空氣能輔助的導熱介質流控制方法及其控制系統

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0 引言

傳統的供暖設備中導熱介質一般起到載熱作用或儲熱作用，但傳統的供暖系統中，作為載熱體與作為儲熱體時是分設成二個互不直通的系統存在，這導致了能耗增加，換熱效率的下降，設備投資增加。本發明在于將導熱介質在高溫時(在40℃以上時)直接兼作載熱體使用，這樣減少了傳統供暖系統的二次換熱損耗；在低溫時(低于40℃)作為儲熱體使用，充分利用了系統中的剩余熱量，在一套供熱系統中導熱介質在不同的溫度階段起到了不同的作用(儲熱體兼作載熱體及純作為儲熱體)，這樣減小了系統的設備成本，節省了能耗，提高了整個供暖系統的供暖效率。

1 空氣能輔助的導熱介質流控制方法及其控制系統內容

1.1 一種導熱介質流的控制方法(如圖1) 包括：獨立循環的冷媒系統及多模式循環的導熱介質流系統；其中蓄熱箱中的導熱介質適于通過太陽能加熱；當蓄熱箱中的導熱介質的溫度大于第一設定值時，導熱介質通入室內散熱器，以進行供熱；當蓄熱箱中的導熱介質的溫度小于第一設定值且大于第二設定值時，蓄熱箱中的導熱介質作為熱源供冷媒蒸發吸熱，然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內散熱器內循環流通的導熱介質，以進行供暖；當蓄熱箱中的導熱介質的溫度小于第二設定值時，空氣源熱泵系統通過室外風冷熱交換機蒸發吸熱，然后冷媒通過板式換熱器冷凝放熱，用于加熱室內散熱器內循環流通的導熱介質，以進行供暖。冷媒適于在進入蓄熱箱吸熱前通過室外風冷熱交換機進行預蒸發吸熱。冷媒包含氟利昂；所述導熱介質均為液體介質，包括：水、含有添加劑的水、合成制劑、導熱油中的至少一種。

圖1 導熱介質流的控制方法

1.2 一種導熱介質流的控制系統，包括：太陽能采熱機構、空氣源熱泵制熱機構和室內散熱器；其中所述空氣源熱泵制熱機構包括：室外風冷熱交換機、壓縮機、節流裝置和板式換熱器；所述太陽能采熱機構適于采集太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質。太陽能采熱機構包括：太陽能采熱器、所述蓄熱箱，以及設于蓄熱箱中的蒸發盤管；其中所述蒸發盤管中含有冷媒。蓄熱箱適于通過導管分別與室內散熱器的進、出口相連；以及所述室內散熱器的進口處設有循環水泵，以使導熱介質在室內散熱器內循環流通。室外風冷熱交換機包括：室外熱交換風扇和室外熱交換器；所述室外熱交換器的進口端與板式換熱器內的冷凝盤管的出口端相連；以及所述室外熱交換器的出口端與蒸發盤管的進口端相連。

圖：

圖2 是本發明的控制系統的結構示意圖

圖中：太陽能采熱機構1，太陽能采熱器11，蓄熱箱12，蒸發盤管13，導管14，空氣源熱泵制熱機構2，室外風冷熱交換機21，室外熱交換風扇211，室外熱交換器212，板式換熱器22，壓縮機23，冷凝盤管24，室內散熱器3，循環水泵4，節流裝置5，Y形過濾器6，第一電動閥門71，第二電動閥門72，第三電動閥門73，第四電動閥門74，適于室內安裝的部件8。

二、空氣能輔助的導熱介質流控制方法及其控制系統具體實施方法

2.1 實施例一 根據供暖需求或導熱介質的溫度，導熱介質流的控制方法可以有多種模式，現列舉三種常見的控制方式，也是比較節省能源的控制方式，三種方式可以結合使用，以實現導熱介質流的持續控制，進行全天候供暖。當然，三種使用方式也可以交叉使用，以用于提高供熱效果。

第一種控制方式：當蓄熱箱中的導熱介質的溫度大于第一設定值(一般為40℃左右)，如白天太陽光充足，導熱介質可以直接通入室內散熱器進行供熱。

第二種控制方式：蓄熱箱中的導熱介質的溫度小于第一設定值且大于第二設定值(一般為5℃)時，如傍晚或陰天，太陽光不足，空氣能熱泵制熱系統通過蒸發盤管在蓄熱箱中蒸發吸熱，吸取導熱介質中的熱量；然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內散熱器內循環流通的導熱介質，以進行供暖。當然，第二種控制方式中，在導熱介質加熱冷媒之前，可以通過室外風冷熱交換機先預蒸發吸熱，以避免導熱介質熱量不足，進一步提高供暖效果。

第三種控制方式：當導熱介質的溫度小于第二設定值時，如夜晚或后半夜，空氣源熱泵系統通過室外風冷熱交換機進行蒸發吸熱，然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內散熱器內循環流通的導熱介質，以進行供暖。

采用太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質，然后根據導熱介質的溫度選擇不同的介質流控制方式，將太陽能與空氣能結合用于控制導熱介質，可以實現全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效率。

現對三種導熱介質流的控制方式結合導熱介質流的控制系統(如圖2所示)對其工作過程進行詳細闡述。

(1)作為導熱介質流的第一種控制方式。見圖2，在太陽能充足(白天)時，太陽能采熱器吸收太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質，使其溫度高于第一設定值(一般為40℃)。此時，控制系統的控制模塊開啟第二電動閥門72，并關閉第一電動閥門71、第三電動閥門73、第四電動閥門74，蓄熱箱12通過導管14將加熱后的導熱介質輸送至室內散熱器3，通過導熱介質單獨進行供熱，即傳統的太陽能供暖方式。控制模塊例如但不限于采用工控板或PLC模塊，以及所述工控板可以為MYD-C7Z010/20工控板。以及各電動閥門均為電磁閥。

(2)作為導熱介質流的第二種控制方式。見圖2，在太陽能不足(傍晚或陰天)時，導熱介質的溫度低于第一設定值且高于第二設定值(一般為5℃)，導熱介質的溫度不足以單獨供熱。此時，控制模塊開啟第三電動閥門73、第一電動閥門71，并關閉第二電動閥門72、第四電動閥門74，利用蒸發盤管13蒸發吸熱，以使冷媒吸取蓄熱箱12的低溫熱，然后再通過壓縮機輸送至板式換熱器的冷凝盤管24冷凝放熱，以加熱換熱器22中的導熱介質，導熱介質通過室內散熱器3對室內供熱，即空氣源熱泵輔助制熱的供暖方式。由于冬季室外的環境溫度較低，尤其是高原地區的晚間溫度一般為-10～-20℃，而蓄熱箱中的導熱介質溫度大于5℃，這樣板式換熱器就可以借助太陽能采熱機白天蓄熱，大大提高了整個供暖系統的供暖能力，并提高了采暖效率，節省了能耗。

當然，當蓄熱箱的熱量不足時，也可以開啟室外風冷熱交換機對冷媒進行預吸熱，再利用導熱介質的熱量進一步吸熱。

鉆孔灌注樁施工中大部分施工內容都是在水下環境開展的，施工過程不能得到全面觀察，并且施工活動需要在最短時間內完成，實際施工難度較大，對施工人員施工經驗以及施工專業性要求較大。鉆孔灌注樁的施工主要有成孔與成樁兩個部分構成，實際操作程序就是放線定位、埋設護筒、成孔、鋼筋籠綁扎、混凝土灌注等，在各個施工環節需要對技術合理應用，強化施工質量控制。

(3)作為導熱介質流的第三種控制方式。見圖2，在無太陽能(夜晚或后半夜)時，導熱介質的溫度低于第二設定值，導熱介質的余溫度無法提供空氣源熱泵系統熱量。此時，控制模塊開啟第四電動閥門74、第一電動閥門71，并關閉第二電動閥門72、第三電動閥門73，通過室外風冷熱交換機21作為蒸發吸熱源，由空氣源熱泵制熱機構制熱，然后通過冷媒冷凝放熱以加熱板式換熱器22中的導熱介質，再通過循環水泵將導熱介質通入室內散熱器3內，對室內進行供熱，即單獨的空氣源熱泵制熱。在本實施例中，第一電動閥門、第二電動閥門均可采用電動水二通閥；以及第三電動閥門、第四電動閥門均可采用電動氟二通閥。

本控制方法采用太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質，然后根據導熱介質的溫度選擇不同的介質流控制方式，將太陽能與空氣能結合用于控制導熱介質，可以實現全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效果。此外，通過導熱介質的溫度選擇不同的供暖方式，可以最大化利用能源。

2.2 實施例2 在實施例1的基礎上，本實施例2提供了一種導熱介質流的控制系統，包括：太陽能采熱機構1、空氣源熱泵制熱機構2和室內散熱器3；所述空氣源熱泵制熱機構2包括：室外風冷熱交換機21和壓縮機23、節流裝置5和板式換熱器22；所述太陽能采熱機構1適于采集太陽能加熱蓄熱箱12中的導熱介質。

板式換熱器22例如但不限于板式換熱器、套管式換熱器、殼管式換熱器等。適于室內安裝的部件8顯示在圖2底部的虛線框中，其余部件可以設置在室外，不會占用大量室內空間，布局合理。

本實施例2的控制系統通過太陽能采熱機構采集太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質，然后根據導熱介質的溫度選擇直接供暖或用于加熱冷媒或室外風冷熱交換機加熱冷媒，可以實現全天候供暖，提高了太陽能的有效利用率。

(1)作為太陽能采熱機構的一種可選的實施方式。見圖2，所述太陽能采熱機構1包括：太陽能采熱器11、蓄熱箱12，以及設于蓄熱箱12中的蒸發盤管13；其中蒸發盤管13中含有冷媒。

蓄熱箱12適于通過導管14分別與室內散熱器3的進、出口相連；室內散熱器3的進口處設有循環水泵4，以使導熱介質在室內散熱器3內循環流通。

循環水泵4的進口處還設有Y形過濾器6，以過濾導熱介質中的雜質，以避免雜質堵塞管道或在室內散熱器3內沉淀，降低供熱效果，甚至影響室內散熱器的正常使用。

本實施方式的太陽能采熱機構通過蓄熱箱中的導熱介質直接供熱或加熱冷媒，可以充分利于太陽光能，尤其在太陽光能不足或晚上時，可以利用導熱介質的余溫加熱冷媒，實現供熱，提高了太陽能的有效利用率。

(2)作為空氣源熱泵制熱機的一種可選的實施方式。空氣源熱泵制熱機包括：室外風冷熱交換機21、與蒸發盤管13相連的壓縮機23、與壓縮機23相連的板式換熱器22；板式換熱器22的兩端分別與室內散熱器3的進、出口相連；壓縮機23適于將冷媒輸入板式換熱器22內的冷凝盤管24以冷凝放熱，將板式換熱器22中的導熱介質加熱；循環水泵4適于控制導熱介質在室內散熱器3內循環流通。

(3)作為室外風冷熱交換機的一種可選的實施方式。室外風冷熱交換機21包括：室外熱交換風扇211和室外熱交換器212；室外熱交換器212的進口端與板式換熱器22內的冷凝盤管24的出口端相連；以及所述室外熱交換器212的出口端與蒸發盤管13的進口端相連。

室外熱交換器212的另一端與冷凝盤管24的出口相連，以使冷媒循環流通；以及二者之間還設有所述節流裝置5(如膨脹閥等)，以用于控制冷媒的流量。

本實施方式的室外風冷熱交換機通過室外熱交換器對冷媒作出兩種處理，即預吸熱再輸送至蒸發盤管中蒸發吸熱，可以實現太陽能與空氣能的聯合制熱，不僅可以提高太陽能的有效利用率，還可以提高供熱效果。

結論

采用太陽能加熱蓄熱箱中的導熱介質，然后根據導熱介質的溫度選擇不同的介質流控制方式，將太陽能與空氣能結合用于控制導熱介質，可以實現全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效果。此外，通過導熱介質的溫度選擇不同的供暖方式，可以最大化利用能源。太陽能采熱機構、空氣源熱泵制熱機構可以單獨向室內供熱，也可以交叉使用以提高供熱效果。因此，本控制系統具有全天候供熱、太陽能利用率高、供熱效果好等優點。