專利名稱：太陽能輔熱地源空調熱水一體機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加熱和制冷的聯(lián)合系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于生活空調采暖和熱水供應的太陽能輔熱地源空調熱水一體機。
背景技術：
隨著國民經濟迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，建筑物在采暖、空調、生活熱水方面的能量需求越來越大，成為一般民用建筑物用能的主要部分。地源熱泵和太陽能熱水器等環(huán)保節(jié)能技術得到了廣泛的應用，結合利用地熱源和太陽能熱源技術的制熱制冷系統(tǒng)產品研究也取得了進展。中國實用新型專利“太陽能與熱泵及地熱耦合制冷制熱系統(tǒng)”(中國實用新型專利號ZL200620154589. 1，授權公告號CN200979316)公開了一種太陽能與熱泵及地熱耦合制冷制熱系統(tǒng)，包括熱泵、太陽能集熱器、埋入地下恒溫層的地熱盤管、一號泵、用戶終端、二號泵以及系統(tǒng)控制電路，地熱盤管與太陽能集熱器通過管線連接在熱泵的第一交換流道的輸出端與輸入端之間形成第一工質回路，一號泵設置在第一工質回路中將第一工質由第一交換流道的輸出端輸送到第一交換流道的輸入端，用戶終端連接在熱泵的第二交換流道的輸出端與輸入端之間形成第二工質回路，二號泵設置在第二工質回路中將第二工質由第二交換流道的輸出端輸送到第二交換流道的輸入端。中國發(fā)明專利申請“使用太陽能和地熱的制熱、制冷系統(tǒng)”(中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910143517. 5，公開號CN101907370) —種使用太陽能和地熱的制熱、制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括集熱裝置、儲熱裝置、地埋換熱裝置、熱轉換裝置、集熱循環(huán)泵、熱源循環(huán)泵；其中，集熱循環(huán)泵、集熱裝置、儲熱裝置、熱源循環(huán)泵、熱轉換裝置通過導通器件依次串接成第一循環(huán)通路；集熱循環(huán)泵、集熱裝置、儲熱裝置、熱源循環(huán)泵、地埋換熱裝置、熱轉換裝置通過導通器件依次串接成第二循環(huán)通路；第一循環(huán)通路和第二循環(huán)通路之間裝有控制其間連通狀態(tài)的多個閥門和導通器件；系統(tǒng)內部通過液態(tài)物質傳遞能量。但是這兩個系統(tǒng)都是采用通過管路連接和閥門切換的方式實現(xiàn)太陽能和地熱的耦合，存在系統(tǒng)管路結構復雜、投入的設備多，制造成本高、占地面積大、安裝和操作不便等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要提供一種太陽能輔熱地源空調熱水一體機，以地源作為主要熱源，太陽能作為輔助熱源，使用生活熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱的直接耦合，完全省略了現(xiàn)有的閥門切換技術所使用的管路和閥門等要素，能夠在制取洗浴熱水和地板采暖溫水的同時，提供空調所需的制冷與制熱功能，解決現(xiàn)有系統(tǒng)管路結構復雜、投入的設備多， 制造成本高、占地面積大、安裝和操作不便的技術問題。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種太陽能輔熱地源空調熱水一體機，包含壓縮機，換向閥，地熱能換熱器，干燥過濾器，膨脹閥，空調換熱器，氣液分離器和太陽能換熱器，其特征在于所述的空調熱水一體機還包含太陽能熱水循環(huán)泵，熱泵熱水循環(huán)泵，熱水換熱器和儲熱水箱；所述的壓縮機，換向閥，地熱能換熱器，干燥過濾器，膨脹閥，空調換熱器和氣液分離器依次連接成工質循環(huán)通道，所述的熱水換熱器連接在壓縮機與換向閥之間的工質循環(huán)通道中；所述的熱水換熱器通過熱泵熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成熱泵熱水循環(huán)通道，太陽能換熱器通過太陽能熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成太陽能熱水循環(huán)通道；使用所述的儲熱水箱中的熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱能的直接耦合，省略了閥門切換所使用的管路和閥門要素。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的一種較佳的技術方案是在所述的儲熱水箱內部設有地暖水換熱器，所述的地暖水換熱器連接到地板采暖水循環(huán)泵，構成地板采暖溫水循環(huán)通道，儲熱水箱中的洗浴熱水與地暖水換熱器換熱降溫產生的溫水在重力作用下形成儲熱水箱的熱水區(qū)和溫水區(qū)，省略了獨立的地暖水換熱水箱。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的一種更好的技術方案是所述的空調熱水一體機包含水溫控制單元和至少3個感溫元件，感溫元件a固定在所述的太陽能換熱器上，感溫元件b固定在所述儲熱水箱的熱水區(qū)，位于水箱高度2/5 2/3的部位，感溫元件c固定在所述儲熱水箱的溫水區(qū)，位于水箱高度1/6 1/4的部位，感溫元件連接到所述水溫控制單元的輸入端，所述的水溫控制單元的輸出連接到壓縮機和循環(huán)泵的控制回路。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的水溫控制單元，解決太陽能輔熱地源空調熱水一體機工作模式復雜的技術問題。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種太陽能輔熱地源空調熱水一體機的水溫控制單元，包含溫度檢測模塊、溫度判斷控制模塊、熱泵啟動控制模塊和循環(huán)泵控制模塊，其特征在于所述的水溫控制單元還包含運行模式設置選擇模塊、升溫速度檢測判斷模塊、溫差判斷控制模塊和熱水-地板采暖模式選擇模塊。所述的溫度檢測模塊連接到所述的感溫元件，用于檢測儲熱水箱和太陽能換熱器的水溫，溫度檢測模塊的輸出連接到升溫速度檢測判斷模塊、溫差判斷控制模塊和溫度判斷控制模塊。所述的運行模式設置選擇模塊連接到溫度檢測模塊和熱水-地板采暖模式選擇模塊，用于設置溫度比較控制參數(shù)和選擇空調熱水一體機運行模式。所述的升溫速度檢測判斷模塊連接到熱泵啟動控制模塊，用于計算儲熱水箱水溫升溫速度，判斷太陽能換熱器運行狀態(tài)，通過熱泵啟動控制模塊控制熱泵啟動或停止。所述的溫差判斷控制模塊連接到太陽能熱水循環(huán)泵控制模塊和熱泵啟動控制模塊，用于計算太陽能換熱器水溫與儲熱水箱水溫的溫差，控制熱泵和太陽能熱水循環(huán)泵啟動或停止。所述的熱水-地板采暖模式選擇模塊連接到溫度判斷控制模塊，用于設置和選擇熱水-地板采暖運行模式。所述的溫度判斷控制模塊連接到熱泵熱水循環(huán)泵控制模塊和地板采暖水循環(huán)泵控制模塊，用于根據儲熱水箱的水溫和熱水-地板采暖模式，控制熱泵熱水循環(huán)泵和地板采暖水循環(huán)泵啟動或運行。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，以地源作為主要熱源，太陽能作為輔助熱源，使用生活熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱的直接耦合，完全省略了現(xiàn)有的閥門切換技術所使用的管路和閥門等要素，其結構簡單，安裝維護方便，制造成本低、節(jié)能效果好等諸多優(yōu)越性。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，以生活熱水兼作熱媒液體，儲熱水箱中的洗浴熱水與地暖水換熱器降溫產生的溫水在重力作用下形成儲熱水箱的熱水區(qū)和溫水區(qū)，省略了獨立的地暖水換熱水箱，以一個水箱替代兩個水箱，不但避免了二次換熱造成的熱量損失，使系統(tǒng)達到更高的制熱效率，而且還減小了設備的占地面積，降低了產品的造價。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機采用使用計算機程序控制的控制單元， 可以靈活選擇控制工作模式，結構簡單，控制靈活方便，環(huán)保節(jié)能，運行效率高。


圖1是本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的結構示意2是本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的控制單元功能模塊框圖
具體實施例方式為了能更好地理解本發(fā)明的上述技術方案，下面結合附圖和實施例進行進一步地詳細描述。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的第一個實施例如圖1所示，包含壓縮機1，換向閥2，地熱能換熱器3，干燥過濾器4，膨脹閥5，空調換熱器6，氣液分離器7和太陽能換熱器10，還包含熱水換熱器8，熱泵熱水循環(huán)泵9，太陽能熱水循環(huán)泵11和儲熱水箱 20。壓縮機1，換向閥2，地熱能換熱器3，干燥過濾器4，膨脹閥5，空調換熱器6和氣液分離器7連接成空調熱泵的工質循環(huán)通道，通過換向閥2控制工質的流向，實現(xiàn)空調的制冷和制熱功能。熱水換熱器8連接在壓縮機1與換向閥2之間的工質循環(huán)通道中。熱水換熱器 8通過熱泵熱水循環(huán)泵9連接到所述的儲熱水箱20，構成熱泵熱水循環(huán)通道，太陽能換熱器 10通過太陽能熱水循環(huán)泵11連接到所述的儲熱水箱20，構成太陽能熱水循環(huán)通道。本發(fā)明使用儲熱水箱20中的熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱能的直接耦合，省略了中國使用新型專利ZL200620154589. 1和中國發(fā)明專利申請200910143517. 5所公開的閥門切換技術方案所必需的管路和閥門要素。省略管路和閥門等要素不但簡化了本發(fā)明的空調熱水一體機的結構，達到的了安裝維護方便，制造成本低的技術效果，而且通過太陽能和地熱能的直接耦合，降低了切換管路和閥門產生的熱能損耗，提高了系統(tǒng)效率，取得了高效節(jié)能的技術效果。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的實施例中，儲熱水箱20內部設有地暖水換熱器21，地暖水換熱器21連接到地板采暖水循環(huán)泵22，構成地板采暖溫水循環(huán)通道，向外部的地板采暖系統(tǒng)提供地板采暖溫水。本實施例中儲熱水箱20中的洗浴熱水與地暖水換熱器21換熱降溫產生的溫水在重力作用下形成儲熱水箱的熱水區(qū)和溫水區(qū)，省略了獨立的地暖水換熱水箱。用一個儲熱水箱替代分立的兩個水箱，不但避免了二次換熱造成的熱量損失，使系統(tǒng)達到最高的制熱效率，而且還減小了設備的占地面積，降低了產品的造價。
本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機還包含水溫控制單元和3個感溫元件， 感溫元件a固定在所述的太陽能換熱器上，感溫元件b固定在所述儲熱水箱的熱水區(qū)，位于水箱高度大約1/2的部位，感溫元件c固定在所述儲熱水箱的溫水區(qū)，位于水箱高度大約 1/5的部位，3個感溫元件連接到水溫控制單元的輸入端，水溫控制單元的輸出連接到壓縮機和3個循環(huán)泵的控制回路。本發(fā)明的太陽能輔熱地源空調熱水一體機的控制單元功能模塊框圖如圖2所示， 控制單元包含溫度檢測模塊M01、溫度判斷控制模塊M05、熱泵啟動控制模塊M07、循環(huán)泵控制模塊M08、M09和M10，還包含水溫控制單元還包含運行模式設置選擇模塊M02、升溫速度檢測判斷模塊M03、溫差判斷控制模塊M04和熱水-地板采暖模式選擇模塊M06。溫度檢測模塊MOl與感溫元件a、b和c連接，用于檢測儲熱水箱20和太陽能換熱器10的水溫，溫度檢測模塊MOl的輸出連接到升溫速度檢測判斷模塊M03、溫差判斷控制模塊M04和溫度判斷控制模塊M05。運行模式設置選擇模塊M02連接到溫度檢測模塊MOl和熱水-地板采暖模式選擇模塊M06，用于設置溫度比較控制參數(shù)和選擇空調熱水一體機運行模式。升溫速度檢測判斷模塊M03連接到熱泵啟動控制模塊M07，用于計算儲熱水箱20 的水溫升溫速度，判斷太陽能換熱器10運行狀態(tài)，通過熱泵啟動控制模塊M07控制熱泵啟動或停止，具體地說，熱泵啟動控制模塊M07控制熱泵壓縮機1的啟動或停止運行。溫差判斷控制模塊M04連接到熱泵啟動控制模塊M07和太陽能熱水循環(huán)泵控制模塊M08，用于計算太陽能換熱器10的水溫與儲熱水箱20的水溫之溫差，控制熱泵和太陽能熱水循環(huán)泵11啟動或停止。熱水-地板采暖模式選擇模塊M06連接到溫度判斷控制模塊M05，用于設置和選擇熱水-地板采暖運行模式；溫度判斷控制模塊M05連接到熱泵熱水循環(huán)泵控制模塊M09和地板采暖水循環(huán)泵控制模塊M10，用于根據儲熱水箱的水溫和熱水-地板采暖模式控制熱泵熱水循環(huán)泵9和地板采暖水循環(huán)泵22啟動或運行。以下結合圖2進一步說明上述主要功能模塊的功能及其控制方法溫度檢測模塊MOl用于檢測水溫，感溫元件a檢測到的太陽能換熱器水溫設為Ta ； 感溫元件b檢測到的熱水區(qū)水溫設為Tb ；感溫元件c檢測到的溫水區(qū)水溫設為Tc。運行模式設置選擇模塊M02用于設置選擇空調熱水一體機的運行模式，包括單獨制熱水模式、制熱水-取暖模式、單獨制冷模式、制冷-制熱水模式，每個模式可以根據檢測的溫度進行全自動切換，滿足各種使用需求。當使用需求變化時，可以手動選擇需求工作的模式。本模塊首先建立并儲存熱泵熱水機在變環(huán)境溫度下制熱水模型，此模型包括機組型號、變環(huán)境工況、變水溫三個參數(shù)。通過調用此模型中的數(shù)據，可以清楚地識別出各個型號的熱泵熱水機在各種環(huán)境工況、各種溫度下的產水速率。根據客戶輸入的用水時間段、各個時間段儲熱水箱里水溫、峰谷電價和太陽能光照程度等參數(shù)數(shù)據，與預存的制熱水模型進行比較，確定熱水加熱的最節(jié)能的工作模式。加熱的優(yōu)先順序為太陽能、峰谷電、洗浴前時間段。升溫速度檢測判斷模塊M03用于識別選擇熱泵加熱還是太陽能加熱，選擇原理如下當洗浴完成后，檢測儲熱水箱中的熱水區(qū)余水的溫度，根據機組型號確定儲熱水箱的容量，由水箱容量、水箱水溫和環(huán)境溫度計算在當前狀態(tài)下用熱泵加熱到預定溫度所需要加熱的時間t，推算出什么時間需要開啟熱泵加熱。在需要洗浴的時間前t小時時間段內，每隔一定時間(例如，10分鐘)檢測儲熱水箱20的水溫一次，如果儲熱水箱20的熱水區(qū)溫度Tb達到此時段的水箱預設溫度，則說明太陽能已經對儲熱水箱里的水進行加熱，并且達到了熱泵加熱的效果，不需開啟熱泵進行加熱。若水箱熱水區(qū)溫度Tb達不到此時段內水箱預設的溫度，證明當前時段沒有太陽或太陽的光照度不夠，太陽能加熱量達不到熱泵加熱的效果，則通過熱泵啟動控制模塊M07控制開啟熱泵進行輔助加熱。溫差判斷控制模塊M04用于太陽能和儲熱水箱循環(huán)控制當太陽能換熱器10的水溫Ta與儲熱水箱20的溫水區(qū)水溫Tc溫差Ta-Tc ^ 5°C，太陽能熱水循環(huán)泵11運轉，將太陽能換熱器中的熱量轉移到儲熱水箱中，當溫差Ta-Tc < 1°C時，太陽能熱水循環(huán)泵11停止。熱水-地板采暖模式選擇模塊M06用于選擇熱水和地板采暖控制模式，預設模式包括熱水優(yōu)先、地板采暖優(yōu)先、單獨采暖三種模式。溫度判斷控制模塊M05根據M03模塊和M06模塊確定的運行狀態(tài)控制控制熱泵熱水循環(huán)泵9和地板采暖水循環(huán)泵22啟動或運行。若熱泵壓縮機達到條件開機狀態(tài)，若Tb低于預設啟動溫度，熱泵熱水循環(huán)泵9開啟，當Tc達到設置水溫時，熱泵熱水循環(huán)泵9關閉。 若壓縮機如處于關閉狀態(tài)，熱泵熱水循環(huán)泵9 一定保持關閉；在熱水優(yōu)先模式下，檢測熱水區(qū)溫度Tb，若Tb低于預設采暖溫度(例如，45°C )，關閉地板采暖水循環(huán)泵22，直至Tb達到預設熱水溫度，例如，48°C，重新開啟地板采暖水循環(huán)泵22 ；在地板采暖優(yōu)先模式下，地板采暖水循環(huán)泵22不受水箱熱水區(qū)水溫Tb控制連續(xù)運行；在單獨采暖模式下，檢測水箱溫水區(qū)的溫度Tc，根據Tc控制熱泵熱水循環(huán)泵9的啟停，若Tc溫度達到預設采暖溫度，例如， 450C，熱泵熱水循環(huán)泵9停止，若Tb溫度低于預設啟動溫度，例如，40°C，熱泵熱水循環(huán)泵9 開啟，啟動熱泵加熱功能。太陽能熱水循環(huán)泵控制模塊M08、熱泵熱水循環(huán)泵控制模塊M09和地板采暖水循環(huán)泵控制模塊MlO連接到M04和M05模塊，根據M04和M05模塊輸出的控制信號控制三個循環(huán)泵的啟動和停止。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的技術方案，而并非用作為對本發(fā)明的限定，任何基于本發(fā)明的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種太陽能輔熱地源空調熱水一體機，包含壓縮機，換向閥，地熱能換熱器，干燥過濾器，膨脹閥，空調換熱器，氣液分離器和太陽能換熱器，其特征在于所述的空調熱水一體機還包含太陽能熱水循環(huán)泵，熱泵熱水循環(huán)泵，熱水換熱器和儲熱水箱；所述的壓縮機，換向閥，地熱能換熱器，干燥過濾器，膨脹閥，空調換熱器和氣液分離器依次連接成工質循環(huán)通道，所述的熱水換熱器連接在壓縮機與換向閥之間的工質循環(huán)通道中；所述的熱水換熱器通過熱泵熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成熱泵熱水循環(huán)通道，太陽能換熱器通過太陽能熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成太陽能熱水循環(huán)通道；使用所述的儲熱水箱中的熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱能的直接耦合，省略了閥門切換所使用的管路和閥門要素。
2.根據權利要求1所述的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，其特征在于所述的儲熱水箱內部設有地暖水換熱器，所述的地暖水換熱器連接到地板采暖水循環(huán)泵，構成地板采暖溫水循環(huán)通道，儲熱水箱中的洗浴熱水與地暖水換熱器換熱降溫產生的溫水在重力作用下形成儲熱水箱的熱水區(qū)和溫水區(qū)，省略了獨立的地暖水換熱水箱。
3.根據權利要求2所述的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，其特征在于所述的空調熱水一體機包含水溫控制單元和至少3個感溫元件，感溫元件a固定在所述的太陽能換熱器上，感溫元件b固定在所述儲熱水箱的熱水區(qū)，位于水箱高度2/5 2/3的部位，感溫元件 c固定在所述儲熱水箱的溫水區(qū)，位于水箱高度1/6 1/4的部位，感溫元件連接到所述水溫控制單元的輸入端，所述的水溫控制單元的輸出連接到壓縮機和循環(huán)泵的控制回路。
4.根據權利要求3所述的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，其特征在于所述的感溫元件b固定在位于水箱高度1/2的部位，感溫元件c固定在位于水箱高度1/5的部位。
5.一種太陽能輔熱地源空調熱水一體機的水溫控制單元，包含溫度檢測模塊、溫度判斷控制模塊、熱泵啟動控制模塊和循環(huán)泵控制模塊，其特征在于所述的水溫控制單元還包含運行模式設置選擇模塊、升溫速度檢測判斷模塊、溫差判斷控制模塊和熱水-地板采暖模式選擇模塊；所述的溫度檢測模塊連接到所述的感溫元件，用于檢測儲熱水箱和太陽能換熱器的水溫，溫度檢測模塊的輸出連接到升溫速度檢測判斷模塊、溫差判斷控制模塊和溫度判斷控制模塊；所述的運行模式設置選擇模塊連接到溫度檢測模塊和熱水-地板采暖模式選擇模塊， 用于設置溫度比較控制參數(shù)和選擇空調熱水一體機運行模式；所述的升溫速度檢測判斷模塊連接到熱泵啟動控制模塊，用于計算儲熱水箱水溫升溫速度，判斷太陽能換熱器運行狀態(tài)，通過熱泵啟動控制模塊控制熱泵啟動或停止；所述的溫差判斷控制模塊連接到太陽能熱水循環(huán)泵控制模塊和熱泵啟動控制模塊，用于計算太陽能換熱器水溫與儲熱水箱水溫的溫差，控制熱泵和太陽能熱水循環(huán)泵啟動或停止；所述的熱水-地板采暖模式選擇模塊連接到溫度判斷控制模塊，用于設置和選擇熱水-地板采暖運行模式；所述的溫度判斷控制模塊連接到熱泵熱水循環(huán)泵控制模塊和地板采暖水循環(huán)泵控制模塊，用于根據儲熱水箱的水溫和熱水-地板采暖模式，控制熱泵熱水循環(huán)泵和地板采暖水循環(huán)泵啟動或運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于生活空調采暖和熱水供應的太陽能輔熱地源空調熱水一體機，包含地熱熱泵和太陽能換熱器，太陽能熱水循環(huán)泵，熱泵熱水循環(huán)泵，熱水換熱器和儲熱水箱；熱水換熱器連接在壓縮機與換向閥之間的工質循環(huán)通道中；熱水換熱器通過熱泵熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成熱泵熱水循環(huán)通道，太陽能換熱器通過太陽能熱水循環(huán)泵連接到所述的儲熱水箱，構成太陽能熱水循環(huán)通道；使用儲熱水箱中的熱水作為熱媒，實現(xiàn)太陽能和地熱能的直接耦合，省略了閥門切換所使用的管路和閥門要素，省略了獨立的地暖水換熱水箱，避免了二次換熱造成的熱量損失，使系統(tǒng)有更高的制熱效率，結構簡單，安裝維護方便，制造成本低、節(jié)能效果好。
文檔編號F25B49/02GK102269484SQ201110198359
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2011年7月15日
發(fā)明者丁亮, 劉軍, 王健, 王天舒, 王玉軍 申請人:江蘇天舒電器有限公司