復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)及其控制方法，戶式中央空調(diào)包括：并聯(lián)設(shè)置的太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元；所述太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元共用一個(gè)壓縮機(jī)及一個(gè)負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器且皆受控于自動(dòng)控制單元。本發(fā)明的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，采用太陽(yáng)能熱源、空氣冷熱源、地埋管地源冷熱源以及電力熱源互補(bǔ)和蓄能，實(shí)現(xiàn)了多元化資源的互相補(bǔ)償及綜合利用，制冷時(shí)蓄存熱量、制熱時(shí)蓄存冷量，最大化地節(jié)省了電能等消耗型能源的使用，實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，保障了戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及戶式中央空調(diào)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用對(duì)象是別墅或別墅式獨(dú)立建筑的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城鄉(xiāng)現(xiàn)代化建設(shè)和新農(nóng)村改造，別墅或別墅式獨(dú)立建筑增多，人們對(duì)舒適度的要求不斷提高，空調(diào)成為解決室內(nèi)制冷和供暖的主要設(shè)施。熱泵式中央空調(diào)是唯一符合節(jié)能、環(huán)保、清潔及可再生、可再利用能源應(yīng)用的空調(diào)裝置。根據(jù)美國(guó)ARI標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4329-97，建筑物在不同時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷不同，只有很少的時(shí)間系統(tǒng)能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。通常10%的時(shí)間，負(fù)荷在90%以上；30%的時(shí)間，負(fù)荷在60%以上；60%的時(shí)間，負(fù)荷在40%，平均使用系數(shù)約為0.51，但是熱泵系統(tǒng)的配置是按照滿足極端最熱時(shí)制冷的需要、或極端最冷時(shí)制熱的需要的負(fù)荷而設(shè)計(jì)，設(shè)備閑置狀況必然造成投資的浪費(fèi)和設(shè)備運(yùn)行驅(qū)動(dòng)能源的浪費(fèi)。同時(shí)現(xiàn)在的別墅用戶式中央空調(diào)采用的是單一能源，這種單一能源形式受到外界條件的影響，像太陽(yáng)能受連續(xù)陰雨天氣或者夜晚無(wú)光照條件的影響，空氣源受夏季高溫衰減冬季低溫高濕環(huán)境的影響，這些極端惡劣天氣下影響了中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致停機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是:提供一種復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，采用太陽(yáng)能熱源、空氣冷熱源、地埋管地源冷熱源以及電力熱源互補(bǔ)和蓄能，實(shí)現(xiàn)多元化資源的互相補(bǔ)償及綜合利用，在制冷時(shí)蓄存熱量、制熱時(shí)蓄存冷量，最大化地節(jié)省消耗型能源的使用，以實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用，確保戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0004]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是:提供一種復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)的控制方法。
[0005]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，包括:并聯(lián)設(shè)置的太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元；所述太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元共用一個(gè)壓縮機(jī)及一個(gè)負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器且皆受控于自動(dòng)控制單元。
[0006]優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能熱泵單元包括太陽(yáng)能蒸發(fā)器，所述太陽(yáng)能蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能熱泵單元還包括與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的熱水冷凝器，用于滿足用戶隨時(shí)對(duì)熱水的需要；以及與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的地下蓄熱水池，用于儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱。
[0008]優(yōu)選地，所述空氣源熱泵單元包括空氣源蒸發(fā)冷凝器，所述空氣源蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述空氣源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。[0009]優(yōu)選地，所述地源熱泵單元包括垂直設(shè)置于地下的地埋管，所述地埋管與循環(huán)泵串接形成地下水循環(huán)管路；以及與所述地下水循環(huán)管路串接的地埋管端蒸發(fā)冷凝器，所述地埋管端蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述地源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述地埋管為單U型地埋管或雙U型地埋管，所述地埋管的直徑為25?40 mm，埋設(shè)于直徑為110?150 mm的井內(nèi)，埋設(shè)深度60?80米。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述電加熱熱泵單元包括電熱蒸發(fā)器，所述電熱蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述電加熱熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0012]優(yōu)選地，所述自動(dòng)控制單元包括PLC單片機(jī)。
[0013]為解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)的控制方法，包括以下步驟:
[0014](I)在制冷工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵單元；當(dāng)?shù)卦礋岜脝卧?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫度達(dá)到設(shè)定保護(hù)時(shí)，切換運(yùn)行空氣源熱泵單元；
[0015](2)在制熱工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元；夜間或連陰天太陽(yáng)能光照條件不好不能滿足使用要求時(shí)，切換運(yùn)行空氣源熱泵單元；當(dāng)氣溫低于零下17°C或空氣濕度臨界結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，切換運(yùn)行地源熱泵單元；若無(wú)法運(yùn)行地源熱泵單元，則切換運(yùn)行電加熱熱泵單元。
[0016]優(yōu)選地，所述太陽(yáng)能熱泵單元包括太陽(yáng)能蒸發(fā)器，所述太陽(yáng)能蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路；所述太陽(yáng)能熱泵單元還包括與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的熱水冷凝器，用于滿足用戶隨時(shí)對(duì)熱水的需要；以及與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的地下蓄熱水池，用于儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱；采用太陽(yáng)能熱泵單元制熱工況下，由所述自動(dòng)控制單元控制，可選擇地使所述熱水冷凝器接通或使所述熱水冷凝器與所述地下蓄熱水池皆接通。
[0017]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，包括:并聯(lián)設(shè)置的太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元；其中，太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元共用一個(gè)壓縮機(jī)及一個(gè)負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器且皆受控于自動(dòng)控制單元。
[0018]夏季需要制冷時(shí)，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵單元，既滿足了用戶制冷的需要，還不斷地將別墅或別墅式末端獨(dú)立建筑內(nèi)的熱量輸送至地下蓄存以對(duì)地源補(bǔ)熱，提前為冬季制熱做熱量?jī)?chǔ)備，緩解了冬夏不平衡的現(xiàn)象；當(dāng)?shù)卦礋岜脝卧?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫度達(dá)到設(shè)定保護(hù)不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，通過運(yùn)行空氣源熱泵單元滿足用戶制冷需要。
[0019]冬季需要制熱時(shí)，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元，以便充分利用取之不盡用之不竭的清潔太陽(yáng)能資源；當(dāng)夜間或連陰天太陽(yáng)能光照條件不好不能滿足使用要求時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，通過運(yùn)行空氣源熱泵單元滿足用戶制熱需要；當(dāng)寒冷冬季氣溫低于零下17°C或空氣濕度臨界結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，難以運(yùn)行空氣源熱泵單元，系統(tǒng)自動(dòng)切換至地源熱泵單元，通過運(yùn)行地源熱泵單元既滿足了用戶冬季制熱需要，還不斷地將用戶別墅或別墅式末端獨(dú)立建筑內(nèi)的冷量輸送至地下蓄存以對(duì)地源補(bǔ)冷，在制熱時(shí)蓄存冷量，提前為夏季制冷做冷量?jī)?chǔ)備，緩解了冬夏不平衡的現(xiàn)象；若戶外無(wú)地埋管工程不能運(yùn)行地源熱泵單元，則切換至電加熱熱泵單元，通過運(yùn)行電加熱熱泵單元滿足用戶制熱需要。
[0020]本發(fā)明的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，采用太陽(yáng)能熱源、空氣冷熱源、地埋管地源冷熱源以及電力熱源互補(bǔ)和蓄能，實(shí)現(xiàn)了多元化資源的互相補(bǔ)償及綜合利用，在制冷時(shí)蓄存熱量、制熱時(shí)蓄存冷量，最大化地節(jié)省了電能等消耗型能源的使用，實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，保障了戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0021]其中，太陽(yáng)能蒸發(fā)器常年處于集熱狀態(tài)，與負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的熱水冷凝器可以滿足用戶一年四季隨時(shí)對(duì)熱水的需要，而與負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的地下蓄熱水池則可以用來(lái)儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱，使太陽(yáng)能資源得到最大限度利用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)布局示意圖；
[0024]圖2是圖1中的地源熱泵單元制冷工況示意圖；
[0025]圖3是圖1中的空氣源熱泵單元制冷工況示意圖；
[0026]圖4是圖1中的太陽(yáng)能熱泵單元制熱工況示意圖；
[0027]圖5是圖1中的空氣源熱泵單元制熱工況示意圖；
[0028]圖6是圖1中的地源熱泵單元制熱工況示意圖；
[0029]圖7是圖1中的電加熱熱泵單元制熱工況示意圖；
[0030]圖8是圖1的原理框圖；
[0031]圖中:1_太陽(yáng)能蒸發(fā)器；2_空氣源蒸發(fā)冷凝器；3_地埋管端蒸發(fā)冷凝器；4_電熱蒸發(fā)器；5_壓縮機(jī)；6_地埋管；7_氣液分離器；8_負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器；9_膨脹閥；10_儲(chǔ)液罐。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]圖1為本發(fā)明提供的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的布局示意圖，圖8是圖1的原理框圖，為了便于說(shuō)明，本圖僅提供與本發(fā)明有關(guān)的組成部分。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)包括:并聯(lián)設(shè)置的太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元；且太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元共用一個(gè)壓縮機(jī)5及一個(gè)負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8且皆受控于自動(dòng)控制單元。
[0035]其中，太陽(yáng)能熱泵單元包括太陽(yáng)能蒸發(fā)器1，本實(shí)施例中，太陽(yáng)能蒸發(fā)器I采用平板直膨式太陽(yáng)能集熱器，由太陽(yáng)能蒸發(fā)器1、壓縮機(jī)5、負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8及其熱泵領(lǐng)域常規(guī)設(shè)置的氣液分離器7、膨脹閥9和儲(chǔ)液罐10等元件經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0036]該太陽(yáng)能熱泵單元還進(jìn)一步包括與負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8并聯(lián)設(shè)置的熱水冷凝器(圖中未具體示出)，用于滿足用戶一年四季隨時(shí)對(duì)生活熱水的需要。有條件的用戶，還可以建地下蓄熱水池(圖中未具體示出)，該地下蓄熱水池與負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8并聯(lián)設(shè)置，用于儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱。
[0037]其中，空氣源熱泵單元包括空氣源蒸發(fā)冷凝器2，空氣源蒸發(fā)冷凝器2配有多臺(tái)風(fēng)機(jī)，由空氣源蒸發(fā)冷凝器2、壓縮機(jī)5、負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8及氣液分離器7、膨脹閥9和儲(chǔ)液罐10等元件經(jīng)冷媒管路串接形成所述空氣源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0038]其中，地源熱泵單元包括垂直設(shè)置于地下的地埋管6，地埋管6與循環(huán)泵(圖中未具體示出)串接形成地下水的循環(huán)管路；以及與該地下水循環(huán)管路串接的地埋管端蒸發(fā)冷凝器3，由地埋管端蒸發(fā)冷凝器3、壓縮機(jī)5、負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8及氣液分離器7、膨脹閥9和儲(chǔ)液罐10等元件經(jīng)冷媒管路串接形成所述地源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0039]地埋管6可以采用單U型地埋管或雙U型地埋管，地埋管6的直徑為25?40 mm,埋設(shè)于直徑為110?150 IM的井內(nèi)。埋設(shè)深度60?80米最為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，這一層間的巖土層蘊(yùn)含巨大的太陽(yáng)熱能，地球絕大多數(shù)地區(qū)這一層間的溫度是13?16°C。在地埋管6的管道中由循環(huán)泵運(yùn)行水或水-防凍劑混合液、水-載熱劑混合液形成地下水的循環(huán)管路。
[0040]其中，電加熱熱泵單元包括電熱蒸發(fā)器4，由電熱蒸發(fā)器4、壓縮機(jī)5、負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8及氣液分離器7、膨脹閥9和儲(chǔ)液罐10等元件經(jīng)冷媒管路串接形成所述電加熱熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
[0041]其中，自動(dòng)控制單元主要包括PLC單片機(jī)，整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)還配套有數(shù)字式溫度壓力監(jiān)測(cè)控制器、介質(zhì)多源流道切換閥、壓縮機(jī)回氣排氣溫度保護(hù)控制、風(fēng)機(jī)自動(dòng)化霜控制器等，各種能源之間的轉(zhuǎn)換完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。自動(dòng)控制單元的這些功能是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)現(xiàn)有電路控制原理容易實(shí)現(xiàn)的，在此不再詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]本發(fā)明的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)的控制方法如下:
[0043](I)在制冷工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵單元，既滿足了用戶對(duì)制冷的需要，還不斷地將別墅或別墅式末端獨(dú)立建筑內(nèi)的熱量輸送至地下蓄存以對(duì)地源補(bǔ)熱，提前為冬季制熱做熱量?jī)?chǔ)備，緩解了冬夏不平衡的現(xiàn)象；當(dāng)?shù)卦礋岜脝卧?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫度達(dá)到設(shè)定保護(hù)時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，通過運(yùn)行空氣源熱泵單元滿足用戶制冷需要。
[0044](2)在制熱工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元，以便充分利用取之不盡用之不竭的清潔太陽(yáng)能資源；當(dāng)夜間或連陰天太陽(yáng)能光照條件不好不能滿足使用要求時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，通過運(yùn)行空氣源熱泵單元滿足用戶制熱需要；當(dāng)氣溫低于零下17°C或空氣濕度臨界結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，難以運(yùn)行空氣源熱泵單元，則自動(dòng)切換至地源熱泵單元，通過運(yùn)行地源熱泵單元既滿足了用戶冬季制熱需要，還不斷地將用戶別墅或別墅式末端獨(dú)立建筑內(nèi)的冷量輸送至地下蓄存以對(duì)地源補(bǔ)冷，在制熱時(shí)蓄存冷量，提前為夏季制冷做冷量?jī)?chǔ)備，緩解了冬夏不平衡的現(xiàn)象；若戶外無(wú)地埋管工程不能運(yùn)行地源熱泵單元時(shí)，則自動(dòng)切換至電加熱熱泵單元，通過運(yùn)行電加熱熱泵單元滿足用戶制熱需要。
[0045]以下對(duì)該發(fā)明的技術(shù)原理從制冷和制熱兩種工況進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0046]—、制冷工況:空氣源熱泵單元與地源熱泵單元為并聯(lián)設(shè)置，夏季制冷時(shí)優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵單元，通過地埋管6從土壤中吸取冷量來(lái)制取負(fù)荷側(cè)即負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8所需冷水，夏季以此工況為主，主要是為了往地下補(bǔ)熱，為冬季制熱提前做熱量?jī)?chǔ)備，以緩解冬夏不平衡的現(xiàn)象。[0047](I)、如圖2所示，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，低溫低壓的制冷劑氣體經(jīng)過壓縮機(jī)5壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑過熱氣體，控制閥DF1-1、控制閥DF5-2開啟，過熱氣體進(jìn)入地埋管端蒸發(fā)冷凝器3，與冷卻水進(jìn)行換熱，此時(shí)制冷劑由高溫高壓的氣體變成低溫高壓過冷液體，控制閥DF5-1、控制閥DF7-1開啟，經(jīng)膨脹閥9降壓后進(jìn)入負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8，制冷劑液體在負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)進(jìn)行換熱，吸熱蒸發(fā)，控制閥DF1-2開啟，低溫低壓的過熱蒸氣經(jīng)氣液分離器7之后進(jìn)入壓縮機(jī)5，制冷劑按圖2中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，如此周而復(fù)始，從而達(dá)到對(duì)室內(nèi)制冷的目的。
[0048]由循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)在地埋管6中循環(huán)運(yùn)行的冷卻水為水或水-防凍劑混合液、水-載熱劑混合液，與制冷劑熱交換后的冷卻水在循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)下，不斷將室內(nèi)的熱量送入地下?lián)Q得冷量，以便持續(xù)對(duì)室內(nèi)制冷。
[0049](2)、如圖3所示，當(dāng)?shù)卦礋岜脝卧?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫度達(dá)到設(shè)定保護(hù)時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，通過運(yùn)行空氣源熱泵單元滿足用戶制冷需要。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，控制閥DF1-1、控制閥DF4-2開啟，高溫高壓的制冷劑過熱氣體進(jìn)入空氣源蒸發(fā)冷凝器2，借助于風(fēng)機(jī)向空氣中釋放熱量，制冷劑變成低溫高壓過冷液體，控制閥DF4-1、控制閥DF7-1、控制閥DF1-2開啟，經(jīng)膨脹閥9降壓后進(jìn)入負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8，蒸發(fā)吸熱后進(jìn)入壓縮機(jī)5，負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8將冷量釋放到末端建筑內(nèi)，制冷劑按圖3中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，如此周而復(fù)始，從而達(dá)到制冷的目的，滿足用戶制冷需要。
[0050]二、制熱工況:在制熱工況下，太陽(yáng)能蒸發(fā)器1、空氣源蒸發(fā)冷凝器2、地埋管端蒸發(fā)冷凝器3、電熱蒸發(fā)器4是并聯(lián)關(guān)系，通過自動(dòng)控制單元進(jìn)行調(diào)節(jié)。在制熱工況下，優(yōu)先運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元。
[0051](I)、如圖4所示，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，控制閥DF3-2、控制閥DF2-2開啟，壓縮機(jī)5不斷地從太陽(yáng)能蒸發(fā)器I中抽出低溫低壓制冷劑蒸氣，經(jīng)過壓縮機(jī)5壓縮后轉(zhuǎn)變成高溫高壓蒸氣?？刂破鱀F2-1開啟，高溫高壓制冷劑蒸氣進(jìn)入負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8，放出大量熱量被負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)的水吸收釋放到末端建筑內(nèi)，從而達(dá)到制熱的目的?？刂崎yDF7-1、控制閥DF3-1開啟，被負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8冷凝后得到的高壓液體制冷劑經(jīng)膨脹閥9節(jié)流、降壓，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐评鋭┮后w，低壓制冷劑在太陽(yáng)能蒸發(fā)器I內(nèi)蒸發(fā)，從太陽(yáng)能熱水中吸收大量熱量，降低了太陽(yáng)能熱水的溫度。制冷劑按圖4中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，從而形成一個(gè)太陽(yáng)能熱泵單元的制熱循環(huán)。如此周而復(fù)始，從而達(dá)到制熱的目的，滿足用戶制熱需要。
[0052]其中，太陽(yáng)能蒸發(fā)器I作為集熱器常年處于集熱狀態(tài)，通過與負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器8并聯(lián)設(shè)置的熱水冷凝器，可以滿足用戶一年四季對(duì)衛(wèi)生熱水的需要。在過渡季節(jié)當(dāng)太陽(yáng)能光熱余富時(shí)，控制閥DF3-1、控制閥DF3-2開啟，太陽(yáng)能集熱器和地埋管側(cè)形成一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)，利用地埋管側(cè)的循環(huán)泵將太陽(yáng)能光熱的余熱經(jīng)地埋管端蒸發(fā)冷凝器3循環(huán)轉(zhuǎn)入巖土層蓄熱，為冬季制熱作熱量?jī)?chǔ)備，防止冬夏不平衡的現(xiàn)象。建有地下蓄熱水池的用戶，還可以通過地下蓄熱水池來(lái)蓄存太陽(yáng)能光熱的余熱。
[0053]太陽(yáng)能集熱采用低溫型有機(jī)工質(zhì)作為制冷劑自循環(huán)熱交換，由于太陽(yáng)能光熱與吸熱介質(zhì)即制冷劑的溫差比太陽(yáng)能光熱與水的溫差大一倍以上，制冷劑可以最大化地吸收太陽(yáng)能光熱，當(dāng)集熱滿足供熱需要時(shí)熱泵進(jìn)行熱交換并提升溫度。太陽(yáng)能集熱面積的配置僅相當(dāng)于常規(guī)的與用水換熱的20?40%，而太陽(yáng)能光熱使用的造價(jià)相比常規(guī)方式降低50?70%。
[0054](2)、夜間或連陰天太陽(yáng)能光照條件不好不能通過運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元來(lái)滿足用戶制熱要求時(shí)，則自動(dòng)切換至空氣源熱泵單元，如圖5所示，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，控制閥DF2-1、控制閥DF7-1、控制閥DF4-1、控制閥DF4-2、控制閥DF2-2開啟，其他控制閥關(guān)閉，制冷劑按圖5中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，從而形成一個(gè)空氣源熱泵單元的制熱循環(huán)。如此周而復(fù)始，從而達(dá)到制熱的目的，滿足用戶制熱需要?？諝庠礋岜脝卧墓ぷ髁鞒膛c太陽(yáng)能熱泵單元相似，在此不再贅述。
[0055]空氣源制冷是成熟的技術(shù)?？諝庠粗茻釀t受到低溫氣候取熱效率低、熱泵低溫取熱的設(shè)備造價(jià)高、空氣濕度大出現(xiàn)頻繁結(jié)霜化霜造成的效率與效果差等系列問題。本發(fā)明引入太陽(yáng)能、地埋管和電熱與空氣源取熱互補(bǔ)，可有效的避開階段性極低溫氣候的影響。本發(fā)明中空氣源設(shè)備配置僅相當(dāng)于常規(guī)的單純空氣源熱泵配置的50~75%。
[0056](3)、當(dāng)室外氣溫低于零下17°C或者空氣濕度臨界結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，空氣源熱泵單元出現(xiàn)明顯衰減，無(wú)法滿足負(fù)荷端制熱需求，則自動(dòng)切換至地源熱泵單元，由地埋管內(nèi)循環(huán)運(yùn)行的水自地下土壤取熱而供熱。如圖6所示，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，控制閥DF2-1、控制閥DF7-1、控制閥DF5-1、控制閥DF5-2、控制閥DF2-2開啟，其他控制閥關(guān)閉，制冷劑按圖6中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，從而形成一個(gè)地源熱泵單元的制熱循環(huán)。如此周而復(fù)始，從而達(dá)到制熱的目的，滿足用戶制熱需要。地源熱泵單元的工作流程與太陽(yáng)能熱泵單元相似，在此不再贅述。
[0057](4)、對(duì)于戶外無(wú)地埋管工程因而不具備運(yùn)行地源熱泵單元條件的用戶，則自動(dòng)切換至電加熱熱泵單元。如圖7所示，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，控制閥DF2-1、控制閥DF7-1、控制閥DF6-1、控制閥DF6-2、控制閥DF2-2開啟，其他控制閥關(guān)閉，制冷劑在電熱蒸發(fā)器4內(nèi)被加熱，蒸發(fā)吸熱，并按圖7中箭頭所示流動(dòng)形成冷媒閉環(huán)回路，從而形成一個(gè)電加熱熱泵單元的制熱循環(huán)。如此周而復(fù)始，從而達(dá)到制熱的目的，滿足用戶制熱需要。
[0058]綜上所述，本發(fā)明的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，采用太陽(yáng)能熱源、空氣冷熱源、地埋管地源冷熱源以及電力熱源互補(bǔ)和蓄能，實(shí)現(xiàn)了多元化資源的互相補(bǔ)償及綜合利用，與季節(jié)的變化達(dá)到最佳匹配，在制冷時(shí)蓄存熱量、制熱時(shí)蓄存冷量，最大化地節(jié)省了電能等消耗型能源的使用，實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，達(dá)到了夏季制冷、冬季采暖和四季熱水供應(yīng)目標(biāo)，保障了戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足了別墅或別墅式獨(dú)立建筑用戶的制冷/制熱需求，達(dá)到了優(yōu)化投資結(jié)構(gòu)和提高設(shè)備利用率的實(shí)效。
[0059]以上所述僅是本發(fā)明較佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分，如熱泵的原理等均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本發(fā)明的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于，包括:并聯(lián)設(shè)置的太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元；所述太陽(yáng)能熱泵單元、空氣源熱泵單元、地源熱泵單元和電加熱熱泵單元共用一個(gè)壓縮機(jī)及一個(gè)負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器且皆受控于自動(dòng)控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述太陽(yáng)能熱泵單元包括太陽(yáng)能蒸發(fā)器，所述太陽(yáng)能蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述太陽(yáng)能熱泵單元還包括與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的熱水冷凝器，用于滿足用戶隨時(shí)對(duì)熱水的需要；以及與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的地下蓄熱水池，用于儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述空氣源熱泵單元包括空氣源蒸發(fā)冷凝器，所述空氣源蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述空氣源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述地源熱泵單元包括垂直設(shè)置于地下的地埋管，所述地埋管與循環(huán)泵串接形成地下水循環(huán)管路；以及與所述地下水循環(huán)管路串接的地埋管端蒸發(fā)冷凝器，所述地埋管端蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述地源熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述地埋管為單U型地埋管或雙U型地埋管，所述地埋管的直徑為25~40 mm,埋設(shè)于直徑為110~150 mm的井內(nèi)，埋設(shè)深度60~80米。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述電加熱熱泵單元包括電熱蒸發(fā)器，所述電熱蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述電加熱熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)，其特征在于:所述自動(dòng)控制單元包括PLC單片機(jī)。
9.權(quán)利要求1所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在制冷工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行地源熱泵單元；當(dāng)?shù)卦礋岜脝卧?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫度達(dá)到設(shè)定保護(hù)時(shí)，切換運(yùn)行空氣源熱泵單元； (2)在制熱工況下，由自動(dòng)控制單元控制，優(yōu)先運(yùn)行太陽(yáng)能熱泵單元；夜間或連陰天太陽(yáng)能光照條件不好不能滿足使用要求時(shí)，切換運(yùn)行空氣源熱泵單元；當(dāng)氣溫低于零下17°C或空氣濕度臨界結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，切換運(yùn)行地源熱泵單元；若無(wú)法運(yùn)行地源熱泵單元，則切換運(yùn)行電加熱熱泵單元。
10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合能源熱泵式節(jié)能型戶式中央空調(diào)的控制方法，其特征在于，所述太陽(yáng)能熱泵單元包括太陽(yáng)能蒸發(fā)器，所述太陽(yáng)能蒸發(fā)器、所述壓縮機(jī)及所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能熱泵單元的冷媒閉環(huán)回路； 所述太陽(yáng)能熱泵單元還包括與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的熱水冷凝器，用于滿足用戶隨時(shí)對(duì)熱水的需要；以及與所述負(fù)荷端冷凝蒸發(fā)器并聯(lián)的地下蓄熱水池，用于儲(chǔ)存富余的太陽(yáng)能光熱；采用太陽(yáng)能熱泵單元制熱工況下，由所述自動(dòng)控制單元控制，可選擇地使所述熱水冷凝器接通或使所述熱水冷凝器與所`述地下蓄熱水池皆接通。
【文檔編號(hào)】F25B49/02GK103528295SQ201310538329
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】于奎明, 冷同桂 申請(qǐng)人:山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司