專利名稱：太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種太陽能利用與空調(diào)技術領域的系統(tǒng)，具體是一種太陽能驅(qū)動 制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)。
背景技術：
全球性化石能源的緊缺以及溫室效應的加劇給環(huán)境和社會發(fā)展帶來了諸多負面 效應，對高效節(jié)能技術的迫切需求推動了太陽能空調(diào)與空氣源熱泵應用技術的快速發(fā)展。 其中，二氧化碳熱泵由于采用自然工質(zhì)，相對常規(guī)氟利昂工質(zhì)，在環(huán)保方面具有極大的優(yōu) 勢，得到越來越多的重視。此外，步入21世紀，建筑能耗占全國能耗的比重越來越高，且其 中大部分能耗來自空調(diào)與生活熱水部分，這對該領域相關系統(tǒng)研發(fā)提出了更高的要求。二氧化碳熱泵，由于其跨臨界循環(huán)的特性，在供暖和提供生活熱水方面具有超越 常規(guī)氟利昂熱泵的性能。同時如上所述，其為自然工質(zhì)，對臭氧層的破壞和溫室效應的積聚 作用，幾乎可以忽略不計。由于以上兩點，二氧化碳熱泵熱水器近年來在歐美日地區(qū)得到了 大力的發(fā)展，截止2010年在日本已累計銷售7百多萬臺，被譽為“生態(tài)精靈(Eco-cute) ”。 相對供暖，二氧化碳熱泵循環(huán)在制冷方面性能不盡如人意，相關實驗裝置或產(chǎn)品制冷性能 較差，與常規(guī)氟利昂工質(zhì)產(chǎn)品相比，不具有競爭力，故近年來“二氧化碳熱泵制冷性能的提 高”成為高校、研究機構和企業(yè)的研究熱點。同時，近年來對可再生能源利用的呼聲越來越 高，將可再生能源、特別是太陽能應用于熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，將大大減少常規(guī)熱泵空調(diào)對電能 的依賴。因此，研制一種不僅滿足建筑供暖和熱水需求，還可滿足制冷需求，達到較高性能， 同時可以利用太陽能的二氧化碳熱泵產(chǎn)品，即滿足建筑全年制冷、供暖和生活熱水需求的、 利用太陽能的、高效的二氧化碳熱泵空調(diào)系統(tǒng)，成為該領域節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品研發(fā)的一個目標。經(jīng)過對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為CN1453516A，發(fā)明名稱為 “太陽能熱泵空調(diào)系統(tǒng)和太陽能+空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)”的專利提出了一種將太陽能與空氣 源熱泵系統(tǒng)結合的設備，該發(fā)明中太陽能收集熱能，作為熱泵供暖模式下的低溫熱源，并不 輔助制冷，制冷主要仍由空氣源熱泵提供，冷凝回收熱用于生活熱水。相對于該專利中的常 規(guī)空氣源熱泵循環(huán)，二氧化碳熱泵循環(huán)工作在更高的跨臨界區(qū)域，其壓力和溫度的工作區(qū) 間均有所不同，故在具體設備的耐壓等方面有特殊要求。而該專利并沒有針對二氧化碳工 質(zhì)進行更有針對性的設計。中國專利授權公告號為CN25^115Y，實用新型名稱為“太陽能熱泵冷暖空調(diào)器” 的專利采用空氣源熱泵作為制冷的主要手段，沒有把太陽能的熱量轉化為冷量，輔助空氣 源熱泵制冷。此外，也沒有描述針對二氧化碳特殊工質(zhì)的跨臨界特性，對換熱器與壓縮機進 行何種具體改良。中國專利公開號為CN1888726A，發(fā)明名稱為“太陽能熱泵及使用該熱泵的冬夏兩 用空調(diào)系統(tǒng)”的專利使用冷凝器作為重要部件，事實上，如果應用二氧化碳作為工質(zhì)，由于 其工作在跨臨界區(qū)域，需應用氣體冷卻器替代常規(guī)工質(zhì)熱泵系統(tǒng)中應用的冷凝器。中國專利授權公告號為CN100470170C，發(fā)明名稱為“太陽能輔助空氣源跨臨界二氧化碳熱泵綜合空調(diào)系統(tǒng)”的專利考慮了二氧化碳工質(zhì)特性，有較強的針對性，但其太陽 能集熱器收集熱量并不直接轉化為冷量補充二氧化碳熱泵制冷，而只是在供暖和熱水模式 下，輔助熱泵產(chǎn)生熱量，或者獨立提供熱量。因此，制冷仍然是由二氧化碳熱泵獨立承擔。如 前所述，二氧化碳熱泵制冷性能較差，供暖和制熱水能力較強，太陽能的引入并沒有將其優(yōu) 勢與劣勢進行平衡、彌補二氧化碳熱泵循環(huán)原有在制冷上的不足。專利公開號為W02006124776(A2)，發(fā)明名稱為 HYBRID VAPOR COMPRESSION-ABSORPTION CYCLE,中文譯名混合壓縮-吸收循環(huán)，該發(fā)明首先在循環(huán)構 型上與常規(guī)吸收式熱泵循環(huán)(ABSC，ABSorption Cycle)和氣體壓縮式循環(huán)(VCC，Vapor Compression Cycle)不同，習慣上禾爾為復合循環(huán)(VCCSC,Vapor Compression Cycles with Solution Circuits) 0該種循環(huán)無論對壓縮機設計和循環(huán)工質(zhì)都提出了新的要求，通常為 復合兩元或三元工質(zhì)，二氧化碳自然工質(zhì)并不在該循環(huán)適應工質(zhì)范圍內(nèi)，目前也沒有相關 專利或報道VCCSC循環(huán)使用太陽能作為輔助制冷的熱源。類似的國際專利的專利文獻號 為 US4031712 (A)，名禾爾為 Combined absorption and vapor-compression refrigeration system(中文譯名聯(lián)合吸收壓縮式制冷系統(tǒng))和專利文獻號為US7765823 (B2)，名稱為 Hybrid vapor compression-absorption cycle (中文譯名復合壓縮吸收式循環(huán))。NIPP0NDENS0公司申請的三個專利，專利文獻號分別為JP1122:3414-A(Solar heat utilization type combined cycle refrigeration system for air conditioning of residential and factory buildings-desorbs refrigerant from absorbent by solar heat inabsorption refrigerating cycle which cools refrigerant discharged from compressor of vapor compression refrigerating cycle，中文譯名適合家庭禾口廠房 空調(diào)的、聯(lián)合制冷循環(huán)的太陽能熱利用系統(tǒng)-吸收制冷循環(huán)中使用太陽能解吸制冷劑， 產(chǎn)生的冷量用來冷卻壓縮制冷循環(huán)中的壓縮機排出制冷劑)、JP11223415-A(Solar heat utilization type combined cycle refrigeration system for air conditioning of residential and factory buildings-uses vapor compression refrigerating cycle to cool condenser of absorption refrigerating cycle which uses solar heat for desorption of refrigerant from absorber，中文譯名適合家庭和廠房空調(diào)的、聯(lián)合制 冷循環(huán)的太陽能熱利用系統(tǒng)-壓縮制冷循環(huán)的冷量用來冷卻吸收制冷循環(huán)中的冷凝器，吸 收制冷循環(huán)中太陽能用來解吸制冷劑)、JP1122:3416-A(Solar heat utilization type combined cycle refrigeration system for air conditioning of residential and factory buildings-uses evaporator of vapor compression refrigerating cycle to recool air cooled with absorption refrigerating cycle，中文譯名適合家庭禾口廠房 空調(diào)的、聯(lián)合制冷循環(huán)的太陽能熱利用系統(tǒng)-壓縮制冷循環(huán)的冷量用來再冷卻、輔助吸收 制冷循環(huán)中的空冷)，這三個發(fā)明專利的共同點是設計了一種制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用太陽能 驅(qū)動吸收式制冷機組，產(chǎn)生冷量與壓縮式制冷配合工作，區(qū)別在于補充冷量使用的位置不 同，其中專利文獻號為JP11223414-A將太陽能驅(qū)動吸收式制冷機產(chǎn)生的這部分冷量應用 于壓縮式制冷循環(huán)的冷凝器后、節(jié)流閥前。但該專利發(fā)明相對于前文所述的預期產(chǎn)品—— 應用太陽能輔助二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)仍有幾項不足第一，用途單一，僅為制冷系 統(tǒng)，并未考慮全年時間段內(nèi)對建筑綜合需求的滿足；第二，壓縮式制冷部分并未考慮針對二 氧化碳特性的相關諸多改造，比如冷凝器部分并未表示改造為氣體冷卻器等；第三，吸收式制冷裝置與壓縮式制冷裝置為單獨兩臺裝置，雖然通過管路連接，但其發(fā)明專利描述或 圖示并未考慮在實際產(chǎn)品中合并為一體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱 泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全年制冷、供暖和生活熱水綜合需求，能夠使系統(tǒng) 整體的制冷和供暖能力得到平衡，整機性能較為完善，具有更高的性能指標，工質(zhì)綠色環(huán) 保，利用可再生能源，降低了系統(tǒng)整體對一次能源的依賴性。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、生活熱水 供應系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)，其中集熱系統(tǒng)依次與蓄熱系統(tǒng)和生活熱水 供應系統(tǒng)串聯(lián)，蓄熱系統(tǒng)依次與熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)串聯(lián)。所述的熱泵空調(diào)系統(tǒng)包括太陽能控制組件、熱泵控制組件和聯(lián)合工作主機，所述 的聯(lián)合工作主機由串聯(lián)連接的吸收式制冷機和集水器組成，其中太陽能控制組件分別與 蓄熱系統(tǒng)、熱泵控制組件、吸收式制冷機和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，熱泵控制組件分別與蓄 熱系統(tǒng)、集水器和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接。所述的集水器的輸入端設有二氧化碳熱泵，該二氧化碳熱泵采用二氧化碳作為工 質(zhì)，該熱泵的工作壓力范圍為3MPa至15MPa，工作溫度范圍為_20°C至95°C，二氧化碳熱泵 內(nèi)部所采用的設備原件能夠滿足跨臨界工質(zhì)特性。所述的太陽能控制組件包括兩個三通閥、開關組件、制冷閥門和兩個供暖閥門， 其中第一三通閥的蓄熱端與蓄熱系統(tǒng)連接，第一三通閥的制冷端依次與制冷閥門、吸收式 制冷機和第二三通閥的主機端串聯(lián)，第一三通閥的供暖端與第一供暖閥門的一端連接，第 一供暖閥門的另一端與熱泵控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，第二三通閥的蓄熱端與開 關組件的一端連接，開關組件的另一端與蓄熱系統(tǒng)連接，第二三通閥的供暖端與第二供暖 閥門的一端連接，第二供暖閥門的另一端與熱泵控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接。所述的熱泵控制組件包括二氧化碳回路水泵、兩個二氧化碳回路閥門和兩個二 氧化碳供水閥門，其中二氧化碳回路水泵的一端與集水器連接，二氧化碳回路水泵的另一 端與第二二氧化碳回路閥門的一端連接，第二二氧化碳回路閥門的另一端與第二二氧化碳 供水閥門、太陽能控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，第一二氧化碳回路閥門的一端與集 水器連接，第一二氧化碳回路閥門的另一端與第一二氧化碳供水閥門、太陽能控制組件和 空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接。所述的集熱系統(tǒng)包括太陽能采集循環(huán)裝置和熱交換裝置，其中太陽能采集循 環(huán)裝置與熱交換裝置連接，熱交換裝置與蓄熱系統(tǒng)連接。所述的蓄熱系統(tǒng)包括帶有熱交換管的保溫循環(huán)水箱、感溫控制器和電加熱器，其 中感溫控制器和電加熱器均與保溫循環(huán)水箱連接，感溫控制器與電加熱器連接，保溫循環(huán) 水箱分別與集熱系統(tǒng)和熱泵空調(diào)系統(tǒng)連接，保溫循環(huán)水箱的熱交換管與生活熱水供應系統(tǒng) 連接。所述的生活熱水供應系統(tǒng)包括混水閥、兩個供水閥門和熱水水泵，其中混水閥 的控制端依次與第一供水閥門和熱水水泵串聯(lián)，熱水水泵依次與第二供水閥門、蓄熱系統(tǒng) 和混水閥的水箱端串聯(lián)。
所述的空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)包括冷暖傳遞裝置和兩個冷暖閥門，其中第一冷暖 閥門的一端與熱泵控制組件和太陽能控制組件連接，第一冷暖閥門的另一端依次與冷暖傳 遞裝置和第二冷暖閥門的一端串聯(lián)，第二冷暖閥門的另一端與熱泵控制組件和太陽能控制 組件連接。所述的吸收式制冷機的工質(zhì)采用溴化鋰溶液。本發(fā)明有五種工作模式，包括制冷模式，制冷兼供熱水模式，供暖模式，供暖兼供 熱水模式和熱水模式。同時，依據(jù)太陽輻照度不同，供暖有太陽能直接供暖、二氧化碳熱泵 供暖兩種運行形式，制冷有太陽能吸收式單獨制冷、二氧化碳熱泵單獨制冷和太陽能吸收 式制冷與二氧化碳熱泵聯(lián)合制冷三種運行形式，熱水有太陽能供熱、二氧化碳熱泵輔助和 電加熱輔助三種運行形式。綜上所述，對不同系統(tǒng)運行模式切換進行描述。制冷模式下，當感溫控制器所測 得溫度高于85°C時，使用太陽能驅(qū)動溴化鋰制冷機供應冷量，當感溫控制器所測得溫度低 于85°C時，使用二氧化碳熱泵制冷。供暖模式下，當感溫控制器所測得溫度高于45°C時，使 用太陽能蓄存熱水直接供暖，當感溫控制器所測得溫度低于45°C時，使用二氧化碳熱泵供 暖。制冷兼供熱水模式下，當感溫控制器所測得溫度低于55°C時，開啟電加熱器對保溫水箱 內(nèi)的熱水進行輔助加熱、提供生活熱水，二氧化碳熱泵進行制冷。供暖兼供熱水模式下，當 感溫控制器所測得溫度高于65°C時，太陽能供暖兼供熱水，當感溫控制器所測得溫度高于 55°C且低于65°C時，太陽能提供生活熱水，二氧化碳熱泵供暖，當感溫控制器所測得溫度低 于55°C時，二氧化碳熱泵供暖兼供熱水。熱水模式下，當感溫控制器所測得溫度高于55°C 時，太陽能提供生活熱水，當感溫控制器所測得溫度低于55°C時，二氧化碳熱泵輔助提供 生活熱水，當感溫控制器所測得溫度低于45°C時，開啟電加熱輔助提供生活熱水。對于夜間 或陰天等其他太陽能輻照較差時段內(nèi)，為防止保溫水箱蓄存熱量通過集熱器輻射散失，集 熱系統(tǒng)可以獨立關閉。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全年制冷、供暖和生活熱水綜合需求；夏季制冷模式下，通過 溴化鋰吸收制冷機輔助二氧化碳熱泵，彌補了二氧化碳熱泵制冷能力較差的劣勢，使聯(lián)合 空調(diào)主機的制冷和供暖能力得到平衡，整機性能較為完善，具有更高的性能指標，同時，冬 季使用二氧化碳熱泵輔助太陽能供暖，使空調(diào)系統(tǒng)整體在應用可再生能源的基礎上保持了 制冷、供暖和熱水輸出的高效和穩(wěn)定性；使用二氧化碳作為主要工質(zhì)，代替常規(guī)氟利昂，綠 色環(huán)保；應用太陽能輔助制冷和供暖，可再生能源在整個系統(tǒng)耗能中占很高比例，降低了系 統(tǒng)整體對一次能源的依賴性。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。圖2為實施例1系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下 述的實施例。
實施例1如圖1所示，本實施例包括集熱系統(tǒng)1、蓄熱系統(tǒng)2、生活熱水供應系統(tǒng)3、熱泵空 調(diào)系統(tǒng)4和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5，其中集熱系統(tǒng)1依次與蓄熱系統(tǒng)2和生活熱水供應系統(tǒng) 3串聯(lián)，蓄熱系統(tǒng)2依次與熱泵空調(diào)系統(tǒng)4和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5串聯(lián)。如圖1和圖2所述的熱泵空調(diào)系統(tǒng)4包括太陽能控制組件6、熱泵控制組件7和 聯(lián)合工作主機8，所述的聯(lián)合工作主機8由串聯(lián)連接的吸收式制冷機9和集水器10組成，其 中太陽能控制組件6分別與蓄熱系統(tǒng)2、熱泵控制組件7、吸收式制冷機9和空調(diào)室內(nèi)末端 系統(tǒng)5連接，熱泵控制組件7分別與蓄熱系統(tǒng)2、集水器10和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5連接。所述的集水器10的輸入端設有二氧化碳熱泵11，該二氧化碳熱泵11采用二氧化 碳作為工質(zhì)，該熱泵的工作壓力范圍為3ΜΙ^至15MPa，工作溫度范圍為-20°C至95°C，二氧 化碳熱泵11內(nèi)部所采用的設備原件能夠滿足跨臨界工質(zhì)特性。所述的太陽能控制組件6包括第一三通閥12、第二三通閥13、開關組件14、制冷 閥門15、第一供暖閥門16和第二供暖閥門17，其中第一三通閥12的蓄熱端與蓄熱系統(tǒng)2 連接，第一三通閥12的制冷端依次與制冷閥門15、吸收式制冷機9和第二三通閥13的主機 端串聯(lián)，第一三通閥12的供暖端與第一供暖閥門16的一端連接，第一供暖閥門16的另一 端與熱泵控制組件7和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5連接，第二三通閥13的蓄熱端與開關組件14 的一端連接，開關組件14的另一端與蓄熱系統(tǒng)2連接，第二三通閥13的供暖端與第二供暖 閥門17的一端連接，第二供暖閥門17的另一端與熱泵控制組件7和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5 連接。所述的開關組件14包括第一開關閥門18和第一回路水泵19，其中第一開關閥 門18的一端與保溫循環(huán)水箱連接，第一開關閥門18的另一端依次與第一回路水泵19和第 二三通閥13的蓄熱端串聯(lián)。所述的熱泵控制組件7包括二氧化碳回路水泵20、第一二氧化碳回路閥門21、第 二二氧化碳回路閥門22、第一二氧化碳供水閥門23和第二二氧化碳供水閥門24，其中二 氧化碳回路水泵20的一端與集水器10連接，二氧化碳回路水泵20的另一端與第二二氧化 碳回路閥門M的一端連接，第二二氧化碳回路閥門M的另一端與第二二氧化碳供水閥門 23、太陽能控制組件6和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5連接，第一二氧化碳回路閥門21的一端與集 水器10連接，第一二氧化碳回路閥門21的另一端與第二二氧化碳回路閥門22、太陽能控制 組件6和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5連接。所述的集熱系統(tǒng)1包括太陽能采集循環(huán)裝置25、第一循環(huán)泵沈、第一控制閥門 27和熱交換裝置觀，其中太陽能采集循環(huán)裝置25依次與第一控制閥門27、熱交換裝置觀 和第一循環(huán)泵26串聯(lián)，熱交換裝置觀與蓄熱系統(tǒng)2連接。所述的蓄熱系統(tǒng)2包括帶有熱交換管的保溫循環(huán)水箱四、第二循環(huán)泵30、第二控 制閥門31、感溫控制器32和電加熱器33，其中感溫控制器32和電加熱器33均與保溫循 環(huán)水箱四連接，感溫控制器32與電加熱器33連接，保溫循環(huán)水箱四分別與第二循環(huán)泵30 的一端和第二控制閥門31的一端連接，第二循環(huán)泵30的另一端和第二控制閥門31的另一 端均與熱交換器連接，保溫循環(huán)水箱四分別與第一二氧化碳供水閥門23、第二二氧化碳供 水閥門24、開關組件14和第一三通閥12的蓄熱端連接，保溫循環(huán)水箱四的熱交換管與生 活熱水供應系統(tǒng)3連接。
所述的生活熱水供應系統(tǒng)3包括混水閥34、第一供水閥門35、熱水水泵36和第 二供水閥門37，其中混水閥34的控制端依次與第一供水閥門35和熱水水泵36串聯(lián)，熱 水水泵36依次與第二供水閥門37、保溫循環(huán)水箱四和混水閥34的水箱端串聯(lián)。所述的空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5包括冷暖傳遞裝置38、第一冷暖閥門39和第二冷暖 閥門40，其中第一冷暖閥門39的一端與熱泵控制組件7和太陽能控制組件6連接，第一 冷暖閥門39的另一端依次與冷暖傳遞裝置38和第二冷暖閥門40的一端串聯(lián)，第二冷暖閥 門40的另一端與熱泵控制組件7和太陽能控制組件6連接。所述的吸收式制冷機9的工質(zhì)采用溴化鋰溶液。本裝置有五種工作模式，包括制冷模式，制冷兼供熱水模式，供暖模式，供暖兼供 熱水模式和熱水模式。同時，依據(jù)太陽輻照度不同，供暖有太陽能直接供暖、二氧化碳熱泵 11供暖兩種運行形式，制冷有太陽能吸收式單獨制冷、二氧化碳熱泵11單獨制冷和太陽 能吸收式制冷與二氧化碳熱泵11聯(lián)合制冷三種運行形式，熱水有太陽能供熱、二氧化碳熱 泵11輔助和電加熱輔助三種運行形式。所述的太陽能采集循環(huán)裝置25可布置在屋頂、陽臺等建筑外立面，實現(xiàn)建筑太陽 能裝置一體化。所述的太陽能采集循環(huán)裝置25收集太陽輻射熱能，傳遞給工質(zhì)水，水通過第一循 環(huán)泵沈，在環(huán)路內(nèi)循環(huán)，持續(xù)將熱量傳遞給熱交換裝置觀。所述的熱交換裝置觀將熱量傳遞給工質(zhì)水，通過第二循環(huán)泵30，在環(huán)路內(nèi)循環(huán)， 持續(xù)將熱量儲存在保溫循環(huán)水箱四。所述的保溫循環(huán)水箱四將儲存的熱量傳遞給熱交換管內(nèi)的工質(zhì)水。該工質(zhì)水來 自市政管網(wǎng)，其通過熱水水泵36，分為兩個支路，一路通過第二供水閥門37，經(jīng)過熱交換 器，升溫變?yōu)闊崴?，另一路通過第一供水閥門35，保持低水溫，兩路不同溫度的水，通過混水 閥34進行混合，供給生活熱水。制冷模式下，所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34 關閉，不提供生活熱水。入托保溫循環(huán)水箱四內(nèi)感溫控制器32測得水溫高于85°C，則通 過第一回路水泵19，將儲存的熱水供給至聯(lián)合工作主機8內(nèi)部的溴化鋰吸收式制冷機9，產(chǎn) 生冷量，此時第一三通閥12使水流向制冷閥門15，制冷閥門15開啟，第一供暖閥門16、第 一二氧化碳供水閥門23關閉，第二三通閥13使水流向第一回路水泵19，第一開關閥門18 開啟，第二供暖閥門17和第二二氧化碳供水閥門M關閉。所述的溴化鋰吸收式制冷機9， 將產(chǎn)生的冷量傳遞至集水器10。集水器10將冷量傳遞給環(huán)路內(nèi)的工質(zhì)水，水在二氧化碳回 路水泵20的作用下，通過第一二氧化碳回路閥門21和第一冷暖閥門39，進入空調(diào)室內(nèi)末端 系統(tǒng)5換熱，吸熱后經(jīng)過第二冷暖閥門40和第二二氧化碳回路閥門22回到二氧化碳回路 水泵20。所述的集水器10還與二氧化碳熱泵11相連接，當冷量不足時，開啟二氧化碳熱泵 11，輔助制冷，補充冷量至集水器10。制冷模式下，所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34 關閉，不提供生活熱水。當感溫控制器32測得水溫低于85°C，則溴化鋰吸收式制冷機9不 啟動，第一回路水泵19不啟動，制冷閥門15、第一供暖閥門16、第一二氧化碳供水閥門23、 第二二氧化碳供水閥門對和第二供暖閥門17關閉，第一冷暖閥門39、第一二氧化碳回路閥 門21、第二二氧化碳回路閥門22和第二冷暖閥門40開啟，二氧化碳回路水泵20開啟，二氧化碳熱泵11單獨制冷，集水器10內(nèi)的工質(zhì)冷水在二氧化碳回路水泵20的作用下，通過第 一冷暖閥門39和第一二氧化碳回路閥門21，進入空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5換熱，吸熱后經(jīng)過第 二冷暖閥門40和第二二氧化碳回路閥門22回到二氧化碳回路水泵20。制冷模式兼供熱水模式，在如上所述的制冷模式基礎上，所述的熱水水泵36、第二 供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34開啟，提供生活熱水。當感溫控制器32測得水 溫低于55°C，啟動電加熱器33輔助。供暖模式下，所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34 關閉，不提供生活熱水。當感溫控制器32測得水溫高于45°C，所述的保溫循環(huán)水箱四內(nèi)的 熱水，通過第一三通閥12導向第一供暖閥門16，第一供暖閥門16和第一冷暖閥門39開啟， 第一二氧化碳供水閥門23和第一二氧化碳回路閥門21關閉，第二冷暖閥門40和第二供暖 閥門17開啟，第二二氧化碳回路閥門22和第二二氧化碳供水閥門M關閉，第二三通閥13 與第二供暖閥門17對應管路相通，第一回路水泵19和第一開關閥門18開啟，這樣保溫循 環(huán)水箱四內(nèi)的熱水依次通過第一三通閥12、第一供暖閥門16和第一冷暖閥門39，到達空 調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5，將熱量傳遞至室內(nèi)，再依次通過第二冷暖閥門40、第二供暖閥門17、第 二三通閥13、第一回路水泵19和第一開關閥門18，回到保溫循環(huán)水箱四，完成太陽能熱水 獨立供暖，二氧化碳熱泵11不開啟。供暖模式下，所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34 關閉，不提供生活熱水。當感溫控制器32測得水溫低于45°C，不再采用太陽能熱水獨立供 暖，而使用二氧化碳熱泵11供暖，此時，所述的集熱系統(tǒng)1、第二控制閥門31和第二循環(huán)泵 30關閉，制冷閥門15、第一供暖閥門16和第一二氧化碳供水閥門23關閉，第一開關閥門 18、第二二氧化碳供水閥門M和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19關閉，二氧化碳 熱泵11開啟，二氧化碳回路水泵20開啟，第一冷暖閥門39、第一二氧化碳回路閥門21、第 二二氧化碳回路閥門22和第二冷暖閥門40開啟。所述的二氧化碳熱泵11供應熱量至集 水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作用，集水器10內(nèi)的工質(zhì)水，經(jīng)過第一二氧化碳回路 閥門21和第一冷暖閥門39，至空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5，供給熱量至室內(nèi)，其后通過第二冷暖閥 門40和第二二氧化碳回路閥門22，回到二氧化碳回路水泵20。供暖模式兼供熱水模式，當感溫控制器32測得水溫處于65°C以上時，采用太陽能 獨立供暖和提供生活熱水，管路開啟情況如下所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一 供水閥門35和混水閥34開啟，提供生活熱水。同時，所述的保溫循環(huán)水箱四內(nèi)的熱水，通 過第一三通閥12導向第一供暖閥門16，第一供暖閥門16和第一冷暖閥門39開啟，第一二 氧化碳供水閥門23和第一二氧化碳回路閥門21關閉，第二冷暖閥門40和第二供暖閥門17 開啟，第二二氧化碳回路閥門22和第二二氧化碳供水閥門M關閉，第二三通閥13與第二 供暖閥門17對應管路相通，第一回路水泵19和第一開關閥門18開啟，這樣保溫循環(huán)水箱 29內(nèi)的熱水依次通過第一三通閥12、第一供暖閥門16和第一冷暖閥門39，到達空調(diào)室內(nèi) 末端系統(tǒng)5，將熱量傳遞至室內(nèi)，再依次通過第二冷暖閥門40、第二供暖閥門17、第二三通 閥13、第一回路水泵19和第一開關閥門18，回到保溫循環(huán)水箱四，完成太陽能熱水獨立供 暖，二氧化碳熱泵11不開啟。供暖模式兼供熱水模式，當感溫控制器32測得水溫處于55°C以上且65°C以下時， 太陽能提供生活熱水，空氣源二氧化碳熱泵11供暖，管路開啟情況如下所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34開啟，提供生活熱水。同時，二氧化碳熱 泵11開啟，此時，制冷閥門15、第一供暖閥門16和第一二氧化碳供水閥門23關閉，第一開 關閥門18、第二二氧化碳供水閥門對和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19關閉，二 氧化碳熱泵11開啟，二氧化碳回路水泵20開啟，第一冷暖閥門39、第一二氧化碳回路閥門 21、第二二氧化碳回路閥門22和第二冷暖閥門40開啟。所述的二氧化碳熱泵11供應熱量 至集水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作用，集水器10內(nèi)的工質(zhì)水，經(jīng)過第一二氧化碳 回路閥門21和第一冷暖閥門39，至空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5，供給熱量至室內(nèi)，其后通過第二冷 暖閥門40和第二二氧化碳回路閥門22，回到二氧化碳回路水泵20。供暖模式兼供熱水模式，當感溫控制器32測得水溫處于55°C以下時，太陽能和空 氣源二氧化碳熱泵11聯(lián)合提供生活熱水，空氣源二氧化碳熱泵11供暖，管路開啟情況如 下所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34開啟，提供生活熱 水。同時，二氧化碳熱泵11開啟，此時，制冷閥門15和第一供暖閥門16關閉，第一開關閥 門18和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19關閉，二氧化碳熱泵11開啟，二氧化碳回 路水泵20開啟，第一二氧化碳供水閥門23、第一冷暖閥門39、第一二氧化碳回路閥門21、第 二二氧化碳回路閥門22、第二冷暖閥門40和第二二氧化碳供水閥門M開啟。所述的二氧 化碳熱泵11供應熱量至集水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作用，集水器10內(nèi)的工質(zhì) 水，分為兩路，一路經(jīng)過第一二氧化碳回路閥門21和第一冷暖閥門39，至空調(diào)室內(nèi)末端系 統(tǒng)5，供給熱量至室內(nèi)，其后通過第二冷暖閥門40和第二二氧化碳回路閥門22，回到二氧化 碳回路水泵20 ；另一路經(jīng)過第一二氧化碳回路閥門21和第一二氧化碳供水閥門23，補充熱 量至保溫循環(huán)水箱四，其后通過第二二氧化碳供水閥門M和第二二氧化碳回路閥門22，回 到二氧化碳回路水泵20。供暖模式兼供熱水模式，夜間或陰天等其他太陽能輻照較差時段內(nèi)，二氧化碳熱 泵11獨立完成供暖兼供熱水，所述的集熱系統(tǒng)1、第二控制閥門31和第二循環(huán)泵30關閉， 此外，管路開啟情況如下所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥 34開啟，提供生活熱水。同時，二氧化碳熱泵11開啟，此時，制冷閥門15和第一供暖閥門 16關閉，第一開關閥門18和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19關閉，二氧化碳熱泵 11開啟，二氧化碳回路水泵20開啟，第一二氧化碳供水閥門23、第一冷暖閥門39、第一二 氧化碳回路閥門21、第二二氧化碳回路閥門22、第二冷暖閥門40和第二二氧化碳供水閥門 24開啟。所述的二氧化碳熱泵11供應熱量至集水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作 用，集水器10內(nèi)的工質(zhì)水，分為兩路，一路經(jīng)過第一二氧化碳回路閥門21和第一冷暖閥門 39，至空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)5，供給熱量至室內(nèi)，其后通過第二冷暖閥門40和第二二氧化碳回 路閥門22，回到二氧化碳回路水泵20 ；另一路經(jīng)過第一二氧化碳回路閥門21和第一二氧化 碳供水閥門23，補充熱量至保溫循環(huán)水箱四，其后通過第二二氧化碳供水閥門對和第二二 氧化碳回路閥門22，回到二氧化碳回路水泵20。熱水模式下，所述的熱水水泵36、第二供水閥門37、第一供水閥門35和混水閥34 開啟，提供生活熱水，空調(diào)系統(tǒng)無制冷或供暖輸出。當感溫控制器32測得水溫處于55°C以 上時，太陽能獨立供給熱水，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)其他設備均不開啟。當感溫控制器32測得水溫處 于55°C以下時，二氧化碳熱泵11開啟，補充熱量至保溫循環(huán)水箱四。管路開啟情況如下 制冷閥門15、第一供暖閥門16和第一冷暖閥門39關閉，第一開關閥門18、第二冷暖閥門40和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19關閉，二氧化碳回路水泵20開啟，第一二氧化碳 供水閥門23、第一二氧化碳回路閥門21、第二二氧化碳回路閥門22和第二二氧化碳供水閥 門M開啟。所述的二氧化碳熱泵11供應熱量至集水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作 用，集水器10內(nèi)的工質(zhì)水，經(jīng)過第一二氧化碳回路閥門21和第一二氧化碳供水閥門23，補 充熱量至保溫循環(huán)水箱四，其后通過第二二氧化碳供水閥門M和第二二氧化碳回路閥門 22，回到二氧化碳回路水泵20。當感溫控制器32測得水溫處于45°C以下時，除了如上所述 開啟二氧化碳熱泵11及對應管路對保溫循環(huán)水箱四補充熱量外，還需開啟電加熱器33對 保溫水箱進行熱量補充。夜間或陰天等其他太陽能輻照差時段內(nèi)，二氧化碳熱泵11獨立完 成供熱水，太陽能系統(tǒng)關閉，防止熱量倒流散失，所述的集熱系統(tǒng)1、第二控制閥門31和第 二循環(huán)泵30關閉，此外，管路開啟情況如下制冷閥門15、第一供暖閥門16和第一冷暖閥 門39關閉，第一開關閥門18、第二冷暖閥門40和第二供暖閥門17關閉，第一回路水泵19 關閉，二氧化碳回路水泵20開啟，第一二氧化碳供水閥門23、第一二氧化碳回路閥門21、第 二二氧化碳回路閥門22和第二二氧化碳供水閥門M開啟。所述的二氧化碳熱泵11供應熱 量至集水器10，通過二氧化碳回路水泵20的作用，集水器10內(nèi)的工質(zhì)水，經(jīng)過第一二氧化 碳回路閥門21和第一二氧化碳供水閥門23，補充熱量至保溫循環(huán)水箱四，其后通過第二二 氧化碳供水閥門M和第二二氧化碳回路閥門22，回到二氧化碳回路水泵20。同時，開啟電 加熱器33對保溫水箱進行熱量補充。 綜上所述，對不同系統(tǒng)運行模式切換進行描述。制冷模式下，當感溫控制器32所 測得溫度高于85°C時，使用太陽能驅(qū)動溴化鋰制冷機供應冷量，當感溫控制器32所測得溫 度低于85°C時，使用二氧化碳熱泵11制冷。供暖模式下，當感溫控制器32所測得溫度高 于45°C時，使用太陽能蓄存熱水直接供暖，當感溫控制器32所測得溫度低于45°C時，使用 二氧化碳熱泵11供暖。制冷兼供熱水模式下，當感溫控制器32所測得溫度低于55°C時，開 啟電加熱器33對保溫水箱內(nèi)的熱水進行輔助加熱、提供生活熱水，二氧化碳熱泵11進行制 冷。供暖兼供熱水模式下，當感溫控制器32所測得溫度高于65°C時，太陽能供暖兼供熱水， 當感溫控制器32所測得溫度高于55°C且低于65°C時，太陽能提供生活熱水，二氧化碳熱泵 11供暖，當感溫控制器32所測得溫度低于55°C時，二氧化碳熱泵11供暖兼供熱水。熱水 模式下，當感溫控制器32所測得溫度高于55°C時，太陽能提供生活熱水，當感溫控制器32 所測得溫度低于時，二氧化碳熱泵11輔助提供生活熱水，當感溫控制器32所測得溫度 低于45°C時，開啟電加熱輔助提供生活熱水。對于夜間或陰天等其他太陽能輻照較差時段 內(nèi)，為防止保溫水箱蓄存熱量通過集熱器輻射散失，集熱系統(tǒng)1可以獨立關閉。
權利要求
1.一種太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，包括集熱系統(tǒng)、蓄熱系 統(tǒng)、生活熱水供應系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)，其中集熱系統(tǒng)依次與蓄熱系 統(tǒng)和生活熱水供應系統(tǒng)串聯(lián)，蓄熱系統(tǒng)依次與熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)串聯(lián)，其 特征在于所述的熱泵空調(diào)系統(tǒng)包括太陽能控制組件、熱泵控制組件和聯(lián)合工作主機，其中聯(lián) 合工作主機由串聯(lián)連接的吸收式制冷機和集水器組成，太陽能控制組件分別與蓄熱系統(tǒng)、 熱泵控制組件、吸收式制冷機和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，熱泵控制組件分別與蓄熱系統(tǒng)、集 水器和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的集水器的輸入端設有二氧化碳熱泵。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的太陽能控制組件包括兩個三通閥、開關組件、制冷閥門和兩個供暖閥門，其中 第一三通閥的蓄熱端與蓄熱系統(tǒng)連接，第一三通閥的制冷端依次與制冷閥門、吸收式制冷 機和第二三通閥的主機端串聯(lián)，第一三通閥的供暖端與第一供暖閥門的一端連接，第一供 暖閥門的另一端與熱泵控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，第二三通閥的蓄熱端與開關組 件的一端連接，開關組件的另一端與蓄熱系統(tǒng)連接，第二三通閥的供暖端與第二供暖閥門 的一端連接，第二供暖閥門的另一端與熱泵控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的熱泵控制組件包括二氧化碳回路水泵、兩個二氧化碳回路閥門和兩個二氧化碳 供水閥門，其中二氧化碳回路水泵的一端與集水器連接，二氧化碳回路水泵的另一端與第 二二氧化碳回路閥門的一端連接，第二二氧化碳回路閥門的另一端與第二二氧化碳供水閥 門、太陽能控制組件和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)連接，第一二氧化碳回路閥門的一端與集水器連 接，第一二氧化碳回路閥門的另一端與第一二氧化碳供水閥門、太陽能控制組件和空調(diào)室 內(nèi)末端系統(tǒng)連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的集熱系統(tǒng)包括太陽能采集循環(huán)裝置和熱交換裝置，其中太陽能采集循環(huán)裝置 與熱交換裝置連接，熱交換裝置與蓄熱系統(tǒng)連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特 征是，所述的蓄熱系統(tǒng)包括帶有熱交換管的保溫循環(huán)水箱、感溫控制器和電加熱器，其中 感溫控制器和電加熱器均與保溫循環(huán)水箱連接，感溫控制器與電加熱器連接，保溫循環(huán)水 箱分別與集熱系統(tǒng)和熱泵空調(diào)系統(tǒng)連接，保溫循環(huán)水箱的熱交換管與生活熱水供應系統(tǒng)連 接。
7.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的生活熱水供應系統(tǒng)包括混水閥、兩個供水閥門和熱水水泵，其中混水閥的控 制端依次與第一供水閥門和熱水水泵串聯(lián)，熱水水泵依次與第二供水閥門、蓄熱系統(tǒng)和混 水閥的水箱端串聯(lián)。
8.根據(jù)權利要求1所述的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，其特征 是，所述的空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)包括冷暖傳遞裝置和兩個冷暖閥門，其中第一冷暖閥門的 一端與熱泵控制組件和太陽能控制組件連接，第一冷暖閥門的另一端依次與冷暖傳遞裝置和第二冷暖閥門的一端串聯(lián)，第二冷暖閥門的另一端與熱泵控制組件和太陽能控制組件連接。
全文摘要
一種太陽能利用與空調(diào)技術領域的太陽能驅(qū)動制冷機與二氧化碳熱泵的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)，包括集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、生活熱水供應系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)，集熱系統(tǒng)依次與蓄熱系統(tǒng)和生活熱水供應系統(tǒng)串聯(lián)，蓄熱系統(tǒng)依次與熱泵空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)串聯(lián)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全年制冷、供暖和生活熱水綜合需求，能夠使系統(tǒng)整體的制冷和供暖能力得到平衡，整機性能較為完善，具有更高的性能指標，工質(zhì)綠色環(huán)保，利用可再生能源，降低了系統(tǒng)整體對一次能源的依賴性。
文檔編號F25B29/00GK102121765SQ20111007262
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權日2011年3月24日
發(fā)明者代彥軍, 周敬雯, 王如竹, 鄧帥 申請人:上海交通大學