太陽能空調與相變儲能一體化系統及其工作方法與流程

本發明涉及太陽能空調及相變儲能
技術領域：
，具體是一種太陽能空調與相變儲能一體化系統及其工作方法。
背景技術：
：太陽能吸收式空調系統是以太陽能作為主要能源，為熱能驅動式制冷機提供其發生器所需要的熱水，從而達到制冷的目的的系統。在冬季不需要制冷的情況下，經太陽能加熱的熱水可直接為用戶供暖或提供生活熱水，實現太陽能冷熱空調和熱水器的一體化。雖然太陽能空調技術具有節能環保的突出優點，然而，目前太陽空調系統在推廣過程還存在以下問題：(1)太陽能空調的穩定運行通常需要配置儲熱罐和儲冷罐，目前采用的儲存介質為水。但是，采用儲水罐普遍存在以下不足：一是儲水罐的體積巨大；二是儲水罐的罐體的安全設置問題，如入水側通常安裝高溫高壓儲熱罐，存在一定的風險；三是為防止水溫迅速下降，對儲水罐的罐體的保溫要求非常高。(2)太陽能資源具有波動性，影響太陽能空調運行的連續性。太陽能輻射非常高時，受制于儲熱罐的體積，系統不能充分存儲多余的太陽能資源；當出現用戶載荷突然增加或者連續陰雨天時，單獨依靠太陽能系統不能保障客戶需求，此時需要頻繁啟動輔助系統，增加能源消耗。(3)太陽能空調的制冷效率取決于熱水輸入溫度。輸入熱水溫度越高，機組制冷效果越好。當前，儲水罐存在的普遍問題是：一是水溫會出現分層現象，不能維持進入機組的穩定溫度，造成制冷機運行不穩定；二是水屬于顯熱儲存，其儲能量和儲能釋能的溫度變化范圍成正比。儲能溫度越低，其儲能量越低。當水溫低于制冷機最低額定入水溫度時，此溫度下的熱水將不能被利用，造成大量的殘余熱量和能源浪費。綜上可見，當前太陽能空調系統存在一定的技術瓶頸問題。為解決此問題，本發明提出一種太陽能空調與相變儲能一體化系統及其工作方法。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種太陽能空調與相變儲能一體化系統及其工作方法，通過集成和控制太陽能空調與備用系統(熱泵冷暖機)的連接，實現太陽能與電能的無縫切換，在系統運行過程中，優先利用太陽能，而當太陽能不足以提供穩定、持續的能源時，作為備用系統的熱泵冷暖機可彌補這一不足，在有效降低備用系統啟動頻率和運行時間的同時，整個系統運行更加節能。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種太陽能空調與相變儲能一體化系統，包括太陽能集熱單元、相變蓄熱水箱、供冷單元、緩沖水箱和風機盤管，所述的太陽能集熱單元通過第一循環管路與所述的儲熱水箱相連，所述的儲熱水箱內安裝有儲熱盤管，所述的儲熱水箱通過第二循環管路與所述的相變蓄熱水箱相連，所述的相變蓄熱水箱內存儲有相變材料，所述的供冷單元包括冷卻塔和溴化鋰制冷機組，所述的冷卻塔通過第三循環管路與所述的溴化鋰制冷機組相連，所述的儲熱水箱經第四循環管路與所述的溴化鋰制冷機組相連，所述的儲熱水箱經第五循環管路與所述的緩沖水箱相連，所述的第四循環管路與所述的第五循環管路之間具有共用管路，該共用管路連在所述的儲熱水箱上，所述的溴化鋰制冷機組經第六循環管路與所述的緩沖水箱相連，所述的緩沖水箱通過第七循環管路與所述的風機盤管相連，所述的第一循環管路上設置有變頻的第一循環泵P1，所述的第四循環管路上設置有第二循環泵P2，P2同時位于所述的第五循環管路上，所述的第六循環管路上設置有第三循環泵P3，所述的第七循環管路上設置有第四循環泵P4，所述的第三循環管路上設置有第五循環泵P5，所述的第二循環管路上設置有第六循環泵P6，所述的第一循環管路、第二循環管路、第三循環管路、第四循環管路、第五循環管路、第六循環管路和第七循環管路上分別設置有若干溫度傳感器和若干閥門，夏季制冷時，太陽能集熱單元向溴化鋰制冷機組提供熱水，溴化鋰制冷機組向緩沖水箱提供冷凍水，緩沖水箱向風機盤管提供制冷所需冷凍水；冬季采暖時，太陽能集熱單元向緩沖水箱提供熱水，緩沖水箱向風機盤管提供采暖所需熱水。作為優選，還包括熱泵冷暖機，所述的緩沖水箱通過第八循環管路與所述的熱泵冷暖機相連，所述的第八循環管路上設置有第七循環泵、若干溫度傳感器和若干閥門。作為優選，所述的相變材料的熔點為75～95℃。作為優選，所述的第一循環管路上設置有電動三通閥S1和風冷散熱器，所述的太陽能集熱單元經所述的電動三通閥S1分別與所述的儲熱水箱和所述的風冷散熱器相連。作為優選，所述的太陽能集熱單元包括相互并聯的第一太陽能集熱器組和第二太陽能集熱器組，所述的第一太陽能集熱器組的出水管路上安裝有溫度傳感器T1，所述的第二太陽能集熱器組的出水管路上安裝有溫度傳感器T2，所述的第一太陽能集熱器組的出水管路與所述的第二太陽能集熱器組的出水管路的匯合處安裝有溫度傳感器T3，所述的第一太陽能集熱器組的出水管路與所述的第二太陽能集熱器組的出水管路匯合后經電動三通閥S1分別與所述的儲熱水箱和所述的風冷散熱器相通，S1與所述的儲熱水箱之間安裝有流量傳感器F1和球閥V1，P1與所述的儲熱水箱之間安裝有第一膨脹罐、第一減壓閥J1和球閥V2，S1與所述的風冷散熱器之間安裝有閘閥V20，所述的風冷散熱器的出水管路與所述的第一循環管路相連，所述的風冷散熱器的出水管路上安裝有閘閥V19，P1與所述的第一太陽能集熱器組和所述的第二太陽能集熱器組的入水管路之間安裝有溫度傳感器T6和溫度傳感器T7，所述的儲熱水箱上安裝有溫度傳感器T4和T5，所述的相變蓄熱水箱的入水口處安裝有球閥V17，所述的相變蓄熱水箱的出水口處安裝有球閥V18，所述的相變蓄熱水箱上安裝有溫度傳感器T18和T19，所述的儲熱水箱向所述的溴化鋰制冷機組的供水管路上依次安裝有P2和球閥V3，所述的溴化鋰制冷機組向所述的儲熱水箱的回水管路上依次安裝有溫度傳感器T9和球閥V4，V3和V4的靠近所述的溴化鋰制冷機組的一端分別與電動三通閥S2相連，S2同時與所述的溴化鋰制冷機組相連，所述的第四循環管路和第五循環管路的共用管路上安裝有P2、第二膨脹罐、第二減壓閥J2和流量傳感器F2，所述的第五循環管路上設置有球閥V7、球閥V8和第三減壓閥J3，所述的第六循環管路上設置有溫度傳感器T11、溫度傳感器T10、球閥V5和球閥V6，T10和T11靠近所述的溴化鋰制冷機組，所述的緩沖水箱上安裝有溫度傳感器T14和T15，所述的第三循環管路上設置有溫度傳感器T12、溫度傳感器T13、球閥V11和球閥V12，T12和T13靠近所述的溴化鋰制冷機組，所述的第七循環管路上設置有溫度傳感器T16、溫度傳感器T17、流量傳感器F3、球閥V9和球閥V10，所述的第八循環管路上設置有球閥V13、球閥V15和球閥V14、球閥V16。上述太陽能空調與相變儲能一體化系統的工作方法，包括以下步驟：夏季制冷時：V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9～V20打開，V7、V8關閉；T1或T2≥85℃時，P1開啟，太陽能集熱單元工作，系統進入集熱循環模式；P1開啟并運行10分鐘后，若T1且T2＜85℃，則P1停止，或者，P1開啟并運行10分鐘內，T1且T2＜80℃，則P1停止，集熱循環模式停止；當T4＞90℃且T4-T18≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱開始蓄熱；當T4≤88℃或T4-T18＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱停止蓄熱；當T4≤75℃且T18-T4≥6℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱開始放熱；當T4＞80℃或T18-T4＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱停止放熱；當T4≥95℃或T3≥110℃時，S1切換到風冷散熱器通路，同時風冷散熱器打開，系統開啟高溫保護模式；當T4＜93℃或T3＜105℃時，S1切換到第一循環管路，同時風冷散熱器關閉，高溫保護模式停止；當T4≥80℃時，P2啟動，且溴化鋰制冷機組的發生器溫度≥63℃時，溴化鋰制冷機組開啟，P3、P5和P4開啟，供冷單元和風機盤管工作，太陽能集熱單元向溴化鋰制冷機組提供熱水，溴化鋰制冷機組向緩沖水箱提供冷凍水，緩沖水箱向風機盤管提供制冷所需冷凍水，系統開啟制冷循環模式；當T4＜70℃，或者，T15＞18℃且風機盤管啟動時，供冷單元停止工作，熱泵冷暖機啟動，P7開啟，熱泵冷暖機向風機盤管供冷，風機盤管制冷；當T15≤15℃或風機盤管停止時，P7停止，熱泵冷暖機停止工作；冬季采暖時：V1、V2、V7、V8、V9、V10、V13～V20打開，V3、V4、V5、V6、V11、V12關閉；T1或T2≥50℃時，P1開啟，太陽能集熱單元工作，系統進入集熱循環模式；P1開啟并運行10分鐘后，若T1且T2＜50℃，則P1停止，或者，P1開啟并運行10分鐘內，T1且T2＜45℃，則P1停止，集熱循環模式停止；當T4＞60℃且T4-T18≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱開始蓄熱；當T4≤58℃或T4-T18＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱停止蓄熱；當T4≤55℃且T18-T4≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱開始放熱；當T4＞58℃或T18-T4＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱停止放熱；當T4＞62℃或T3＞90℃時，S1切換到風冷散熱器通路，同時風冷散熱器打開，系統開啟高溫保護模式；當T4≤60℃或T3≤88℃時，S1切換到第一循環管路，同時風冷散熱器關閉，高溫保護模式停止；當T7＜2℃時，P1開啟，S1切換到風冷散熱器通路，風冷散熱器關閉，系統進入防凍循環模式；當T7≥6℃時，P1停止，S1切換到第一循環管路，防凍循環模式停止；當T15＜55℃且T4-T15≥2℃時，P2、P4和風機盤管啟動，系統進入換熱循環模式，太陽能集熱單元向緩沖水箱提供熱水，緩沖水箱向風機盤管提供采暖所需熱水，系統開啟采暖模式；當T15＜45℃且風機盤管啟動時，熱泵冷暖機啟動，P7開啟，熱泵冷暖機向風機盤管供暖，風機盤管采暖；當T15≥50℃或風機盤管停止時，P7停止，熱泵冷暖機停止工作。作為優選，當第一膨脹罐測得第一循環管路的水壓＜1.5MPa時，自來水經第一減壓閥J1向第一循環管路補水；當第一膨脹罐測得第一循環管路的水壓≥2.0MPa時，第一減壓閥J1關閉；當第二膨脹罐測得第四循環管路或第五循環管路的水壓＜1.5MPa時，自來水經第二減壓閥J2向第四循環管路或第五循環管路補水；當第二膨脹罐測得第四循環管路或第五循環管路的水壓≥2.0MPa時，第二減壓閥J2關閉。作為優選，當T1-T2＞5℃或T3＞110℃時，第一循環管路報警；當夏季制冷循環模式下，T4＞95℃時，儲熱水箱報警；當冬季換熱循環模式下，T4＞62℃時，儲熱水箱報警。與現有技術相比，本發明的優點在于：1、本發明提供的太陽能空調與相變儲能一體化系統，將相變儲能技術與太陽能空調技術相結合，是空調技術發展上的一次創新，將會促進太陽能空調系統的大面積推廣。2、相對于傳統的顯熱儲能介質(比如水、鹽水等)，相變儲能材料具有儲能密度高、溫度變化小的突出優點。本發明將相變儲能技術應用于太陽能空調系統的蓄熱端和蓄冷端，可以解決太陽能間歇性、不穩定性的特點，將白天(或晴天)多余的太陽能進行存儲，在晚上(或陰雨天)釋放能量，實現太陽能利用的連續性；同時，在相同溫度變化范圍內，相變材料的儲能密度是水的5～12倍，因此，本發明太陽能空調與相變儲能一體化系統，在同等儲能容量的情況下，可以大幅度降低現有的儲水罐的容積，節省用戶空間；而且相變儲能材料在儲能過程中保持溫度不變，或者變化很小，在蓄熱端采用相變儲能技術，可以穩定制冷機進口熱水的溫度，顯著提高系統的運行效率，在蓄冷端采用相變儲能技術，可以穩定冷凍水溫度，提高用戶使用的舒適性。3、本發明太陽能空調與相變儲能一體化系統，具備兩種運行模式：夏季制冷模式與冬季采暖模式，其通過集成和控制太陽能空調與備用系統(熱泵冷暖機)的連接，實現太陽能與電能的無縫切換，在系統運行過程中，優先利用太陽能，而當太陽能不足以提供穩定、持續的能源時，作為備用系統的熱泵冷暖機可彌補這一不足，在有效降低備用系統啟動頻率和運行時間的同時，整個系統運行更加節能。此外，通過相變蓄熱水箱，可實現相變材料的自動蓄熱和放熱功能，從而有效防止第一循環管路過熱。附圖說明圖1為實施例中太陽能空調與相變儲能一體化系統的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例的太陽能空調與相變儲能一體化系統，如圖1所示，包括太陽能集熱單元1、相變蓄熱水箱2、供冷單元、緩沖水箱4、風機盤管5和熱泵冷暖機6，太陽能集熱單元1通過第一循環管路81與儲熱水箱7相連，儲熱水箱7內安裝有儲熱盤管71，儲熱水箱7通過第二循環管路82與相變蓄熱水箱2相連，相變蓄熱水箱2內存儲有相變材料，供冷單元包括冷卻塔32和溴化鋰制冷機組31，冷卻塔32通過第三循環管路83與溴化鋰制冷機組31相連，儲熱水箱7經第四循環管路84與溴化鋰制冷機組31相連，儲熱水箱7經第五循環管路85與緩沖水箱4相連，第四循環管路84與第五循環管路85之間具有共用管路，該共用管路連在儲熱水箱7上，溴化鋰制冷機組31經第六循環管路86與緩沖水箱4相連，緩沖水箱4通過第七循環管路87與風機盤管5相連，第一循環管路81上設置有變頻的第一循環泵P1，第四循環管路84上設置有第二循環泵P2，P2同時位于第五循環管路85上，第六循環管路86上設置有第三循環泵P3，第七循環管路87上設置有第四循環泵P4，第三循環管路83上設置有第五循環泵P5，第二循環管路82上設置有第六循環泵P6，第一循環管路81、第二循環管路82、第三循環管路83、第四循環管路84、第五循環管路85、第六循環管路86和第七循環管路87上分別設置有若干溫度傳感器和若干閥門，緩沖水箱4通過第八循環管路88與熱泵冷暖機6相連，第八循環管路88上設置有第七循環泵、若干溫度傳感器和若干閥門；夏季制冷時，太陽能集熱單元1向溴化鋰制冷機組31提供熱水，溴化鋰制冷機組31向緩沖水箱4提供冷凍水，緩沖水箱4向風機盤管5提供制冷所需冷凍水；冬季采暖時，太陽能集熱單元1向緩沖水箱4提供熱水，緩沖水箱4向風機盤管5提供采暖所需熱水。以上具體實施例中，相變材料的熔點為75～95℃，可選擇的相變材料如下：名稱熔點/℃焓值/(KJ/kg)三羥甲基乙烷81-82(凝固范圍:75-73)155二十烷酸76.5227Mg(NO3)2·6H2O89.9167乙酰胺82以上具體實施例中，第一循環管路81上設置有電動三通閥S1和風冷散熱器9，太陽能集熱單元1經電動三通閥S1分別與儲熱水箱7和風冷散熱器9相連。以上具體實施例中，太陽能集熱單元1包括相互并聯的第一太陽能集熱器組11和第二太陽能集熱器組12，第一太陽能集熱器組11的出水管路上安裝有溫度傳感器T1，第二太陽能集熱器組12的出水管路上安裝有溫度傳感器T2，第一太陽能集熱器組11的出水管路與第二太陽能集熱器組12的出水管路的匯合處安裝有溫度傳感器T3，第一太陽能集熱器組11的出水管路與第二太陽能集熱器組12的出水管路匯合后經電動三通閥S1分別與儲熱水箱7和風冷散熱器9相通，S1與儲熱水箱7之間安裝有流量傳感器F1和球閥V1，P1與儲熱水箱7之間安裝有第一膨脹罐13、第一減壓閥J1和球閥V2，S1與風冷散熱器9之間安裝有閘閥V20，風冷散熱器9的出水管路與第一循環管路81相連，風冷散熱器9的出水管路上安裝有閘閥V19，P1與第一太陽能集熱器組11和第二太陽能集熱器組12的入水管路之間安裝有溫度傳感器T6和溫度傳感器T7，儲熱水箱7上安裝有溫度傳感器T4和T5，相變蓄熱水箱2的入水口處安裝有球閥V17，相變蓄熱水箱2的出水口處安裝有球閥V18，相變蓄熱水箱2上安裝有溫度傳感器T18和T19，儲熱水箱7向溴化鋰制冷機組31的供水管路上依次安裝有P2和球閥V3，溴化鋰制冷機組31向儲熱水箱7的回水管路上依次安裝有溫度傳感器T9和球閥V4，V3和V4的靠近溴化鋰制冷機組31的一端分別與電動三通閥S2相連，S2同時與溴化鋰制冷機組31相連，第四循環管路84和第五循環管路85的共用管路上安裝有P2、第二膨脹罐41、第二減壓閥J2和流量傳感器F2，第五循環管路85上設置有球閥V7、球閥V8和第三減壓閥J3，第六循環管路86上設置有溫度傳感器T11、溫度傳感器T10、球閥V5和球閥V6，T10和T11靠近溴化鋰制冷機組31，緩沖水箱4上安裝有溫度傳感器T14和T15，第三循環管路83上設置有溫度傳感器T12、溫度傳感器T13、球閥V11和球閥V12，T12和T13靠近溴化鋰制冷機組31，第七循環管路87上設置有溫度傳感器T16、溫度傳感器T17、流量傳感器F3、球閥V9和球閥V10，第八循環管路88上設置有球閥V13、球閥V15和球閥V14、球閥V16。上述太陽能空調與相變儲能一體化系統的工作方法，夏季制冷時：V1、V2、V3、V4、V5、V6、V9～V20打開，V7、V8關閉；T1或T2≥85℃時，P1開啟，太陽能集熱單元1工作，系統進入集熱循環模式；P1開啟并運行10分鐘后，若T1且T2＜85℃，則P1停止，或者，P1開啟并運行10分鐘內，T1且T2＜80℃，則P1停止，集熱循環模式停止；當T4＞90℃且T4-T18≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱2開始蓄熱；當T4≤88℃或T4-T18＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱2停止蓄熱；當T4≤75℃且T18-T4≥6℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱2開始放熱；當T4＞80℃或T18-T4＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱2停止放熱；當T4≥95℃或T3≥110℃時，S1切換到風冷散熱器9通路，同時風冷散熱器9打開，系統開啟高溫保護模式；當T4＜93℃或T3＜105℃時，S1切換到第一循環管路81，同時風冷散熱器9關閉，高溫保護模式停止；當T4≥80℃時，P2啟動，且溴化鋰制冷機組31的溴冷機發生器溫度≥63℃時，溴化鋰制冷機組31開啟，P3、P5和P4開啟，供冷單元和風機盤管5工作，太陽能集熱單元1向溴化鋰制冷機組31提供熱水，溴化鋰制冷機組31向緩沖水箱4提供冷凍水，緩沖水箱4向風機盤管5提供制冷所需冷凍水，系統開啟制冷循環模式；當T4＜70℃，或者，T15＞18℃且風機盤管5啟動時，供冷單元停止工作，熱泵冷暖機6啟動，P7開啟，熱泵冷暖機6向風機盤管5供冷，風機盤管5制冷；當T15≤15℃或風機盤管5停止時，P7停止，熱泵冷暖機6停止工作；冬季采暖時：V1、V2、V7、V8、V9、V10、V13～V20打開，V3、V4、V5、V6、V11、V12關閉；T1或T2≥50℃時，P1開啟，太陽能集熱單元1工作，系統進入集熱循環模式；P1開啟并運行10分鐘后，若T1且T2＜50℃，則P1停止，或者，P1開啟并運行10分鐘內，T1且T2＜45℃，則P1停止，集熱循環模式停止；當T4＞60℃且T4-T18≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱2開始蓄熱；當T4≤58℃或T4-T18＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱2停止蓄熱；當T4≤55℃且T18-T4≥4℃時，則P6開啟，相變蓄熱水箱2開始放熱；當T4＞58℃或T18-T4＜2℃時，則P6停止，相變蓄熱水箱2停止放熱；當T4＞62℃或T3＞90℃時，S1切換到風冷散熱器9通路，同時風冷散熱器9打開，系統開啟高溫保護模式；當T4≤60℃或T3≤88℃時，S1切換到第一循環管路81，同時風冷散熱器9關閉，高溫保護模式停止；當T7＜2℃時，P1開啟，S1切換到風冷散熱器9通路，風冷散熱器9關閉，系統進入防凍循環模式；當T7≥6℃時，P1停止，S1切換到第一循環管路81，防凍循環模式停止；當T15＜55℃且T4-T15≥2℃時，P2、P4和風機盤管5啟動，系統進入換熱循環模式，太陽能集熱單元1向緩沖水箱4提供熱水，緩沖水箱4向風機盤管5提供采暖所需熱水，系統開啟采暖模式；當T15＜45℃且風機盤管5啟動時，熱泵冷暖機6啟動，P7開啟，熱泵冷暖機6向風機盤管5供暖，風機盤管5采暖；當T15≥50℃或風機盤管5停止時，P7停止，熱泵冷暖機6停止工作。上述太陽能空調與相變儲能一體化系統工作過程中，當第一膨脹罐13測得第一循環管路81的水壓＜1.5MPa時，自來水經第一減壓閥J1向第一循環管路81補水；當第一膨脹罐13測得第一循環管路81的水壓≥2.0MPa時，第一減壓閥J1關閉；當第二膨脹罐41測得第四循環管路84或第五循環管路85的水壓＜1.5MPa時，自來水經第二減壓閥J2向第四循環管路84或第五循環管路85補水；當第二膨脹罐41測得第四循環管路84或第五循環管路85的水壓≥2.0MPa時，第二減壓閥J2關閉。當T1-T2＞5℃或T3＞110℃時，第一循環管路81報警；當夏季制冷循環模式下，T4＞95℃時，儲熱水箱7報警；當冬季換熱循環模式下，T4＞62℃時，儲熱水箱7報警。當前第1頁1 2 3