專利名稱：新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種綜合利用太陽能及地熱能的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統 裝置。
技術背景能源是人類生存和社會發展必需的物質基礎，進入二十一世紀，能源緊缺已經成為 各國經濟發展的世界性難題。目前，建筑物的能耗約占全國能耗的1/3，而在公共建筑 (特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等)的全年能耗中，大約50%-60%消耗 于空調制冷與采暖系統，為了解決能源短缺及由此帶來的環境污染問題，近年越來越重 視可再生資源的開發與利用。目前，現有技術中，有利用太陽能熱水器為建筑物提供供暖和生活熱水的技術，利 用地熱能為建筑物空調系統提供冷熱源的技術，但兩者的結合利用技術，目前都不是很 完善，不能做到充分利用可再生資源，或者有些實施起來比較復雜，需要改變系統內部 結構，來實現節能。 發明內容針對現有技術缺陷，本實用新型提出一種新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置， 通過綜合利用可再生資源，解決公共建筑物的采暖、供冷、生活熱水以及飲用水問題。一種新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，由太陽能集熱裝置、飲用水系統、生 活熱水系統、地源熱泵中央空調系統和控制系統五部分組成，太陽能集熱裝置通過換熱 器分別與飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統連接。所述的太陽能集熱裝置由太陽能集熱器、溫度變送器、太陽能熱水循環泵及蓄熱水 箱組成，溫度變送器分別安裝在太陽能集熱器出水口和蓄熱水箱上，太陽能集熱器、太 陽能熱水循環泵與蓄熱水箱之間通過管道連接。所述的飲用水系統由飲用水系統換熱循環泵、板式換熱器、飲用水溫度變送器、飲 用水系統壓力變送器、飲用水循環泵、熱水鍋爐及飲用水補水裝置組成，飲用水溫度變 送器、飲用水壓力變送器安裝在板式換熱器二次熱源側，飲用水系統換熱循環泵、板式換熱器、飲用水循環泵和熱水鍋爐之間通過管道連接。所述的生活熱水系統由生活熱水系統換熱循環泵、板式換熱器、溫度變送器、壓力 變送器、生活熱水循環泵和生活熱水用戶組成，溫度變送器、壓力變送器安裝在板式換 熱器二次熱源側，換熱循環泵、板式換熱器和生活熱水循環泵之間通過管道連接。所述的控制系統由數據采集裝置、中央控制器、數據顯示處理器、電源單元和模糊 控制單元組成；數據采集裝置由溫度變送器、濕度變送器和壓力變送器組成，采用0 10V/4 20MA標準信號；中央控制器由CPU模塊或單片機及其輔助模塊組成，輔助模塊包括電源模塊、輸入模塊以及輸出模塊等，通過連接電纜與CPU模塊或單片機連接；數據顯示處理器由觸摸屏或嵌入式一體化工控機、存儲設備、通訊接口和打印機組成，觸 摸屏或嵌入式一體化工控機通過通訊口與中央控制器相連，存儲設備為硬盤，打印機通過打印機電纜與嵌入式一體化工控機的USB接口連接；模糊控制單元由模糊控制軟件組成，模糊控制軟件嵌入在中央控制器中。所述的地源熱泵空調系統由供暖系統換熱循環泵、板式換熱器、制冷機、冷凍水循 環泵、空調用戶、地源水循環泵、冷凍系統出水和回水溫度變送器、冷凍出水和回水流 量變送器、冷凍系統出水和回水壓力變送器以及控制閥組成，太陽能系統通過板式換熱 器與冷凍系統連接，并過各控制閥實現轉換控制，地源水循環泵連接于冷卻系統。飲用水系統通過換熱循環泵來加熱飲用水。換熱循環泵根據水溫及壓力控制啟停， 飲用水循環泵根據系統水量隨時開啟，將常溫的自來水通過板式換熱器加溫后，給熱水 鍋爐補水，從而減少熱水鍋爐的開啟時間，達到節能的目的。生活熱水系統通過換熱循環泵來供給用戶生活熱水。換熱循環根據水溫及壓力控制 啟停，生活熱水循環泵根據用戶需要隨時開啟，供給用戶使用。控制系統采用現代模糊控制技術進行自動控制，進行高效節能。通過采集裝置實時 采集系統的溫度、流量、壓力等參數，送到中央控制器進行模糊運算處理，確定輸出最 優控制值來控制系統泵的運行。數據顯示處理器可以實時顯示系統的各項參數和進行操 作控制。冬季熱水循環根據水溫控制啟停。空調系統分冬、夏季制熱制冷運行。夏季制 冷時，通過閥門轉換，地源水連接制冷機冷凝器，蒸發器接空調用戶系統，從而將室內 的熱量轉移到地下，取低溫的土壤或地下水源作為空調系統冷卻水源，從而達到制冷的 效果。冬季供暖時，首先通過閥門轉換，將地源連接制冷機蒸發器，空調用戶系統及太陽能換熱連接于制冷機冷凝器。當太陽能熱水足夠高時，可單獨采用太陽能供熱； 一般情況，空調系統從電能驅動的水源中央空調主機(熱泵)中提取部分熱能負荷，根據供 暖水溫和太陽能的實際水溫進行比較，通過閥門的自動切換，使從空調主機的送出的熱 水經過太陽能換熱系統，使系統溫度再次提高，然后送出高溫熱源，以滿足用戶供熱需 求，啟動太陽能集熱裝置，輔助供熱設施運行，太陽能承擔部分負荷，可節約空調主機 電能能耗。本實用新型可通過綜合利用可再生資源，解決公共建筑物的采暖、供冷、生活熱水 以及飲用水問題。
圖1是本實用新型的結構示意圖其中，A.太陽能集熱器，B.蓄熱水箱，C.飲用水系統熱水換熱器，D.熱水 鍋爐，E.生活熱水換熱器，F.生活熱水用戶，G.供暖熱水換熱器，H.空調用戶， I.地源或水源，J.制冷機，Jl.蒸發器，J2.冷凝器，K.控制系統，L.飲用水系 統補水裝置，M.生活熱水系統補水裝置，1.太陽能熱水循環泵，2.飲用水系統換熱 循環泵，3.飲用水循環泵，4.生活熱水系統換熱循環泵，5.生活熱水循環泵，6.太 陽能熱水控制閥，7.供暖系統換熱循環泵，8.冷凍系統轉換闊，9.冷凍出水控制閥， 10.冷凝器冷凍出水控制閥，11.蒸發器冷凍出水控制閥，12.冷凍水循環泵，13.太 陽能熱水控制閥，14.冷凍回水控制閥，15.蒸發器冷凍回水控制閥，16.冷凝器冷凍 回水控制閥，17.冷凝器熱泵出水控制閥，18.蒸發器熱泵出水控制閥，19.地源水循 環泵，20.冷凝器熱泵回水控制閥，21.蒸發器熱泵回水控制閥，Tl.太陽能熱水溫度 變送器，T2.蓄熱水箱溫度變送器，T3.飲用水溫度變送器，T4.生活熱水溫度變送器， T5.冷凍系統出水溫度變送器，T6.冷凍系統回水溫度變送器，Ql.冷凍出水流量變送 器，Q2.冷凍回水流量變送器，Pl.冷凍系統出水壓力變送器，P2.冷凍系統回水壓 力變送器，P3.飲用水系統壓力變送器，P4.生活熱水系統壓力變送器。
具體實施方式
實施例本實用新型的結構如圖l所示，裝置由太陽能集熱裝置、飲用水系統、生活熱水系 統、地源熱泵中央空調系統和控制系統五部分組成，太陽能集熱裝置通過換熱器分別與 飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統連接。太陽能集熱裝置由太陽能集熱器A、溫度變送器(Tl、 T2)、太陽能熱水循環泵1及蓄熱水箱B組成，溫度變送器T1、 T2分別安裝在太陽能集熱器A出水口和蓄熱水箱 B上，太陽能集熱器A、熱水循環泵1與蓄熱水箱B之間通過輸水管道連接。其中太陽 能集熱器A的數量根據建筑面積選擇。太陽能集熱器A集熱后，將熱量儲存在蓄熱水箱 B中，然后再供熱。當溫度T1-T2》8-10'C時，此時太陽能熱水循環泵1開啟；當溫度 T1-T2《2-5'C時，太陽能熱水循環泵l關閉。飲用水系統由飲用水系統換熱循環泵2、板式換熱器、飲用水溫度變送器T3、飲用 水系統壓力變送器P3、飲用水循環泵3、熱水鍋爐及飲用水補水裝置L組成，飲用水溫 度變送器T3、飲用水壓力變送器P3安裝在板式換熱器二次熱源側，飲用水系統換熱循 環泵2、板式換熱器、飲用水循環泵3和熱水鍋爐之間通過管道連接。當溫度T2-T3》8-10 'C時，此時飲用水系統換熱循環泵2開啟；當溫度T2-T3《2-5X:時，飲用水系統換熱循 環泵2關閉。通過系統采集的溫度和壓力控制飲用水循環泵3的啟停。補水裝置根據需 要隨時開啟，將常溫的自來水通過板式換熱器加溫后，給熱水鍋爐補水，從而減少熱水 鍋爐的開啟時間，達到節能的目的。生活熱水系統由生活熱水系統換熱循環泵4、板式換熱器、生活熱水溫度變送器T4、 生活熱水系統壓力變送器P4、生活熱水循環泵5和生活熱水用戶組成，溫度變送器、生 活熱水系統壓力變送器P4安裝在板式換熱器二次熱源側，換熱循環泵4、板式換熱器和 生活熱水循環泵5之間通過管道連接。當溫度T3-T4》8-l(TC時，此時生活熱水系統換 熱循環泵4開啟；當溫度T3-T4《2-5'C時，生活熱水系統換熱循環泵4關閉。通過系統 釆集的溫度和壓力控制生活熱水循環泵5的啟停。補水裝置根據用戶需要隨時開啟，供 給用戶使用。地源熱泵空調系統由供暖系統換熱循環泵7、板式換熱器、制冷機、冷凍水循環泵 12、空調用戶、地源水循環泵19、冷凍系統出水和回水溫度變送器T5和T6、冷凍出水 和回水流量變送器Q1和Q2、冷凍系統出水和回水壓力變送器P1和P2以及控制閥組成， 太陽能系統通過板式換熱器與冷凍系統連接，并過各控制閥實現轉換控制，地源水循環 泵19連接于冷卻系統。當溫度T2-T5》8-1(TC時，此時換熱循環泵7開啟；當溫度T2-T5 《2-5'C時，換熱循環泵7關閉。空調系統分冬、夏季運行。夏季制冷時，地源連接制冷機冷凝器，蒸發器接空調用戶系統，所以將閥門ll、 15、 17、 20開啟，閥門IO、 16、 18、 21關閉；由于不采用太陽能，需要將冷凍系統閥門8、 9、 14開啟，同時關閉6、 13閥門。冬季供暖，將地源連接制冷機蒸發器，空調用戶系統及太陽能換熱連接于制冷機冷 凝器，即開啟閥門IO、 16、 18、 21，關閉ll、 15、 17、 20閥門；根據蓄熱水箱的水溫來 確定使用太陽能供暖或者太陽能輔助地熱共同供暖，當溫度T2-T6》20'C,同時T6〉30 'C時，可以只用太陽能來提供供暖，此時，開啟閥門6、 13，關閉閥門8、 9、 14，停止 制冷機系統的運行。當溫度不滿足以上條件時，將閥門6、 9、 14開啟，同時關閉8、 13 閥門，采用太陽能輔助地熱共同供暖方式。控制系統由PLC、觸摸屏、變頻器、溫、濕度變送器及壓力變送器等組成，模糊控 制由PLC來實現，PLC通過實時采集系統溫度、流量、壓力等模擬量，進行模糊控制運 算，發出指令控制電機啟停、泵的開關以及變頻器的運行，從而實現節能控制。
權利要求1、一種新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，由太陽能集熱裝置、飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統和控制系統五部分組成，太陽能集熱裝置通過換熱器分別與飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統連接。
2、 如權利要求1所述的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，太陽 能集熱裝置由太陽能集熱器、溫度變送器、太陽能熱水循環泵及蓄熱水箱組成，溫度變 送器分別安裝在太陽能集熱器出水口和蓄熱水箱上，太陽能集熱器、太陽能熱水循環泵 與蓄熱水箱之間通過管道連接。
3、 如權利要求1所述的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，所述 的飲用水系統由飲用水系統換熱循環泵、板式換熱器、飲用水溫度變送器、飲用水系統 壓力變送器、飲用水循環泵、熱水鍋爐及飲用水補水裝置組成，飲用水溫度變送器、飲 用水壓力變送器安裝在板式換熱器二次熱源側，飲用水系統換熱循環泵、板式換熱器、 飲用水循環泵和熱水鍋爐之間通過管道連接。
4、 如權利要求l所述的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，生活 熱水系統由生活熱水系統換熱循環泵、板式換熱器、生活熱水溫度變送器、生活熱水系 統壓力變送器、生活熱水循環泵和生活熱水用戶組成，溫度變送器、生活熱水系統壓力 變送器安裝在板式換熱器二次熱源側，換熱循環泵、板式換熱器和生活熱水循環泵之間 通過管道連接。
5、 如權利要求1所述的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，所述 的控制系統由數據采集裝置、中央控制器、數據顯示處理器、電源單元和模糊控制單元 組成；數據采集裝置由溫度變送器、濕度變送器和壓力變送器組成，采用0~10V/4 20MA 標準信號；中央控制器由CPU模塊或單片機及其輔助模塊組成，輔助模塊包括電源模塊、 輸入模塊以及輸出模塊等，通過連接電纜與CPU模塊或單片機連接；數據顯示處理器由 觸摸屏或嵌入式一體化工控機、存儲設備、通訊接口和打印機組成，觸摸屏或嵌入式一 體化工控機通過通訊口與中央控制器相連，存儲設備為硬盤，打印機通過打印機電纜與 嵌入式一體化工控機的USB接口連接；模糊控制單元由模糊控制軟件組成，模糊控制軟 件嵌入在中央控制器中。
6、 如權利要求l所述的新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，其特征在于，所述 的地源熱泵空調系統由供暖系統換熱循環泵、板式換熱器、制冷機、冷凍水循環泵、空 調用戶、地源水循環泵、冷凍系統出水和回水溫度變送器、冷凍出水和回水流量變送器、 冷凍系統出水和回水壓力變送器以及控制閥組成，太陽能系統通過板式換熱器與冷凍系 統連接，并過各控制閥實現轉換控制，地源水循環泵連接于冷卻系統。
專利摘要新型太陽能輔助地源熱泵空調系統裝置，由太陽能集熱裝置、飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統和控制系統五部分組成，太陽能集熱裝置通過換熱器分別與飲用水系統、生活熱水系統、地源熱泵中央空調系統連接。該裝置將太陽能和地熱能綜合利用，為公共建筑物提供采暖、供冷、生活熱水以及對飲用水進行預熱，同時通過控制器進行自動模糊控制，從而可以在環保的基礎上實現高效節能。
文檔編號F24D17/02GK201093643SQ20072002860
公開日2008年7月30日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者鋼 李, 鵬 李, 金雷飛 申請人:李 鋼;李 鵬;金雷飛