太阳能吸收压缩复合式热泵系统及辐射采暖、供冷方法与流程

1.本发明涉及太阳能利用技术、热泵技术、辐射采暖供冷领域，尤其涉及一种太阳能吸收压缩复合式热泵系统及辐射采暖、供冷方法。


背景技术：

2.舒适的环境对人的心理和生理健康十分重要，在现代社会中，舒适的建筑环境通常通过空调系统来实现，但空调系统消耗大量的能源。因此，如何在提高人员舒适性的同时实现建筑空调系统节能是目前暖通空调领域面临的最大挑战之一。
3.对于舒适性空调来讲，辐射供冷技术的节能性和热舒适性使其具有相当的研究价值和广阔的应用前景，但辐射供冷系统的结露问题限制了其广泛应用。目前预防结露分为主动方式和被动方式，其中被动方式并不能控制室内的相对湿度，只能在一定程度上达到防结露的目的，不能完全取代主动式方法。而主动方式通过提高供水温度会抑制其制冷能力，并不能从根本上解决结露问题；采用除湿装置或吸湿材料对预防结露问题是有效的，但压缩制冷效率较低，会额外增加系统能耗。
4.太阳能吸收制冷技术，以可再生能源太阳能作为驱动能源，其制冷剂为对环境友好的自然工质水，有助于降低空调能耗。但传统太阳能吸收制冷系统存在效率低和间歇性问题，一般需要设置能量储罐或辅助加热。太阳能吸收压缩复合制冷系统通过提高蒸发温度来提升机组效率、扩大太阳能利用温区，但依然很难实现系统的全天候运行，太阳能和电能的综合利用率还有提升空间。


技术实现要素：

5.为解决以上技术问题，本发明公开一种太阳能吸收压缩复合式热泵系统及辐射采暖、供冷方法，具有良好的热舒适性和节能效果。
6.一种太阳能吸收压缩复合式热泵系统，包括太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统；所述太阳能热水子系统包括太阳能集热循环和热水循环，在太阳能集热循环中，太阳能集热器出口、加热盘管、第二热水泵、太阳能集热器入口依次相连；在热水循环中，储热罐出口分为两路，一路与第四控制阀入口相连，另一路与第一控制阀、发生器中加热盘管、第二控制阀入口依次相连，第二控制阀出口与第五控制阀出口汇合后，再与第一热水泵、储热罐入口依次相连；在单效吸收子系统中，发生器浓溶液出口、溶液热交换器浓溶液侧盘管、第一节流阀、吸收器浓溶液进口、吸收器稀溶液出口、溶液泵、溶液热交换器稀溶液侧盘管、发生器稀溶液进口依次相连；发生器过热蒸汽出口、冷凝器、第二节流阀、蒸发器、吸收器制冷剂进口依次相连；冷却塔出口与冷却水泵串联，冷却水泵出口分为两路，一路经冷凝器冷却盘管，另一路经吸收器冷却盘管与冷凝器冷却盘管出口汇合，再与冷却塔入口相连；在压缩子系统中，制冷剂-水换热器制冷剂侧出口、四通换向阀、压缩机依次相连，压缩机出口分为两路，一路依次与第八控制阀、水源换热器制冷剂侧盘管、第七控制阀相连，另一路依次与第十控制阀、空气源换热器、第九控制阀相连，第九控制
阀与第七控制阀出口汇合，再与第三节流阀、制冷剂-水换热器制冷剂侧进口依次相连；在中间并联子系统中，蒸发器换热盘管出口与第三控制阀相连，第三控制阀出口与第四控制阀出口汇合后再分为两路，一路与辐射末端相连，另一路经第六控制阀、水源换热器水侧盘管与辐射末端的出口汇合，再与循环水泵入口相连，循环水泵的出口分为两路，一路与蒸发器换热盘管入口相连，另一路与第五控制阀入口相连。
7.进一步地，所述制冷剂-水换热器的水侧盘管连接翅片管式换热器用于处理室内送风，所述室内送风为全部的户外新风，或所述室内送风为户外新风与室内回风的混合。
8.进一步地，所述辐射末端采用对流屏蔽、辐射屏蔽或创造超疏水表面的预防冷凝措施。
9.进一步地，所述冷却塔采用闭式冷却塔。
10.进一步地，所述太阳能热水子系统和中间并联子系统的工作介质包括水、盐水溶液或乙二醇溶液，所述单效吸收子系统的工作介质包括溴化锂水溶液或氨水溶液，所述压缩子系统的工作介质包括r32（二氟甲烷）、r410a（二氟甲烷和五氟乙烷组成的混合物）或hc类制冷剂（碳氢化合物制冷剂）。
11.太阳能吸收压缩复合式热泵系统的辐射供冷方法如下：s6-1：在制冷工况下，第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀开启，第四控制阀和第五控制阀关闭；s6-2：选择“太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统联合工作”模式或“压缩子系统独立工作”模式；选择“太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统联合工作”模式则进入步骤s6-3；选择“压缩子系统独立工作”模式则进入步骤s6-4；s6-3：第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀开启，第九控制阀和第十控制阀关闭，从储热罐出来的热水进入发生器的加热盘管来驱动单效吸收子系统工作，单效吸收子系统的蒸发器制备的高温冷水，一部分进入辐射末端承担部分建筑显热负荷，另一部分进入水源换热器承担压缩子系统的冷凝热，由压缩子系统的制冷剂-水换热器制备的低温冷水进入翅片管式换热器承担建筑潜热负荷和剩余建筑显热负荷；s6-4：第七控制阀和第八控制阀关闭，第九控制阀和第十控制阀开启，压缩子系统的制冷剂-水换热器制备的低温冷水进入翅片管式换热器承担全部建筑冷负荷。
12.太阳能吸收压缩复合式热泵系统的辐射采暖方法如下：s7-1：在制热工况下，第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀关闭，第四控制阀和第五控制阀开启；s7-2：选择“太阳能热水子系统和中间并联子系统联合工作”模式、“太阳能热水子系统、中间并联子系统和压缩子系统联合工作”模式或“压缩子系统独立工作”模式；选择“太阳能热水子系统和中间并联子系统联合工作”模式则进入步骤s7-3；选择“太阳能热水子系统、中间并联子系统和压缩子系统联合工作”模式则进入步骤s7-4；选择“压缩子系统独立工作”模式则进入步骤s7-5；s7-3：第六控制阀关闭，从储热罐出来的中温热水进入辐射末端承担全部建筑热负荷；s7-4：第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀开启，第九控制阀和第十控制阀关
闭，从储热罐出来的低温热水，一部分进入辐射末端承担部分建筑热负荷，另一部分进入压缩子系统的水源换热器提供热量，由压缩子系统的制冷剂-水换热器制备高温热水进入翅片管式换热器承担剩余建筑热负荷；s7-5：第七控制阀和第八控制阀关闭，第九控制阀和第十控制阀开启，压缩子系统的制冷剂-水换热器制备的高温热水进入翅片管式换热器承担全部建筑热负荷。
13.本发明有益效果为：1、相比起现有技术，本发明提供的太阳能吸收压缩复合式热泵系统利用辐射末端采用高温冷水的特点，通过太阳能集热器制备热水驱动单效吸收子系统制备高温冷水（18~20℃），用于辐射供冷承担建筑显热负荷和降低压缩子系统冷凝温度；由压缩子系统制备低温冷水（7℃）承担建筑潜热负荷来解决辐射供冷的结露问题，提高了吸收制冷效率，扩大了太阳能利用温区，减少了压缩机耗功，实现了系统的温湿度独立控制。
14.2、通过利用辐射末端采用低温热水（25~40℃）和中温热水（40~50℃）的特点，由太阳能集热器制备低温热水，用于辐射采暖承担建筑热负荷且提高压缩子系统蒸发温度，提高了集热器效率，减少了压缩机耗功；3、通过设置储热罐和风冷冷凝器，保证了系统连续稳定运行且最大化利用太阳能，具有良好的热舒适性和节能效果，提高了太阳能和电能的综合利用率。
附图说明
15.附图1为本发明实施例中太阳能吸收压缩复合式热泵系统的实施例的结构原理示意图。
16.其中，1-太阳能集热器，2-储热罐，2a-加热盘管，3-蒸发器，4-吸收器，5-溶液热交换器，6-发生器，7-冷凝器，8-冷却塔，9-辐射末端，10-水源换热器，11-空气源换热器，12-制冷剂-水换热器，13-压缩机，14-四通换向阀，15-第一节流阀，16-第二节流阀，17-第三节流阀，18-第一控制阀，19-第二控制阀，20-第三控制阀，21-第四控制阀，22-第五控制阀，23-第六控制阀，24-第七控制阀，25-第八控制阀，26-第九控制阀，27-第十控制阀，28第一热水泵，29-第二热水泵，30-冷却水泵，31-溶液泵，32-循环水泵。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步描述。需要说明的是，实施例并不对本发明要求保护的范围构成限制。
18.本发明具体实施方式中提到的高温冷水的温度范围为18~20℃；低温冷水的温度为7℃；低温热水的温度范围为25~40℃；中温热水的温度范围为40~50℃；高温热水的温度范围为50~60℃；实施例1如附图1所示，一种太阳能吸收压缩复合式热泵系统，包括太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统。图中箭头所示方向为各部件间流体流动的正向。
19.在该实施例中，所述太阳能热水子系统和中间并联子系统可采用水作为工作介质，所述单效吸收子系统可采用溴化锂水溶液作为工作介质，所述压缩子系统可采用r32作
为工作介质。当然，所述太阳能热水子系统和中间并联子系统也可采用盐水溶液或乙二醇溶液作为工作介质，所述单效吸收子系统也可采用氨水溶液或其它替代溶液作为工作介质，所述压缩子系统也可采用r410a或hc类制冷剂作为工作介质。
20.太阳能热水子系统包括太阳能集热循环和热水循环。太阳能集热循环包括太阳能集热器1、加热盘管2a和第二热水泵29，太阳能集热器1对加热盘管2a提供加热用的热水，太阳能集热器1可选择常用的平板集热器或真空管集热器；所述热水循环包括储热罐2、第一控制阀18、第四控制阀21、发生器6中加热盘管、第二控制阀19、第五控制阀22和第一热水泵28，所述储热罐2是为了储存热量在无太阳能情况下使用，储热罐2出口分为两路，一路与第四控制阀21入口相连，另一路与第一控制阀18、发生器6中加热盘管、第二控制阀19入口依次相连，第二控制阀19出口与第五控制阀22出口汇合后，再与第一热水泵28、储热罐2入口依次相连；单效吸收子系统包括发生器6，发生器6依次与溶液热交换器5浓溶液侧盘管、第一节流阀15、吸收器4、溶液泵31，溶液泵31、溶液热交换器5稀溶液测盘管连通；所述发生器6中设有加热盘管，加热盘管的出口端到入口端依次连接第二控制阀19、第一热水泵28、储热罐2、第一控制阀18。单效吸收子系统还包括有冷凝器7，冷凝器7依次连通有第二节流阀16、蒸发器3和吸收器4；所述冷凝器7和吸收器4中设有冷却盘管，冷却盘管出口端到入口端依次连接冷却塔8和冷却水泵30；所述冷却塔8为闭式冷却塔；所述蒸发器3中设有串接所述中间并联子系统的换热盘管。发生器6浓溶液出口、溶液热交换器5浓溶液侧盘管、第一节流阀15、吸收器4浓溶液进口、吸收器4稀溶液出口、溶液泵31、溶液热交换器5稀溶液侧盘管、发生器6稀溶液进口依次相连；发生器6过热蒸汽出口、冷凝器7、第二节流阀16、蒸发器3、吸收器4制冷剂进口依次相连；冷却塔8出口与冷却水泵30串联，冷却水泵30出口分为两路，一路经冷凝器7冷却盘管，另一路经吸收器4冷却盘管与冷凝器7冷却盘管出口汇合，再与冷却塔8入口相连。
21.压缩子系统包括制冷剂-水换热器12，制冷剂-水换热器12的制冷剂通道出口依次连通有四通换向阀14和压缩机13，压缩机13的出口分为两路，一路依次与第八控制阀25、水源换热器10制冷剂通道、第七控制阀24相连，另一路依次与第十控制阀27、空气源换热器11、第九控制阀26相连，第九控制阀26与第七控制阀24出口汇合，再与第三节流阀17、制冷剂-水换热器12制冷剂通道入口依次相连。
22.中间并联子系统包括所述蒸发器3中的换热盘管，蒸发器3中换热盘管出口连通有第三控制阀20，第三控制阀20出口与第四控制阀21出口汇合后分为两路，一路与辐射末端9相连，另一路经第六控制阀23、水源换热器10水侧通道与辐射末端9的出口汇合，再与循环水泵32入口相连，循环水泵32出口分为两路，一路与蒸发器3中换热盘管入口相连，另一路与第五控制阀22入口相连。
23.一种太阳能吸收压缩复合式热泵系统的辐射采暖、供冷方法，工作原理为：在制冷工况下，第一控制阀18、第二控制阀19和第三控制阀20开启，第四控制阀21和第五控制阀22关闭；包括太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统，有太阳能热水子系统、单效吸收子系统、压缩子系统和中间并联子系统联合工作，以及压缩子系统独立工作两种模式；当有太阳能时，压缩子系统可与太阳能热水子系统、吸收子系统、中间并联子系统联合工作，第六控制阀23、第七控制阀24和第八控制阀25开启，第
九控制阀26和第十控制阀27关闭，太阳能集热器1制备的高温热水进入加热盘管2a间接加热储热罐2中的水，从储热罐2出来的高温热水间接加热发生器6内低温高压稀溶液产生的高温高压浓溶液进入溶液热交换器5与高压低温稀溶液换热后，经第一节流阀15进入吸收器4喷淋后吸收来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽，然后被吸收器4内冷却盘管中的冷却水冷却降温为低温低压稀溶液，经溶液泵31增压后进入溶液热交换器5与高温高压浓溶液换热后重新进入发生器6；发生器6内低温高压稀溶液被加热产生的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器冷却为低温高压液体制冷剂，经第二节流阀16节流后进入蒸发器3喷淋后冷却蒸发器内换热盘管中的水变为低温低压制冷剂蒸汽，然后在吸收器内被高温低压浓溶液吸收；蒸发器3换热盘管出口制备18~20℃高温冷水经第三控制阀20后被分为两路，一路与辐射末端9相连承担部分建筑显热负荷，另一路经第六控制阀23，在水源换热器10水侧通道承担压缩子系统的冷凝热，再与辐射末端9的出口汇合，再与循环水泵32、蒸发器3换热盘管入口依次相连；水源换热器10制冷剂通道出口为经水侧通道降温的低温高压液体制冷剂，经第七控制阀24，进入第三节流阀17节流后，再进入制冷剂-水换热器12的制冷剂通道吸收水侧通道的热量后变为低温低压制冷剂蒸汽，经四通换向阀14后进入压缩机13压缩后变为高温高压制冷剂蒸汽，经第八控制阀25后进入水源换热器10制冷剂通道向水侧通道释放冷凝热；制冷剂-水换热器12水侧通道出口的7℃低温冷水进入翅片管式换热器承担建筑潜热负荷和剩余建筑显热负荷。当无太阳能时，比如阴天或下雨，压缩子系统独立工作，此时太阳能热水子系统、吸收子系统、中间并联子系统停止工作，第七控制阀24和第八控制阀25关闭，第九控制阀26和第十控制阀27开启，制冷剂-水换热器12的制冷剂通道吸收水侧通道的热量后变为低温低压制冷剂蒸汽，经四通换向阀14后进入压缩机13压缩后变为高温高压制冷剂蒸汽，经第十控制阀27后进入空气源换热器11将冷凝热释放到大气环境中，空气源换热器11出口低温高压液体制冷剂，经第九控制阀26，进入第三节流阀17节流后，再进入制冷剂-水换热器12的制冷剂通道吸收热量；制冷剂-水换热器12水侧通道将热量释放给制冷剂通道后，制冷剂-水换热器12水侧通道出口的7℃低温冷水进入翅片管式换热器承担全部建筑冷负荷。
24.在制热工况下，第一控制阀18、第二控制阀19和第三控制阀20关闭，第四控制阀21和第五控制阀22开启；包括太阳能热水子系统、压缩子系统和中间并联子系统，有太阳能热水子系统和中间并联子系统联合工作，太阳能热水子系统、中间并联子系统和压缩子系统联合工作，以及压缩子系统独立工作三种模式；当太阳能强度较高时，太阳能热水子系统和中间并联子系统联合工作时，压缩子系统停止工作，第六控制阀23关闭，太阳能集热器1制备的高温热水进入加热盘管2a间接加热储热罐2中的水，储热罐2出口的40~50℃中温热水进入辐射末端9承担全部建筑热负荷，再依次与循环水泵32、第五控制阀22、第一热水泵28、储热罐2入口相连。当太阳能强度较弱时，太阳能热水子系统、中间并联子系统和压缩子系统联合工作，第六控制阀23、第七控制阀24和第八控制阀25开启，第九控制阀26和第十控制阀27关闭，太阳能集热器1制备的高温热水进入加热盘管2a间接加热储热罐2中的水，储热罐2出口的25~40℃低温热水，一部分进入辐射末端9承担部分建筑热负荷，另一部分进入压缩子系统的水源换热器10水侧通道提供热量后与辐射末端9出口热水汇合，再依次与循环水泵32、第五控制阀22、第一热水泵28、储热罐2入口相连；压缩子系统的水源换热器10制冷剂通道出口为吸收水侧通道热量的低温低压制冷剂蒸汽，经第八控制阀25、四通换向阀14
后，进入压缩机13压缩后变为高温高压制冷剂蒸汽，进入制冷剂-水换热器12的制冷剂通道释放热量给水侧通道后变为低温高压液体制冷剂，经第三节流阀17节流后，再通过第七控制阀24后进入水源换热器10制冷剂通道吸收热量；制冷剂-水换热器12水侧通道吸收制冷剂通道冷凝热，制冷剂-水换热器12水侧通道出口的50~60℃高温热水进入翅片管式换热器承担剩余建筑热负荷。当无太阳能时，比如阴天或下雨，压缩子系统独立工作时，太阳能集热循环、辐射循环子系统停止工作，第七控制阀24和第八控制阀25关闭，第九控制阀26和第十控制阀27开启，制冷剂-水换热器12的制冷剂通道释放热量给水侧通道后变为高温高压液体制冷剂，经第三节流阀17节流后，再通过第九控制阀26后进入空气源换热器11吸收室外空气热量变为低温低压制冷剂蒸汽，经第十控制阀27、四通换向阀14后进入压缩机13压缩后变为高温高压制冷剂蒸汽，再进入制冷剂-水换热器12的制冷剂通道释放热量；制冷剂-水换热器12水侧通道吸收制冷剂通道冷凝热，制冷剂-水换热器12水侧通道出口的50~60℃高温热水进入翅片管式换热器承担全部建筑热负荷。
25.相比起现有技术，本发明提供的太阳能吸收压缩复合式热泵系统利用辐射末端采用高温冷水的特点，通过太阳能集热器制备热水驱动单效吸收子系统制备高温冷水，用于辐射供冷承担建筑显热负荷和降低压缩子系统冷凝温度；由压缩子系统制备低温冷水承担建筑潜热负荷来解决辐射供冷的结露问题，提高了吸收制冷效率，扩大了太阳能利用温区，减少了压缩机耗功，实现了系统的温湿度独立控制。
26.通过利用辐射末端采用较低温热水的特点，由太阳能集热器制备低温热水，用于辐射采暖承担建筑热负荷且提高压缩子系统蒸发温度，提高了集热器效率，减少了压缩机耗功。
27.通过设置储热罐和风冷冷凝器，保证了系统连续稳定运行且最大化利用太阳能，具有良好的热舒适性和节能效果，提高了太阳能和电能的综合利用率。
28.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。