CN101907373A - 地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地埋管换热器分区控制的地源热泵空调系统,包括:变频热泵机组系统,一级泵系统,二级泵系统,地埋管换热器系统;本发明在大型地源热泵空调系统的调控以及节能方面具有显著的效果,随着负荷的变化,变频热泵机组自动调节制冷/制热量,并通过调整二级泵开启台数来调整地埋管换热器的开启运行数量,充分挖掘了地源热泵空调系统的节能潜力,同时可以延长部分区域土壤温度的恢复期,从而有效缓解部分区域土壤温度的连续升高或降低,保证土壤的热稳定性。这种地源热泵空调系统不仅具有节能效果,而且有利于系统的长期稳定运行。

Description

地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种制冷与供热技术领域的热泵空调系统,尤其涉及的是一种地 埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统。
背景技术
[0002] 能源问题是人类发展面临的一个重大问题,能源和环境的协调发展成为趋势。地 源热泵是一种有效的能源利用形式,它是利用土壤作为冷热源,通过地埋管换热器,夏季向 土壤散热,冬季从土壤吸热,再通过热泵机组向建筑提供制冷和供热。土壤源属于可再生能 源,利用可再生能源作为建筑物制冷和供热的冷热源,既节能又环保。但是一般夏季的散热 量往往不等于冬季的吸热量,这样就会造成土壤温度的变化,影响系统长期运行的稳定性。 因此,合理设计和布置地埋管换热器对土壤热平衡以及系统的稳定运行具有重要的意义。 本发明提出地埋管换热器的分区控制技术,可以延长局部区域土壤温度的恢复期,有利于 系统长期运行的稳定性。此外,地埋管换热器的分区控制可提高系统对变负荷工况的适应 性,通过在地埋管换热器侧的循环水路实施二次泵技术,可根据建筑负荷的变化调整二级 泵开启台数,调整地埋管换热器开启运行数量,提高系统运行的节能效果,这种技术方案对 大型地源热泵空调系统的节能运行具有更加明显的效果。
[0003] 目前,地源热泵的地埋管换热器循环环路一般采用一次泵系统,而二次泵系统适 合于地埋管换热器的分区控制以及系统的负荷调节,有助于深入挖掘地源热泵空调系统的 节能潜力。地埋管换热器的换热量是由热泵机组的制热量或制冷量来确定的,所以,随着环 境温度的变化,可以根据建筑负荷变化来调整二次泵的开启台数,从而调整地埋管换热器 的开启运行数量,而作为增压的一级泵不需要调整。通过对现有技术的文献检索发现,中国 发明专利申请名称为:一种地源热泵空调系统,申请号为:200720124035. 1,该专利申请公 开了一种改进的地源热泵空调系统,该系统可以保证地源热泵系统有制冷、制热和夏季制 取生活热水的功能,同时过渡季节也能提供生活热水,具有一定的节能效果。但是该系统的 地埋管换热器循环环路采用的是一次泵系统,无法实现地埋管换热器的分区调控,也无法 根据建筑负荷变化调整地埋管换热器的运行数量。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点,提供一种地埋管换热器分区调控的 地源热泵空调系统。本发明提出地埋管换热器的分区调控技术,结合变频热泵机组的应用, 既可以提高大型地源热泵空调系统对变负荷运行工况的适应性,又可以改善土壤的热平衡。
[0005] 本发明通过以下技术方案实现:
[0006] 本发明包括:变频热泵机组系统、一级泵系统、二级泵系统和地埋管换热器系统, 地埋管换热器系统与二级泵系统通过管道连接,二级泵系统与一级泵系统通过管道连接, 一级泵系统与变频热泵机组系统通过管道连接,变频热泵机组系统与二级泵系统通过管道连接。
[0007] 所述的变频热泵机组系统包括:由蒸发器和冷凝器构成的变频热泵机组,以及在 管道上的八个阀门,蒸发器的两端首先分别两路分别与一级泵系统、二级泵系统相连接,一 路依次与第二阀门、第六阀门、一级泵系统相连接和另一路依次与第四阀门、第八阀门、二 级泵系统相连接;冷凝器的两端首先分别两路分别与一级泵系统、二级泵系统相连接,一路 依次与第一阀门、第五阀门、一级泵系统相连接和另一路依次与第三阀门、第七阀门、二级 泵系统相连接。
[0008] 所述的一级泵系统包括:第一循环水泵、第二循环水泵、管道上的四个阀门,第一 循环水泵的两端分别两路与变频热泵机组系统、二级泵系统相连接,一路依次与第一十九 阀门、变频热泵机组系统相连接和另一路依次与第一十八阀门、二级泵系统相连接;第二循 环水泵的两端分别两路与变频热泵机组系统、二级泵系统相连接,一路依次与第二十一阀 门、变频热泵机组系统1相连接和另一路依次与第二十阀门、二级泵系统相连接。
[0009] 所述的二级泵系统包括:地源侧分水器、地源侧集水器、第三循环水泵、第四循环 水泵、第五循环水泵,以及在管道上的九个阀门,地源侧分水器分别三路与变频热泵机组系 统、地源侧集水器、地埋管换热器系统相连接;地源侧集水器分别三路与一级泵系统、地源 侧分水器、地埋管换热器系统相连接;
[0010] 所述的地源侧集水器分三路与地埋管换热器系统连接,第一路:地源侧集水器分 别两路并联与地埋管换热器系统连接,一路地源侧集水器依次与第十一阀门、地埋管换热 器系统相连接,另一路地源侧集水器依次与第十阀门、第三循环水泵、第九阀门、地埋管换 热器系统相连接;第二路:地源侧集水器分别两路并联与地埋管换热器系统连接,一路地 源侧集水器依次与第十四阀门、地埋管换热器系统相连接,另一路地源侧集水器依次与第 十三阀门、第四循环水泵、第一十二阀门、地埋管换热器系统相连接;第三路:地源侧集水 器分别两路并联与地埋管换热器系统连接,一路地源侧集水器依次与第十七阀门、地埋管 换热器系统相连接,另一路地源侧集水器依次与第十六阀门、第五循环水泵、第一十五阀 门、地埋管换热器系统相连接;
[0011] 所述的地埋管换热器系统包括:一区地埋管换热器、二区地埋管换热器、三区地埋 管换热器,一区地埋管换热器、二区地埋管换热器、三区地埋管换热器三者的两端都分别六 路与二级泵系统相连接;
[0012] 所述的一区地埋管换热器的两端分别与二级泵系统的地源侧分水器、地源侧集水 器相连接,一区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由一区地埋管换热器连接到第 十一阀门或者第九阀门的一端;
[0013] 所述的二区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由二区地埋管换热器连 接到第十四阀门或者第一十二阀门的一端;
[0014] 所述的三区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由一区地埋管换热器连 接到第十七阀门或者第一十五阀门的一端。
[0015] 本发明制冷时,变频热泵机组工作,变频热泵机组的冷凝器与地下埋管换热器系 统连接,将热量排入地下土壤。本发明供热时,变频热泵机组工作,变频热泵机组的蒸发器 与地下埋管换热器系统连接,从土壤中吸收热量。根据建筑负荷变化,调整二级泵运行的台 数来调整地埋管换热器开启运行数量。这样不仅可以有效地控制二级泵开启的台数,达到显著的节能效果,而且可以延长部分区域土壤温度的恢复期,从而有效地缓解部分区域土 壤温度的连续升高或降低,从而保证土壤的热稳定性。
附图说明
[0016] 图1为本发明的系统结构示意图;
[0017] 图中:变频热泵机组系统1、一级泵系统2、二级泵系统3、地埋管换热器系统4、蒸 发器5、冷凝器6、变频热泵机组7、地源侧分水器8、地源侧集水器9、一区地埋管换热器10, 二区地埋管换热器11,三区地埋管换热器12、第一、二、三、四、五循环水泵13-17、第一-第 二 4^一阀门 18-38。
具体实施方式
[0018] 以下对本发明的实施例作详细说明;以下实施例在以本发明技术方案为前提下实 施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0019] 实施例
[0020] 本实施例包括:变频热泵机组系统1,一级泵系统2,二级泵系统3,地埋管换热器 系统4 ;地埋管换热器系统4与二级泵系统3通过管道连接起来;二级泵系统3与一级泵系 统2通过管道连接起来;一级泵系统2与变频热泵机组系统1通过管道连接起来;变频热泵 机组系统1与二级泵系统3通过管道连接起来。
[0021] 本实施例所述的变频热泵机组系统1包括:由蒸发器5和冷凝器6构成的变频热 泵机组7,以及在管道上的八个阀门18-25,蒸发器5的两端首先分别两路分别与一级泵系 统2、二级泵系统3相连接,一路依次与第二阀门19、第六阀门23、一级泵系统2相连接和另 一路依次与第四阀门21、第八阀门25、二级泵系统3相连接;冷凝器6的两端首先分别两路 分别与一级泵系统2、二级泵系统3相连接,一路依次与第一阀门18、第五阀门22、一级泵系 统2相连接和另一路依次与第三阀门20、第七阀门24、二级泵系统3相连接。
[0022] 本实施例所述的一级泵系统2包括:第一循环水泵13、第二循环水泵14、管道上的 四个阀门35-38,第一循环水泵13的两端分别两路与变频热泵机组系统1、二级泵系统3相 连接,一路依次与第一十九阀门36、变频热泵机组系统1相连接和另一路依次与第一十八 阀门35、二级泵系统3相连接;第二循环水泵14的两端分别两路与变频热泵机组系统1、二 级泵系统3相连接,一路依次与第二十一阀门38、变频热泵机组系统1相连接和另一路依次 与第二十阀门37、二级泵系统3相连接。
[0023] 本实施例所述的二级泵系统3包括:地源侧分水器8、地源侧集水器9、第三循环水 泵15、第四循环水泵16、第五循环水泵17,以及在管道上的九个阀门26-34,地源侧分水器 8分别三路与变频热泵机组系统1、地源侧集水器9、地埋管换热器系统4相连接;地源侧集 水器9分别三路与一级泵系统2、地源侧分水器8、地埋管换热器系统4相连接;
[0024] 本实施例所述的地源侧集水器9分三路与地埋管换热器系统4连接,第一路:地源 侧集水器9分别两路并联与地埋管换热器系统4连接,一路地源侧集水器9依次与第十一 阀门28、地埋管换热器系统4相连接,另一路地源侧集水器9依次与第十阀门27、第三循环 水泵15、第九阀门26、地埋管换热器系统4相连接;第二路:地源侧集水器9分别两路并联 与地埋管换热器系统4连接,一路地源侧集水器9依次与第十四阀门31、地埋管换热器系统4相连接,另一路地源侧集水器9依次与第十三阀门30、第四循环水泵16、第一十二阀门 29、地埋管换热器系统4相连接;第三路:地源侧集水器9分别两路并联与地埋管换热器系 统4连接,一路地源侧集水器9依次与第十七阀门34、地埋管换热器系统4相连接,另一路 地源侧集水器9依次与第十六阀门33、第五循环水泵17、第一十五阀门32、地埋管换热器系 统4相连接。
[0025] 本实施例所述的地埋管换热器系统4包括:一区地埋管换热器10、二区地埋管换 热器11、三区地埋管换热器12,一区地埋管换热器10、二区地埋管换热器11、三区地埋管换 热器12三者的两端都分别六路与二级泵系统3相连接,
[0026] 本实施例所述的一区地埋管换热器10的两端分别与二级泵系统3的地源侧分水 器8、地源侧集水器9相连接,一区地埋管换热器10与地源侧集水器9连接的这一路由一区 地埋管换热器10连接到第十一阀门28或者第九阀门26的一端;
[0027] 本实施例所述的二区地埋管换热器11与地源侧集水器9连接的这一路由二区地 埋管换热器11连接到第十四阀门31或者第一十二阀门29的一端;
[0028] 本实施例所述的三区地埋管换热器12与地源侧集水器9连接的这一路由一区地 埋管换热器10连接到第十七阀门34或者第一十五阀门32的一端。
[0029] 本实施例制冷实施时,第六阀门23、第八阀门25关闭,第五阀门22、第七阀门24 开启,冷却水通过地源侧分水器8进入地埋管换热器系统4与土壤换热后通过地源侧集水 器9进入变频热泵机组7的冷凝器6。
[0030] 当夏季冷负荷较大时,产生的冷凝热较大,则与土壤的换热量大,那么地埋管换热 器需要全部开启。此时,第九_第十七阀门26-34全开启,则第三-第五循环水泵15-17全 部运行,并克服冷凝器6的出口到地源侧分水器8再到地埋管换热器系统4再到一级泵系 统2入口处的阻力损失。第二十阀门37、第二十一 38开启,第二循环水泵14运行,第十八 阀门35、第十九阀门36关闭,第一循环水泵13停止。第二循环水泵14克服其到冷凝器6 进口处的阻力损失。当夏季冷负荷较小时,产生的冷凝热较小,则与土壤的换热量较小,则 只需开启部分区域的地埋管换热器。当只开启一区地埋管换热器10和二区地埋管换热器 11时,则只有一区地埋管换热器10和二区地埋管换热器11与土壤进行热交换。此时,第 九-第十三阀门26-30开启,第三、第四循环水泵15、16运行,第十五-第十七阀门32-34关 闭,第五循环水泵17停止。第三、第四循环水泵15、16克服冷凝器6出口到地源侧分水器8 再到地埋管换热器系统4再到一级泵系统2入口处的阻力损失。第二十阀门37、第二十一 阀门38开启,第二循环水泵14运行,第十八阀门35、第十九阀门36关闭,第一循环水泵13 停止。第二循环水泵14克服其到冷凝器6进口处的阻力损失。
[0031] 当夏季冷负荷很小时,则只需要开启一个区的地埋管换热器。当只开启一区的地 埋管换热器10时,第三循环水泵15的旁通阀第十一阀门28处于全开状态,第九阀门26、第 十阀门27、第十二阀门29、第十三阀门30、第十四阀门31、第十五阀门32、第十六阀门33、 第十七阀门34关闭,第三-第五循环水泵15-17全部停止,第十八阀门35、第十九阀门36 开启,第一循环水泵13运行,第二十阀门37、第二十一阀门38关闭,第二循环水泵14停止。 第一循环水泵13克服整个地埋管换热器循环环路的阻力损失。
[0032] 本实施例供热实施时,第五阀门22、第七阀门24关闭,第六阀门23、第八阀门25 开启,冷水通过地源侧分水器8进入地埋管换热器系统4与土壤换热后通过地源侧集水器9进入变频热泵机组7的蒸发器5。
[0033] 当冬季热负荷较大时,产生的冷量较大,则与土壤的换热量大,那么地埋管换热器 需要全部开启。此时,第九_第十七阀门26-34全开启,则第三-第五循环水泵15-17全部 运行,并克服冷凝器6的出口到地埋侧分水器8再到地埋管换热器系统4再到一级泵系统2 入口处的阻力损失。第二十阀门37、第二十一阀门38开启,第二循环水泵14运行,第十八 阀门35、第十九阀门36关闭,第一循环水泵13停止。第二循环水泵14克服其到冷凝器6 进口处的阻力损失。当冬季热负荷较小时,产生的冷量较小,与土壤的换热量较小,则只需 开启部分区域的地埋管换热器。当只开启一区地埋管换热器10和二区地埋管换热器11时, 则只有一区地埋管换热器10和二区地埋管换热器11与土壤进行热交换。此时,第九_第 十三阀门26-30开启,第三、第四循环水泵15、16运行,第十五-第十七阀门32-34关闭,第 五循环水泵17停止。第三、第四循环水泵15、16克服冷凝器6出口到地埋侧分水器8再到 地埋管换热器系统4再到一级泵系统2入口处的阻力损失。第二十阀门37、第二十一阀门 38开启,第二循环水泵14运行,第十八阀门35、第十九阀门36关闭,第一循环水泵13停止。 第二循环水泵14克服其到冷凝器6进口处的阻力损失。
[0034] 当冬季热负荷很小时,则只需要开启一个区的地埋管换热器。当只开启一区的地 埋管换热器10时,第三循环水泵15的旁通阀第十一阀门28处于全开状态,第九阀门26、第 十阀门27、第十二阀门29、第十三阀门30、第十四阀门31、第十五阀门32、第十六阀门33、 第十七阀门34关闭,第三-第五循环水泵15-17全部停止,第十八阀门35、第十九阀门36 开启,第一循环水泵13运行,第二十阀门37、第二十一阀门38关闭,第二循环水泵14停止。 第一循环水泵13克服整个地埋管换热器循环环路的阻力损失。

Claims (6)

  1. 一种地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征在于,包括:变频热泵机组系统、一级泵系统、二级泵系统和地埋管换热器系统,地埋管换热器系统与二级泵系统通过管道连接,二级泵系统与一级泵系统通过管道连接,一级泵系统与变频热泵机组系统通过管道连接,变频热泵机组系统与二级泵系统通过管道连接。
  2. 2.根据权利要求1所述的地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征是,所 述的变频热泵机组系统包括:由蒸发器和冷凝器构成的变频热泵机组,以及在管道上的八 个阀门,蒸发器的两端首先分别两路分别与一级泵系统、二级泵系统相连接,一路依次与第 二阀门、第六阀门、一级泵系统相连接和另一路依次与第四阀门、第八阀门、二级泵系统相 连接;冷凝器的两端首先分别两路分别与一级泵系统、二级泵系统相连接,一路依次与第一 阀门、第五阀门、一级泵系统相连接和另一路依次与第三阀门、第七阀门、二级泵系统相连 接。
  3. 3.根据权利要求2所述的地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征是,所 述的一级泵系统包括:第一循环水泵、第二循环水泵、管道上的四个阀门,第一循环水泵的 两端分别两路与变频热泵机组系统、二级泵系统相连接,一路依次与第一十九阀门、变频热 泵机组系统相连接和另一路依次与第一十八阀门、二级泵系统相连接;第二循环水泵的两 端分别两路与变频热泵机组系统、二级泵系统相连接,一路依次与第二十一阀门、变频热泵 机组系统1相连接和另一路依次与第二十阀门、二级泵系统相连接。
  4. 4.根据权利要求1所述的地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征是,所 述的二级泵系统包括:地源侧分水器、地源侧集水器、第三循环水泵、第四循环水泵、第五循 环水泵,以及在管道上的九个阀门,地源侧分水器分别三路与变频热泵机组系统、地源侧集 水器、地埋管换热器系统相连接;地源侧集水 器分别三路与一级泵系统、地源侧分水器、地 埋管换热器系统相连接。
  5. 5.根据权利要求4所述的地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征是,所 述的地源侧集水器分三路与地埋管换热器系统连接,第一路:地源侧集水器分别两路并联 与地埋管换热器系统连接,一路地源侧集水器依次与第十一阀门、地埋管换热器系统相连 接,另一路地源侧集水器依次与第十阀门、第三循环水泵、第九阀门、地埋管换热器系统相 连接;第二路:地源侧集水器分别两路并联与地埋管换热器系统连接,一路地源侧集水器 依次与第十四阀门、地埋管换热器系统相连接,另一路地源侧集水器依次与第十三阀门、第 四循环水泵、第一十二阀门、地埋管换热器系统相连接;第三路:地源侧集水器分别两路并 联与地埋管换热器系统连接,一路地源侧集水器依次与第十七阀门、地埋管换热器系统相 连接,另一路地源侧集水器依次与第十六阀门、第五循环水泵、第一十五阀门、地埋管换热 器系统相连接。
  6. 6.根据权利要求1所述的地埋管换热器分区调控的地源热泵空调系统,其特征是,所 述的地埋管换热器系统包括:一区地埋管换热器、二区地埋管换热器、三区地埋管换热器, 一区地埋管换热器、二区地埋管换热器、三区地埋管换热器三者的两端都分别六路与二级 泵系统相连接;所述的一区地埋管换热器的两端分别与二级泵系统的地源侧分水器、地源侧集水器相 连接,一区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由一区地埋管换热器连接到第十一 阀门或者第九阀门的一端;所述的二区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由二区地埋管换热器连接到 第十四阀门或者第一十二阀门的一端;所述的三区地埋管换热器与地源侧集水器连接的这一路由一区地埋管换热器连接到 第十七阀门或者第一十五阀门的一端。
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Application publication date: 20101208

Assignee: Hubei Fengshen Clean Air-conditioning Equipment Engineering Co., Ltd.

Assignor: Shanghai Jiao Tong University

Contract record no.: 2014440020171

Denomination of invention: Ground source heat pump air-conditioning system for sectional regulation and control of ground heat exchangers

Granted publication date: 20120704

License type: Exclusive License

Record date: 20140522