一種全天候太陽能供能裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于暖通空調技術應用領域，涉及室內熱舒適度調節和系統節能過程，特別涉及一種全天候太陽能供能裝置，該系統由太陽能集熱單元、輔助熱源、相變蓄熱單元、生活熱水罐、吸收式制冷機、固體調濕裝置以及毛細管空調末端組成；所述其他輔助設備包括太陽能集熱循環泵、輔助熱源循環泵、蓄熱循環泵、生活熱水罐加熱泵、吸收式制冷機熱水循環泵、吸收式制冷機冷水循環泵、固體調濕裝置熱水循環泵、毛細管空調末端循環泵，電動三通調節閥、電動兩通閥、電動兩通閥、電動兩通閥及電動兩通閥等。它充分利用太陽能資源，實現節能和提高室內環境熱舒適度的功能。
【專利說明】一種全天候太陽能供能裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于暖通空調技術應用領域，涉及室內熱舒適度調節和系統節能過程，特別涉及一種全天候太陽能供能裝置。
【背景技術】
[0002]能源短缺和環境污染是二十一世紀人類面臨的首要問題，在各領域大力發展節能減排技術、尋求清潔可再生能源替代日漸枯竭的傳統化石能源被認為是未來社會發展的唯一出路，也是國家中長期科學和技術發展規劃綱要中重點發展的技術方向之一。這包含了兩層含義，一是發展傳統能源的節能技術和系統，二是尋找新能源和充分利用可再生能源。建筑能耗是整個社會能耗環節的重要組成部分，而以采暖空調為代表的能耗又占建筑總能耗的50%左右。采暖設備每年不僅消耗大量的煤炭、天然氣、燃油等化石能源，而且會產生嚴重的環境污染和碳排放集中超標問題。發展建筑節能技術對減少整個社會的能源消耗并降低碳排放和緩解環境污染壓力至關重要。發展建筑節能的手段同樣從兩方面入手，一是發展減少能源的消耗(如墻體保溫、玻璃隔熱、合理建筑結構等)的方法，二是使用可再生能源而減少對傳統化石能源的消耗(如太陽能利用、地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵等)。
[0003]我國北方地區太陽能輻射分布非常豐富。以西安為例，西安在熱工分區中處于寒冷地區的南端，最冷月平均溫度O?一 10°C，采暖期有四個月，采暖所消耗的能耗占整個建筑能耗的50%。供暖期間的日平均總輻射量可達5?10MJ/m2，太陽能具有重要的利用價值。然而太陽能是一種不穩定的能源，在使用中受季節、氣象、地域等因素影響較大，尤其是夜晚，無法提供充足和持續的能量供應。目前太陽能規模化熱利用的最大障礙是太陽能的獲取受制于氣候因素，且不能全天候穩定供熱。太陽能蓄熱技術利用蓄熱材料的相變蓄熱，可以有效的減小蓄積能量所需的容積，可以實現太陽能的充分和持續穩定利用，是解決這一問題的良好途徑。
[0004]毛細管網輻射制冷技術已經在高檔住宅和公共建筑中逐步得到了應用，并即將成為夏季供冷的重要方式和發展的方向之一，低溫毛細管輻射采暖技術借鑒輻射供冷技術和地板采暖技術，以明敷或暗敷的塑膠材料毛細管網為輻射末端裝置，依靠毛細管網提供較大的輻射換熱面積和均勻的壁面溫度，達到無吹風感的舒適采暖效果。毛細管網的另一個顯著特點是管道中介質流速低，進出口的換熱溫差較小，一般只有2?4°C，按照我國采暖設計標準，冬季室內供暖設計溫度為18?20°C，因此，毛細管網內供暖介質的溫度可以在30?35°C之間，供冷介質可以在18?21°C之間，大大降低了對空調對供暖和供冷介質的溫度要求，為低品位能源的利用提供了可行性。
[0005]申請號為201010509782.3的中國專利公開了一種利用太陽能的毛細管網熱泵系統，適用于中央空調系統，該系統在冬季氣候環境惡劣時利用熱泵系統提高水的溫度(28?32°C )輸送至毛細管網系統，該系統容易受氣候的影響，熱泵機組在北方環境溫度更低的地區其效率會受到影響。申請號為201010611919.6的中國專利公開了一種太陽能、熱泵與毛細管網復合熱水采暖制冷裝置，該裝置采用儲熱水箱來儲存太陽能的能量，在水箱溫度不足時，利用水源熱泵來提升水箱的溫度，這種裝置對于太陽能的儲存屬于顯熱存儲，儲熱水箱的體積較大，會導致系統龐大，不宜有效推廣。申請號為201110190676.8的中國專利公開了一種利用毛細管網和相變蓄熱材料的室內地熱采暖結構，該結構將相變蓄熱材料和毛細管網設備鋪設在用戶地板下，這種結構將相變蓄熱材料鋪設在用戶地板下所帶來的潛在危害是蓄熱材料的熱脹冷縮對用戶地板的破壞以及帶來的維修不便。在申請號為201120081136.1的中國專利、申請號為201110160980.8的中國專利專利以及申請號為201010509781.9的中國專利中都提出了地源熱泵或者水源熱泵系統與太陽能、毛細管網系統配合的供暖方式，這種結構方式雖然也利用了太陽能，但在夜晚時間段仍然必須開啟熱泵來補充能量，而且系統比較復雜。申請號為200920350744.0的中國專利公布了一種基于溶液除濕的新型地源熱泵毛細管頂板空調系統，該系統直接利用地源熱泵為熱源，沒有使用太陽能這種清潔能源。
[0006]有效的利用太陽能這種清潔能源，增加室內環境的熱舒適度，必須全面考慮太陽能的全天候使用和能源的連續供應，以及保證室內熱舒適度冬、夏季高效利用的方法。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于解決上述現有技術中的問題，提供一種采用太陽能蓄熱、吸收式制冷、固體調濕及毛細管網輻射的全天候太陽能供能裝置。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:包括由太陽能集熱單元、相變蓄熱單元、生活熱水罐、吸收式制冷機、固體調濕裝置以及毛細管空調末端，并由管道和相對應的控制閥門相連組成夏季熱源供應系統和冬季熱源供應系統；
[0009]夏季熱源供應系統的連接方式為:
[0010]太陽能集熱單元與用于存貯和釋放熱量的相變蓄熱單元相連，相變蓄熱單元將熱量分兩路送出，一路連通到生活熱水罐的入口上，另一路連通到吸收式制冷機的熱源入口上；吸收式制冷機的冷凍水出口分為兩路，一路與毛細管空調末端的入口相連，另一路將冷凍水送入固體調濕裝置第一入口 ；
[0011]冬季熱源供應系統的連接方式為:
[0012]太陽能集熱單元與相變蓄熱單元相連進行蓄熱，相變蓄熱單元將熱量分三路送出，第一路連通到生活熱水罐的入口上，第二路連通到毛細管空調末端的入口上，第三路與固體調濕裝置的第二入口相連通，實現加濕。
[0013]所述的夏季熱源供應系統，吸收式制冷機的冷卻水出口與固體調濕裝置的第二入口相連，實現除濕再生。
[0014]所述的相變蓄熱單元的入口處還連接有在相變蓄熱單元的熱戀不能滿足系統用量時的輔助熱源。
[0015]所述的太陽能集熱單元和輔助熱源與相變蓄熱單元之間的回路上均設置有為各自循環回路提供動力的太陽能集熱循環泵和輔助熱源循環泵。
[0016]所述的太陽能集熱單元安裝于屋面上，太陽能集熱器采用平板式、熱管式或者玻璃真空管式的太陽能集熱器；輔助熱源安裝于機房內，輔助熱源采用鍋爐或燃氣壁掛爐。
[0017]所述的相變蓄熱單元的出口處設置有為供熱循環提供動力的蓄熱循環泵；生活熱水罐的入口、吸收式制冷機的熱源入口以及毛細管空調末端的入口分別設置有為各自循環提供動力的生活熱水罐加熱泵、吸收式制冷機熱水循環泵以及毛細管空調末端循環泵；吸收式制冷機的冷凍水出口處設置有為冷凍水循環提供動力的吸收式制冷機冷水循環泵，固體調濕裝置的第二入口處設置有固體調濕裝置熱水循環泵。
[0018]所述的相變蓄熱單元安裝于機房內，相變蓄熱單元內設置有蓄熱管和取熱管，蓄熱管和取熱管采用交錯排列的方式均布在相變蓄熱單元中；生活熱水罐安裝于機房內，采用容積式熱交換器。
[0019]所述的吸收式制冷機安裝于機房內，采用溴化鋰單效熱水吸收式制冷機；其熱源是由太陽能集熱單元或輔助熱源提供的70?85°C低溫熱水，制備16?20°C的高溫冷凍水，冷卻水水溫為30?35°C，一部分回收作為固體調濕裝置再生利用，一部分排至室外。
[0020]所述的固體調濕裝置安裝于機房內，采用固態二氧化硅作為調濕介質；固體調濕裝置內置空氣過濾器、風機及自動控制器，通過風管與空調房間連接，將處理過的空氣送入空調房間。
[0021]所述的毛細管空調末端布置在空調房間的屋頂或墻壁內側，毛細管的內徑為2?4mm，冬季采用30?35°C低溫熱水輻射供暖，夏季采用16?20°C的高溫冷水輻射供冷。
[0022]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0023]本實用新型利用現有成熟的太陽能熱利用技術，在現有太陽能集熱器溫度下，利用相變蓄熱技術、吸收式制冷技術、固體調濕技術以及毛細管網低溫輻射特性實現低品位能源的梯級利用和能量的二次分配，提高熱量的利用效率。該系統首先，通過蓄熱技術對太陽能進行充分利用和儲存，有效地利用太陽能這種可再生清潔能源，獲得穩定的熱源供應；第二，冬季通過毛細管網實現低溫熱水采暖；第三，夏季通過吸收式制冷機為末端提供高溫冷水，一方面通過毛細管網實現高溫冷水供冷，另一方面，通過固體調濕裝置，調節室內濕度，實現濕度調節。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的結構原理圖。
[0025]其中，I為太陽能集熱單元；2為輔助熱源；3為相變蓄熱單元；4為生活熱水罐；5為吸收式制冷機；6為固體調濕裝置；7為毛細管空調末端；8為太陽能集熱循環泵；9為輔助熱源循環泵；10為蓄熱循環泵為生活熱水罐加熱泵；12為吸收式制冷機熱水循環泵；13為吸收式制冷機冷水循環泵；14為固體調濕裝置熱水循環泵；15為毛細管空調末端循環泵；16為電動三通調節閥；17為第一電動兩通閥；18為第二電動兩通閥；19為第三電動兩通閥；20為第四電動兩通閥。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0027]參見圖1，本實用新型包括由太陽能集熱單元1、相變蓄熱單元3、生活熱水罐4、吸收式制冷機5、固體調濕裝置6以及毛細管空調末端7，并由管道和相對應的控制閥門相連組成夏季熱源供應系統和冬季熱源供應系統；
[0028]太陽能集熱單元I安裝于屋面上，太陽能集熱器采用平板式、熱管式或者玻璃真空管式的太陽能集熱器；輔助熱源2安裝于機房內，輔助熱源采用鍋爐或燃氣壁掛爐。[0029]相變蓄熱單元3的入口處連接有在相變蓄熱單元3的熱戀不能滿足系統用量時的輔助熱源2。太陽能集熱單元I和輔助熱源2與相變蓄熱單元3之間的回路上均設置有為各自循環回路提供動力的太陽能集熱循環泵8和輔助熱源循環泵9。
[0030]相變蓄熱單元3的出口處設置有為供熱循環提供動力的蓄熱循環泵10 ;生活熱水罐4的入口、吸收式制冷機5的熱源入口以及毛細管空調末端7的入口分別設置有為各自循環提供動力的生活熱水罐加熱泵11、吸收式制冷機熱水循環泵12以及毛細管空調末端循環泵15 ;吸收式制冷機5的冷凍水出口處設置有為冷凍水循環提供動力的吸收式制冷機冷水循環泵13，固體調濕裝置6的第二入口處設置有固體調濕裝置熱水循環泵14。相變蓄熱單元3安裝于機房內，相變蓄熱單元內設置有蓄熱管和取熱管，蓄熱管和取熱管采用交錯排列的方式均布在相變蓄熱單元3中；生活熱水罐4安裝于機房內，采用容積式熱交換器。
[0031]吸收式制冷機5安裝于機房內，采用溴化鋰單效熱水吸收式制冷機；其熱源是由太陽能集熱單元I或輔助熱源2提供的70?85°C低溫熱水，制備16?20°C的高溫冷凍水，冷卻水水溫為30?35°C，一部分回收作為固體調濕裝置再生利用，一部分排至室外。
[0032]固體調濕裝置6安裝于機房內，采用固態二氧化硅作為調濕介質；固體調濕裝置6內置空氣過濾器、風機及自動控制器，通過風管與空調房間連接，將處理過的空氣送入空調房間。
[0033]毛細管空調末端7布置在空調房間的屋頂或墻壁內側，毛細管的內徑為2?4_，冬季采用30?35°C低溫熱水輻射供暖，夏季采用16?20°C的高溫冷水輻射供冷。
[0034]另外，本實用新型還設有用于調節切換夏季熱源供應系統和冬季熱源供應系統的其他輔助設備，包括電動三通調節閥16、第一電動兩通閥17、第二電動兩通閥18、第三電動兩通閥19及第四電動兩通閥20等。均布置在機房內，并通過管道相連。其中，第一電動兩通閥17和第二電動兩通閥18匯合后，連接到電動三通閥16的一端，電動三通閥16的另一端與毛細管空調末端循環泵15相連通，電動三通閥16的第三個接口與毛細管空調末端7循環回管相連通。
[0035]具體的連接方式:
[0036]I)夏季熱源供應系統:
[0037]太陽能集熱單元I與用于存貯和釋放熱量的相變蓄熱單元3相連，相變蓄熱單元3將熱量分兩路送出，一路連通到生活熱水罐4的入口上，另一路連通到吸收式制冷機5的熱源入口上；吸收式制冷機5的冷凍水出口分為兩路，一路與毛細管空調末端7的入口相連，另一路將冷凍水送入固體調濕裝置6第一入口 ；吸收式制冷機5的冷卻水出口與固體調濕裝置6的第二入口相連，實現除濕再生。
[0038]2)冬季熱源供應系統:
[0039]太陽能集熱單元I與相變蓄熱單元3相連進行蓄熱，相變蓄熱單元3將熱量分三路送出，第一路連通到生活熱水罐4的入口上，第二路連通到毛細管空調末端7的入口上，第三路與固體調濕裝置6的第二入口相連通，實現加濕。
[0040]本實用新型的原理為:
[0041]夏季，通過太陽能集熱，蓄熱，實現生活熱水和吸收式制冷的熱源供應。具體的流程是:太陽能集熱單元I出口的熱水經太陽能集熱循環泵8送入相變蓄熱單元3，實現蓄熱，通過蓄熱循環泵10將存貯的熱量分兩路送出:一路經由生活熱水罐加熱泵11加熱生活熱水罐4 ;另一路經由吸收式制冷機熱水循環泵12為吸收式制冷機5提供熱源。由吸收式制冷機5制備的冷凍水由吸收式制冷機熱水循環泵12分兩路送出:一路經由電動兩通閥18、電動三通調節閥16、毛細管空調末端循環泵15為毛細管空調末端7提供冷水；另一路送入固體調濕裝置6。由吸收式制冷機5排放的冷卻水可回收利用，經由電動兩通閥19、固體調濕裝置熱水循環泵14進入固體調濕裝置6，實現除濕再生。在夏季制冷時，關閉第一電動兩通閥17，開啟第二電動兩通閥18，開啟第三電動兩通閥19，關閉第四電動兩通閥20。當相變蓄熱單元3的熱量不能滿足系統用量時，通過輔助熱源2為相變蓄熱單元3蓄熱。
[0042]冬季，通過太陽能集熱，蓄熱，實現生活熱水和供暖的熱源供應。具體的流程是:太陽能集熱單元I出口的熱水經太陽能集熱循環泵8送入相變蓄熱單元3，實現蓄熱，通過蓄熱循環泵10將存貯的熱量分三路送出:一路經由生活熱水罐加熱泵11加熱生活熱水罐4 ；第二路經由電動兩通閥17、電動三通調節閥16、毛細管空調末端循環泵15為毛細管空調末端7提供熱水；第三路經由電動兩通閥20、固體調濕裝置熱水循環泵14進入固體調濕裝置6，實現加濕。在夏季制冷時，開啟第一電動兩通閥17，關閉第二電動兩通閥18，關閉第三電動兩通閥19，開啟第四電動兩通閥20。當相變蓄熱單元3的熱量不能滿足系統用量時，通過輔助熱源2為相變蓄熱單元3蓄熱。
[0043]本實用新型的優點:
[0044]本實用新型針對全天候有效利用太陽能這種清潔能源，從太陽能的存貯，夏季的吸收式制冷和固體調濕以及末端低品位能源的高效使用幾個環節來進行設計。充分考慮到太陽能全年的使用，尤其是，夏季過剩熱量有效利用，以及毛細管網低溫輻射供冷、供暖對冷熱源溫度的要求不高的優勢，利用太陽能集熱單元采集熱量，通過相變蓄熱單元進行存貯以及供熱，并通過閥門以及相應循環泵的配合工作，最終全面合理的使用太陽能資源，實現節能和提高室內環境熱舒適度的功能。
[0045]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種全天候太陽能供能裝置，其特征在于:包括由太陽能集熱單元(I)、相變蓄熱單元(3)、生活熱水罐(4)、吸收式制冷機(5)、固體調濕裝置(6)以及毛細管空調末端(7)，并由管道和相對應的控制閥門相連組成夏季熱源供應系統和冬季熱源供應系統； 夏季熱源供應系統的連接方式為: 太陽能集熱單元(I)與用于存貯和釋放熱量的相變蓄熱單元(3)相連，相變蓄熱單元(3)將熱量分兩路送出，一路連通到生活熱水罐(4)的入口上，另一路連通到吸收式制冷機(5)的熱源入口上；吸收式制冷機(5)的冷凍水出口分為兩路，一路與毛細管空調末端(7)的入口相連，另一路將冷凍水送入固體調濕裝置(6)第一入口 ； 冬季熱源供應系統的連接方式為: 太陽能集熱 單元⑴與相變蓄熱單元⑶相連進行蓄熱，相變蓄熱單元⑶將熱量分三路送出，第一路連通到生活熱水罐(4)的入口上，第二路連通到毛細管空調末端(7)的入口上，第三路與固體調濕裝置(6)的第二入口相連通，實現加濕。
2.根據權利要求1所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的夏季熱源供應系統，吸收式制冷機(5)的冷卻水出口與固體調濕裝置(6)的第二入口相連，實現除濕再生。
3.根據權利要求1所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的相變蓄熱單元(3)的入口處還連接有在相變蓄熱單元(3)的熱戀不能滿足系統用量時的輔助熱源(2)。
4.根據權利要求3所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的太陽能集熱單元(I)和輔助熱源(2)與相變蓄熱單元(3)之間的回路上均設置有為各自循環回路提供動力的太陽能集熱循環泵(8)和輔助熱源循環泵(9)。
5.根據權利要求2或4所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的太陽能集熱單元(I)安裝于屋面上，太陽能集熱器采用平板式、熱管式或者玻璃真空管式的太陽能集熱器；輔助熱源(2)安裝于機房內，輔助熱源采用鍋爐或燃氣壁掛爐。
6.根據權利要求1、2或3所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的相變蓄熱單元(3)的出口處設置有為供熱循環提供動力的蓄熱循環泵(10);生活熱水罐(4)的入口、吸收式制冷機(5)的熱源入口以及毛細管空調末端(7)的入口分別設置有為各自循環提供動力的生活熱水罐加熱泵(11)、吸收式制冷機熱水循環泵(12)以及毛細管空調末端循環泵(15);吸收式制冷機(5)的冷凍水出口處設置有為冷凍水循環提供動力的吸收式制冷機冷水循環泵(13)，固體調濕裝置(6)的第二入口處設置有固體調濕裝置熱水循環泵(14)。
7.根據權利要求6所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的相變蓄熱單元(3)安裝于機房內，相變蓄熱單元內設置有蓄熱管和取熱管，蓄熱管和取熱管采用交錯排列的方式均布在相變蓄熱單元(3)中；生活熱水罐(4)安裝于機房內，采用容積式熱交換器。
8.根據權利要求1或2所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的吸收式制冷機(5)安裝于機房內，采用溴化鋰單效熱水吸收式制冷機；其熱源是由太陽能集熱單元(I)或輔助熱源(2)提供的70~85°C低溫熱水，制備16~20°C的高溫冷凍水，冷卻水水溫為30~35°C，一部分回收作為固體調濕裝置再生利用，一部分排至室外。
9.根據權利要求1或2所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的固體調濕裝置(6)安裝于機房內，采用固態二氧化硅作為調濕介質；固體調濕裝置(6)內置空氣過濾器、風機及自動控制器，通過風管與空調房間連接，將處理過的空氣送入空調房間。
10.根據權利要求1所述的全天候太陽能供能裝置，其特征在于:所述的毛細管空調末端(7)布置在空調房間的屋頂或墻壁內側，毛細管的內徑為2~4mm，冬季采用30~35°C低溫熱水輻射供暖， 夏季采用16~20°C的高溫冷水輻射供冷。
【文檔編號】F24F5/00GK203810533SQ201420211691
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】趙民, 孟祥兆, 羅昔聯, 康維斌, 顧兆林, 金立文, 王贊社, 季偉, 孫金寶, 胡汪洋, 薛潔 申請人:中國建筑西北設計研究院有限公司