本發(fā)明屬于制冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，涉及一種基于太陽能煙囪熱利用的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、空氣源熱泵以其兼顧制冷與制熱、節(jié)能環(huán)保、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作建筑空調(diào)冷熱源。提高空氣源熱泵運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗，對實(shí)現(xiàn)建筑能源領(lǐng)域減少碳排放的目標(biāo)起著重要作用。但是以下兩個(gè)因素對空氣源熱泵的運(yùn)行效率影響較大：

2、1)空氣源熱泵冬季制熱運(yùn)行時(shí)存在室外換熱器表面結(jié)霜的問題，由于霜層的形成與生長，制冷劑與空氣間的傳熱熱阻及空氣流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致空氣源熱泵制熱量衰減，制熱效率降低，運(yùn)行能耗增加。為保障空氣源熱泵冬季高效、穩(wěn)定運(yùn)行，必須適時(shí)進(jìn)行除霜。目前，傳統(tǒng)的除霜方法是逆循環(huán)除霜，即通過空氣源熱泵的四通閥換向改變制冷劑流向，將供暖模式切換成制冷模式，利用壓縮機(jī)排出的高溫制冷劑放出的熱量進(jìn)行除霜。該方法除霜所需消耗的熱量主要來自于壓縮機(jī)耗功以及從室內(nèi)吸收熱量，導(dǎo)致室內(nèi)熱舒適性降低，并且除霜能耗大、除霜效率低，且空氣源熱泵除霜時(shí)無法正常供暖，從而降低了空氣源熱泵在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的供暖效率。

3、2)空氣源熱泵在夏季空調(diào)制冷過程中，空氣熱濕獨(dú)立處理相較于傳統(tǒng)空氣熱濕處理過程更為科學(xué)、高效，將空氣熱濕獨(dú)立處理與空氣源熱泵相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，節(jié)能效果顯著，但除濕劑除濕后的再生過程需要消耗大量熱量，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

4、因此，發(fā)明一種冬夏兩季雙高效的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，對提高空氣源熱泵運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為解決空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在冬季除霜和夏季除濕，而影響空氣源熱泵運(yùn)行效率的問題，提供一種基于太陽能煙囪熱利用的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在夏季，安裝在太陽能煙囪入口處的換熱器作為空氣源熱泵的冷凝器，加熱進(jìn)入太陽能煙囪的空氣用于除濕劑再生；在冬季，安裝在太陽能煙囪內(nèi)的換熱器作為空氣源熱泵的蒸發(fā)器，吸收太陽能煙囪內(nèi)的熱量，提高空氣源熱泵運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵無霜運(yùn)行；且在冬夏季均可利用太陽能煙囪發(fā)電為系統(tǒng)提供電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用電自供給，大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

2、技術(shù)方案：一種基于太陽能煙囪熱利用的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括空調(diào)側(cè)空氣回路、熱利用側(cè)空氣回路、空調(diào)冷熱水回路和制冷劑回路：所述空調(diào)側(cè)空氣回路，包括空調(diào)末端、第一風(fēng)道和第二風(fēng)道；所述空調(diào)末端的出風(fēng)口位于室內(nèi)，所述空調(diào)末端的兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口分別與所述第一風(fēng)道和第二風(fēng)道的出口連接；所述第一風(fēng)道的入口設(shè)置在室內(nèi)；所述第二風(fēng)道的入口設(shè)置在室外，且入口處安裝有固體除濕器；所述熱利用側(cè)空氣回路，包括太陽能煙囪，所述太陽能煙囪的上端出口與第四風(fēng)道和第三風(fēng)道的入口連接，所述第三風(fēng)道的入口與所述固體除濕器連接；所述空調(diào)冷熱水回路，包括水泵，用于將空調(diào)末端內(nèi)的水媒介進(jìn)行循環(huán)；所述制冷劑回路，包括氣液分離器、壓縮機(jī)、第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器；制冷劑在氣液分離器、壓縮機(jī)、第一換熱器、第二換熱器之間循環(huán)，所述第三換熱器與所述第一換熱器并聯(lián)設(shè)置；所述第一換熱器設(shè)置在所述太陽能煙囪的下端入口處，所述第三換熱器設(shè)置在太陽能煙囪的中上部；所述第一換熱器串聯(lián)在所述空調(diào)冷熱水回路中，所述制冷劑回路中的制冷劑用于與所述空調(diào)冷熱水回路中的水媒介熱交換。

3、進(jìn)一步的，所述空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式如下：

4、1)夏季制冷供冷運(yùn)行時(shí)：

5、室外新風(fēng)通過第二風(fēng)道進(jìn)入空調(diào)末端，將熱量釋放給水媒介實(shí)現(xiàn)降溫后，經(jīng)過第一風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)；制冷劑蒸汽依次經(jīng)過氣液分離器、壓縮機(jī)，進(jìn)入第一換熱器被冷凝成液體后進(jìn)入第二換熱器，在第二換熱器中吸收空調(diào)末端的水媒介中的熱量蒸發(fā)成蒸汽后進(jìn)入氣液分離器，完成制冷循環(huán)；進(jìn)入太陽能煙囪的室外空氣，在第一換熱器中吸收制冷劑放出的熱量后，經(jīng)過第三換熱器，并在上升過程中吸收太陽輻射被加熱成高溫空氣，通過第三風(fēng)道進(jìn)入固體除濕器內(nèi)對固體除濕劑進(jìn)行再生，然后排入環(huán)境中；

6、2)冬季制熱供暖運(yùn)行時(shí)：

7、室內(nèi)回風(fēng)通過第一風(fēng)道進(jìn)入空調(diào)末端，在空調(diào)末端中吸收來自水媒介的熱量實(shí)現(xiàn)升溫后，經(jīng)過第一風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)；制冷劑氣體依次經(jīng)過氣液分離器、壓縮機(jī)進(jìn)入第二換熱器冷凝成液體后，進(jìn)入第三換熱器，在第三換熱器中吸收太陽能煙囪中空氣的熱量蒸發(fā)成過熱蒸汽后進(jìn)入氣液分離器，完成制熱循環(huán)；進(jìn)入太陽能煙囪的室外空氣，經(jīng)過第一換熱器進(jìn)入第三換熱器，在第三換熱器中吸收太陽輻射的空氣將熱量釋放給制冷劑后，通過第四風(fēng)道排入環(huán)境中。

8、進(jìn)一步的，所述空調(diào)側(cè)空氣回路中，所述空調(diào)末端的出風(fēng)口處設(shè)有第一風(fēng)機(jī)；第一風(fēng)道入口安裝有第一風(fēng)閥；第二風(fēng)道出口安裝有第二風(fēng)閥。

9、進(jìn)一步的，所述制冷劑回路，還包括四通閥、第一三通閥、第二三通閥和電子膨脹閥；

10、壓縮機(jī)的出口與四通閥第一輸入端連接，四通閥第一輸出端與第一三通閥第一端口連接，第一三通閥第二端口與第一換熱器輸入端連接，第一三通閥第三端口(f33)與第三換熱器輸出端連接，第一換熱器輸出端與第二三通閥第一端口連接，第二三通閥第二端口與第三換熱器輸入端連接，第二三通閥第三端口通過管線經(jīng)過電子膨脹閥與第二換熱器第一輸入端連接，第二換熱器第一輸出端與四通閥第二輸入端連接，四通閥第二輸出端經(jīng)過氣液分離器與壓縮機(jī)入口連接；

11、第二換熱器第二輸入端通過水泵與所述空調(diào)末端的水媒介輸出端連接，第二換熱器第二輸出端與所述空調(diào)末端的水媒介輸入端連接。

12、進(jìn)一步的，所述熱利用側(cè)空氣回路中，第三風(fēng)道內(nèi)部安裝有第二風(fēng)機(jī)，第三風(fēng)道入口安裝有第三風(fēng)閥；第四風(fēng)道入口安裝有第四風(fēng)閥。

13、進(jìn)一步的，還包括太陽能發(fā)電供電模塊，所述太陽能發(fā)電供電模塊包括風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)，安裝在太陽能煙囪內(nèi)部，且設(shè)置在所述第一換熱器和第三換熱器之間；

14、所述風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電后分為兩路，一路與蓄電池連接，然后依次經(jīng)過逆變器、第一斷路器和變壓器與壓縮機(jī)連接，另一路依次經(jīng)過第二斷路器、變壓器與壓縮機(jī)連接。

15、與現(xiàn)有空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、1)本發(fā)明的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在夏季制冷供冷時(shí)，通過安裝在太陽能煙囪入口處的換熱器作為空氣源熱泵的冷凝器，加熱進(jìn)入太陽能煙囪的空氣，空氣在上升過程中進(jìn)一步吸收太陽輻射被加熱成高溫空氣，用于除濕劑再生，節(jié)約再生能耗。

17、2)本發(fā)明的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在夏季制冷供冷時(shí)，在冬季制熱供暖運(yùn)行時(shí)，通過安裝在太陽能煙囪內(nèi)的換熱器作為空氣源熱泵的蒸發(fā)器，吸收太陽能煙囪內(nèi)的熱量，提高空氣源熱泵運(yùn)行效率，并實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵無霜運(yùn)行。

18、3)本發(fā)明在冬夏季均可利用太陽能煙囪發(fā)電為系統(tǒng)提供電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用電自供給，大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

技術(shù)特征：

1.一種基于太陽能煙囪熱利用的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括空調(diào)側(cè)空氣回路、熱利用側(cè)空氣回路、空調(diào)冷熱水回路和制冷劑回路：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述空調(diào)側(cè)空氣回路中，所述空調(diào)末端(11)的出風(fēng)口處設(shè)有第一風(fēng)機(jī)(12)；第一風(fēng)道(13)入口安裝有第一風(fēng)閥(14)；第二風(fēng)道(16)出口安裝有第二風(fēng)閥(17)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷劑回路，還包括四通閥(2)、第一三通閥(3)、第二三通閥(5)和電子膨脹閥(6)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱利用側(cè)空氣回路中，第三風(fēng)道(20)內(nèi)部安裝有第二風(fēng)機(jī)(22)，第三風(fēng)道(20)入口安裝有第三風(fēng)閥(21)；第四風(fēng)道(23)入口安裝有第四風(fēng)閥(24)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，還包括太陽能發(fā)電供電模塊，所述太陽能發(fā)電供電模塊包括風(fēng)力渦輪機(jī)(19)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(19)，安裝在太陽能煙囪(18)內(nèi)部，且設(shè)置在所述第一換熱器(4)和第三換熱器(9)之間；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于太陽能煙囪熱利用的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，屬于制冷熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，包括由制冷劑回路、空調(diào)冷熱水回路、空調(diào)側(cè)空氣回路、熱利用側(cè)空氣回路和太陽能發(fā)電供電模塊組成。在夏季，安裝在太陽能煙囪入口處的換熱器作為空氣源熱泵的冷凝器，加熱進(jìn)入太陽能煙囪的空氣用于除濕劑再生；在冬季，安裝在太陽能煙囪內(nèi)的換熱器作為空氣源熱泵的蒸發(fā)器，吸收太陽能煙囪內(nèi)的熱量，提高空氣源熱泵運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵無霜運(yùn)行；且在冬夏季均可利用太陽能煙囪發(fā)電為系統(tǒng)提供電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用電自供給，大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

技術(shù)研發(fā)人員：汪峰,韓旭,楊衛(wèi)波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：揚(yáng)州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12