[發明專利]太陽能輔助二氧化碳熱泵聯合空調系統

有效

• 申請號: 201110072189.1
• 申請日: 2011-03-24
• 公開（公告）號: CN102168871A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 鄧帥;代彥軍;周敬雯;王如竹
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00;F25B29/00;F25B27/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種太陽能利用與空調技術領域的系統，具體是一種太陽能輔助二氧化碳熱泵聯合空調系統。

背景技術

全球性化石能源的緊缺以及溫室效應的加劇給環境和社會發展帶來了諸多負面效應，對高效節能技術的迫切需求推動了太陽能空調與空氣源熱泵應用技術的快速發展。其中，二氧化碳熱泵由于采用自然工質，相對常規氟利昂工質，在環保方面具有極大的優勢，得到越來越多的重視。此外，步入21世紀，建筑能耗占全國能耗的比重越來越高，且其中大部分能耗來自空調與生活熱水部分，這對該領域相關系統研發提出了更高的要求。

二氧化碳熱泵，由于其跨臨界循環的特性，在供暖和提供生活熱水方面具有超越常規氟利昂熱泵的性能。同時如上所述，其為自然工質，對臭氧層的破壞和溫室效應的積聚作用，幾乎可以忽略不計。由于以上兩點，二氧化碳熱泵熱水器近年來在歐美日地區得到了大力的發展，截止2010年在日本已累計銷售7百多萬臺，被譽為“生態精靈(Eco-cute)”。相對供暖，二氧化碳熱泵循環在制冷方面性能不盡如人意，相關實驗裝置或產品制冷性能較差，與常規氟利昂工質產品相比，不具有競爭力，故近年來“二氧化碳熱泵制冷性能的提高”成為高校、研究機構和企業的研究熱點。同時，近年來對可再生能源利用的呼聲越來越高，將可再生能源、特別是太陽能應用于熱泵空調系統中，將大大減少常規熱泵空調對電能的依賴。因此，研制一種不僅滿足建筑供暖和熱水需求，還可滿足制冷需求，達到較高性能，同時可以利用太陽能的二氧化碳熱泵產品，即滿足建筑全年制冷、供暖和生活熱水需求的、利用太陽能的、高效的二氧化碳熱泵空調系統，成為該領域節能環保產品研發的一個目標。

經過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利公開號為：CN1453516A，發明名稱為“太陽能熱泵空調系統和太陽能+空氣源熱泵空調系統”的專利提出了一種將太陽能與空氣源熱泵系統結合的設備，該發明中太陽能收集熱能，作為熱泵供暖模式下的低溫熱源，并不輔助制冷，制冷主要仍由空氣源熱泵提供，冷凝回收熱用于生活熱水。相對于該專利中的常規空氣源熱泵循環，二氧化碳熱泵循環工作在更高的跨臨界區域，其壓力和溫度的工作區間均有所不同，故在具體設備的耐壓等方面有特殊要求。而該專利并沒有針對二氧化碳工質進行更有針對性的設計。

中國專利授權公告號為：CN2529115Y，實用新型名稱為“太陽能熱泵冷暖空調器”的專利采用空氣源熱泵作為制冷的主要手段，沒有把太陽能的熱量轉化為冷量，輔助空氣源熱泵制冷。此外，也沒有描述針對二氧化碳特殊工質的跨臨界特性，對換熱器與壓縮機進行何種具體改良。

中國專利公開號為：CN1888726A，發明名稱為“太陽能熱泵及使用該熱泵的冬夏兩用空調系統”的專利使用冷凝器作為重要部件，事實上，如果應用二氧化碳作為工質，由于其工作在跨臨界區域，需應用氣體冷卻器替代常規工質熱泵系統中應用的冷凝器。

中國專利授權公告號為：CN100470170C，發明名稱為“太陽能輔助空氣源跨臨界二氧化碳熱泵綜合空調系統”的專利考慮了二氧化碳工質特性，有較強的針對性，但其太陽能集熱器收集熱量并不直接轉化為冷量補充二氧化碳熱泵制冷，而只是在供暖和熱水模式下，輔助熱泵產生熱量，或者獨立提供熱量。因此，制冷仍然是由二氧化碳熱泵獨立承擔。如前所述，二氧化碳熱泵制冷性能較差，供暖和制熱水能力較強，太陽能的引入并沒有將其優勢與劣勢進行平衡、彌補二氧化碳熱泵循環原有在制冷上的不足。