一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统

本发明属于制冷热泵空调系统设计和制造领域，涉及一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统。

背景技术：

1、空气源热泵以其兼顾制冷与制热、节能环保、安装灵活等优点，被广泛用作建筑空调冷热源。提高空气源热泵运行效率，降低系统运行能耗，对实现建筑能源领域减少碳排放的目标起着重要作用。但是以下两个因素对空气源热泵的运行效率影响较大：

2、1)空气源热泵冬季制热运行时存在室外换热器表面结霜的问题，由于霜层的形成与生长，制冷剂与空气间的传热热阻及空气流动阻力增加，导致空气源热泵制热量衰减，制热效率降低，运行能耗增加。为保障空气源热泵冬季高效、稳定运行，必须适时进行除霜。目前，传统的除霜方法是逆循环除霜，即通过空气源热泵的四通阀换向改变制冷剂流向，将供暖模式切换成制冷模式，利用压缩机排出的高温制冷剂放出的热量进行除霜。该方法除霜所需消耗的热量主要来自于压缩机耗功以及从室内吸收热量，导致室内热舒适性降低，并且除霜能耗大、除霜效率低，且空气源热泵除霜时无法正常供暖，从而降低了空气源热泵在整个运行周期内的供暖效率。

3、2)空气源热泵在夏季空调制冷过程中，空气热湿独立处理相较于传统空气热湿处理过程更为科学、高效，将空气热湿独立处理与空气源热泵相结合，充分发挥两者的优势，节能效果显著，但除湿剂除湿后的再生过程需要消耗大量热量，限制了该技术的推广应用。

4、因此，发明一种冬夏两季双高效的空气源热泵空调系统，对提高空气源热泵运行效率，降低系统运行能耗具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：为解决空气源热泵空调系统在冬季除霜和夏季除湿，而影响空气源热泵运行效率的问题，提供一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统。本发明的空气源热泵空调系统，在夏季，安装在太阳能烟囱入口处的换热器作为空气源热泵的冷凝器，加热进入太阳能烟囱的空气用于除湿剂再生；在冬季，安装在太阳能烟囱内的换热器作为空气源热泵的蒸发器，吸收太阳能烟囱内的热量，提高空气源热泵运行效率，实现空气源热泵无霜运行；且在冬夏季均可利用太阳能烟囱发电为系统提供电能，实现系统用电自供给，大幅降低系统运行能耗。

2、技术方案：一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统，包括空调侧空气回路、热利用侧空气回路、空调冷热水回路和制冷剂回路：所述空调侧空气回路，包括空调末端、第一风道和第二风道；所述空调末端的出风口位于室内，所述空调末端的两个进风口分别与所述第一风道和第二风道的出口连接；所述第一风道的入口设置在室内；所述第二风道的入口设置在室外，且入口处安装有固体除湿器；所述热利用侧空气回路，包括太阳能烟囱，所述太阳能烟囱的上端出口与第四风道和第三风道的入口连接，所述第三风道的入口与所述固体除湿器连接；所述空调冷热水回路，包括水泵，用于将空调末端内的水媒介进行循环；所述制冷剂回路，包括气液分离器、压缩机、第一换热器、第二换热器和第三换热器；制冷剂在气液分离器、压缩机、第一换热器、第二换热器之间循环，所述第三换热器与所述第一换热器并联设置；所述第一换热器设置在所述太阳能烟囱的下端入口处，所述第三换热器设置在太阳能烟囱的中上部；所述第一换热器串联在所述空调冷热水回路中，所述制冷剂回路中的制冷剂用于与所述空调冷热水回路中的水媒介热交换。

3、进一步的，所述空气源热泵空调系统的运行模式如下：

4、1)夏季制冷供冷运行时：

5、室外新风通过第二风道进入空调末端，将热量释放给水媒介实现降温后，经过第一风机送入室内；制冷剂蒸汽依次经过气液分离器、压缩机，进入第一换热器被冷凝成液体后进入第二换热器，在第二换热器中吸收空调末端的水媒介中的热量蒸发成蒸汽后进入气液分离器，完成制冷循环；进入太阳能烟囱的室外空气，在第一换热器中吸收制冷剂放出的热量后，经过第三换热器，并在上升过程中吸收太阳辐射被加热成高温空气，通过第三风道进入固体除湿器内对固体除湿剂进行再生，然后排入环境中；

6、2)冬季制热供暖运行时：

7、室内回风通过第一风道进入空调末端，在空调末端中吸收来自水媒介的热量实现升温后，经过第一风机送入室内；制冷剂气体依次经过气液分离器、压缩机进入第二换热器冷凝成液体后，进入第三换热器，在第三换热器中吸收太阳能烟囱中空气的热量蒸发成过热蒸汽后进入气液分离器，完成制热循环；进入太阳能烟囱的室外空气，经过第一换热器进入第三换热器，在第三换热器中吸收太阳辐射的空气将热量释放给制冷剂后，通过第四风道排入环境中。

8、进一步的，所述空调侧空气回路中，所述空调末端的出风口处设有第一风机；第一风道入口安装有第一风阀；第二风道出口安装有第二风阀。

9、进一步的，所述制冷剂回路，还包括四通阀、第一三通阀、第二三通阀和电子膨胀阀；

10、压缩机的出口与四通阀第一输入端连接，四通阀第一输出端与第一三通阀第一端口连接，第一三通阀第二端口与第一换热器输入端连接，第一三通阀第三端口(f33)与第三换热器输出端连接，第一换热器输出端与第二三通阀第一端口连接，第二三通阀第二端口与第三换热器输入端连接，第二三通阀第三端口通过管线经过电子膨胀阀与第二换热器第一输入端连接，第二换热器第一输出端与四通阀第二输入端连接，四通阀第二输出端经过气液分离器与压缩机入口连接；

11、第二换热器第二输入端通过水泵与所述空调末端的水媒介输出端连接，第二换热器第二输出端与所述空调末端的水媒介输入端连接。

12、进一步的，所述热利用侧空气回路中，第三风道内部安装有第二风机，第三风道入口安装有第三风阀；第四风道入口安装有第四风阀。

13、进一步的，还包括太阳能发电供电模块，所述太阳能发电供电模块包括风力涡轮机，所述风力涡轮机，安装在太阳能烟囱内部，且设置在所述第一换热器和第三换热器之间；

14、所述风力涡轮机发电后分为两路，一路与蓄电池连接，然后依次经过逆变器、第一断路器和变压器与压缩机连接，另一路依次经过第二断路器、变压器与压缩机连接。

15、与现有空气源热泵空调系统相比，本发明具有以下优点：

16、1)本发明的空气源热泵空调系统在夏季制冷供冷时，通过安装在太阳能烟囱入口处的换热器作为空气源热泵的冷凝器，加热进入太阳能烟囱的空气，空气在上升过程中进一步吸收太阳辐射被加热成高温空气，用于除湿剂再生，节约再生能耗。

17、2)本发明的空气源热泵空调系统在夏季制冷供冷时，在冬季制热供暖运行时，通过安装在太阳能烟囱内的换热器作为空气源热泵的蒸发器，吸收太阳能烟囱内的热量，提高空气源热泵运行效率，并实现空气源热泵无霜运行。

18、3)本发明在冬夏季均可利用太阳能烟囱发电为系统提供电能，实现系统用电自供给，大幅降低系统运行能耗。

技术特征：

1.一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统，其特征在于，包括空调侧空气回路、热利用侧空气回路、空调冷热水回路和制冷剂回路：

2.根据权利要求1所述的空气源热泵空调系统，其特征在于，所述空气源热泵空调系统的运行模式如下：

3.根据权利要求1所述的空气源热泵空调系统，其特征在于，所述空调侧空气回路中，所述空调末端(11)的出风口处设有第一风机(12)；第一风道(13)入口安装有第一风阀(14)；第二风道(16)出口安装有第二风阀(17)。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵空调系统，其特征在于，所述制冷剂回路，还包括四通阀(2)、第一三通阀(3)、第二三通阀(5)和电子膨胀阀(6)；

5.根据权利要求1所述的空气源热泵空调系统，其特征在于，所述热利用侧空气回路中，第三风道(20)内部安装有第二风机(22)，第三风道(20)入口安装有第三风阀(21)；第四风道(23)入口安装有第四风阀(24)。

6.根据权利要求1所述的空气源热泵空调系统，其特征在于，还包括太阳能发电供电模块，所述太阳能发电供电模块包括风力涡轮机(19)，所述风力涡轮机(19)，安装在太阳能烟囱(18)内部，且设置在所述第一换热器(4)和第三换热器(9)之间；

技术总结本发明公开了一种基于太阳能烟囱热利用的空气源热泵空调系统，属于制冷热泵空调系统设计和制造领域，包括由制冷剂回路、空调冷热水回路、空调侧空气回路、热利用侧空气回路和太阳能发电供电模块组成。在夏季，安装在太阳能烟囱入口处的换热器作为空气源热泵的冷凝器，加热进入太阳能烟囱的空气用于除湿剂再生；在冬季，安装在太阳能烟囱内的换热器作为空气源热泵的蒸发器，吸收太阳能烟囱内的热量，提高空气源热泵运行效率，实现空气源热泵无霜运行；且在冬夏季均可利用太阳能烟囱发电为系统提供电能，实现系统用电自供给，大幅降低系统运行能耗。技术研发人员：汪峰,韩旭,杨卫波受保护的技术使用者：扬州大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12