一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统的制作方法

本实用新型属于太阳能节能空调技术领域，特别涉及一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统。

背景技术：

随着经济发展和人民生活水平的不断提高，能源需求日益增长，地球上已探明的化石能源随着人类的开发和使用日趋减少的同时，大量常规化石能源的利用所造成的环境污染也已影响到人们的日常生活。为减少对常规能源的依赖，实现能源可持续发展战略，治理环境污染，太阳能等可再生能源的开发利用技术得到发展，包括太阳能光伏发电技术。

太阳能光伏发电具有可实现光电直接转化、对太阳能辐射要求较低、地区适用性更强以及可实现小范围分布式联合供能等优点，研究表明，工业生产的晶硅太阳电池转化效率大约在10％～15％，80％以上的太阳能未被有效利用，其中相当一部分能量转化为热能，使光伏电池温度升高，导致光电转化效率下降，并且电池温度每升高1℃，相对发电效率下降0.4％～0.6％，在实际运行中，若只采用自然风冷方式对电池板进行冷却，电池温度可达70℃以上，太阳能电池的冷却问题成为进一步提高太阳能光伏发电效率的主要瓶颈之一。已有研究者尝试采用水冷方式来冷却电池板，可以降低其温度，防止光电转化效率的下降，冷却水的温度可达50～60℃，但电池板的冷却水系统为开式循环系统，温度升高后的冷却水直接排掉，热量直接散失到环境中，造成了能源的浪费，不仅使太阳能热利用率下降，而且浪费水资源。

另外，空调的用电量已成为一些城市夏季电力负荷的重要组成部分，在某些城市，夏季空调耗电量高达用电量的30％以上。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统。

一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统，热水型溴冷机I6与冷却塔连接构成热水型溴冷机I6的冷却水循环回路；

CPC-PV/T系统I2、第一水箱I1、热泵I3和CPC-PV/T系统I2依次通过管路相连，构成太阳电池板冷却水的闭合循环回路；其中，第一水箱I1的出水端与热泵I3的低温侧进水端连通，热泵I3的低温侧出水端与CPC-PV/T系统I2的进水端连通；

热泵I3的高温侧出水端经管路分为两个支路，第一支路经第二水箱I5连接至热水型溴冷机I6的热源水进水端；第二支路依次经集热器I4、第二水箱I5连接至热水型溴冷机I6的热源水进水端；

热水型溴冷机I6的热源水出水端包括两种连接方案：

一种连接方案为：空调房间I11内铺设毛细管网辐射吊顶系统I9，空调系统中设有低温再生转轮除湿机I7；热水型溴冷机I6的热源水出水端经管路分为两个支路，第一支路连接至低温再生转轮除湿机I7的再生热源进口，低温再生转轮除湿机I7的再生热源出口经管路与第二支路汇合后，再经管路分为两个支路，一个支路连接至热泵I3的高温侧进水端，另一个支路连接至集热器I4的进水端；

该方案中，热水型溴冷机I6的冷媒水出水端经管路连接至低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源进口，低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源出口经空调房间I11内的毛细管网辐射吊顶系统I9连接至热水型溴冷机I6的冷媒水回水端；

第二种连接方案为：空调房间I11内设置风机盘管I10，空调系统中不设低温再生转轮除湿机I7；热水型溴冷机I6的热源水出水端经管路分为两个支路，一个支路连接至热泵I3的高温侧进水端，另一个支路连接至集热器I4的进水端；

该方案中，热水型溴冷机I6的冷媒水出水端经风机盘管I10连接至热水型溴冷机I6的冷媒水回水端。

所述第二水箱I5内设有辅助电加热器。

所述第一水箱I1和第二水箱I5外部分别覆有保温层。

在热源水管路和冷媒水管路外部均包覆有保温层。

在热泵I3的低温侧进出水管路之间、热泵I3的高温侧进出水管路之间、热水型溴冷机I6的热源水进出管路之间、热水型溴冷机I6的冷却水进出管路之间、热水型溴冷机I6的冷媒水进出管路之间，分别设有旁通管路以连通；设有低温再生转轮除湿机I7的方案中，在低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源进出管路之间设有旁通管路以连通；所述各旁通管路上分别设有阀门。

所述热水型溴冷机I6为热水型单效溴冷机。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型充分利用自然能源太阳能，缓解了对常规能源的依赖。该技术利用热泵将聚光型太阳能热电联用系统(CPC-PV/T系统)与热水型溴化锂制冷机结合，一方面利用了电池板冷却水的热量，保证了电池板的光电转换效率，另一方面使电池板的冷却水形成闭式循环，节约了系统的用水量。此外，集热器用于二次加热热泵高温侧的出水，进一步充分利用了太阳能，该系统中，热泵、各循环水泵及控制系统所用电量可由CPC-PV/T系统自发供给，使得在夏季用电高峰期，空调耗电量摆脱对电网的冲击，起到削峰、平衡电网负荷的作用，最终实现节能。同时，还可以采用毛细管网辐射吊顶加置换通风(低温再生转轮除湿机对新风进行处理，实现温湿度独立控制)的空调方式，使热水型溴化锂制冷机的蒸发温度提高，从而提高机组COP，实现节能。

以太阳能驱动热水型溴化锂制冷机进行制冷既符合可持续发展的战略，又可缓解用电高峰时期电网的压力，整个系统只有很小的一部分泵的功耗。太阳能辐射量与制冷需求量的季节匹配性好，将制冷与太阳能利用结合起来具有很大的发展潜力。

在太阳能电池板上安装聚光装置能够将太阳光辐照强度提高约20％，辐照强度的升高也导致电池板温度的升高，进而可以增加水冷系统的热水产量，热水产量增加，整个系统的制冷量也增加。

本实用新型能更有效地提高太阳能光伏、光热利用效率。

附图说明

图1为实施例所述一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统。

图2为实施例所述一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统。

标号说明：1—第一阀门、2—第二阀门、3—第三阀门、4—第四阀门、5—第五阀门、6—第六阀门、7—第七阀门、8—第八阀门、9—第九阀门、10—第十阀门、11—第十一阀门、12—第十二阀门、13—第十三阀门、14—第十四阀门、15—第十五阀门、16—第十六阀门、17—第十七阀门、18—第十八阀门、19—第十九阀门、20—第二十阀门、21—第二十一阀门、22—第二十二阀门、23—第二十三阀门、24—第二十四阀门、25—第二十五阀门、26—第二十六阀门、27—第二十七阀门、28—第二十八阀门、29—第二十九阀门、30—第三十阀门、31—第三十一阀门、32—第三十二阀门、33—第三十三阀门、34—第三十四阀门、35—第三十五阀门、36—第三十六阀门、37—第三十七阀门、38—第三十八阀门、I1—第一水箱、I2—CPC-PV/T系统、I3—热泵、I4—集热器、I5—第二水箱、I6—热水型溴冷机、I7—低温再生转轮除湿机、I8—冷却塔、I9—毛细管网辐射吊顶系统、I10—风机盘管、I11—空调房间、F1—第一流量计、F2—第二流量计、F3—第三流量计、F4—第四流量计、F5—第五流量计、F6—第六流量计、F7—第七流量计、P1—第一压力计、T1—第一温度计、P2—第二压力计、T2—第二温度计、P3—第三压力计、T3—第三温度计、P4—第四压力计、T4—第四温度计、P5—第五压力计、T5—第五温度计、P6—第六压力计、T6—第六温度计、P7—第七压力计、T7—第七温度计、P8—第八压力计、T8—第八温度计、P9—第九压力计、T9—第九温度计、P10—第十压力计、T10—第十温度计、P11—第十一压力计、T11—第十一温度计、B1—第一循环泵、B2—第二循环泵、B3—第三循环泵、B4—第四循环泵、B5—第五循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

如图1-图2所示分别为本实用新型提供的一种太阳能光伏、光热及热泵结合的溴化锂节能空调系统。

太阳能光伏发电系统为CPC-PV/T系统I2，包括抛物面聚光器(CPC)和内置平行流道式铝板集热器。将单晶硅太阳电池板粘贴于集热器上构成太阳能电热联用面板(PV/T)，可以是一个太阳电池板单元的结构，或是多个太阳电池板单元并联的结构，再将集热器置于聚光器支架上构成完整的CPC-PV/T系统I2。

CPC-PV/T系统I2、第一水箱I1、热泵I3和CPC-PV/T系统I2依次通过管路相连，构成太阳电池板冷却水的闭合循环回路。第一水箱I1的出水端与热泵I3的低温侧进水端连通，热泵I3的低温侧出水端与CPC-PV/T系统I2的进水端连通，通过热泵I3提取太阳电池板冷却水的低温余热，用于加热热水型溴冷机I6的热源水；同时实现对太阳电池板冷却水的降温作用，太阳电池板冷却水再次对太阳电池板进行冷却，完成循环利用。相对于采用直接风冷的方式，热泵I3的使用不仅提高了太阳能的利用率，增加了太阳电池板的总电功输出量，而且节约了太阳电池板的冷却水用量。

热泵I3的高温侧出水作为热水型溴冷机I6的热源水。热泵I3的高温侧出水端经管路分为两个支路，第一支路经第二水箱I5连接至热水型溴冷机I6的热源水进水端；第二支路依次经集热器I4、第二水箱I5连接至热水型溴冷机I6的热源水进水端。若热泵I3的高温侧出水温度能够达到热水型溴冷机I6热源水的温度要求，则直接汇聚于第二水箱I5，作为热水型溴冷机I6的热源。若热泵I3的高温侧出水不能达到热水型溴冷机I6的热源温度要求，则分流一部分热源水先经集热器I4加热，然后在第二水箱I5内与另一路热源水汇聚达到热水型溴冷机I6热源水的温度要求；或将全部热源水先经集热器I4加热，然后在第二水箱I5内汇聚。在第二水箱I5内设有辅助电加热器，以控制出水温度，保证热水型溴冷机I6的热源水进口温度达到要求。

如图1所示，空调房间I11内铺设毛细管网辐射吊顶系统I9承担空调房间I11内的冷负荷。此时，空调系统中设有低温再生转轮除湿机I7，空调系统末端采用温湿度独立控制的方式：

流经热水型溴冷机I6后的热源水先进入低温再生转轮除湿机I7作为其再生热源，加热再生空气，进一步利用热量后，再进入热泵I3进行加热。

具体地，热水型溴冷机I6的热源水出水端经管路分为两个支路，第一支路连接至低温再生转轮除湿机I7的再生热源进口，低温再生转轮除湿机I7的再生热源出口经管路与第二支路汇合后，再经管路分为两个支路，一个支路连接至热泵I3的高温侧进水端，另一个支路连接至集热器I4的进水端。

将热水型溴冷机I6的热源水出水端经管路分为两个支路，当热水型溴冷机I6的热源水流量大于低温再生转轮除湿机I7所需的再生热源水流量时，出自热水型溴冷机I6的热源水一部分经过低温再生转轮除湿机I7作为再生热源，另一部分则旁通不经过低温再生转轮除湿机I7。热水型溴冷机I6的热源水出水的第二支路还可以作为低温再生转轮除湿机I7检修时的旁路。

低温再生转轮除湿机I7的再生热源出口经管路与第二支路汇合后，再经管路分为两个支路，是考虑到系统的匹配问题。如热泵I3优先考虑满足CPC-PV/T系统I2侧的冷却水降温要求，则调节热泵I3的高温侧产热水流量在一定范围内，由两个支路进行调节进入热泵I3的高温侧的水流量，使热泵I3的工作工况接近设计工况。另外，当热泵I3侧停止工作时，还可以由集热器I4、第二水箱I5进行加热提供热源水。

来自热水型溴冷机I6的冷媒水先进入低温再生转轮除湿机I7，作为低温再生转轮除湿机I7内置表冷器的冷源，辅助完成除湿过程，再送入毛细管网辐射吊顶系统I9，实现对空调房间I11内的温度控制。具体地，热水型溴冷机I6的冷媒水出水端经管路连接至低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源进口，低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源出口经空调房间I11内的毛细管网辐射吊顶系统I9连接至热水型溴冷机I6的冷媒水回水端，进行循环。

热水型溴冷机I6的冷却水进水端和冷却水出水端分别连接至冷却塔I8的冷却水出水端和冷却水进水端，构成热水型溴冷机I6的冷却水闭合回路。冷却水通过串联的方式先后进入热水型溴冷机I6的吸收器和冷凝器。

所述第一水箱I1和第二水箱I5外部分别用橡塑保温棉保温。

热源水管路和冷媒水管路外部也均包橡塑保温棉进行保温。

在管路上合理地布置阀门、循环泵、流量计、压力表和温度计，对系统进行控制。

为保障系统的安全运行，在热泵I3的低温侧进出水管路之间、热泵I3的高温侧进出水管路之间、热水型溴冷机I6的热源水进出管路之间、热水型溴冷机I6的冷却水进出管路之间、热水型溴冷机I6的冷媒水进出管路之间、低温再生转轮除湿机I7的表冷器冷源进出管路之间，分别设有旁通管路以连通；所述各旁通管路上分别设有阀门。在设备故障或需要检修时，可打开旁通管路上的阀门，关断设备进水端和出水端的阀门，此时不影响整个系统的运行，其他设备也可工作，避免连带故障。

如图2所示，空调房间I11内不具备铺设毛细管网辐射吊顶系统I9的条件，由风机盘管I10承担空调房间I11内的冷负荷。此时，不再采用温湿度独立控制的方式。该方案中与空调房间I11内铺设毛细管网辐射吊顶系统I9的方案中的布置方式不同的是：

不使用低温再生转轮除湿机I7。

热水型溴冷机I6的热源水出水端经管路分为两个支路，一个支路连接至热泵I3的高温侧进水端，另一个支路连接至集热器I4的进水端。该两个支路同样是考虑系统的匹配问题。

热水型溴冷机I6的冷媒水出水端经风机盘管I10连接至热水型溴冷机I6的冷媒水回水端，构成冷媒水的闭合循环回路。来自热水型溴冷机I6的冷媒水进入风机盘管I10，作为冷源，实现对空调房间I11内的温度控制。

本实用新型将热水型溴冷机I6与采用水冷方式的CPC-PV/T系统I2相结合，利用热泵I3低温侧提取太阳电池板冷却水的热量使其温度降低后再次使冷却水冷却太阳电池板，形成闭式循环，利用热量的同时节约用水。此外，热泵I3高温侧出水作为热水型溴冷机I6的热源水。空调末端采用毛细管网辐射吊顶系统I9与低温再生转轮除湿机I7相结合的夏季运行策略，实现对空调房间I11的温湿度独立控制，此时，流经热水型溴冷机I6后的热源水作为低温再生转轮除湿机I7的再生热源，然后返回热泵I3高温侧进行加热，再次作为热水型溴冷机I6的驱动热源。来自热水型溴冷机I6的冷媒水先进入低温再生转轮除湿机I7，作为低温再生转轮除湿机I7内置前后表冷器的冷源，对空气进行降温减湿处理，承担房间的部分冷负荷和全部湿负荷，然后进入毛细管网辐射吊顶系统I9，承担房间的冷负荷。毛细管网辐射吊顶系统I9所需的冷媒水温度高于传统空调系统，有利于提高制冷机组的蒸发压力，从而提高机组COP值。空调房间I11如不具备铺设毛细管网辐射吊顶系统I9的条件，则采用风机盘管I10运行策略，此时，整个空调系统不再使用低温再生转轮除湿机I7，空调房间I11也不再采用温湿度独立控制的方式，经热水型溴冷机I6后的热源水返回热泵I3高温侧进行加热，再次作为热水型溴冷机I6的驱动热源。热水型溴冷机I6的冷煤水出水温度调低，进入风机盘管I10，承担房间的冷负荷，但此种方式机组COP较低。

整个空调系统运行可利用CPC-PV/T系统I2自身发电量驱动。在太阳能电池板上安装聚光装置能够将太阳光辐照强度提高约20％，辐照强度的升高也导致太阳电池板温度的升高，进而可以增加水冷系统的热水产量，热水产量增加，整个系统的制冷量也增加。

以下通过具体实施例进一步说明本系统工作方法，但并不以此作为限制。

实施例1

采用如图1所示的空调系统。在空调房间I11铺设毛细管网辐射吊顶系统I9，空调房间I11采用温湿度独立控制的方式。

热水型溴冷机I6采用热水型单效溴冷机。

系统的各循环回路具体循环流程如下：

1、太阳电池板冷却水循环回路：在夏季太阳能充足的时候，所述CPC-PV/T系统I2接收太阳辐射，在太阳电池板上实现光电转换，完成发电过程，同时太阳电池板的温度升高，采用管板式流道结构的太阳能电池高效散热及热能回收技术，以水作为冷却介质进行强制换热。在太阳能电池板上安装聚光装置能够将太阳光辐照强度提高约20％，辐照强度的升高导致太阳电池板温度的升高，进而可以增加水冷系统的热水温度和产量。太阳电池板冷却水的温度升高至50℃左右，热水汇聚于第一水箱I1，并接入热泵I3，作为热泵I3低温侧的输入热源，热量被提取至热泵I3的高温侧，产出85℃左右的高温热水，作为热水型溴冷机I6的热源水，同时太阳电池板冷却水降温至30℃左右，继续回到CPC-PV/T系统I2，对太阳电池板进行循环冷却。CPC-PV/T系统I2的发电量可供整个空调系统使用。

2、热源水循环回路：热泵I3的高温侧出水先经集热器I4进行二次加热，加热至90～95℃，达到热水型溴冷机I6热源水的温度要求，再经第二水箱I5接入热水型溴冷机I6的热源水进口，作为热水型溴冷机I6的驱动热源。第二水箱I5内设有辅助电加热器，起稳定与调节系统热源水的水量和水温的作用，保证热水型溴冷机I6的热源水进口温度达到要求。集热器I4的使用再次将太阳能光热技术整合到整个系统中，进一步提高了太阳能的利用率。

热源水流经热水型溴冷机I6，温度降低5～10℃左右，80～85℃左右的热水可作为低温再生转轮除湿机I7加热再生空气的热源。当热水型溴冷机I6的热源水流量大于低温再生转轮除湿机I7所需的再生热源水流量时，出自热水型溴冷机I6的热源水一部分经过低温再生转轮除湿机I7作为再生热源，另一部分则旁通不经过低温再生转轮除湿机I7。热水在低温再生转轮除湿机I7中对再生空气进行加热，其热量被再度利用后，温度降低至60℃，然后与不经低温再生转轮除湿机I7的热水汇合，进入热泵I3的高温侧再次加热。考虑到系统的匹配问题，如热泵I3优先考虑满足CPC-PV/T系统I2侧的冷却水降温要求，则调节热泵I3的高温侧产热水流量在一定范围内，此时，汇合后的热水则分为两路，一路进入热泵I3的高温侧进行加热，使热泵I3的工作工况接近设计工况，另一路进入集热器I4进行加热，两路热水汇聚后再次作为热水型溴冷机I6的驱动热源水。

3、冷媒水循环回路：本系统的冷媒水可由常规制冷机组的冷媒水出水温度7℃提高至13～15℃，从而提高热水型溴冷机I6的蒸发温度，使机组的COP提高。来自热水型溴冷机I6的冷媒水接入低温再生转轮除湿机I7，作为低温再生转轮除湿机I7内置前后表冷器的冷源，对空气进行降温减湿处理，处理后的新风以置换通风的方式通入空调房间I11，承担房间的部分冷负荷和全部湿负荷。冷媒水温度升高2℃左右，再自低温再生转轮除湿机I7出口接入毛细管网辐射吊顶系统I9，由毛细管网辐射吊顶系统I9承担空调房间I11内的冷负荷。温度又升高一部分后，回到热水型溴冷机I6再次降温，进行循环。实现了对空调房间I11内的温湿度独立控制。

4、热水型溴冷机I6冷却水循环回路：经冷却塔I8降温的冷却水(32℃)接入热水型溴冷机I6，先后流经热水型溴冷机I6中的吸收器、冷凝器，温度升高(37℃)后，再回到冷却塔I8，由冷却塔I8再次冷却降温后接入热水型溴冷机I6，进行循环。

实施例2

采用如图2所示的空调系统。在空调房间I11设置风机盘管I10，整个空调系统不再使用所述低温再生转轮除湿机I7，空调房间I11也不再采用温湿度独立控制的方式。

热水型溴冷机I6采用热水型单效溴冷机。

太阳电池板冷却水循环回路和热水型溴冷机I6冷却水循环回路同实施例1。

热源水循环回路：热泵I3的高温侧出水先经集热器I4进行二次加热，加热至90～95℃，达到热水型溴冷机I6热源水的温度要求，再经第二水箱I5接入热水型溴冷机I6的热源水进口，作为热水型溴冷机I6的驱动热源。第二水箱I5内设有辅助电加热器，起稳定与调节系统热源水的水量和水温的作用，保证热水型溴冷机I6的热源水进口温度达到要求。集热器I4的使用再次将太阳能光热技术整合到整个系统中，进一步提高了太阳能的利用率。

热源水流经热水型溴冷机I6，温度降低5～10℃左右，80～85℃左右的热水进入热泵I3的高温侧再次加热。考虑到系统的匹配问题，如热泵I3优先考虑满足CPC-PV/T系统I2侧的冷却水降温要求，则调节热泵I3的高温侧产热水流量在一定范围内，此时，热水分为两路，一路进入热泵I3的高温侧进行加热，使热泵I3的工作工况接近设计工况，另一路进入集热器I4进行加热，两路热水汇聚后再次作为热水型溴冷机I6的驱动热源水。

冷媒水循环回路：本系统的冷媒水出水温度调低至7℃，来自热水型溴冷机I6的冷媒水直接接入风机盘管I10，承担空调房间I11的冷负荷。冷媒水经风机盘管I10被空调房间I11空气加热，温度升高至12℃左右，再回到热水型溴冷机I6，进行循环。