[实用新型]一种紧凑型太阳能喷射制冷与热泵集成系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型太阳能喷射制冷与热泵集成系统。

背景技术

在各种可再生能源中，“取之不尽，用之不竭”的太阳能越来越受到人们的重视和青睐，太阳能空调的开发和研究具有广阔的前景。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006～2020年）及节能中长期专项规划将太阳能建筑一体化技术作为建筑节能的重要途径之一，力争在2020年使可再生能源在建筑中的应用比例达到20%。

但是，目前太阳能热利用在建筑中的应用主要以太阳能生活热水为主，将太阳能应用于能耗较大的建筑采暖空调仍然受到技术和投资较大等方面的制约：冬季采暖需要较大的热量，但太阳能辐照量又相对较小，即使按照太阳能保证率50%进行设计，太阳能集热设备初投资也将达到400元/m²，如直接将普通的太阳能热水系统用于太阳能采暖，由于冬季太阳能辐照具有间歇性变化的特点，难以实现持续可靠的供暖运行，需要几倍于太阳能生活热水的集热面积，因此初投资较高，设备回收期长，且建筑屋面面积也难以满足太阳能集热设备安装需要。故而，目前太阳能直接采暖仅在太阳能资源丰富地区的小型建筑中进行小规模示范应用，难以实现在城市建筑采暖中的大规模应用。

要满足太阳能热驱动空调随时可以实现制冷和采暖的要求，一般有两条途径：一是将太阳能集热器与蓄冷蓄热装置做的足够大；二是太阳能与常规能源联合制冷供暖。由于太阳能具有能流密度低、间歇性变化等特点，第一种方式需要相当大的集热面积与蓄热装置，受安装空间及投资限制，往往难以实现。第二种方式，由于可靠性较高，较易实现，是目前常用的方式。

太阳能喷射式制冷与蒸汽压缩热泵复合技术的研究多数是户式、小型化的，功能比较单一，对较大规模的公用建筑用技术的研究较少，推广就更少。当前的研究工作主要包括小型的太阳能喷射式制冷、太阳能喷射式与蒸汽压缩复叠式空调系统、太阳能做辅助热源的热泵系统，太阳能与空气源双源热泵、太阳能喷射式制冷与蒸汽压缩制冷的并行结构。由于太阳能喷射式制冷与蒸汽压缩制冷的并行结构是两种制冷系统的并列，两者是完全独立的，在合适的情况下启动太阳能喷射式制冷系统，不足的部分靠蒸汽压缩式制冷系统补充，用以节约能耗，但是功能单一，设备闲置较多。

喷射式制冷系统在开始的时候应用水作为制冷剂，水虽然具有无污染、蒸发潜热大等优点，但由于沸点较高，对热源的温度要求较高，超出了一般废热源及太阳平板集热器所能达到的温度范围。

在二十世纪中叶，氟利昂替代水用于太阳能与废热驱动的喷射制冷循环。氟利昂具有沸点低和比容小的特点，因此能够有效地降低了设备的体积，并且系统效率也得到了改善。但是，随着人们对CFCs类制冷剂对大气臭氧层破坏作用的逐步认识，目前己经禁止使用CFCs类制冷剂。随后，对于氟利昂的替代工质的研究也较多，R134a、R152a、R290、R600a等制冷剂被用作喷射式制冷系统的工质，结果表明R134a的性能相比是最好的。之后，对R-12、R-22、R-134A和混合制冷剂R-410A、R-407C和R-404A六种工质的适用性进行研究后表明，采用R-12时系统COP最高，然后依次是R-22、R-134A、R-410A、R-407C和R-404A，采用R-410A时系统COP明显高于R-407C和R-404A，而比采用R-134A时的系统COP低15～20％。

典型的太阳能喷射式空调系统由太阳能集热子系统与喷射制冷子系统组成。在太阳能集热子系统中，集热介质一般为水，水在太阳能集热器中被加热后，进入蓄热水箱放热，而后被水泵送入集热器，完成集热循环。

在喷射制冷子系统中，来自蓄热水箱的热水经过加热发生器中的制冷剂后，回到蓄热水箱，继续从太阳能集热器中的热水处获取热量。而发生器中的制冷剂液体被加热后，高温高压的制冷剂蒸气进入喷射器，从喷嘴高速喷出形成低压，将蒸发器中的蒸气吸入喷射器。经过在喷射器中的混合和增压后，混合气体进入冷凝器凝结，成为制冷剂液体。一部分冷凝液进入蒸发器蒸发完成制冷负荷；另一部分经过工质泵增压后回到发生器，完成喷射制冷循环。

在一般空调工况下，制冷系统的冷凝温度只能达到30℃左右，喷射制冷系统的C0P为20％左右，考虑到太阳能集热器的效率，整个太阳能喷射制冷系统的效率约为8～10%。为了提高太阳能喷射制冷系统的性能，研究人员通过添加增压器和电能辅助等方式提高了系统性能。