天燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合采暖和制冷系統(tǒng)

1、權(quán)利要求書(shū)1 燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合熱水系統(tǒng)：不論是冬季采暖，夏季制冷,還是直接為用 戶提供熱水，利用的都是燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水。2 燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合采暖系統(tǒng)，采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是：首先用太陽(yáng)能集 熱器產(chǎn)生的熱水來(lái)采暖，當(dāng)水溫不足（或者水量不夠）時(shí),再啟動(dòng)燃?xì)鉅t，加熱已 經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能集熱器加熱過(guò)的水，以滿足采暖的要求。太陽(yáng)能部分的工作情況：當(dāng)Tb達(dá)到要求的溫度，而且Ts超過(guò)了回流溫度， 在采暖部分進(jìn)行換熱之前，太陽(yáng)能部分的三通閥由底部盤管轉(zhuǎn)向散熱器，除 了保證Tb要求之外，三通閥將優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)向保證熱水供應(yīng)的方向。燃?xì)鉅t工作情況：在采暖完成以后，當(dāng)溫度計(jì)顯示溫度過(guò)低時(shí)，燃?xì)鉅t開(kāi) 始工作，

2、直到蓄熱箱頂部的換熱器的水溫，Tt達(dá)到預(yù)定值為止。3,燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)主要由燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合（參照?qǐng)D1）熱水系統(tǒng)，吸收式制冷機(jī)和中央空調(diào)系統(tǒng)組成。4，說(shuō) 明 書(shū)燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合采暖和制冷系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)發(fā)明內(nèi)容 燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合熱水系統(tǒng)不論是冬季采暖，夏季制冷，還是直接為用戶提供熱水，利用的都是燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水。聯(lián)合熱水系統(tǒng)如圖1所示，其工作情況如下。1-1太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)的工作原理：太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)可以直接給用戶提供 熱水。當(dāng)太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)提供熱水的水量和水溫能滿足要求時(shí)，就不需要啟動(dòng) 燃?xì)鉅t加熱系統(tǒng)。太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)也可以加熱蓄熱箱里的水，當(dāng)平板集熱

3、器 探測(cè)器的溫度Ts高于蓄熱箱底部探測(cè)器的溫度Tb時(shí)，太陽(yáng)能系統(tǒng)循環(huán)泵被打 開(kāi)，此時(shí)平板集熱器的熱水通過(guò)蓄熱箱低部的盤管換熱器給蓄熱箱加熱。太 陽(yáng)能加熱系統(tǒng)還能為燃?xì)饧訜釥t的進(jìn)水加熱，提高燃?xì)饧訜釥t的進(jìn)水溫度，節(jié) 省燃料。1-2 燃?xì)鉅t加熱系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)位于蓄熱箱頂部的溫度計(jì)顯示的溫度(Ts)較低，不能滿足用戶的要求時(shí)，燃?xì)鉅t的三通閥由供熱水部分轉(zhuǎn)向頂部 盤管，燃?xì)鉅t水泵起動(dòng)，燃燒器點(diǎn)燃，蓄熱箱頂部的盤管換熱器給蓄熱箱加熱, 一旦蓄熱箱中的熱水溫度達(dá)到了要求，溫度控制器將把三通閥轉(zhuǎn)向熱水供應(yīng), 另外，還可從蓄熱箱取水，經(jīng)燃?xì)鉅t加熱后直接供應(yīng)給用戶。1-3 向用 戶 提供熱水該系統(tǒng)向用戶提供

4、的熱水可來(lái)自太陽(yáng)能集熱器,也可來(lái)自從蓄熱箱,還可 以來(lái)自燃?xì)鉅t加 熱系 統(tǒng)。向用戶提供的熱水,應(yīng)優(yōu)先考慮從太陽(yáng)能集熱器和蓄熱箱獲得;當(dāng)太陽(yáng)能 加熱系統(tǒng)和蓄熱箱系統(tǒng)的熱水水溫不能滿足要求時(shí),才啟動(dòng)燃?xì)鉅t加熱系統(tǒng)。 此時(shí)可直接獲取熱水 ,也可通過(guò)蓄熱箱 頂 部的盤管換熱器給 蓄熱箱 加熱, 使 蓄熱箱 中的水溫達(dá)到使用要求。 燃 氣爐與太陽(yáng)能聯(lián)合采暖系統(tǒng)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是:首先用太陽(yáng)能集熱器產(chǎn)生的熱水來(lái)采暖, 當(dāng)水溫不足（或者水量不夠）時(shí), 再啟動(dòng)燃?xì)鉅t, 加熱已經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能集 熱器加熱過(guò)的水,以滿足采暖的要求。太陽(yáng)能部分的工作情況：當(dāng)Tb達(dá)到要求的溫度,而且Ts超過(guò)了回 流溫度, 在采暖部分進(jìn)行

5、換熱之前, 太陽(yáng)能部分的三通閥由底部盤管 轉(zhuǎn)向散熱器，除了保證Tb要求之外，三通閥將優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)向保證熱水 供 應(yīng)的 方 向 。燃?xì)鉅t工作情況： 在采暖完成以后,當(dāng)溫度計(jì)顯示溫度過(guò)低時(shí),燃 氣爐開(kāi)始工作，直到蓄熱箱頂部的換熱器的水溫Tt達(dá)到預(yù)定值為止。 燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)主要由燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合 （參照?qǐng)D 1） 熱水系統(tǒng) 吸收式制冷機(jī)和中央空調(diào)系統(tǒng)組成、如圖 2 所示。圖23.1吸收式制冷機(jī)的工作原理吸收式制冷是利用吸收劑和制冷劑來(lái)完成制冷的。本系統(tǒng)用氨作制冷劑、水作吸收劑、氫作擴(kuò)散劑。 使用氨、水、氫3劑的系統(tǒng)被稱為三元吸收-擴(kuò)散制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)由發(fā)生器、冷凝器、吸收器 蒸發(fā)

6、器等組成,如圖3所示細(xì)吸收成制瀏L的循壞原哪在發(fā)生器中, 濃氨水溶液被蓄熱箱的熱水加熱, 混合氣體受 熱后 沿虹吸管上升,當(dāng)溫度升高時(shí),含氨較多的氨水溶液實(shí)現(xiàn)混合液分離。 由于水蒸氣和氨蒸氣的凝結(jié)溫度不同,再加上精餾器內(nèi)管的特殊構(gòu)造, 使混合氣體的流向和流速發(fā)生變化, 達(dá)到部分氣化, 部分凝結(jié), 水蒸氣 首先凈化凝結(jié)成水珠,并在精餾器管段的坡向位差的作用下流回發(fā)生 器中。 蒸 發(fā)的 氨蒸 氣 經(jīng)過(guò) 精餾 器分 餾后 進(jìn)入 冷凝 器液 化。 在 冷 凝器 中由于熱氨蒸氣與冷凝器的散熱管進(jìn)行熱交換, 由氨蒸氣放熱變?yōu)橐?態(tài)氨, 在冷凝器出口處形成的高壓氨液經(jīng)管道送入蒸發(fā)器中。 在 蒸發(fā) 器的進(jìn)口處

7、, 液氨和含有氨氣的氫氣接觸, 使氨 溶液在蒸發(fā) 器內(nèi)具有 較小的分壓力, 所以氨液劇烈地沸騰氣化（同時(shí)吸熱 ）, 氨氣擴(kuò)散到混 合氣體中去,這樣的蒸發(fā)過(guò)程通過(guò)蒸發(fā)器表面吸收熱量,獲得冷源（冷 凍水）實(shí)現(xiàn)制冷的目的。在上述過(guò)程中, 蒸發(fā)器內(nèi)的氨氣與氨溶液部分氣化形成的氨氫 混 合氣體,使氨液在蒸發(fā)器內(nèi)具有較小的壓力,所以吸收式制冷不需要 節(jié)流裝置。 氨氫混合氣體從蒸發(fā)器進(jìn)入吸收器時(shí),氨 氣被來(lái)自發(fā) 生器 的稀氨溶液吸收,形成的濃氨溶液從吸收器底部流回發(fā)生器,被分離 的氨氣則通過(guò)管路回到蒸發(fā)器,如此反復(fù)循環(huán),實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。3.2 中央 空調(diào)供冷 方式制取的9 C左右的冷水送到用戶的風(fēng)機(jī)盤管，然后

8、返回冷水箱。 當(dāng)天氣不好、 水溫不夠高時(shí)、開(kāi)啟燃?xì)鉅t輔助升溫, 保證系統(tǒng)能全天 候正常運(yùn)行。3.3 系 統(tǒng)的效率 分析如圖如圖 3所示, 太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)附加一臺(tái)吸收式 制冷機(jī) 組成 。 圖中 , Qg 為輸 入制 冷機(jī) 發(fā) 生器 的能 量（ 太陽(yáng) 能 系統(tǒng)輸 出能量）;Qa為冷卻水從冷凝器帶走的能量;Qc為蒸發(fā)器制冷能量（從 環(huán)境輸入能量）Qe為太陽(yáng)能集熱面積上的太陽(yáng)輻射能。顯然Qg + Qe= Qa+Qe 。制冷性能系數(shù)COPe= Qe/Qg;太陽(yáng)能集熱效率，n e= Qg/Qs。系統(tǒng) 的制冷效率n s= Qe/Qs, 一般來(lái)講n c為0.240.30,再加上有限的 產(chǎn)熱（在

9、太陽(yáng)輻射不太強(qiáng)的時(shí)候產(chǎn)生熱水）, 系統(tǒng)總的效率不超過(guò) 40%。 大量的熱（Qa+Qe）,通過(guò)冷卻塔釋放回環(huán)境當(dāng)中。 冷卻水循環(huán)、冷卻 的過(guò)程中,水泵和風(fēng)扇還要耗能,因此,傳統(tǒng)的太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)在供冷 時(shí)總效率很低。 對(duì)此,我們提出了對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的改造方案-新型太陽(yáng) 能冷/熱并供系統(tǒng)。3.4 新型太陽(yáng)能冷/熱并供系統(tǒng)由圖3可見(jiàn),Qa和 Qe為熱損失，它們是影響太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)效 率的主要因素。提高系統(tǒng)效率，應(yīng)當(dāng)在不影響制冷COPe的前提下，充 分利用Qa和Qe。 為此，基于熱泵原理，提出太陽(yáng)能制冷/產(chǎn)熱并供 系統(tǒng)新概念, 系統(tǒng)如圖 4所示。國(guó)4新堂丈IT能冷-煦去供條統(tǒng)原理圈與圖3比較，新型太陽(yáng)能冷/

10、熱并供系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)最明顯的區(qū) 別是取消了冷卻塔。 冷卻水變成了熱水輸出，制冷機(jī)也由原來(lái)的整 機(jī)式變成了分體式，發(fā)生器結(jié)合于太陽(yáng)能集熱系統(tǒng),蒸發(fā)器相當(dāng)于空 調(diào)室內(nèi)機(jī)，太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)成為一個(gè)整體，而不是傳統(tǒng)的由太陽(yáng)能集 熱系統(tǒng)附加一臺(tái)吸收式制冷機(jī)組成的太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)。如圖4所示,系統(tǒng)的能量平衡Qg + Qe= Qa+Qe。制冷性能系數(shù)COPe= Qe/Qg。制熱性能系數(shù) COPh= (Qa+Qe )/ Qg =1+Qe/Qg; 太陽(yáng)能集熱效率 n s= Qg/Qs。 系統(tǒng)制冷效率：n e= Qe/Qs。 系統(tǒng)產(chǎn)熱效率，n h=(Qa+Qe )/ Qs ;。系統(tǒng) 總效率 n t= n c + n

11、h。當(dāng)太陽(yáng)能系統(tǒng)集熱溫度為75 C ,制冷溫度為9 C ,輸出熱水溫度為 55 C 時(shí)，COPe=0.5, COPh=1.5, n s=0.4 所以，n e=0.24, nh=0.54, n t=0.78,系統(tǒng)總效率達(dá)到78%。如果制冷溫度不要求太低,例如設(shè)定為12 C ,在同樣的條件下,COPe可達(dá)0.6,系統(tǒng)總效率達(dá)85%以上 系 統(tǒng)構(gòu)成 及其技術(shù) 參數(shù)4.1 太 陽(yáng)能 集 熱器為了使平板集熱器既能滿足制冷的要求,又不失其簡(jiǎn)單價(jià)廉的特 點(diǎn),需要采取一些簡(jiǎn)單而有效的技術(shù)措施 。 其中最重要的是增加了 1 塊能耐較高溫度的透 明隔熱板,通過(guò)抑制空氣自然對(duì)流來(lái)減少集熱器表面的熱損失。 試驗(yàn) 及使

12、用結(jié)果證明,該集熱器在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的時(shí)候,能持續(xù)提供制冷 用熱水;在太陽(yáng)輻射較弱時(shí),也可以產(chǎn)生足夠的生活用熱水。太陽(yáng)能集熱器為平板式,集熱面積120m2,日供生活熱水6t,供 熱水溫度5560 C （供生活用）或6575 C （制冷機(jī)用）。4.2 制 冷 機(jī)采用 2級(jí)吸收式制冷機(jī)。這種制冷機(jī)的突出特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)熱源溫度 低,只需要6575 C ,在60 C的情況下,仍能以較高的制冷能力穩(wěn)定 地運(yùn)行;其另一個(gè)特點(diǎn)是利用熱水的溫度范圍大, 達(dá) 1224（隨熱源 溫度而變）。 市場(chǎng)上單級(jí)吸收式制冷機(jī)熱源溫度一般要求 88C 以上, 熱水利用溫差只有 68C。2級(jí)吸收式氨制冷機(jī)的制冷能力為20kw源溫度7

13、5 C （設(shè)計(jì)）,冷凍 水溫度 9C ,空調(diào)房間面積 160 m2。4.3 自 控系 統(tǒng)自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 主 要 由 傳 感 器 、 可 編 程 控 制 器 PLC 和 工 業(yè) 控 制 微 機(jī) 3 部 分組成, 分為自動(dòng)和手動(dòng), 個(gè)控制模式。為了適應(yīng)各個(gè)季 節(jié)系 統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn),自動(dòng)控制模式又分為制冷、采暖、開(kāi)（關(guān)）輔助能源、 空擋 4 個(gè)運(yùn)行工況。 控制系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控, 可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從異地 監(jiān)視系 統(tǒng)運(yùn) 行和 改變 操 作指 令, 將網(wǎng)絡(luò)等 高科技 介入 了控 制系 統(tǒng)之 中。4.4 燃 氣 熱 水 爐 系 統(tǒng)當(dāng) 天 氣 不 好 。水 溫 達(dá) 不 到 要 求 時(shí) , 用 燃 氣 熱 水

14、 爐 輔 助 升 溫 , 能 保 證 系統(tǒng)全天候運(yùn)行。 與上述 太陽(yáng)能集熱器面積相適應(yīng)的燃?xì)鉅t的功率 滿足50100 W/ m 2的要求。 結(jié) 論 太陽(yáng)能集熱器與燃?xì)鉄崴疇t聯(lián)合系統(tǒng)，具有制冷、采暖、供應(yīng) 熱水功能, 可以全天候運(yùn)行。 太陽(yáng)能制冷/ 采暖系統(tǒng)利用了熱泵的原理,改變了傳統(tǒng)太陽(yáng)能 空調(diào)系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)加吸收式制冷機(jī)的組成模式:制冷機(jī)由原 來(lái)的整機(jī)式變成了分體式;發(fā)生器置于太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中, 既減少了 熱損失, 又節(jié)省了熱水泵; 蒸發(fā)器相當(dāng)于空調(diào)室內(nèi)機(jī), 安裝更方便。 更 靈活, 甚至可以將小型的蒸發(fā)器放在室內(nèi)。 系統(tǒng)省去了制冷熱源水泵、 冷卻循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī),還省 去了冷卻塔設(shè)備, 減少了設(shè)備及泵的能耗, 降低了系統(tǒng)的造價(jià)和運(yùn)行 成本 夏季同時(shí)提供制冷和熱水,系統(tǒng)總效率可高達(dá)78%。 冬季單 純供熱運(yùn)行時(shí)，在太陽(yáng)輻射較強(qiáng)的情況下，利用制冷機(jī)作熱泵運(yùn)行，可 以增加產(chǎn)熱量20%30%。 太陽(yáng)能制冷功能是建立在太陽(yáng)能熱水供應(yīng)的基礎(chǔ)上，使太陽(yáng)能 得到充分的利用。系統(tǒng)增加的投資只是制冷機(jī)部分，而這部分的投資 在常規(guī)空調(diào)方面也是需要的。綜上所述，研究開(kāi)發(fā)燃?xì)鉅t與太陽(yáng)能聯(lián)合