[发明专利]太阳能辅助二氧化碳热泵联合空调系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能利用与空调技术领域的系统，具体是一种太阳能辅助二氧化碳热泵联合空调系统。

背景技术

全球性化石能源的紧缺以及温室效应的加剧给环境和社会发展带来了诸多负面效应，对高效节能技术的迫切需求推动了太阳能空调与空气源热泵应用技术的快速发展。其中，二氧化碳热泵由于采用自然工质，相对常规氟利昂工质，在环保方面具有极大的优势，得到越来越多的重视。此外，步入21世纪，建筑能耗占全国能耗的比重越来越高，且其中大部分能耗来自空调与生活热水部分，这对该领域相关系统研发提出了更高的要求。

二氧化碳热泵，由于其跨临界循环的特性，在供暖和提供生活热水方面具有超越常规氟利昂热泵的性能。同时如上所述，其为自然工质，对臭氧层的破坏和温室效应的积聚作用，几乎可以忽略不计。由于以上两点，二氧化碳热泵热水器近年来在欧美日地区得到了大力的发展，截止2010年在日本已累计销售7百多万台，被誉为“生态精灵(Eco-cute)”。相对供暖，二氧化碳热泵循环在制冷方面性能不尽如人意，相关实验装置或产品制冷性能较差，与常规氟利昂工质产品相比，不具有竞争力，故近年来“二氧化碳热泵制冷性能的提高”成为高校、研究机构和企业的研究热点。同时，近年来对可再生能源利用的呼声越来越高，将可再生能源、特别是太阳能应用于热泵空调系统中，将大大减少常规热泵空调对电能的依赖。因此，研制一种不仅满足建筑供暖和热水需求，还可满足制冷需求，达到较高性能，同时可以利用太阳能的二氧化碳热泵产品，即满足建筑全年制冷、供暖和生活热水需求的、利用太阳能的、高效的二氧化碳热泵空调系统，成为该领域节能环保产品研发的一个目标。

经过对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：CN1453516A，发明名称为“太阳能热泵空调系统和太阳能+空气源热泵空调系统”的专利提出了一种将太阳能与空气源热泵系统结合的设备，该发明中太阳能收集热能，作为热泵供暖模式下的低温热源，并不辅助制冷，制冷主要仍由空气源热泵提供，冷凝回收热用于生活热水。相对于该专利中的常规空气源热泵循环，二氧化碳热泵循环工作在更高的跨临界区域，其压力和温度的工作区间均有所不同，故在具体设备的耐压等方面有特殊要求。而该专利并没有针对二氧化碳工质进行更有针对性的设计。

中国专利授权公告号为：CN2529115Y，实用新型名称为“太阳能热泵冷暖空调器”的专利采用空气源热泵作为制冷的主要手段，没有把太阳能的热量转化为冷量，辅助空气源热泵制冷。此外，也没有描述针对二氧化碳特殊工质的跨临界特性，对换热器与压缩机进行何种具体改良。

中国专利公开号为：CN1888726A，发明名称为“太阳能热泵及使用该热泵的冬夏两用空调系统”的专利使用冷凝器作为重要部件，事实上，如果应用二氧化碳作为工质，由于其工作在跨临界区域，需应用气体冷却器替代常规工质热泵系统中应用的冷凝器。

中国专利授权公告号为：CN100470170C，发明名称为“太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统”的专利考虑了二氧化碳工质特性，有较强的针对性，但其太阳能集热器收集热量并不直接转化为冷量补充二氧化碳热泵制冷，而只是在供暖和热水模式下，辅助热泵产生热量，或者独立提供热量。因此，制冷仍然是由二氧化碳热泵独立承担。如前所述，二氧化碳热泵制冷性能较差，供暖和制热水能力较强，太阳能的引入并没有将其优势与劣势进行平衡、弥补二氧化碳热泵循环原有在制冷上的不足。