实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；热泵系统与吸收式制冷机相连接。本实用新型专利技术在制冷工况下，将集热系统的热量用于辅助热泵制冷，一方面提高热泵的制冷性能，另一方面避免集热系统在夏季易出现的过热问题，实现太阳能即热系统的得热量与建筑冷负荷的匹配；在制热工况下，依据水箱温度选择性的运行太阳能直接供热和太阳能辅助热泵制热两种运行方式，实现对太阳能即热系统得热量的梯级利用，提高系统的节能效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能热利用与空调
的系统，具体是一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统。
技术介绍
由于能源的紧缺和建筑能源需求的不断增大，使得太阳能与建筑相结合以及热泵应用技术的发展得到了越来越多的关注。就太阳能的热利用而言，除了可以提供生活热水还可用于采暖。近年来太阳能产业的快速发展和太阳能集热器技术的不断完善，为太阳能热水和采暖的利用提供了更好的条件。但由于太阳能集热器安装面积的限制以及太阳能能量密度低和波动大的特点，现有的太阳能采暖一热水联合系统大都需要配备辅助热源来保 证热量的稳定供给。因此，在辐照较差时需要消耗较多的电能或化石能源来维持蓄热水箱的温度；在夏季由于建筑的热需求变小而系统的得热量反而变大，易出现过热的问题。为此，近年来很多学者提出了太阳能和热泵相耦合的太阳能热泵，其供热性能相对于单一的太阳能采暖系统有很大改善，但热泵的制冷性能却没有得到提高且在夏季太阳能即热系统仍然存在过热的问题。因此，研发一种高性能的、能使太阳能即热系统的得热量与建筑的供热与制冷需求相匹配的系统是促进太阳能热泵以及太阳能与建筑相结合进一步发展的关键。经专利检索发现，现有的关于太阳能热泵空调系统的专利主要是通过利用太阳能即热系统的得热量来提高热泵的制热性能，而没有利用太阳能来辅助热泵制热并辅助热泵制冷，从而充分提高太阳能的利用率的专利。专利CN102221270A，名称为“一种热泵机组与太阳能联动的供冷暖和生活热水装置”的专利通过热泵和太阳能的联动实现制冷、制热和生活热水的供应，但是其没有对热泵的性能进行改善；专利CN1888726A，名称为“太阳能热泵及使用该热泵的冬夏两用空调系统”的专利通过在热泵的蒸发器和压缩机之间添加太阳能热水器来提高热泵的制热性能，但其对于热泵的制冷性能没有提高；专利CN102121765A，名称为“太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统”的专利通过太阳能驱动的制冷机来提高热泵的制冷性能，但其在蓄热水箱的水温不足以供暖时，未对热泵的制热性能进行改善，且机组采用CO2作为制冷剂存在部件加工困难和易泄露等缺点；专利CN102116514A，名称为“一种太阳能空调”的专利通过溶液除湿来提高太阳能的利用率，但没有提高热泵的性能。以上专利都是通过太阳能即热系统和热泵的结合来提高太阳能热泵空调系统的性能，但还没有一种已有的结合方式能够既提高热泵的制热性能又提高热泵的制冷性能，并同时实现太阳能即热系统的得热量与建筑冷热负荷的匹配。
技术实现思路
本技术针对现有技术中存在的上述不足，提出了一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统。本技术是通过以下技术方案实现的一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，其中所述太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；所述热泵系统与吸收式制冷机相连接。优选地，所述太阳能即热系统包括相互连接的集热器阵列和第一循环泵，所述生活热水制备系统包括蓄热水箱及设置在蓄热水箱上的温度传感器，其中第一循环水泵的进出口分别与蓄热水箱的下部出口和集热器阵列的进口相连接；集热器阵列的出口与蓄热水箱的上部进口相连接。优选地，所述温度传感器设置于蓄热水箱的中部。优选地，所述生活热水制备系统的进口与市政供水管网相连接，其出口与建筑内部的供水末端相连接。 优选地，所述蓄热水箱内部设有换热盘管。优选地，所述吸收式制冷机包括发生器、第一冷凝器、储液器、第一节流阀、吸收-蒸发器、第二冷凝器、溶液泵及第二换热器，其中溶液泵的进口与吸收蒸发器的吸收器侧出口以及第二换热器的热端出口相连接；溶液泵的出口与第二冷凝器的进口以及第二换热器的冷端进口相连接；第二换热器的热端进口和冷端出口分别与发生器的浓溶液出口和稀溶液进口相连接；第一冷凝器的进出口分别与发生器的蒸汽出口和储液器的进口相连接；第一节流阀的进出口分别与储液器的出口以及吸收-蒸发器的蒸发器侧的进口相连接；第二冷凝器的出口与吸收-蒸发器的吸收器侧的进口相连接。优选地，所述吸收式制冷机为风冷的溴化锂吸收式制冷机。优选地，所述热泵系统包括压缩机、第一四通换向阀、第四换热器、第二四通换向阀、第二节流阀、第一电磁阀、第一单向阀、第三换热器、第二电磁阀、第一换热器和第二单向阀，其中压缩机与第一四通换向阀相连接；第四换热器与第二四通换向阀相连接；第一单向阀的进口与吸收式制冷机的吸收一蒸发器的内置换热盘管相连接且串联后的整体与第一电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第二节流阀相连接；第二单向阀的进口与第一换热器相连且串联后的整体与第二电磁阀相并联，并联后的整体再与第三换热器和第一四通换向阀相连接；所述吸收式制冷机的吸收一蒸发器的内置换热盘管串联于第三换热器和第一单向阀之间。优选地，所述三通换向阀系统包含5个三通换向阀，其中第一三通换向阀的进口通过管道系统的第二循环水泵与蓄热水箱的上部出口相连接，其两个出口分别与吸收式制冷机的发生器的热水进口和第三三通换向阀的一个进口相连接；第二三通换向阀的进口与吸收式制冷机的发生器的热水出口相连接，其另一个进口和出口分别与热泵系统的第一换热器和生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口相连接；第三三通换向阀的两个出口分别与热泵系统的第一换热器和第五三通换向阀的一个进口相连接；第四三通换向阀的进口与室内空气调节装置的出口相连接，其两个出口分别与生活热水制备系统的蓄热水箱下部的进口和热泵系统的第四换热器的进口相连接；第五三通换向阀的出口与室内空气调节装置的进口相连接，其另一个进口与热泵系统的第四换热器的出口相连接。本技术有5种运行模式，具体为制冷兼供生活热水模式、制冷模式、制热兼供生活热水模式、供生活热水模式。同时，依据蓄热水箱水温的的不同制冷有太阳能辅助热泵制冷和热泵单独制冷两种运行方式；制热有太阳能直接供热、太阳能辅助热泵制热和热泵单独制热三种运行方式。对系统不同运行模式切换的具体描述如下。在制冷工况下当温度传感器测得的蓄热水箱水温高于85°C时，蓄热水箱内的热水进入吸收式制冷机的发生器驱动吸收机制冷，其制得的冷量用于对第三换热器出口的制冷剂进行过冷却，从而提高热泵的制冷性能；当蓄热水箱的水温低于85°C时，吸收式制冷机停止运行，由热泵单独制冷；当蓄热水箱的水温不低于45°C时，生活热水由市政供水经生活热水制备系统换热后制取。在制热工况下当蓄热水箱的水温高于45°C时，蓄热水箱直接向室内供暖，生活热水由市政供水经生活热水制备系统换热后制取；当蓄热水箱的水温低于45°C但高于25°C时，蓄热水箱内的热水进入第一换热器以提高压缩机进口的制冷剂的过热度从而提高热泵的制热性能。在过渡季节，当蓄热水箱的水温不低于45°C时，生活热水可由市政供水经生活热水制备系统换热后制取。综上所述，本技术能够满足建筑的制冷、采暖和部分全年生活热水的需求，与现有技术相比，本技术具有以下优点在制冷工况下，可以将集热系统的热量用于辅助热泵制冷，一方面提高了热泵的制冷性能，另一方面避免了集热系统在夏季易出现的过热 问题，实现了太阳能即热系统的得热量与建筑冷负荷的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统，其特征在于，包括太阳能即热系统、生活热水制备系统、吸收式制冷机、热泵系统以及三通换向阀系统和管道系统，其中：所述太阳能即热系统通过三通换向阀系统和管道系统分别与生活热水制备系统、吸收式制冷机及热泵系统相连接；所述热泵系统与吸收式制冷机相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，代彦军，邓帅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：实用新型
国别省市：