11)和截止閥(13 )，在其輸出口分別安裝截止閥(12 )和截止閥
(14)，氟水板式換熱器(15)和室外換熱器(16)的出口接四通換向閥(2)。具體實(shí)現(xiàn)方法(一)冬季運(yùn)行工況1.在白天室外空氣溫度高于4°C時(shí)，太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)中的水泵不開(kāi)，截止閥(11)和截止閥(12)關(guān)閉，制冷劑從壓縮機(jī)出來(lái)直接進(jìn)入室內(nèi)空調(diào)器或銅毛細(xì)管網(wǎng)供熱，釋放熱量后的高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入室外蒸發(fā)器吸熱。由于室外空氣溫度高于4°C，蒸發(fā)器盤管結(jié)霜不會(huì)嚴(yán)重，機(jī)組的效率下降不太明顯，此時(shí)，機(jī)組處于高效模式運(yùn)行；2.當(dāng)白天室外空氣溫度低于4°C時(shí)，室外蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重，蒸發(fā)器結(jié)霜后與空氣的換熱效率大大降低，機(jī)組制熱系數(shù)COP也會(huì)大大降低，運(yùn)行偏離額定工況，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)保護(hù)，嚴(yán)重的會(huì)損壞壓縮機(jī)組或管件設(shè)備。此時(shí)關(guān)閉室外蒸發(fā)器，啟用太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)，即打開(kāi)銅管截止閥(11)和銅管截止閥(12)，關(guān)閉銅管截止閥(13)和銅管截止閥(14)，啟動(dòng)循環(huán)水泵，使太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)工作，系統(tǒng)中的循環(huán)水在氟水板式換熱器中與制冷劑換熱。此時(shí)，只要太陽(yáng)能系統(tǒng)中水進(jìn)入氟水板式換熱器時(shí)不低于12°C，機(jī)組就處于高效運(yùn)行模式。對(duì)于太陽(yáng)能加熱循環(huán)水直接供地板采暖的系統(tǒng)，熱水溫度要達(dá)到40°C左右。而對(duì)于本系統(tǒng)，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)把水溫加熱到12°C即可，這樣就大大提高了集熱管的集熱效率，也提高了太陽(yáng)能的利用率，且壓縮機(jī)組也處于高效運(yùn)行模式。當(dāng)制冷劑經(jīng)過(guò)氟水板式換熱器時(shí)，關(guān)閉銅管截止閥(6)和銅管截止閥(7)室內(nèi)側(cè)制冷劑只經(jīng)過(guò)銅毛細(xì)管網(wǎng)，。因?yàn)?，輻射采暖所要求的制冷劑溫度低于室?nèi)空調(diào)器中制冷劑的溫度，適當(dāng)降低毛細(xì)管網(wǎng)中制冷劑的溫度可以提高制熱系數(shù)，并有利于提高機(jī)組的運(yùn)行效率。(二)夏季運(yùn)行工況打開(kāi)銅管截止閥(13)和銅管截止閥(14)，關(guān)閉銅管截止閥(11)和銅管截止閥(12)，制冷劑從壓縮機(jī)出來(lái)，通過(guò)四通變相閥，進(jìn)入室外冷凝器(16)制冷劑在室外冷凝器降溫后進(jìn)入節(jié)流閥，從節(jié)流閥進(jìn)入室內(nèi)空調(diào)器或銅毛細(xì)管網(wǎng)，然后，制冷劑流回壓縮機(jī)，完成一個(gè)循環(huán)。在供冷季節(jié)，室內(nèi)空調(diào)器與銅毛細(xì)管網(wǎng)并聯(lián)，室內(nèi)空調(diào)器或銅毛細(xì)管網(wǎng)都可以運(yùn)行，但不能同時(shí)運(yùn)行，即1.關(guān)閉銅管截止閥(6)和銅管截止閥(7)，打開(kāi)銅管截止閥(4)和銅管截止閥(5);2.關(guān)閉銅管截止閥(4)和銅管截止閥(5)，打開(kāi)銅管截止閥(6)和銅管截止閥(7)。有益效果
本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)
(1)對(duì)于室外側(cè)，與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水直接供地板采暖系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)把太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)作為室外蒸發(fā)器的間接輔助熱源，其特征在于增加了氟水板式換熱器作為間接換熱設(shè)備;
(2)對(duì)于室內(nèi)側(cè)，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)只有室內(nèi)空調(diào)器一個(gè)設(shè)備，本系統(tǒng)增加了室內(nèi)銅毛細(xì)管網(wǎng)作為供冷和供熱的設(shè)備，采用銅毛細(xì)管網(wǎng)和室內(nèi)空調(diào)器并聯(lián)連接的方式。本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)
(O由于采用了氟水板式換熱器作為間接換熱設(shè)備，太陽(yáng)能供水溫度由原來(lái)的40°c降為目前的12°C，太陽(yáng)能集熱效率提高了 30%，大大增加了太陽(yáng)能的利用率；
(2)當(dāng)冬季采用太陽(yáng)能集熱器的循環(huán)水作為低溫?zé)嵩磿r(shí)，循環(huán)水的平均溫度為9.5°C ；采用空氣源作為低溫?zé)嵩磿r(shí)，空氣的平均溫度約為-1°C。因此，采用太陽(yáng)能集熱器的循環(huán)水作為低溫?zé)嵩吹倪\(yùn)行模式，低溫?zé)嵩吹臏囟忍岣吡?10. 5°C，熱泵機(jī)組的制熱系數(shù)提高了20% ；
(3)室內(nèi)采用銅毛細(xì)管網(wǎng)進(jìn)行輻射換熱，傳統(tǒng)的室內(nèi)空調(diào)器送風(fēng)方式吹風(fēng)感較強(qiáng)，舒適性差，采用輻射換熱方式顯著提高了室內(nèi)的熱舒適度。


圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖
圖中1.壓縮機(jī)，2.四通換向閥，3.銅毛細(xì)管網(wǎng)，4.銅管截止閥，5.銅管截止閥，6.銅管截止閥，7.銅管截止閥，8.熱電偶，9.熱電偶，10.節(jié)流閥，11.銅管截止閥，12.銅管截止閥，13.銅管截止閥，14.銅管截止閥，15.氟水板式換熱器，16.室外換熱器，17.管道循環(huán)水泵，18.熱電偶，19.熱電偶，20.流量計(jì)，21.水管截止閥，22.水管截止閥，23.集熱管，34.集熱水箱，35.空調(diào)器
圖2為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)放氣補(bǔ)水設(shè)備示意圖 圖中24.放氣補(bǔ)水管，25.補(bǔ)水箱，26.保護(hù)彎頭 圖3為氟水板式換熱器示意圖
圖中27.制冷劑進(jìn)口，28.制冷劑出口，29.循環(huán)水進(jìn)口，30.循環(huán)水出口 圖4為室內(nèi)銅毛細(xì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不意圖 圖中31.供液管，32.回液管，33.毛細(xì)管。
權(quán)利要求
1.一種間接式太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵輻射采暖節(jié)能系統(tǒng)，主要應(yīng)用于寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)小型辦公類型建筑的熱泵型空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于包括兩個(gè)環(huán)路系統(tǒng)，即太陽(yáng)能水循環(huán)環(huán)路和制冷劑循環(huán)環(huán)路 (一)太陽(yáng)能水循環(huán)環(huán)路中，集熱管(23)的輸出端接集熱水箱(34)的輸入端，集熱水箱(34)的輸出端接水管截止閥(22)的輸入端，水管截止閥(22)的輸出端接管道循環(huán)水泵(17)的輸入端，管道循環(huán)水泵(17)的輸出端接氟水板式換熱器(15)的循環(huán)水進(jìn)ロ(29)，氟水板式換熱器(15)的循環(huán)水出ロ(30)接流量計(jì)(20)的輸入端，流量計(jì)(20)的輸出端接水管截止閥(21)的輸入端，水管截止閥(21)的輸出端接集熱管(23)的輸入端，在氟水板式換熱器(15 )進(jìn)出口分別安裝熱電偶(19)和熱電偶(18 )，整個(gè)水環(huán)路用PPR管連接； (ニ)制冷劑循環(huán)環(huán)路中，壓縮機(jī)(I)的輸出端接四通換向閥(2)的輸入端，四通換向閥(2)的輸出端接銅管截止閥(4)的輸入端和銅管截止閥(6)的輸入端，銅管截止閥(4)輸出端連接銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)輸入端，銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)的輸出端接銅管截止閥(5)的輸入端，銅管截止閥(5)的輸出端與銅管截止閥(7)的輸出端都接入節(jié)流閥(10)的輸入端，銅管截止閥(6)的輸出端接空調(diào)器(35)的輸入端，空調(diào)器(35)的輸出端接銅管截止閥(7)的輸入端，其中，銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)與空調(diào)器(35)并聯(lián)，節(jié)流閥(10)的輸出端接銅管截止閥(11)的輸入端和銅管截止閥(13)的輸入端，銅管截止閥(11)的輸出端接氟水板式換熱器(15)的制冷劑進(jìn)ロ(27)，銅管截止閥(13)的輸出端接室外換熱器(16)的輸入端，氟水板式換熱器(15)的制冷劑出口(28)的輸出端接銅管截止閥(12)的輸入端，室外換熱器(16)的輸出端接銅管截止閥(14)的輸入端，氟水板式換熱器(15)和室外換熱器(16)并聯(lián)，銅管截止閥(12)的輸出端與銅管截止閥(14)的輸出端都接四通換向閥(2)的輸入端，四通換向閥(2)的輸出端接壓縮機(jī)(I)的輸入端，在空調(diào)器(35)與銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)并聯(lián)的進(jìn)出口總管上分別安裝熱電偶(8 )和熱電偶(9 )，整個(gè)制冷劑環(huán)路用銅管連接。
2.如權(quán)利要求I所述的水循環(huán)環(huán)路中的連接設(shè)備，其特征在于采用PPR管連接。
3.如權(quán)利要求2所述的水管連接管道，其特征在于管道外加30_厚聚氨酯材料保溫層，保溫層外纏繞ー層玻璃纖維布作為保護(hù)層。
4.如權(quán)利要求I所述的水循環(huán)環(huán)路中，設(shè)置了放氣補(bǔ)水裝置，見(jiàn)附圖2，其特征在于所述裝置安裝為ー小15mm的放氣補(bǔ)水管(24),在放氣補(bǔ)水管(24)的中間有ー個(gè)補(bǔ)水箱(25),在放氣補(bǔ)水管(24)的頂端連接ー個(gè)保護(hù)彎頭(26)。
5.如權(quán)利要求I所述的用于本系統(tǒng)的集熱管(23)，其特征在于采用縱向排列集熱管，集熱管(23)與地面成60°角，集熱管(23)上端和下端分別連接分、集水器，水從下側(cè)流迸，上側(cè)流出。
6.如權(quán)利要求I所述的集熱水箱(34)，其特征在于所述水箱放在在循環(huán)水泵的前側(cè)。
7.如權(quán)利要求I所述的管道循環(huán)水泵，其特征在于所述水泵安裝在室內(nèi)，放置在集熱水箱(34)的后面，氟水板式換熱器(15)的前面。
8.如權(quán)利要求I所述氟水板式換熱器(15)，其特征在于所述設(shè)備為2.0匹標(biāo)準(zhǔn)異側(cè)換熱器，循環(huán)水側(cè)管ロ連接小20mm的PPR管，連接方式為卡套活接，制冷劑側(cè)連接(MOmm的銅管，連接方式采用變徑焊接，變徑為小15mm變?yōu)樾Omm的管件。
9.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求8所述氟水板式換熱器(15)，其特征在于所述設(shè)備與室外換熱器(16)并聯(lián)，連接方式均采用小IOmm等經(jīng)三通焊接連接。
10.如權(quán)利要求I所述銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)，其特征在于所述設(shè)備為異側(cè)同程連接方式，每根毛細(xì)管(33)長(zhǎng)度為2m，彎成S形，并排連接到(M2mm的供液管(31)和￠12mm的回液管(32)上，兩端采用焊接方式，毛細(xì)管(33)采用小3mm的銅管購(gòu)成輻射換熱器。
11.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求10所述銅毛細(xì)管網(wǎng)(3)，其特征在于所述設(shè)備與空調(diào)器(35)并聯(lián),連接方式均采用IOmm等經(jīng)三通焊接連接。
12.如權(quán)利要求I所述的制冷劑循環(huán)環(huán)路，其特征在于連接設(shè)備的銅管都作保溫處理，保溫層采用30_厚的橡塑絕熱保溫材料。
全文摘要
本發(fā)明提出一種節(jié)能型空氣源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)涉及太陽(yáng)能集熱裝置、熱泵裝置、氟水板式換熱器、輻射換熱毛細(xì)管網(wǎng)、空調(diào)器及循環(huán)水泵。實(shí)施本發(fā)明可以解決空氣源熱泵在室外蒸發(fā)器結(jié)霜嚴(yán)重的情況下不能正常運(yùn)行的問(wèn)題，也解決了太陽(yáng)能集熱器的熱水直接供暖水溫過(guò)低及熱量不足的問(wèn)題。實(shí)施本發(fā)明的有益效果通過(guò)氟水板式換熱器降低了太陽(yáng)能集熱器的集熱溫度，太陽(yáng)能集熱器的集熱效率提高了30%左右；熱泵機(jī)組的COP(制熱系數(shù))至少提高了20%，節(jié)約了高品位電能；室內(nèi)采用輻射毛細(xì)管網(wǎng)進(jìn)行供冷、供熱，提高了室內(nèi)環(huán)境的舒適度。
文檔編號(hào)F24F5/00GK102798181SQ20121003576
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者吳金順, 張維亞, 潘天泉, 潘嵩, 魏鋆, 崔蕾 申請(qǐng)人:吳金順