本发明属于建筑环境与能源应用专业工程技术领域，具体涉及一种太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统。
背景技术：
空调系统的能耗占我国建筑总能耗的50-80％，采取有效措施进行空调节能，对经济发展和能源节省都有重要意义。空气的温湿度调节是空调系统的基本任务，而干燥除湿是最困难的过程。目前，夏季通过对空气降温实现除湿是广泛采用的手段，然而须将空气冷却到露点温度以下，系统冷冻水的供水温度较低，影响制冷效率；有时因为室内热湿负荷的不匹配，需要对降温除湿后的空气进行加热，则产生额外的能源消耗，造成浪费。而且冷凝除湿易滋生霉菌等微生物，影响空气品质。
采用温湿度独立控制的溶液除湿空调系统是近年来发展起来的节能新技术。一方面，不再因冷凝除湿而导致较低的冷冻水温度，避免了之前产生的问题；可提高冷冻水的供水温度，实现房间的制冷。另一方面，采用溶液除湿方法降低空气的湿度，不受温度控制的影响。将溶液除湿融入到温湿度独立控制的空调系统中，可以克服冷凝除湿空调系统的缺点，显著提高空调系统的效率。同时也有利于实现更低的湿度要求，避免空调系统中的微生物污染。
具有良好节能减排性质是近些年来空调系统发展的宗旨，地源热泵以全年温度波动较小的地下介质为冷热源，将室内冷热量排入地下，充分体现了节能和环保的两大优点，可将其作为建筑物供热制冷的理想系统。此外，地源热泵搭配太阳能，并与溶液除湿技术有效结合，保障了温湿度独立控制溶液除湿空调系统的高效运行。溶液在除湿过程中吸收空气的水分，吸湿能力不断减弱，必须对溶液加热升温，将水分蒸发后溶液浓度上升，从而进行再生，故地源热泵可和太阳能一同作为溶液除湿所需要的驱动能源；地源热泵系统提供的冷源为除湿器提供冷能，太阳能系统结合蓄热水箱为再生器提供热能。因此，太阳能和地源热泵的联合使用，为实现空调系统的进一步节能减排提供了有利条件。
传统的冷凝除湿存在着能源浪费和空气品质下降的问题。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统。本发明将温湿度独立控制的空调系统和可再生能源相结合，提出了太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统，以太阳能作为提供溶液再生的驱动热源，以地源热泵作为溶液冷却的驱动冷源，且地源热泵亦负责建筑物的供热制冷，体现了节能环保技术之间的有效结合。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统，包括太阳能集热系统、地源热泵系统和溶液除湿系统。所述太阳能集热系统、地源热泵系统分别与溶液除湿系统形成并联环路。所述太阳能集热系统为溶液除湿系统提供溶液再生的驱动热源，所述地源热泵系统为溶液除湿系统提供溶液冷却的驱动冷源和负责对建筑物供热制冷，实现同时利用太阳能和地热能，且温湿度独立控制。
所述太阳能集热系统包括集热器、热水储罐和板式换热器I的一次侧。所述集热器连接热水储罐，将太阳能加热后的水交由热水储罐，构成环路I；所述热水储罐连接板式换热器I的一次侧，构成环路Ⅱ。
所述热水储罐内设置有电加热器，作为辅助加热源。
所述溶液除湿系统包括溶液再生器、板式换热器I的二次侧、浓溶液箱、板式换热器II、稀溶液箱、板式换热器III的一次侧和溶液除湿器。所述溶液再生器、浓溶液箱和板式换热器I的二次侧依次连接构成环路III；所述浓溶液箱、板式换热器II、稀溶液箱依次连接构成环路IV；所述稀溶液箱、板式换热器III的一次侧和溶液除湿器依次连接，构成环路V。
所述溶液可以是氯化锂、氯化钙和溴化锂等吸收性盐溶液。
所述地源热泵系统包括板式换热器III的二次侧、地源热泵机组I、地源热泵机组II、地埋管换热器I和地埋管换热器II。所述板式换热器III的二次侧和地源热泵机组I的蒸发器依次连接，构成环路VI；所述地源热泵机组I的冷凝器和地埋管换热器I依次连接构成环路VII。
所述地源热泵系统被配置为用于建筑物的供热制冷，建筑物的供热制冷水管路和地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器入口连通，构成环路VIII。
所述地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器与地埋管换热器II构成环路Ⅸ。
所述太阳能集热器的面积和热水储罐的尺寸根据被加热的溶液量确定，太阳能集热器的热水驱动温度根据溶液再生需要被加热的幅度确定。
所述地源热泵系统的地源热泵机组和地埋管数量可变，根据溶液除湿之前被冷却的幅度，确定所对应的地源热泵机组和地埋管的深度和数量。
上述环路上均设置有温度传感器、流量传感器和循环水泵，且循环环路V设有浓度传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用地源热泵系统实现建筑物的制冷供暖，地下温度比较稳定，是理想的空调冷热源，将室内冷热量排入地下，可节省能源和保护环境。
(2)本发明采用吸收性溶液对室内的回风进行处理，负责空气的潜热负荷和除湿，除湿效率较高，可向建筑物室内提供具有良好湿度的空气。
(3)本发明湿度处理与室内的制冷分开操作，有效的实现了温湿度独立控制；可向建筑物提供较高温度的冷冻水，负责室内的显热负荷，避免因冷凝水的生成导致出现潮湿环境，且提高了制冷效率。
(4)本发明利用太阳能作为溶液再生的驱动热能，避免了高品位能源的消耗。
(5)本发明利用地热能为溶液在除湿之前提供冷能，有效提高溶液的除湿能力，节省了高品位能源，且发挥了可再生能源的使用效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统结构图。
其中：1.太阳能集热器，2.热水储罐，3.电加热器，4.板式换热器I，5.溶液再生器，6.浓溶液箱，7.板式换热器II，8.稀溶液箱，9.板式换热器III，10.溶液除湿器，11.建筑物，12.地源热泵机组I，13.地埋管换热器I，14.地源热泵机组II，15.地埋管换热器II，C代表浓度，M代表流量，T代表干球温度，H代表湿度。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种太阳能和地源热泵联合驱动的溶液除湿空调系统，包括太阳能集热系统器、地源热泵系统和溶液除湿系统。所述太阳能集热器和热水储罐构成环路I；所述的热水储罐和板式换热器I的一次侧构成环路II；所述的溶液再生器、浓溶液箱和板式换热器I的二次侧构成环路III；所述的浓溶液箱、板式换热器II、稀溶液箱构成环路IV；所述的稀溶液箱、板式换热器III的一次侧和溶液除湿器构成环路V；所述的板式换热器III的二次侧和地源热泵机组I的蒸发器构成环路VI；所述的地源热泵机组I的冷凝器和地埋管换热器I构成环路VII；所述的建筑物的供热制冷水管路和地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器入口连通，构成环路VIII；所述的地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器与地埋管换热器II构成环路Ⅸ。所述的循环环路I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、Ⅸ上均设有控制其开断的阀门。
太阳能集热器将水加热，通过水泵驱动，送入热水储罐，构成制备热水环路I，热水储罐和板式换热器I的一次侧构成热能驱动环路II，该热水将为溶液再生提供所需要的驱动热能。在热水储罐内部安装电加热器，用于辅助加热，保证该系统在任何时候都能提供驱动热能。
稀溶液通过板式换热器I的二次侧被热水加热，然后进入溶液再生器中，与来自室外的新风进行热质交换，被室外新风冷却去湿，随后溶液进入浓溶液箱，整个过程形成溶液再生环路III。
来自浓溶液箱的溶液，首先通过板式换热器II，与自稀溶液箱返回的溶液进行换热，属于冷热回收的热交换。浓溶液和稀溶液在中分别被冷却和加热。整个过程形成溶液浓度变换环路IV。
进入到稀溶液箱的浓溶液，经过板式换热器III的一次侧，被地源热泵提供的冷冻水冷却，然后进入溶液除湿器，与室内的回风进行热湿交换，对回风进行除湿。浓溶液吸收空气中的水分变为稀溶液后返回稀溶液箱。整个过程构成除湿环路V。
板式换热器III的二次侧和地源热泵机组I的蒸发器构成环路VI，地源热泵机组制取的冷冻水以供水7℃回水12℃的温度，提供溶液除湿的冷能。此环路与建筑物的制冷环路分开。
地源热泵机组I的冷凝器和地埋管换热器I构成环路VII，溶液除湿的冷能来自地下，意味着通过板式换热器III，将吸收的溶液中的热量通过机组排入地下。
建筑物的供热制冷水管路和地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器入口连通，构成环路VIII。
地源热泵机组II的冷凝器/蒸发器与地埋管换热器II构成环路Ⅸ。
本发明的主要研究内容是根据具体的建筑冷热负荷以及室内空气的温湿度要求，对地源热泵机组、地埋管、溶液除湿器、溶液再生器、太阳能集热系统的配置进行研究，实现温湿度独立控制的要求。满足室内的冷热负荷为前提，使室内空气的温度和湿度都达到合理指标为目标，对整个系统进行设计和优化。研究内容如下所示：
1.地源热泵系统
第一，计算建筑的逐时冷热负荷。可采用成熟的DEST软件模拟。
第二，针对具体项目，选择合适的热泵机组。
第三，根据地埋管换热器传热机理，计算不同的建筑负荷(供冷/供热量)时对应的地埋管的深度和数量。
第四，夏季时不断调整冷冻水的供水温度，分析该温度变化对机组和地源热泵空调系统的影响，从而优化系统的设计。
2.溶液除湿系统
第一，根据室内回风和室内送风的状态参数，以及溶液除湿所对应的传热传质机理，采用专业软件进行模拟，确定溶液除湿器的尺寸参数、溶液的量以及溶液除湿后状态参数的变化。
第二，根据稀溶液再生过程中对应的空气状态参数以及溶液除湿所对应的传热传质机理，采用专业软件进行模拟，确定溶液再生器的尺寸参数、溶液的量以及溶液再生后的状态参数变化。
第三，根据获得的溶液量，制作合理的稀溶液箱、浓溶液箱以及其他附属设备。
第四，根据溶液除湿之前被冷却的幅度，确定所对应的地源热泵机组和地埋管的深度和数量。
第五，分析除湿器和再生器中不同的填料种类和方式对传热传质的影响。
3.太阳能集热系统
第一，根据溶液再生需要被加热的幅度，确定太阳能集热器的热水驱动温度。
第二，根据被加热的溶液量，确定太阳能集热器的面积和热水储罐的尺寸参数。
具体的实施方案如图1所示：
太阳能集热器1利用太阳能将水加热，太阳能集热器1和热水储罐2形成环路I，热水储罐2和板式换热器I 4的一次侧和之间形成环路II。该热水为溶液再生提供所需要的驱动热能。为了防止雨天、雪天等恶劣天气导致太阳能集热系统无法产生热水时，在热水储罐2内部安装电加热器3，用于辅助加热，保证该系统在任何时候都能提供驱动热能。
稀溶液通过板式换热器I的二次侧被热水加热，接着进入溶液再生器5中与来自室外的新风进行热质交换，被室外新风冷却去湿，然后进入浓溶液箱6。该循环过程构成环路III。
来自浓溶液箱6的浓溶液，与自稀溶液箱8返回的稀溶液在板式换热器II 7中进行热交换，属于冷热回收，浓溶液和稀溶液在7中分别被冷却和加热。该循环过程构成环路IV。
进入到稀溶液箱8的浓溶液，经过板式换热器III 9的一次侧，被地源热泵提供的冷冻水冷却，然后进入溶液除湿器10，与室内的回风进行热湿交换，对回风进行除湿。浓溶液吸收空气中的水分变为稀溶液后返回8。该循环过程构成环路V。
板式换热器III 9的二次侧和地源热泵机组I的蒸发器构成环路VI，地源热泵机组制取的冷冻水以供水7℃回水12℃的温度，提供溶液除湿的冷能，此环路与建筑物的制冷环路分开。
地源热泵机组I 12的冷凝器和地埋管换热器I构成环路VII，溶液除湿的冷能来自地下，利用板式换热器III 9将吸收的浓溶液中的热量通过12排入地下。
建筑物11的供热制冷水管路和地源热泵机组II 14的冷凝器/蒸发器入口连通，构成环路VIII。冬季，建筑物的空调供水管路与14的冷凝器相连，14制取热水对建筑物供热。夏季，建筑物的空调供水管路与14的蒸发器相连，14制取冷冻水对建筑物制冷，因温湿度独立控制，冷冻水的温度可高于传统的供水7℃回水12℃的温度。
地源热泵机组II 14的冷凝器/蒸发器与地埋管换热器II 15构成环路Ⅸ。夏季，14的冷凝器与15相连，将室内的热量通过15排入地下。冬季，14的蒸发器与15相连，通过15从地下吸热对建筑物供热。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。