太陽能耦合空氣源熱泵一體化空調(diào)系統(tǒng)及其供暖制冷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能蒸發(fā)集熱器、太陽能反射遮陽簾、空氣源熱栗室外機、空氣源熱栗地板輻射供暖系統(tǒng)以及空氣源熱栗制冷系統(tǒng)，具體是一種太陽能與空氣源熱栗集于一體的空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人民生活水平的提高，用戶對空調(diào)系統(tǒng)的需求不再局限于簡單的夏季能制冷，冬季能供暖?，F(xiàn)代用戶需要的智能化空調(diào)系統(tǒng)需要具備初投資低、運行費用省、高效節(jié)能、減排環(huán)保等性能優(yōu)點，并且要求更高的系統(tǒng)功能保障性，尤其要求系統(tǒng)在冬季供暖和夏季制冷時，能在更低的運行費用條件下，維持用戶個性化設(shè)定的室內(nèi)溫度，故需求新型空調(diào)系統(tǒng)。
[0003]空氣源熱栗室外機與毛細銅管網(wǎng)結(jié)合輻射供暖，及與空氣源熱栗室內(nèi)機結(jié)合對流制冷的空調(diào)系統(tǒng)是一種布置靈活、操作簡便、節(jié)能環(huán)保的新型空調(diào)方式。輻射供暖工質(zhì)有水和制冷劑兩種，相對于傳統(tǒng)的水工質(zhì)，采用新型制冷劑工質(zhì)具有比水更大的比熱容和更小的熱惰性，換熱效率更高，制熱速度更快，供暖效果更好。輻射供暖末端有銅鋁散熱器、耐熱聚乙烯管網(wǎng)、交聯(lián)聚乙烯管網(wǎng)、毛細銅管網(wǎng)等，相對于傳統(tǒng)供暖末端，采用毛細銅管網(wǎng)能在保證低初投資的同時，大幅增加輻射換熱系數(shù)與換熱比表面積，耗能更少、熱惰性更小，可快速加熱升溫，室溫分布更均勻，供暖效果更好，使用舒適感更佳。如董旭，楊鳳娟.頂板輻射空調(diào)系統(tǒng)性價比分析[J].建筑節(jié)能，2012，40(11): 19-22?？諝庠礋崂蹩照{(diào)系統(tǒng)現(xiàn)行初投資為200?350元/m2相對較高，但15?20元/m 2.采暖期的供暖運行費用是集中供熱的50?67%，經(jīng)濟效益好；空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)制冷期間24W/m2的平均用電負荷處于制冷運行費用較低水平。
[0004]太陽能是一種清潔可再生的無限量能源，除去被大氣層直接反射回外太空的部分能量，直射到地球表面的太陽能功率為1.2X 105TW。相對于2012年全球總共433EJ的一次能源消耗量，折合消耗功率為13.75TW，太陽能的年供應(yīng)量是全球能源年需求量的8700倍，折合為地球每小時接收的太陽能即可滿足人類一年的能源需求。中國的太陽能熱利用量為101GW，占全球太陽能熱利用總量172.4GW的59%，位居世界第一。如Z.Wang, et al.Solarwater heating: From theory, applicat1n, marketing and research[J].Renewableand Sustainable Energy Reviews, 2015, (41): 68-84。全球建筑能耗占全球總能耗的40%，而空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗的40%。中國作為年耗能總量世界第二的耗能大國，如何充分利用免費的太陽能節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)運行費用，提高空調(diào)系統(tǒng)能效，一直是需要進一步解決的技術(shù)經(jīng)濟問題。
[0005]太陽輻射能主要分布在波長λ為0.25?3 μπι光譜區(qū)內(nèi)，即主要分布在可見光和近紅外區(qū)，而物體受熱發(fā)生黑體輻射的能量主要分布在波長λ為2?ΙΟΟμπι光譜區(qū)內(nèi)，SP主要分布在遠紅外區(qū)。為了能夠充分利用太陽能，研發(fā)出的太陽能選擇性吸收涂層材料必須滿足以下兩個條件，即太陽光譜內(nèi)的吸光程度高，有盡可能高的吸收率α ;輻射波長范圍內(nèi)有盡可能低的輻射能損失，有盡可能低的法向發(fā)射率ε，即需要具有較高的α/ε特性。太陽能反射涂層材料則主要反射可見光和近紅外光區(qū)域的太陽輻射能，需要具備較高的折光指數(shù)和太陽能反射率特性。
[0006]現(xiàn)有成熟的太陽能與空氣源熱栗聯(lián)合供暖技術(shù)有太陽能熱水器輔助空氣源熱栗水地暖系統(tǒng)、太陽能相變蓄熱輔助空氣源熱栗水地暖系統(tǒng)、太陽能蓄熱增強空氣源熱栗除霜系統(tǒng)等。如吳娟，龍新峰.太陽能熱化學(xué)儲能研究進展[J].化工進展，2014，33(12):3238-3245。這些真空管或平板太陽能集熱系統(tǒng)都屬于空氣源熱栗機組外接太陽能輔助系統(tǒng)，雖能有效利用太陽能加強供暖，但是太陽能集熱系統(tǒng)主體單價為110?180元/管，再與空氣源熱栗組成兩套設(shè)備的系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模過于龐大，消耗初投資過大。系統(tǒng)或需額外占用大量的本就不充裕的用戶建筑空間，如現(xiàn)在越來越普遍的高層用戶戶均建筑空間極為狹小；或需增大空氣源熱栗室外機尺寸，不利于設(shè)備靈活布置。配套設(shè)備之間外露管路連接冗長復(fù)雜、泄漏率高，且配套設(shè)備銜接工作操作不便，控制易不穩(wěn)定。
[0007]目前成熟的太陽能與熱栗聯(lián)合制冷技術(shù)多見于Mff級大型太陽能集熱吸收式制冷系統(tǒng)，如趙明海，洪仁龍，等.溴化鋰吸收式制冷機在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用與前景[J].流體機械，2014，42(6): 40，84-86。截至2012年底，全球總共建成1000多項太陽能制冷空調(diào)工程，主要分布在歐洲，大多作為技術(shù)示范項目，距離技術(shù)普及應(yīng)用尚有差距。如李兆堅，楊曉靜，等.太陽能制冷空調(diào)技術(shù)工程應(yīng)用的一些問題分析[J].暖通空調(diào)，2015，45 (6): 1-5。在夏季，空氣源熱栗制冷能力隨室外氣溫的升高而降低，空氣源熱栗消耗功率隨室外氣溫的升高而增加?？諝庠礋崂跽Ｖ评涞墓r溫度上限為40?45°C，當(dāng)室外氣溫增至40°C時，空氣源熱栗制冷量下降5?7%。故應(yīng)從降低夏季空氣源熱栗室外機工作溫度的角度，利用太陽能技術(shù)結(jié)合空氣源熱栗，提高制冷能效。但目前還沒有將太陽能應(yīng)用于更加大眾化的小型戶用分體式空氣源熱栗制冷系統(tǒng)的成熟技術(shù)，亟需填補這一空白。
[0008]太陽能耦合空氣源熱栗地板輻射供暖系統(tǒng)，及太陽能耦合分體式空氣源熱栗制冷系統(tǒng)，是居家生活和公共場所中設(shè)置合理、使用舒適，經(jīng)濟性、節(jié)能性、環(huán)保性倶佳的耦合空調(diào)系統(tǒng)。前者供暖系統(tǒng)將太陽能集熱裝置耦合于原有空氣源熱栗室外機蒸發(fā)器，并改造了更利于吸收太陽能的空氣源熱栗室外機外形結(jié)構(gòu)，避免了系統(tǒng)規(guī)模過于龐大，系統(tǒng)初投資過大，過多占用珍貴稀少的建筑布置空間，額外增大空氣源熱栗室外機尺寸及控制不便等現(xiàn)有技術(shù)存在的問題；而且新型太陽能蒸發(fā)器因吸收太陽輻射熱，使其表面溫度升高，在冬季更不易結(jié)霜，大大緩解了空氣源熱栗除霜難題，方便直接利用免費的太陽能提高系統(tǒng)供暖能效和經(jīng)濟效益。后者制冷系統(tǒng)填補了太陽能應(yīng)用于分體式空氣源熱栗制冷系統(tǒng)的技術(shù)空白，可以通過空氣源熱栗室外機遮擋并反射太陽能，降低其內(nèi)部夏季制冷循環(huán)工作溫度，進而提高系統(tǒng)制冷能效和經(jīng)濟效益。因此，迫切需要研發(fā)一種將上述供暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)合二為一，即太陽能耦合空氣源熱栗集于一體的空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)二者耦合互補以滿足人類日益增長的生活質(zhì)量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是如何將太陽能與空氣源熱栗空調(diào)系統(tǒng)進行熱場耦合，并通過控制耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)二者功能優(yōu)勢互補，并在維持直觀個性化設(shè)定室溫的基礎(chǔ)上，進一步降低系統(tǒng)初投資和運行費用，節(jié)能減排，并進一步減小系統(tǒng)規(guī)模，提高系統(tǒng)功能保障性和使用舒適性，進而提供太陽能耦合空氣源熱栗一體化空調(diào)系統(tǒng)及其供暖制冷方法。
[0010]解決上述問題和實現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案如下。
[0011]一種太陽能耦合空氣源熱栗一體化空調(diào)系統(tǒng)，包括太陽能空氣源熱栗室外機、太陽能蒸發(fā)集熱器、太陽能反射遮陽簾、空氣源熱栗室內(nèi)機、空氣源熱栗毛細銅管網(wǎng)輻射供暖層及控制系統(tǒng)；其特征在于:所述太陽能空氣源熱栗室外機是由I型室外機和II型室外機構(gòu)成，所述I型室外機和II型室外機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由太陽能蒸發(fā)集熱區(qū)和動力控制區(qū)兩部分構(gòu)成；其中，所述I型室外機的太陽能蒸發(fā)集熱區(qū)的外殼材質(zhì)是8_厚的平面低鐵鋼化玻璃板；動力控制區(qū)的外殼材質(zhì)是外表面涂有納米水性太陽能反射涂層的Q235A鋼板；并將混流送風(fēng)機設(shè)置于太陽能空氣源熱栗室外機的底部；將排風(fēng)格柵設(shè)置于太陽能蒸發(fā)集熱區(qū)的側(cè)面和背面上部1/3處；所述II型室外機的太陽能蒸發(fā)集熱區(qū)的外殼材質(zhì)是8_厚的平面低鐵鋼化玻璃板；動力控制區(qū)的外殼材質(zhì)是外表面涂有納米水性太陽能反射涂層的Q235A鋼板。
[0012]所述太陽能蒸發(fā)集熱器是在銅管翅片蒸發(fā)器外表面，通過電化學(xué)方法電解著色一層鋁陽極氧化太陽能選擇性吸收涂層，并將太陽能蒸發(fā)集熱器貼合在太陽能空氣源熱栗室外機的鋼化玻璃外殼的內(nèi)表面。
[0013]所述太陽能反射遮陽簾是外表面涂有納米水性太陽能反射涂層的可卷曲鋁合金遮陽百葉簾，其展開形狀完全貼合太陽能空氣源熱栗室外機平面低鐵鋼化玻璃外殼的外表面形狀；太陽能反射遮陽簾在冬季由固定在太陽能蒸發(fā)集熱區(qū)上邊緣附近建筑外墻上的卷簾軸隱藏收起，在夏季由卷簾軸打開放下，貼合太陽能空氣源熱栗室外機平面低鐵鋼化玻璃外殼的外表面鋪設(shè)。
[0014]所述空氣源熱栗室內(nèi)機是室內(nèi)對流制冷換熱機，包括熱交換器、貫流風(fēng)機、感溫探頭和百葉風(fēng)口 ；按需分室布置，各自獨立控制開度，與太陽能空氣源熱栗室外機結(jié)合成為一拖多空調(diào)系統(tǒng)。
[0015]所述空氣源熱栗毛細銅管網(wǎng)輻射供暖層是在供暖地板基層上，鋪設(shè)有與輻射供暖地板面層形狀相應(yīng)的輻射供暖層，由下而上依次分層立體鋪設(shè)為絕熱層、供暖輻射層和蓄熱層；其中，供暖輻射層是將毛細銅管由外到內(nèi)逐根環(huán)圈呈U型敷設(shè)并聯(lián)構(gòu)成，毛細銅管一側(cè)端口為進氣總管，在進氣總管上依次連通有分氣器、調(diào)節(jié)閥1、壓力表I和溫度計I，并通過軟連接I連通有太陽能空氣源熱栗室外機的排氣口 ；毛細銅管另一側(cè)端口為排液總管，在排液總管上依次連通有集液器、調(diào)節(jié)閥I1、Y型過濾器、壓力表II和溫度計II，并經(jīng)軟連接II連通至太陽能空氣源熱栗室外機的回液口 ；在太陽能空氣源熱栗室外機的回液口處依次連通設(shè)置有電子膨脹閥、調(diào)節(jié)閥II1、聯(lián)動風(fēng)機的太陽能蒸發(fā)集熱器、調(diào)節(jié)閥IV，調(diào)節(jié)閥IV經(jīng)溫度計III和壓力表III接通至四通換向閥，并在電子膨脹閥與溫度計III之間設(shè)置有調(diào)節(jié)閥V流量調(diào)節(jié)旁路；四通換向閥一路連接壓力表III，一路連接數(shù)碼渦旋壓縮機進氣口，一路連接數(shù)碼渦旋壓縮機排氣口，一路連接太陽能空氣源熱栗室外機的排氣口。
[0016]所述控制系統(tǒng)是通過通訊線將溫度控制器與溫度傳感器、溫度計、壓力表、空氣源熱栗毛細銅管網(wǎng)輻射供暖層控制線、太陽能蒸發(fā)集熱器調(diào)節(jié)閥控制線集為一體，并通過遠程紅外線信號連通手持遙控器，和通過戶用W1-Fi網(wǎng)絡(luò)連接手機APP，實現(xiàn)太陽能耦合空氣源熱栗一體，應(yīng)用PID調(diào)節(jié)方式的PLC集中