專利名稱：一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節(jié)能空調系統(tǒng)，特別涉及一種太陽能、自然冷能與低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)。
背景技術：
隨著經濟建設的發(fā)展和人民生活水平的提高，對室內環(huán)境溫度的要求也日益增力口，由此帶來空調系統(tǒng)的應用日趨廣泛。工業(yè)生產中為實現生產過程需要有工藝性空調，商用建筑(寫字樓、賓館飯店、大中型商場等)需要有商用空調，個人家庭則需要有家用空調；空調系統(tǒng)已成為能耗大戶，其能耗量正逐年增多。以商用建筑為例，空調能耗是建筑能耗的主要部分，占總能耗的50-60%。按重慶和上海的統(tǒng)計，中央空調用電量已分別占全市總用電量的23%和31. I %，給各城市的供配電帶來了沉重的壓力。近年來極端天氣的頻繁出現，氣候異常日益顯現，空調能耗必進一步增加，更是不斷考驗著國家電力供應。而不可再生能源需求日益緊張，電力供需矛盾持續(xù)增強，如何提高能源利用率，更大程度上利用新型清潔可再生能源，降低空調能耗具有重要意義。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于，充分利用可再生能源，提供一種優(yōu)先利用太陽能、自然冷能及低谷電進行蓄能的空調系統(tǒng)。為了解決上述問題本實用新型的技術方案是這樣的自然冷能是指“常溫環(huán)境中，自然存在的低溫差低溫熱能”。該能量是一種潛在的大量低品位能源。例如，夏季可以通過晝夜溫差，在夜間采集自然冷能，儲存至相變材料中，在白天供應冷能，減小機組負荷，起到節(jié)能減排的作用。太陽能是太陽內部連續(xù)不斷的核聚變反應過程產生的能量。太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當于500萬噸煤。本實用新型在能源方面可以優(yōu)先使用上述可再生能源，即夏季晝夜溫差產生的自然冷能和冬季太陽能儲能，其次是選擇國家大力倡導的低谷電儲能，最后采用平日電價進行能量補充。一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，所述空調系統(tǒng)包括熱泵機組、第一換熱器、第二換熱器、太陽能集熱板、風機、蒸發(fā)式冷風機、相變蓄能裝置、溫度傳感裝置、信號采集裝置和控制器，所述熱泵機組與第一換熱器連接，所述第一換熱器通過管道與第二換熱器連接，所述第二換熱器上連接有太陽能集熱板和風機，所述第二換熱器通過管道與蒸發(fā)式冷風機相連接，所述蒸發(fā)式冷風機通過管道連接一相變蓄能裝置，所述相變蓄能裝置通過管道接用戶端；所述相變蓄能裝置的出入口均連接有溫度傳感裝置，所述溫度傳感裝置與信號采集裝置相連接，所述信號采集裝置與控制器相連接；所述相變蓄能裝置還通過管道與第一換熱器連接，所述相變蓄能裝置通過管道與第二換熱器連接。所述管道上設置有控制空氣流向的電動風閥。所述相變蓄能裝置為雙溫相變蓄能裝置，包括自然冷能蓄冷部分和太陽能蓄熱部分。所述自然冷能為夏季晝夜溫差。所述雙溫相變蓄能裝置內的填充材料，按質量百分比計，高溫段為93. 5%CaCl2 6H20+1.9% SrCl2 6H20+4. 6%羧甲基纖維素鈉，低溫段為45%葵酸+55%月桂酸。 有益效果，本發(fā)明利用太陽能、自然冷能與低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)是在綜合考慮節(jié)能方式的特點后應運而生的，與現有空調相比在結構上增加了相變蓄能部分(夏季自然冷源蓄冷部分，冬季太陽能蓄熱部分)，實現了室內熱環(huán)境在夏季依靠自然冷源及熱泵機組供冷，冬季依靠太陽能及熱泵機組供熱，過渡季節(jié)還可根據個人對舒適度的要求不同選擇自然冷源供冷或太陽能供熱的形式，充分利用了可再生能源太陽能及自然冷源。此外，還可結合電力系統(tǒng)的分時電價政策，利用蓄能設備在電費較低的時段內將能量儲存起來，在空調系統(tǒng)需求量大、電費較高的時段將這部分能量釋放出來，對自然能源進行補充。由于使用自然能源，大量節(jié)約運行費用，再加上低谷電的利用，使空調的運行費用大幅下降。不僅可以減少新建電廠的投資，提高現有發(fā)電設備和輸變電設備的使用率，同時可減少能源使用(特別是對于火力發(fā)電)引起的環(huán)境污染，節(jié)約有限的不可再生資源，有利于生態(tài)平衡，是一項利國利民的雙贏措施。
以下結合附圖
和具體實施方式
來詳細說明本實用新型；圖I為本實用新型太陽能、自然冷能與低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)圖；其中，I為熱泵機組，2為第一換熱器，3為太陽能集熱板，4為第二換熱器，5為風機，6為蒸發(fā)式冷風機，7為雙溫相變蓄能器，8為溫度傳感器，9為信號采集裝置，10為控制器，11為電動風閥。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。如圖I所示，本發(fā)明所述的一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，所述空調系統(tǒng)包括熱泵機組I、第一換熱器2、太陽能集熱板3、第二換熱器4、風機5、蒸發(fā)式冷風機6、相變蓄能裝置、溫度傳感裝置、信號采集裝置9和控制器10，所述熱泵機組I與第一換熱器2連接，所述第一換熱器2通過管道與第二換熱器4連接，所述第二換熱器4上連接有太陽能集熱板3和風機5，所述第二換熱器4通過管道與蒸發(fā)式冷風機6相連接，所述蒸發(fā)式冷風機6通過管道連接一相變蓄能裝置，所述相變蓄能裝置通過管道接用戶端；所述相變蓄能裝置的出入口均連接有溫度傳感裝置，所述溫度傳感裝置與信號采集裝置9相連接，所述信號采集裝置9與控制器10相連接；[0024]所述相變 蓄能裝置還通過管道與第一換熱器2連接，所述相變蓄能裝置通過管道與第二換熱器4連接。該系統(tǒng)通過溫度傳感器對相變蓄能裝置的空氣進口溫度、出口溫度以及送風溫度進行測量，反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)依據事先設定好的信號值進行比較，控制器輸出動作信號，控制空調系統(tǒng)各管路間閥門的開啟以及設備的啟停。所述管道上設置有控制空氣流向的電動風閥11。本實施例中，相變蓄能裝置采用的是雙溫相變蓄能器7，溫度傳感裝置采用的是溫度傳感器8。系統(tǒng)蓄能器采用6雙溫相變蓄能器，通過在蓄能器中添加不同熔點的相變材料，運行時按照空氣流經蓄能器的方向不同，實現了能量的梯級利用。蓄熱過程中較高溫度的空氣先流經高溫相變材料，與其發(fā)生熱交換溫度降低后，再經過低溫相變材料，與其發(fā)生熱交換。放熱過程中較低溫度的空氣先流經低溫相變材料，與其發(fā)生熱交換溫度升高后，再經過高溫相變材料，與其發(fā)生熱交換。蓄冷過程中較低溫度的空氣先流經低溫相變材料，與其發(fā)生熱交換溫度升高后，再經過高溫相變材料，與其發(fā)生熱交換。放冷過程中較高溫度的空氣先流經高溫相變材料，與其發(fā)生熱交換溫度降低后，再經過低溫相變材料，與其發(fā)生熱交換。通過在蓄能器中添加不同熔點的相變材料使得傳熱溫差增加，有效利用了不同溫度梯度的能量，提高了能量的利用率，實現了能量的梯級利用。所述空調系統(tǒng)包括以下運行模式1>冬季主要運行模式太陽能蓄熱模式太陽能蓄熱模式開啟，太陽能集熱板吸收熱量，通過內置傳熱介質傳遞給熱空氣，熱空氣依次通過高溫PCM、低溫PCM蓄熱，此時閥門F7、F8、F13、F14、F16、F17、F20、F21開啟，蓄熱模式開啟。PCM放熱模式空氣依次通過低溫PCM及高溫PCM，融化的PCM相變釋放熱量，熱泵機組此時不運行，此時FU F2、F5、F6、F7、F10、F12、F13、F14、F16、F18開啟。僅當送風溫度低于給定值時，熱泵機組開啟輔助供熱。熱泵機組供熱蓄熱聯(lián)合模式冬季供暖季節(jié)，若夜間空調負荷較高時，可利用低谷電開啟熱泵機組制熱模式，熱空氣一部分依次通過高溫PCM (相變材料)及低溫PCM儲能，另一部分進入空調房間調節(jié)室內溫度。此時閥門 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F10、F11、F12、F13、F14、F18 開啟。在夜間空調負荷較低無需熱泵機組供熱時，可開啟熱泵機組制熱模式，熱空氣通過高溫PCM及低溫PCM 單純儲能，此時閥門 F3、F4、F5、F6、F7、F10、Fll、F12、F13、F14、F18 開啟。熱泵機組供熱聯(lián)合太陽能蓄熱模式太陽能蓄熱模式開啟，太陽能集熱板吸收熱量，通過內質傳熱介質傳遞給熱空氣。熱空氣依次通過高溫PCM、低溫PCM蓄熱，此時閥門F7、F8、F13、F14、F16、F17、F20、F21開啟，蓄熱模式開啟；熱泵機組開啟，直接供給室內熱量，閥門FI、F2、F3、F4開啟。2>過渡季節(jié)，空調無需全時段開啟，光照充足時開啟太陽能蓄熱裝置，光照不充足時運用夜間低谷開啟熱泵蓄熱，蓄熱當需要給房間供熱時，則開啟PCM放能模式；[0045]3>夏季供冷季節(jié)運行模式自然冷能蓄冷模式天氣晴朗，晝夜溫差較高時可利用晚間谷價電，采用蒸發(fā)式冷風機使空氣溫度進一步降低至冷空氣溫度達到15°C -20°C左右。冷空氣通過相變溫度較低低溫PCM，使其發(fā)生相變儲存冷量。經過低溫段相變材料后的空氣溫度升高，達到約23°C-25°C左右。然后再經過相變溫度較高高溫段相變材料進一步儲存冷量。此時Fll、F12、F13、F14、F15、F17、F18、F19、F21開啟，蒸發(fā)式冷風機開啟。PCM放冷模式白天在需要向房間提供冷風的時段內，先釋放PCM內的冷量，此時房間內回風先通過高溫PCM降溫，然后經過低溫PCM，送至空調房間，形成一個回路，此時FI、F2、F5、F6、F9、F10、F11、F13、F14開啟。當送風溫度低于設定值時，制冷機組開啟；制冷機組產生的冷量，當房間負荷較小時可一部分送至空調房間，一部分用于PCM蓄冷，此時參照熱泵機組供冷聯(lián)合相變蓄冷模式，當室內負荷較高時冷風完全供入空調房間。熱泵機組供冷聯(lián)合相變蓄冷模式利用低谷電開啟熱泵機組制冷模式，冷空氣一部分依次通過低溫PCM及高溫PCM儲能，另一部分進入空調房間調節(jié)室內溫度。此時閥門F1、F2、F3、F4、F5、F6、F9、F10、F11、F13、F14開啟。熱泵機組制冷模式開啟。熱泵機組蓄冷模式在夜間無需供冷時，可開啟熱泵機組制冷模式，冷空氣通過低溫PCM及高溫PCM單純儲能。此時閥門F3、F4、F5、F6、F9、F10、Fll、F13、F14開啟。熱泵機組制冷模式開啟。信號采集裝置接收溫度傳感器以及設定的溫度信號，在環(huán)境不同條件下通過控制器控制電動風閥、熱泵機組、第一換熱器、第二換熱器、太陽能集熱板、風機以及蒸發(fā)式冷風機等的啟停，從而實現機組各個模式的切換。太陽能、自然冷能與低谷電耦合的節(jié)能空調系統(tǒng)的運行模式，分別考慮了不同時間、不同天氣條件、不同室內負荷要求，另外還可以根據實際情況進行調節(jié)。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求1.一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，所述空調系統(tǒng)包括熱泵機組、第一換熱器、第二換熱器、太陽能集熱板、風機、蒸發(fā)式冷風機、相變蓄能裝置、溫度傳感裝置、信號采集裝置和控制器，所述熱泵機組與第一換熱器連接，所述第一換熱器通過管道與第二換熱器連接，所述第二換熱器上連接有太陽能集熱板和風機，所述第二換熱器通過管道與蒸發(fā)式冷風機相連接，其特征在于，所述蒸發(fā)式冷風機通過管道連接一相變蓄能裝置，所述相變蓄能裝置通過管道接用戶端；所述相變蓄能裝置的出入口均連接有溫度傳感裝置，所述溫度傳感裝置與信號采集裝置相連接，所述信號采集裝置與控制器相連接； 所述相變蓄能裝置還通過管道與第一換熱器連接，所述相變蓄能裝置通過管道與第二換熱器連接。
2.根據權利要求I所述的一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，其特征在于，所述管道上設置有控制空氣流向的電動風閥。
3.根據權利要求I所述的一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，其特征在于，所述相變蓄能裝置為雙溫相變蓄能裝置，包括自然冷能蓄冷部分和太陽能蓄熱部分。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能、自然冷能和低谷電耦合的節(jié)能雙溫空調系統(tǒng)，即一種優(yōu)先利用太陽能、自然冷能及低谷電進行蓄能的空調系統(tǒng)。其技術要點是，在現有空調結構的基礎上增加了相變蓄能裝置，即夏季可以利用自然冷源蓄冷，冬季可以利用太陽能蓄熱。實現了室內熱環(huán)境在夏季依靠自然冷源及熱泵機組供冷，冬季依靠太陽能及熱泵機組供熱，更大程度上利用了新型清潔可再生能源，降低了空調耗電量。
文檔編號F24F5/00GK202371823SQ201120502648
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權日2011年12月6日
發(fā)明者劉小微, 吳云云, 李志偉, 李曉菲, 楊陽, 王為, 章學來, 韓中 申請人:上海海事大學