空氣源—地源—吸附式太陽能冷熱聯(lián)供系統(tǒng)

章云 申玉祥 沈浩 楊杰

太陽能一直以來都以綠色、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)為人們所屬知，太陽能熱泵則將熱泵技術(shù)和利用太陽能熱的相關(guān)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其以少量的電能為代價(jià)實(shí)現(xiàn)了周圍低溫向高溫環(huán)境的轉(zhuǎn)變，極大的提高了能量的使用效率。然而在無光少光情況下，如冬日低溫陰雨的環(huán)境中，太陽能集熱不穩(wěn)定會(huì)限制供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行。空氣源熱泵熱水系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)則可靠、環(huán)保、安全、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，但空氣源熱泵在冬季室外空氣溫度較低（-12.8 攝氏度到5.8 攝氏度）時(shí)，室外側(cè)換熱器表面就要結(jié)霜，性能系數(shù)大大降低。若能將這三者有機(jī)的聯(lián)合，使之優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、揚(yáng)長(zhǎng)避短，不僅可以全年供應(yīng)連續(xù)的熱水而且還可以節(jié)能減排。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，我國(guó)對(duì)能源的消耗和需求日趨增加，通過合理利用太陽能熱水系統(tǒng)，空氣源熱泵與地源熱泵的集成系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)采用最佳的模式進(jìn)行運(yùn)行，不僅可以有效減少電能消耗而且還能使得太陽能的利用率發(fā)揮大最大值，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源有著重要的意義。

該系統(tǒng)將空氣源地源熱泵與太陽能聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)三者相互和諧配合。在降低環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)影響的同時(shí)節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)冬寒夏熱的供暖制冷。

該空氣源—地源—吸附式太陽能冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，主要包括空氣源熱泵系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)以及固體吸附式太陽能系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)。由換熱器，壓縮機(jī)，電子膨脹閥以及過濾器，集熱發(fā)生器復(fù)合體，水箱，冷凝器，節(jié)流閥以及自動(dòng)閥，除此之外，還有風(fēng)機(jī)盤管，水泵與地板散熱器構(gòu)成。空氣源系統(tǒng)依次由室外換熱器（b5），四通換向閥（b3），壓縮機(jī)（b2），室內(nèi)換熱器（b8），過濾器（b6）和（b7）與電子膨脹閥（b1）構(gòu)成。地源系統(tǒng)由室內(nèi)換熱器（a1），四通閥（a2），壓縮機(jī)（a3）與室外換熱器（a4）構(gòu)成。固體吸附式太陽能系統(tǒng)由自動(dòng)閥，冷凝器（c5），貯液器（c3），節(jié)流閥（c4），水箱 1（c1）水箱 2（c2）與泵構(gòu)成三源系統(tǒng)的換熱器通過與水箱 2 熱量交換，夏天利用風(fēng)機(jī)盤管向內(nèi)提供冷風(fēng)，同時(shí)亦可利用地板向室內(nèi)供暖。四通閥應(yīng)用于該系統(tǒng)可以同時(shí)滿足夏季工況與冬季工況，安裝方便，經(jīng)濟(jì)安全。該系統(tǒng)通過利用水箱 1 中的余熱減小由低溫引起的冬季工況室外換熱器的結(jié)霜問題，當(dāng)溫度過低時(shí)，關(guān)閉空氣源系統(tǒng)，采用地?zé)嵩聪到y(tǒng)與固體吸附式太陽能向室內(nèi)供暖。集熱器復(fù)合體中的吸附式制冷不采用氯氟烴類制冷劑，無溫室效應(yīng)作用，環(huán)境友好。

為優(yōu)化上述實(shí)用新型，采取的具體措施如圖所示：

地源系統(tǒng)利用地下水實(shí)現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩崔D(zhuǎn)換，節(jié)能減排。地下水的溫度較為恒定，夏天比外界空氣溫度低，冬季相對(duì)于外界空氣溫度高。冬季，熱泵機(jī)組從地下水中吸收熱量，傳遞給水箱，實(shí)現(xiàn)供暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實(shí)現(xiàn)建筑物制冷。冬季熱泵制冷劑正向流動(dòng)，低溫低壓的制冷劑在地下水（5）（6）的影響下在蒸發(fā)器（4）形成低溫低壓的飽和蒸汽，進(jìn)入壓縮機(jī)（3），排出高溫高壓蒸汽，進(jìn)入冷凝器（1）向集熱器中的水放出熱量，由集熱器與室內(nèi)空氣換熱。夏季熱泵制冷劑反向流動(dòng)，冷凝器（4）與蒸發(fā)器（1）共同作用，將集熱器水與地下水熱能互相轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)夏季制冷。

空氣源熱泵是用高位能使熱量從空氣作為熱泵的低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。夏季時(shí)，高溫高壓氣體在冷凝（5）中冷凝為常溫高壓液體，經(jīng)過節(jié)流閥形成常溫低壓液體，在蒸發(fā)器（8）中形成低溫低壓蒸汽，同時(shí)吸收與室內(nèi)相連的水箱熱量，現(xiàn)實(shí)制冷，此時(shí)低溫低壓蒸汽將繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)（2）形成高溫高壓氣體。冬季工況中，考慮到溫度過低導(dǎo)致結(jié)霜等問題會(huì)影響熱泵正常工作，該產(chǎn)品將利用恒溫水箱（4）防止蒸發(fā)器（5）結(jié)霜。制冷劑逆向流動(dòng)，空氣源與集熱水箱熱量互相轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)效率相對(duì)較高的冬季供暖。

當(dāng)有足夠的太陽能時(shí)，關(guān)閉真空閥門 3.7.5，放干集熱發(fā)生器復(fù)合體6內(nèi)的水。讓集熱發(fā)生器復(fù)合體在太陽能溫度下加熱，當(dāng)達(dá)到制冷劑的解吸溫度時(shí)，打開閥門3，解吸出制冷劑，并通過冷凝器5冷凝為液體后進(jìn)入貯液器3中，經(jīng)節(jié)流閥4進(jìn)入到蒸發(fā)器中。當(dāng)太陽輻射消失后，關(guān)閉閥門3，集熱復(fù)合體6內(nèi)的太陽能集熱芯片管路與水箱1直接連通，使水箱1中的水溫增高。當(dāng)水箱內(nèi)水的溫度達(dá)到一定的溫度時(shí)，將水箱1中的熱水注入到水箱2中，再將冷水注入上水箱1中，這一過程結(jié)束后，打開閥門7和3，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑開始產(chǎn)生制冷效果。

通過地源、空氣源與吸附式太陽能的三個(gè)系統(tǒng)的結(jié)合，我們能高效率地利用現(xiàn)有資源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)冬季供暖夏季制熱。