[发明专利]太阳能耦合空气源热泵一体化空调系统及其供暖制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能蒸发集热器、太阳能反射遮阳帘、空气源热泵室外机、空气源热泵地板辐射供暖系统以及空气源热泵制冷系统，具体是一种太阳能与空气源热泵集于一体的空调系统。

背景技术

随着经济社会的发展，人民生活水平的提高，用户对空调系统的需求不再局限于简单的夏季能制冷，冬季能供暖。现代用户需要的智能化空调系统需要具备初投资低、运行费用省、高效节能、减排环保等性能优点，并且要求更高的系统功能保障性，尤其要求系统在冬季供暖和夏季制冷时，能在更低的运行费用条件下，维持用户个性化设定的室内温度，故需求新型空调系统。

空气源热泵室外机与毛细铜管网结合辐射供暖，及与空气源热泵室内机结合对流制冷的空调系统是一种布置灵活、操作简便、节能环保的新型空调方式。辐射供暖工质有水和制冷剂两种，相对于传统的水工质，采用新型制冷剂工质具有比水更大的比热容和更小的热惰性，换热效率更高，制热速度更快，供暖效果更好。辐射供暖末端有铜铝散热器、耐热聚乙烯管网、交联聚乙烯管网、毛细铜管网等，相对于传统供暖末端，采用毛细铜管网能在保证低初投资的同时，大幅增加辐射换热系数与换热比表面积，耗能更少、热惰性更小，可快速加热升温，室温分布更均匀，供暖效果更好，使用舒适感更佳。如董旭，杨凤娟. 顶板辐射空调系统性价比分析[J]. 建筑节能, 2012, 40(11): 19-22。空气源热泵空调系统现行初投资为200～350元/m²相对较高，但15～20元/m²·采暖期的供暖运行费用是集中供热的50～67%，经济效益好；空气源热泵空调系统制冷期间24W/m²的平均用电负荷处于制冷运行费用较低水平。

太阳能是一种清洁可再生的无限量能源，除去被大气层直接反射回外太空的部分能量，直射到地球表面的太阳能功率为1.2×10⁵TW。相对于2012年全球总共433EJ的一次能源消耗量，折合消耗功率为13.75TW，太阳能的年供应量是全球能源年需求量的8700倍，折合为地球每小时接收的太阳能即可满足人类一年的能源需求。中国的太阳能热利用量为101GW，占全球太阳能热利用总量172.4GW的59%，位居世界第一。如Z. Wang, et al. Solar water heating: From theory, application, marketing and research[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, (41): 68-84。全球建筑能耗占全球总能耗的40%，而空调系统能耗占建筑能耗的40%。中国作为年耗能总量世界第二的耗能大国，如何充分利用免费的太阳能节省空调系统运行费用，提高空调系统能效，一直是需要进一步解决的技术经济问题。

太阳辐射能主要分布在波长λ为0.25～3μm光谱区内，即主要分布在可见光和近红外区，而物体受热发生黑体辐射的能量主要分布在波长λ为2～100μm光谱区内，即主要分布在远红外区。为了能够充分利用太阳能，研发出的太阳能选择性吸收涂层材料必须满足以下两个条件，即太阳光谱内的吸光程度高，有尽可能高的吸收率α；辐射波长范围内有尽可能低的辐射能损失，有尽可能低的法向发射率ε，即需要具有较高的α/ε特性。太阳能反射涂层材料则主要反射可见光和近红外光区域的太阳辐射能，需要具备较高的折光指数和太阳能反射率特性。

现有成熟的太阳能与空气源热泵联合供暖技术有太阳能热水器辅助空气源热泵水地暖系统、太阳能相变蓄热辅助空气源热泵水地暖系统、太阳能蓄热增强空气源热泵除霜系统等。如吴娟，龙新峰. 太阳能热化学储能研究进展[J]. 化工进展, 2014, 33(12): 3238-3245。这些真空管或平板太阳能集热系统都属于空气源热泵机组外接太阳能辅助系统，虽能有效利用太阳能加强供暖，但是太阳能集热系统主体单价为110～180元/管，再与空气源热泵组成两套设备的系统，系统规模过于庞大，消耗初投资过大。系统或需额外占用大量的本就不充裕的用户建筑空间，如现在越来越普遍的高层用户户均建筑空间极为狭小；或需增大空气源热泵室外机尺寸，不利于设备灵活布置。配套设备之间外露管路连接冗长复杂、泄漏率高，且配套设备衔接工作操作不便，控制易不稳定。