天燃氣爐與太陽能聯(lián)合采暖和制冷系統(tǒng)

1、權(quán)利要求書1 燃氣爐與太陽能聯(lián)合熱水系統(tǒng)：不論是冬季采暖，夏季制冷,還是直接為用 戶提供熱水，利用的都是燃氣爐與太陽能聯(lián)合系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水。2 燃氣爐與太陽能聯(lián)合采暖系統(tǒng)，采暖系統(tǒng)設(shè)計的思路是：首先用太陽能集 熱器產(chǎn)生的熱水來采暖，當水溫不足（或者水量不夠）時,再啟動燃氣爐，加熱已 經(jīng)過太陽能集熱器加熱過的水，以滿足采暖的要求。太陽能部分的工作情況：當Tb達到要求的溫度，而且Ts超過了回流溫度， 在采暖部分進行換熱之前，太陽能部分的三通閥由底部盤管轉(zhuǎn)向散熱器，除 了保證Tb要求之外，三通閥將優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)向保證熱水供應(yīng)的方向。燃氣爐工作情況：在采暖完成以后，當溫度計顯示溫度過低時，燃氣爐開 始工作，

2、直到蓄熱箱頂部的換熱器的水溫，Tt達到預(yù)定值為止。3,燃氣爐與太陽能聯(lián)合制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)主要由燃氣爐與太陽能聯(lián)合（參照圖1）熱水系統(tǒng)，吸收式制冷機和中央空調(diào)系統(tǒng)組成。4，說 明 書燃氣爐與太陽能聯(lián)合采暖和制冷系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)發(fā)明內(nèi)容 燃氣爐與太陽能聯(lián)合熱水系統(tǒng)不論是冬季采暖，夏季制冷，還是直接為用戶提供熱水，利用的都是燃氣爐與太陽能聯(lián)合系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水。聯(lián)合熱水系統(tǒng)如圖1所示，其工作情況如下。1-1太陽能加熱系統(tǒng)的工作原理：太陽能加熱系統(tǒng)可以直接給用戶提供 熱水。當太陽能加熱系統(tǒng)提供熱水的水量和水溫能滿足要求時，就不需要啟動 燃氣爐加熱系統(tǒng)。太陽能加熱系統(tǒng)也可以加熱蓄熱箱里的水，當平板集熱

3、器 探測器的溫度Ts高于蓄熱箱底部探測器的溫度Tb時，太陽能系統(tǒng)循環(huán)泵被打 開，此時平板集熱器的熱水通過蓄熱箱低部的盤管換熱器給蓄熱箱加熱。太 陽能加熱系統(tǒng)還能為燃氣加熱爐的進水加熱，提高燃氣加熱爐的進水溫度，節(jié) 省燃料。1-2 燃氣爐加熱系統(tǒng)的工作原理：當位于蓄熱箱頂部的溫度計顯示的溫度(Ts)較低，不能滿足用戶的要求時，燃氣爐的三通閥由供熱水部分轉(zhuǎn)向頂部 盤管，燃氣爐水泵起動，燃燒器點燃，蓄熱箱頂部的盤管換熱器給蓄熱箱加熱, 一旦蓄熱箱中的熱水溫度達到了要求，溫度控制器將把三通閥轉(zhuǎn)向熱水供應(yīng), 另外，還可從蓄熱箱取水，經(jīng)燃氣爐加熱后直接供應(yīng)給用戶。1-3 向用 戶 提供熱水該系統(tǒng)向用戶提供

4、的熱水可來自太陽能集熱器,也可來自從蓄熱箱,還可 以來自燃氣爐加 熱系 統(tǒng)。向用戶提供的熱水,應(yīng)優(yōu)先考慮從太陽能集熱器和蓄熱箱獲得;當太陽能 加熱系統(tǒng)和蓄熱箱系統(tǒng)的熱水水溫不能滿足要求時,才啟動燃氣爐加熱系統(tǒng)。 此時可直接獲取熱水 ,也可通過蓄熱箱 頂 部的盤管換熱器給 蓄熱箱 加熱, 使 蓄熱箱 中的水溫達到使用要求。 燃 氣爐與太陽能聯(lián)合采暖系統(tǒng)采暖系統(tǒng)設(shè)計的思路是:首先用太陽能集熱器產(chǎn)生的熱水來采暖, 當水溫不足（或者水量不夠）時, 再啟動燃氣爐, 加熱已經(jīng)過太陽能集 熱器加熱過的水,以滿足采暖的要求。太陽能部分的工作情況：當Tb達到要求的溫度,而且Ts超過了回 流溫度, 在采暖部分進行

5、換熱之前, 太陽能部分的三通閥由底部盤管 轉(zhuǎn)向散熱器，除了保證Tb要求之外，三通閥將優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)向保證熱水 供 應(yīng)的 方 向 。燃氣爐工作情況： 在采暖完成以后,當溫度計顯示溫度過低時,燃 氣爐開始工作，直到蓄熱箱頂部的換熱器的水溫Tt達到預(yù)定值為止。 燃氣爐與太陽能聯(lián)合制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)主要由燃氣爐與太陽能聯(lián)合 （參照圖 1） 熱水系統(tǒng) 吸收式制冷機和中央空調(diào)系統(tǒng)組成、如圖 2 所示。圖23.1吸收式制冷機的工作原理吸收式制冷是利用吸收劑和制冷劑來完成制冷的。本系統(tǒng)用氨作制冷劑、水作吸收劑、氫作擴散劑。 使用氨、水、氫3劑的系統(tǒng)被稱為三元吸收-擴散制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)由發(fā)生器、冷凝器、吸收器 蒸發(fā)

6、器等組成,如圖3所示細吸收成制瀏L的循壞原哪在發(fā)生器中, 濃氨水溶液被蓄熱箱的熱水加熱, 混合氣體受 熱后 沿虹吸管上升,當溫度升高時,含氨較多的氨水溶液實現(xiàn)混合液分離。 由于水蒸氣和氨蒸氣的凝結(jié)溫度不同,再加上精餾器內(nèi)管的特殊構(gòu)造, 使混合氣體的流向和流速發(fā)生變化, 達到部分氣化, 部分凝結(jié), 水蒸氣 首先凈化凝結(jié)成水珠,并在精餾器管段的坡向位差的作用下流回發(fā)生 器中。 蒸 發(fā)的 氨蒸 氣 經(jīng)過 精餾 器分 餾后 進入 冷凝 器液 化。 在 冷 凝器 中由于熱氨蒸氣與冷凝器的散熱管進行熱交換, 由氨蒸氣放熱變?yōu)橐?態(tài)氨, 在冷凝器出口處形成的高壓氨液經(jīng)管道送入蒸發(fā)器中。 在 蒸發(fā) 器的進口處

7、, 液氨和含有氨氣的氫氣接觸, 使氨 溶液在蒸發(fā) 器內(nèi)具有 較小的分壓力, 所以氨液劇烈地沸騰氣化（同時吸熱 ）, 氨氣擴散到混 合氣體中去,這樣的蒸發(fā)過程通過蒸發(fā)器表面吸收熱量,獲得冷源（冷 凍水）實現(xiàn)制冷的目的。在上述過程中, 蒸發(fā)器內(nèi)的氨氣與氨溶液部分氣化形成的氨氫 混 合氣體,使氨液在蒸發(fā)器內(nèi)具有較小的壓力,所以吸收式制冷不需要 節(jié)流裝置。 氨氫混合氣體從蒸發(fā)器進入吸收器時,氨 氣被來自發(fā) 生器 的稀氨溶液吸收,形成的濃氨溶液從吸收器底部流回發(fā)生器,被分離 的氨氣則通過管路回到蒸發(fā)器,如此反復(fù)循環(huán),實現(xiàn)連續(xù)制冷。3.2 中央 空調(diào)供冷 方式制取的9 C左右的冷水送到用戶的風機盤管，然后

8、返回冷水箱。 當天氣不好、 水溫不夠高時、開啟燃氣爐輔助升溫, 保證系統(tǒng)能全天 候正常運行。3.3 系 統(tǒng)的效率 分析如圖如圖 3所示, 太陽能制冷系統(tǒng)由太陽能集熱系統(tǒng)附加一臺吸收式 制冷機 組成 。 圖中 , Qg 為輸 入制 冷機 發(fā) 生器 的能 量（ 太陽 能 系統(tǒng)輸 出能量）;Qa為冷卻水從冷凝器帶走的能量;Qc為蒸發(fā)器制冷能量（從 環(huán)境輸入能量）Qe為太陽能集熱面積上的太陽輻射能。顯然Qg + Qe= Qa+Qe 。制冷性能系數(shù)COPe= Qe/Qg;太陽能集熱效率，n e= Qg/Qs。系統(tǒng) 的制冷效率n s= Qe/Qs, 一般來講n c為0.240.30,再加上有限的 產(chǎn)熱（在

9、太陽輻射不太強的時候產(chǎn)生熱水）, 系統(tǒng)總的效率不超過 40%。 大量的熱（Qa+Qe）,通過冷卻塔釋放回環(huán)境當中。 冷卻水循環(huán)、冷卻 的過程中,水泵和風扇還要耗能,因此,傳統(tǒng)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)在供冷 時總效率很低。 對此,我們提出了對傳統(tǒng)系統(tǒng)的改造方案-新型太陽 能冷/熱并供系統(tǒng)。3.4 新型太陽能冷/熱并供系統(tǒng)由圖3可見,Qa和 Qe為熱損失，它們是影響太陽能空調(diào)系統(tǒng)效 率的主要因素。提高系統(tǒng)效率，應(yīng)當在不影響制冷COPe的前提下，充 分利用Qa和Qe。 為此，基于熱泵原理，提出太陽能制冷/產(chǎn)熱并供 系統(tǒng)新概念, 系統(tǒng)如圖 4所示。國4新堂丈IT能冷-煦去供條統(tǒng)原理圈與圖3比較，新型太陽能冷/

10、熱并供系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)最明顯的區(qū) 別是取消了冷卻塔。 冷卻水變成了熱水輸出，制冷機也由原來的整 機式變成了分體式，發(fā)生器結(jié)合于太陽能集熱系統(tǒng),蒸發(fā)器相當于空 調(diào)室內(nèi)機，太陽能空調(diào)系統(tǒng)成為一個整體，而不是傳統(tǒng)的由太陽能集 熱系統(tǒng)附加一臺吸收式制冷機組成的太陽能空調(diào)系統(tǒng)。如圖4所示,系統(tǒng)的能量平衡Qg + Qe= Qa+Qe。制冷性能系數(shù)COPe= Qe/Qg。制熱性能系數(shù) COPh= (Qa+Qe )/ Qg =1+Qe/Qg; 太陽能集熱效率 n s= Qg/Qs。 系統(tǒng)制冷效率：n e= Qe/Qs。 系統(tǒng)產(chǎn)熱效率，n h=(Qa+Qe )/ Qs ;。系統(tǒng) 總效率 n t= n c + n

11、h。當太陽能系統(tǒng)集熱溫度為75 C ,制冷溫度為9 C ,輸出熱水溫度為 55 C 時，COPe=0.5, COPh=1.5, n s=0.4 所以，n e=0.24, nh=0.54, n t=0.78,系統(tǒng)總效率達到78%。如果制冷溫度不要求太低,例如設(shè)定為12 C ,在同樣的條件下,COPe可達0.6,系統(tǒng)總效率達85%以上 系 統(tǒng)構(gòu)成 及其技術(shù) 參數(shù)4.1 太 陽能 集 熱器為了使平板集熱器既能滿足制冷的要求,又不失其簡單價廉的特 點,需要采取一些簡單而有效的技術(shù)措施 。 其中最重要的是增加了 1 塊能耐較高溫度的透 明隔熱板,通過抑制空氣自然對流來減少集熱器表面的熱損失。 試驗 及使

12、用結(jié)果證明,該集熱器在太陽輻射較強的時候,能持續(xù)提供制冷 用熱水;在太陽輻射較弱時,也可以產(chǎn)生足夠的生活用熱水。太陽能集熱器為平板式,集熱面積120m2,日供生活熱水6t,供 熱水溫度5560 C （供生活用）或6575 C （制冷機用）。4.2 制 冷 機采用 2級吸收式制冷機。這種制冷機的突出特點是驅(qū)動熱源溫度 低,只需要6575 C ,在60 C的情況下,仍能以較高的制冷能力穩(wěn)定 地運行;其另一個特點是利用熱水的溫度范圍大, 達 1224（隨熱源 溫度而變）。 市場上單級吸收式制冷機熱源溫度一般要求 88C 以上, 熱水利用溫差只有 68C。2級吸收式氨制冷機的制冷能力為20kw源溫度7

13、5 C （設(shè)計）,冷凍 水溫度 9C ,空調(diào)房間面積 160 m2。4.3 自 控系 統(tǒng)自 動 控 制 系 統(tǒng) 主 要 由 傳 感 器 、 可 編 程 控 制 器 PLC 和 工 業(yè) 控 制 微 機 3 部 分組成, 分為自動和手動, 個控制模式。為了適應(yīng)各個季 節(jié)系 統(tǒng)運行的特點,自動控制模式又分為制冷、采暖、開（關(guān)）輔助能源、 空擋 4 個運行工況。 控制系統(tǒng)支持遠程監(jiān)控, 可以通過網(wǎng)絡(luò)從異地 監(jiān)視系 統(tǒng)運 行和 改變 操 作指 令, 將網(wǎng)絡(luò)等 高科技 介入 了控 制系 統(tǒng)之 中。4.4 燃 氣 熱 水 爐 系 統(tǒng)當 天 氣 不 好 。水 溫 達 不 到 要 求 時 , 用 燃 氣 熱 水

14、 爐 輔 助 升 溫 , 能 保 證 系統(tǒng)全天候運行。 與上述 太陽能集熱器面積相適應(yīng)的燃氣爐的功率 滿足50100 W/ m 2的要求。 結(jié) 論 太陽能集熱器與燃氣熱水爐聯(lián)合系統(tǒng)，具有制冷、采暖、供應(yīng) 熱水功能, 可以全天候運行。 太陽能制冷/ 采暖系統(tǒng)利用了熱泵的原理,改變了傳統(tǒng)太陽能 空調(diào)系統(tǒng)的太陽能集熱系統(tǒng)加吸收式制冷機的組成模式:制冷機由原 來的整機式變成了分體式;發(fā)生器置于太陽能集熱系統(tǒng)中, 既減少了 熱損失, 又節(jié)省了熱水泵; 蒸發(fā)器相當于空調(diào)室內(nèi)機, 安裝更方便。 更 靈活, 甚至可以將小型的蒸發(fā)器放在室內(nèi)。 系統(tǒng)省去了制冷熱源水泵、 冷卻循環(huán)水泵和冷卻塔風機,還省 去了冷卻塔設(shè)備, 減少了設(shè)備及泵的能耗, 降低了系統(tǒng)的造價和運行 成本 夏季同時提供制冷和熱水,系統(tǒng)總效率可高達78%。 冬季單 純供熱運行時，在太陽輻射較強的情況下，利用制冷機作熱泵運行，可 以增加產(chǎn)熱量20%30%。 太陽能制冷功能是建立在太陽能熱水供應(yīng)的基礎(chǔ)上，使太陽能 得到充分的利用。系統(tǒng)增加的投資只是制冷機部分，而這部分的投資 在常規(guī)空調(diào)方面也是需要的。綜上所述，研究開發(fā)燃氣爐與太陽能聯(lián)合