天燃气炉与太阳能联合采暖和制冷系统.docx

1、天燃气炉与太阳能联合采暖和制冷系统权 利 要 求 书1 燃气炉与太阳能联合热水系统:不论是冬季采暖,夏季制冷,还是直接为用户提供热水, 利用的都是燃气炉与太阳能联合系统生产的热水。2 燃气炉与太阳能联合采暖系统,采暖系统设计的思路是:首先用太阳能集热器产生的热水来采暖,当水温不足(或者水量不够)时,再启动燃气炉,加热已经过太阳能集热器加热过的水,以满足采暖的要求。太阳能部分的工作情况:当Tb达到要求的温度,而且Ts超过了回流温度,在采暖部分进行换热之前,太阳能部分的三通阀由底部盘管转向散热器, 除了保证Tb要求之外,三通阀将优先考虑转向保证热水供应的方向。燃气炉工作情况:在采暖完成以后,当温度

2、计显示温度过低时,燃气炉开始工作,直到蓄热箱顶部的换热器的水温, Tt达到预定值为止。3,燃气炉与太阳能联合制冷系统:制冷系统主要由燃气炉与太阳能联合(参照图1)热水系统,吸收式制冷机和中央空调系统组成。4,说 明 书燃气炉与太阳能联合采暖和制冷系统技术领域背景技术发明内容燃气炉与太阳能联合热水系统不论是冬季采暖,夏季制冷,还是直接为用户提供热水, 利用的都是燃气炉与太阳能联合系统生产的热水。联合热水系统如图1 所示,其工作情况如下。1-1 太阳能加热系统的工作原理:太阳能加热系统可以直接给用户提供热水。当太阳能加热系统提供热水的水量和水温能满足要求时,就不需要启动燃气炉加热系统。太阳能加热系

3、统也可以加热蓄热箱里的水, 当平板集热器探测器的温度Ts高于蓄热箱底部探测器的温度Tb时,太阳能系统循环泵被打开,此时平板集热器的热水通过蓄热箱低部的盘管换热器给蓄热箱加热。 太阳能加热系统还能为燃气加热炉的进水加热,提高燃气加热炉的进水温度,节省燃料。1-2 燃气炉加热系统的工作原理:当位于蓄热箱顶部的温度计显示的温度(Ts)较低,不能满足用户的要求时,燃气炉的三通阀由供热水部分转向顶部盘管,燃气炉水泵起动,燃烧器点燃,蓄热箱顶部的盘管换热器给蓄热箱加热,一旦蓄热箱中的热水温度达到了要求, 温度控制器将把三通阀转向热水供应, 另外,还可从蓄热箱取水,经燃气炉加热后直接供应给用户。1-3向用户

4、提供热水该系统向用户提供的热水可来自太阳能集热器,也可来自从蓄热箱,还可以来自燃气炉加热系统。向用户提供的热水,应优先考虑从太阳能集热器和蓄热箱获得;当太阳能加热系统和蓄热箱系统的热水水温不能满足要求时,才启动燃气炉加热系统。此时可直接获取热水,也可通过蓄热箱顶部的盘管换热器给蓄热箱加热,使蓄热箱中的水温达到使用要求。燃气炉与太阳能联合采暖系统采暖系统设计的思路是:首先用太阳能集热器产生的热水来采暖,当水温不足(或者水量不够)时,再启动燃气炉,加热已经过太阳能集热器加热过的水,以满足采暖的要求。太阳能部分的工作情况:当Tb达到要求的温度,而且Ts超过了回流温度,在采暖部分进行换热之前,太阳能部

5、分的三通阀由底部盘管转向散热器, 除了保证Tb要求之外,三通阀将优先考虑转向保证热水供应的方向。燃气炉工作情况:在采暖完成以后,当温度计显示温度过低时,燃气炉开始工作,直到蓄热箱顶部的换热器的水温Tt达到预定值为止。燃气炉与太阳能联合制冷系统制冷系统主要由燃气炉与太阳能联合(参照图1)热水系统吸收式制冷机和中央空调系统组成、如图2所示。 图23.1 吸收式制冷机的工作原理吸收式制冷是利用吸收剂和制冷剂来完成制冷的。 本系统用氨作制冷剂、水作吸收剂、氢作扩散剂。 使用氨、水、氢3剂的系统被称为三元吸收-扩散制冷系统。 制冷系统由发生器、冷凝器、吸收器蒸发器等组成,如图3所示。在发生器中,浓氨水溶

6、液被蓄热箱的热水加热,混合气体受热后沿虹吸管上升,当温度升高时,含氨较多的氨水溶液实现混合液分离。 由于水蒸气和氨蒸气的凝结温度不同,再加上精馏器内管的特殊构造,使混合气体的流向和流速发生变化,达到部分气化,部分凝结,水蒸气首先净化凝结成水珠,并在精馏器管段的坡向位差的作用下流回发生器中。 蒸发的氨蒸气经过精馏器分馏后进入冷凝器液化。 在冷凝器中由于热氨蒸气与冷凝器的散热管进行热交换,由氨蒸气放热变为液态氨,在冷凝器出口处形成的高压氨液经管道送入蒸发器中。 在蒸发器的进口处,液氨和含有氨气的氢气接触,使氨溶液在蒸发器内具有较小的分压力, 所以氨液剧烈地沸腾气化(同时吸热),氨气扩散到混合气体中

7、去,这样的蒸发过程通过蒸发器表面吸收热量,获得冷源(冷冻水)实现制冷的目的。在上述过程中,蒸发器内的氨气与氨溶液部分气化形成的氨氢混合气体,使氨液在蒸发器内具有较小的压力,所以吸收式制冷不需要节流装置。 氨氢混合气体从蒸发器进入吸收器时,氨气被来自发生器的稀氨溶液吸收,形成的浓氨溶液从吸收器底部流回发生器,被分离的氨气则通过管路回到蒸发器,如此反复循环,实现连续制冷。3.2 中央空调供冷方式制取的9左右的冷水送到用户的风机盘管,然后返回冷水箱。 当天气不好、水温不够高时、开启燃气炉辅助升温,保证系统能全天候正常运行。3.3系统的效率分析如图如图3所示,太阳能制冷系统由太阳能集热系统附加一台吸收

8、式制冷机组成。 图中, Qg为输入制冷机发生器的能量(太阳能系统输出能量);Qa为冷却水从冷凝器带走的能量;Qc为蒸发器制冷能量(从环境输入能量) Qe为太阳能集热面积上的太阳辐射能。 显然Qg + Qe= Qa+Qe 。 制冷性能系数COPe= Qe/Qg;太阳能集热效率,e= Qg/Qs。系统的制冷效率s= Qe/Qs, 一般来讲c为0.240.30,再加上有限的产热(在太阳辐射不太强的时候产生热水),系统总的效率不超过40%。 大量的热(Qa+Qe),通过冷却塔释放回环境当中。 冷却水循环、冷却的过程中,水泵和风扇还要耗能,因此,传统的太阳能空调系统在供冷时总效率很低。 对此,我们提出了

9、对传统系统的改造方案-新型太阳能冷/热并供系统。3.4 新型太阳能冷/热并供系统由图3可见, Qa和 Qe为热损失,它们是影响太阳能空调系统效率的主要因素。提高系统效率,应当在不影响制冷COPe的前提下, 充分利用Qa和 Qe。 为此,基于热泵原理,提出太阳能制冷/ 产热并供系统新概念,系统如图4所示。与图3比较,新型太阳能冷/热并供系统与传统系统最明显的区别是取消了冷却塔。 冷却水变成了热水输出, 制冷机也由原来的整机式变成了分体式,发生器结合于太阳能集热系统,蒸发器相当于空调室内机,太阳能空调系统成为一个整体,而不是传统的由太阳能集热系统附加一台吸收式制冷机组成的太阳能空调系统。如图4所示

10、,系统的能量平衡Qg + Qe= Qa+Qe。制冷性能系数COPe= Qe/Qg。制热性能系数COPh= (Qa+Qe )/ Qg =1+Qe/Qg; 太阳能集热效率 s= Qg/Qs。 系统制冷效率: e= Qe/Qs。 系统产热效率,h=(Qa+Qe )/ Qs ;。系统总效率t=c +h。当太阳能系统集热温度为75, 制冷温度为9, 输出热水温度为55时, COPe=0.5, COPh=1.5, s=0.4所以, e=0.24,h=0.54,t=0.78,系统总效率达到78%。 如果制冷温度不要求太低,例如设定为12,在同样的条件下, COPe可达0.6,系统总效率达85%以上。 系统构

11、成及其技术参数4.1 太阳能集热器为了使平板集热器既能满足制冷的要求,又不失其简单价廉的特点,需要采取一些简单而有效的技术措施。 其中最重要的是增加了1 块能耐较高温度的透明隔热板,通过抑制空气自然对流来减少集热器表面的热损失。 试验及使用结果证明,该集热器在太阳辐射较强的时候,能持续提供制冷用热水;在太阳辐射较弱时,也可以产生足够的生活用热水。太阳能集热器为平板式, 集热面积120m,日供生活热水6t,供热水温度5560 (供生活用)或6575(制冷机用) 。4.2 制冷机采用2级吸收式制冷机。这种制冷机的突出特点是驱动热源温度低,只需要6575,在60的情况下,仍能以较高的制冷能力稳定地运

12、行;其另一个特点是利用热水的温度范围大, 达1224(随热源温度而变)。 市场上单级吸收式制冷机热源温度一般要求88以上, 热水利用温差只有68。2级吸收式氨制冷机的制冷能力为20kw源温度75(设计),冷冻水温度9,空调房间面积160 m。4.3自控系统自动控制系统主要由传感器、可编程控制器PLC 和工业控制微机3部分组成, 分为自动和手动, 个控制模式。为了适应各个季节系统运行的特点,自动控制模式又分为制冷、采暖、开(关)辅助能源、空挡4个运行工况。 控制系统支持远程监控, 可以通过网络从异地监视系统运行和改变操作指令, 将网络等高科技介入了控制系统之中。4.4 燃气热水炉系统当天气不好。

13、水温达不到要求时,用燃气热水炉辅助升温,能保证系统全天候运行。 与上述太阳能集热器面积相适应的燃气炉的功率满足50100 W/ m的要求。 结论太阳能集热器与燃气热水炉联合系统,具有制冷、采暖、供应热水功能,可以全天候运行。太阳能制冷/ 采暖系统利用了热泵的原理,改变了传统太阳能空调系统的太阳能集热系统加吸收式制冷机的组成模式:制冷机由原来的整机式变成了分体式;发生器置于太阳能集热系统中,既减少了热损失,又节省了热水泵;蒸发器相当于空调室内机,安装更方便。更灵活,甚至可以将小型的蒸发器放在室内。系统省去了制冷热源水泵、冷却循环水泵和冷却塔风机,还省去了冷却塔设备,减少了设备及泵的能耗,降低了系

14、统的造价和运行成本。夏季同时提供制冷和热水, 系统总效率可高达78%。 冬季单纯供热运行时,在太阳辐射较强的情况下,利用制冷机作热泵运行,可以增加产热量20%30%。太阳能制冷功能是建立在太阳能热水供应的基础上,使太阳能得到充分的利用。系统增加的投资只是制冷机部分, 而这部分的投资在常规空调方面也是需要的。综上所述, 研究开发燃气炉与太阳能联合采暖和制冷系统具有良好的社会效益、 经济效益和环境效益。在大力提倡构建节约型社会,大力提倡应用新能源,实现可持续发展的今天,该技术具有美好的前景。本发明的优点具体实施方式说 明 书 摘 要摘 要, 介绍了燃气炉与太阳能联合采暖和制冷系统;阐述了太阳能采暖和制冷系统的设计方案,系统的构成,工作原理,主要的技术参数和控制方法;分析了系统的效率;提出了传统太阳能制冷系统的改造方法;给出了新型的太阳能冷-热并供系统;提出了本系统的技术特点,并指出了在使用中应注意的问题。