空氣能輔助的導(dǎo)熱介質(zhì)流控制方法及其控制系統(tǒng)

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0 引言

傳統(tǒng)的供暖設(shè)備中導(dǎo)熱介質(zhì)一般起到載熱作用或儲熱作用，但傳統(tǒng)的供暖系統(tǒng)中，作為載熱體與作為儲熱體時是分設(shè)成二個互不直通的系統(tǒng)存在，這導(dǎo)致了能耗增加，換熱效率的下降，設(shè)備投資增加。本發(fā)明在于將導(dǎo)熱介質(zhì)在高溫時(在40℃以上時)直接兼作載熱體使用，這樣減少了傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的二次換熱損耗；在低溫時(低于40℃)作為儲熱體使用，充分利用了系統(tǒng)中的剩余熱量，在一套供熱系統(tǒng)中導(dǎo)熱介質(zhì)在不同的溫度階段起到了不同的作用(儲熱體兼作載熱體及純作為儲熱體)，這樣減小了系統(tǒng)的設(shè)備成本，節(jié)省了能耗，提高了整個供暖系統(tǒng)的供暖效率。

1 空氣能輔助的導(dǎo)熱介質(zhì)流控制方法及其控制系統(tǒng)內(nèi)容

1.1 一種導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制方法(如圖1) 包括：獨立循環(huán)的冷媒系統(tǒng)及多模式循環(huán)的導(dǎo)熱介質(zhì)流系統(tǒng)；其中蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)適于通過太陽能加熱；當(dāng)蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度大于第一設(shè)定值時，導(dǎo)熱介質(zhì)通入室內(nèi)散熱器，以進行供熱；當(dāng)蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值時，蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)作為熱源供冷媒蒸發(fā)吸熱，然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內(nèi)散熱器內(nèi)循環(huán)流通的導(dǎo)熱介質(zhì)，以進行供暖；當(dāng)蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度小于第二設(shè)定值時，空氣源熱泵系統(tǒng)通過室外風(fēng)冷熱交換機蒸發(fā)吸熱，然后冷媒通過板式換熱器冷凝放熱，用于加熱室內(nèi)散熱器內(nèi)循環(huán)流通的導(dǎo)熱介質(zhì)，以進行供暖。冷媒適于在進入蓄熱箱吸熱前通過室外風(fēng)冷熱交換機進行預(yù)蒸發(fā)吸熱。冷媒包含氟利昂；所述導(dǎo)熱介質(zhì)均為液體介質(zhì)，包括：水、含有添加劑的水、合成制劑、導(dǎo)熱油中的至少一種。

圖1 導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制方法

1.2 一種導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制系統(tǒng)，包括：太陽能采熱機構(gòu)、空氣源熱泵制熱機構(gòu)和室內(nèi)散熱器；其中所述空氣源熱泵制熱機構(gòu)包括：室外風(fēng)冷熱交換機、壓縮機、節(jié)流裝置和板式換熱器；所述太陽能采熱機構(gòu)適于采集太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)。太陽能采熱機構(gòu)包括：太陽能采熱器、所述蓄熱箱，以及設(shè)于蓄熱箱中的蒸發(fā)盤管；其中所述蒸發(fā)盤管中含有冷媒。蓄熱箱適于通過導(dǎo)管分別與室內(nèi)散熱器的進、出口相連；以及所述室內(nèi)散熱器的進口處設(shè)有循環(huán)水泵，以使導(dǎo)熱介質(zhì)在室內(nèi)散熱器內(nèi)循環(huán)流通。室外風(fēng)冷熱交換機包括：室外熱交換風(fēng)扇和室外熱交換器；所述室外熱交換器的進口端與板式換熱器內(nèi)的冷凝盤管的出口端相連；以及所述室外熱交換器的出口端與蒸發(fā)盤管的進口端相連。

圖：

圖2 是本發(fā)明的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：太陽能采熱機構(gòu)1，太陽能采熱器11，蓄熱箱12，蒸發(fā)盤管13，導(dǎo)管14，空氣源熱泵制熱機構(gòu)2，室外風(fēng)冷熱交換機21，室外熱交換風(fēng)扇211，室外熱交換器212，板式換熱器22，壓縮機23，冷凝盤管24，室內(nèi)散熱器3，循環(huán)水泵4，節(jié)流裝置5，Y形過濾器6，第一電動閥門71，第二電動閥門72，第三電動閥門73，第四電動閥門74，適于室內(nèi)安裝的部件8。

二、空氣能輔助的導(dǎo)熱介質(zhì)流控制方法及其控制系統(tǒng)具體實施方法

2.1 實施例一 根據(jù)供暖需求或?qū)峤橘|(zhì)的溫度，導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制方法可以有多種模式，現(xiàn)列舉三種常見的控制方式，也是比較節(jié)省能源的控制方式，三種方式可以結(jié)合使用，以實現(xiàn)導(dǎo)熱介質(zhì)流的持續(xù)控制，進行全天候供暖。當(dāng)然，三種使用方式也可以交叉使用，以用于提高供熱效果。

第一種控制方式：當(dāng)蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度大于第一設(shè)定值(一般為40℃左右)，如白天太陽光充足，導(dǎo)熱介質(zhì)可以直接通入室內(nèi)散熱器進行供熱。

第二種控制方式：蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度小于第一設(shè)定值且大于第二設(shè)定值(一般為5℃)時，如傍晚或陰天，太陽光不足，空氣能熱泵制熱系統(tǒng)通過蒸發(fā)盤管在蓄熱箱中蒸發(fā)吸熱，吸取導(dǎo)熱介質(zhì)中的熱量；然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內(nèi)散熱器內(nèi)循環(huán)流通的導(dǎo)熱介質(zhì)，以進行供暖。當(dāng)然，第二種控制方式中，在導(dǎo)熱介質(zhì)加熱冷媒之前，可以通過室外風(fēng)冷熱交換機先預(yù)蒸發(fā)吸熱，以避免導(dǎo)熱介質(zhì)熱量不足，進一步提高供暖效果。

第三種控制方式：當(dāng)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度小于第二設(shè)定值時，如夜晚或后半夜，空氣源熱泵系統(tǒng)通過室外風(fēng)冷熱交換機進行蒸發(fā)吸熱，然后冷媒通過板式換熱機冷凝放熱，用于加熱室內(nèi)散熱器內(nèi)循環(huán)流通的導(dǎo)熱介質(zhì)，以進行供暖。

采用太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)，然后根據(jù)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇不同的介質(zhì)流控制方式，將太陽能與空氣能結(jié)合用于控制導(dǎo)熱介質(zhì)，可以實現(xiàn)全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效率。

現(xiàn)對三種導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制方式結(jié)合導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制系統(tǒng)(如圖2所示)對其工作過程進行詳細(xì)闡述。

(1)作為導(dǎo)熱介質(zhì)流的第一種控制方式。見圖2，在太陽能充足(白天)時，太陽能采熱器吸收太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)，使其溫度高于第一設(shè)定值(一般為40℃)。此時，控制系統(tǒng)的控制模塊開啟第二電動閥門72，并關(guān)閉第一電動閥門71、第三電動閥門73、第四電動閥門74，蓄熱箱12通過導(dǎo)管14將加熱后的導(dǎo)熱介質(zhì)輸送至室內(nèi)散熱器3，通過導(dǎo)熱介質(zhì)單獨進行供熱，即傳統(tǒng)的太陽能供暖方式。控制模塊例如但不限于采用工控板或PLC模塊，以及所述工控板可以為MYD-C7Z010/20工控板。以及各電動閥門均為電磁閥。

(2)作為導(dǎo)熱介質(zhì)流的第二種控制方式。見圖2，在太陽能不足(傍晚或陰天)時，導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度低于第一設(shè)定值且高于第二設(shè)定值(一般為5℃)，導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度不足以單獨供熱。此時，控制模塊開啟第三電動閥門73、第一電動閥門71，并關(guān)閉第二電動閥門72、第四電動閥門74，利用蒸發(fā)盤管13蒸發(fā)吸熱，以使冷媒吸取蓄熱箱12的低溫?zé)?，然后再通過壓縮機輸送至板式換熱器的冷凝盤管24冷凝放熱，以加熱換熱器22中的導(dǎo)熱介質(zhì)，導(dǎo)熱介質(zhì)通過室內(nèi)散熱器3對室內(nèi)供熱，即空氣源熱泵輔助制熱的供暖方式。由于冬季室外的環(huán)境溫度較低，尤其是高原地區(qū)的晚間溫度一般為-10～-20℃，而蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)溫度大于5℃，這樣板式換熱器就可以借助太陽能采熱機白天蓄熱，大大提高了整個供暖系統(tǒng)的供暖能力，并提高了采暖效率，節(jié)省了能耗。

當(dāng)然，當(dāng)蓄熱箱的熱量不足時，也可以開啟室外風(fēng)冷熱交換機對冷媒進行預(yù)吸熱，再利用導(dǎo)熱介質(zhì)的熱量進一步吸熱。

鉆孔灌注樁施工中大部分施工內(nèi)容都是在水下環(huán)境開展的，施工過程不能得到全面觀察，并且施工活動需要在最短時間內(nèi)完成，實際施工難度較大，對施工人員施工經(jīng)驗以及施工專業(yè)性要求較大。鉆孔灌注樁的施工主要有成孔與成樁兩個部分構(gòu)成，實際操作程序就是放線定位、埋設(shè)護筒、成孔、鋼筋籠綁扎、混凝土灌注等，在各個施工環(huán)節(jié)需要對技術(shù)合理應(yīng)用，強化施工質(zhì)量控制。

(3)作為導(dǎo)熱介質(zhì)流的第三種控制方式。見圖2，在無太陽能(夜晚或后半夜)時，導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度低于第二設(shè)定值，導(dǎo)熱介質(zhì)的余溫度無法提供空氣源熱泵系統(tǒng)熱量。此時，控制模塊開啟第四電動閥門74、第一電動閥門71，并關(guān)閉第二電動閥門72、第三電動閥門73，通過室外風(fēng)冷熱交換機21作為蒸發(fā)吸熱源，由空氣源熱泵制熱機構(gòu)制熱，然后通過冷媒冷凝放熱以加熱板式換熱器22中的導(dǎo)熱介質(zhì)，再通過循環(huán)水泵將導(dǎo)熱介質(zhì)通入室內(nèi)散熱器3內(nèi)，對室內(nèi)進行供熱，即單獨的空氣源熱泵制熱。在本實施例中，第一電動閥門、第二電動閥門均可采用電動水二通閥；以及第三電動閥門、第四電動閥門均可采用電動氟二通閥。

本控制方法采用太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)，然后根據(jù)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇不同的介質(zhì)流控制方式，將太陽能與空氣能結(jié)合用于控制導(dǎo)熱介質(zhì)，可以實現(xiàn)全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效果。此外，通過導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇不同的供暖方式，可以最大化利用能源。

2.2 實施例2 在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例2提供了一種導(dǎo)熱介質(zhì)流的控制系統(tǒng)，包括：太陽能采熱機構(gòu)1、空氣源熱泵制熱機構(gòu)2和室內(nèi)散熱器3；所述空氣源熱泵制熱機構(gòu)2包括：室外風(fēng)冷熱交換機21和壓縮機23、節(jié)流裝置5和板式換熱器22；所述太陽能采熱機構(gòu)1適于采集太陽能加熱蓄熱箱12中的導(dǎo)熱介質(zhì)。

板式換熱器22例如但不限于板式換熱器、套管式換熱器、殼管式換熱器等。適于室內(nèi)安裝的部件8顯示在圖2底部的虛線框中，其余部件可以設(shè)置在室外，不會占用大量室內(nèi)空間，布局合理。

本實施例2的控制系統(tǒng)通過太陽能采熱機構(gòu)采集太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)，然后根據(jù)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇直接供暖或用于加熱冷媒或室外風(fēng)冷熱交換機加熱冷媒，可以實現(xiàn)全天候供暖，提高了太陽能的有效利用率。

(1)作為太陽能采熱機構(gòu)的一種可選的實施方式。見圖2，所述太陽能采熱機構(gòu)1包括：太陽能采熱器11、蓄熱箱12，以及設(shè)于蓄熱箱12中的蒸發(fā)盤管13；其中蒸發(fā)盤管13中含有冷媒。

蓄熱箱12適于通過導(dǎo)管14分別與室內(nèi)散熱器3的進、出口相連；室內(nèi)散熱器3的進口處設(shè)有循環(huán)水泵4，以使導(dǎo)熱介質(zhì)在室內(nèi)散熱器3內(nèi)循環(huán)流通。

循環(huán)水泵4的進口處還設(shè)有Y形過濾器6，以過濾導(dǎo)熱介質(zhì)中的雜質(zhì)，以避免雜質(zhì)堵塞管道或在室內(nèi)散熱器3內(nèi)沉淀，降低供熱效果，甚至影響室內(nèi)散熱器的正常使用。

本實施方式的太陽能采熱機構(gòu)通過蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)直接供熱或加熱冷媒，可以充分利于太陽光能，尤其在太陽光能不足或晚上時，可以利用導(dǎo)熱介質(zhì)的余溫加熱冷媒，實現(xiàn)供熱，提高了太陽能的有效利用率。

(2)作為空氣源熱泵制熱機的一種可選的實施方式?？諝庠礋岜弥茻釞C包括：室外風(fēng)冷熱交換機21、與蒸發(fā)盤管13相連的壓縮機23、與壓縮機23相連的板式換熱器22；板式換熱器22的兩端分別與室內(nèi)散熱器3的進、出口相連；壓縮機23適于將冷媒輸入板式換熱器22內(nèi)的冷凝盤管24以冷凝放熱，將板式換熱器22中的導(dǎo)熱介質(zhì)加熱；循環(huán)水泵4適于控制導(dǎo)熱介質(zhì)在室內(nèi)散熱器3內(nèi)循環(huán)流通。

(3)作為室外風(fēng)冷熱交換機的一種可選的實施方式。室外風(fēng)冷熱交換機21包括：室外熱交換風(fēng)扇211和室外熱交換器212；室外熱交換器212的進口端與板式換熱器22內(nèi)的冷凝盤管24的出口端相連；以及所述室外熱交換器212的出口端與蒸發(fā)盤管13的進口端相連。

室外熱交換器212的另一端與冷凝盤管24的出口相連，以使冷媒循環(huán)流通；以及二者之間還設(shè)有所述節(jié)流裝置5(如膨脹閥等)，以用于控制冷媒的流量。

本實施方式的室外風(fēng)冷熱交換機通過室外熱交換器對冷媒作出兩種處理，即預(yù)吸熱再輸送至蒸發(fā)盤管中蒸發(fā)吸熱，可以實現(xiàn)太陽能與空氣能的聯(lián)合制熱，不僅可以提高太陽能的有效利用率，還可以提高供熱效果。

結(jié)論

采用太陽能加熱蓄熱箱中的導(dǎo)熱介質(zhì)，然后根據(jù)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇不同的介質(zhì)流控制方式，將太陽能與空氣能結(jié)合用于控制導(dǎo)熱介質(zhì)，可以實現(xiàn)全天候供暖，降低了能源消耗，提高了供暖效果。此外，通過導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度選擇不同的供暖方式，可以最大化利用能源。太陽能采熱機構(gòu)、空氣源熱泵制熱機構(gòu)可以單獨向室內(nèi)供熱，也可以交叉使用以提高供熱效果。因此，本控制系統(tǒng)具有全天候供熱、太陽能利用率高、供熱效果好等優(yōu)點。