CN103363723B - 使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法 - Google Patents

使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法 Download PDF

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Abstract

使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法，该系统包括地埋管换热器、地埋管循环泵、地埋管循环泵变频控制器、新风机组、新风机组变频控制器、地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、主动恢复系统控制器，所述主动恢复系统控制器分别与地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、地埋管循环泵变频控制器、新风机组变频控制器相连；新风机组的供回水支管上分别连有带主动恢复水阀的管路，新风机组的出口处设有主动恢复排风风阀。利用本发明可消除地埋管换热器冷热积聚、冷热不平衡问题，主动恢复地埋管系统所在地的土壤温度，保护周边生态环境，提高热泵机组运行效率。

Description

使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法
技术领域
本发明涉及一种使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法。
背景技术
地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的高效节能环保的新型空调技术，具体为，利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，通过深埋于建筑物周围或底板下的管路系统，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，使地下岩土体与建筑物完成热交换。
地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地埋管换热系统、热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。通过室外地埋管换热系统，冬季，热泵机组从地下岩土体中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地下岩土体中，实现建筑物空调制冷。地源热泵空调系统相比传统空调系统能够显著节约能源，而地埋管换热器的热平衡和温度恢复问题，对于整个地源热泵空调系统的节能效果和经济效益，有着关键性的影响。
现有的地源热泵地埋管换热器，在运行当中极易出现向地下排热或取热的不平衡问题，导致地下土壤出现热积聚或冷积聚，地下温度无法恢复合理的范围，地埋管换热器的供回水温度在供冷季偏高、在供暖季偏低，从而严重降低现有地源热泵系统的运行效率，甚至导致系统失效。在当前有关地源热泵的研究和实践中，如何使地源热泵地埋管换热器排热和取热平衡，恢复所在地下土壤的温度场是亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种消除地埋管换热器冷热积聚、冷热不平衡，主动恢复地埋管系统所在地的土壤温度，保护周边生态环境，提高热泵机组运行效率，使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法。利用本发明，可节约地源热泵系统能耗，并降低地埋管换热器初投资，延长地埋管换热器高效运行的寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明之使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统，包括地埋管换热器、地埋管集水器、地埋管分水器、地埋管循环泵、地埋管循环泵变频控制器、新风机组、新风机组变频控制器、地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、热泵机组、热泵机组水阀、新风送风风阀、主动恢复系统控制器；所述主动恢复系统控制器通过线路分别与地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、地埋管循环泵变频控制器、新风机组变频控制器相连；所述新风机组的供回水支管上分别连有带主动恢复水阀的管路，所述新风机组的出口处设有主动恢复排风风阀。
本发明之使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复方法是，在非供冷和供暖季热泵机组停机时，关断热泵机组水阀，开启主动恢复水阀，选择性开启新风送风风阀或主动恢复排风风阀，开启主动恢复系统控制器，通过地埋管循环泵变频控制器控制地埋管循环泵间歇运转，通过地埋管支路温度传感器测量地埋管换热器的供回水温度，并使用室外温度传感器测量室外温度，当地埋管换热器的供回水温度的平均值和室外温度的温差达到设定值时，主动恢复系统控制器启动地埋管循环泵和新风机组连续工频运行，使地埋管换热器内的循环水进入新风机组的盘管，新风机组引入室外新风为盘管内的地埋管换热器循环水散热或加热，使地埋管换热器向地下的排热或取热平衡，从而消除地埋管换热器的热积聚或冷积聚，使地下温度恢复到合理的范围。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、所使用的地埋管换热器、地埋管换热器循环泵、集分水器和新风机组等设备都是现有地源热泵系统既有的设备，只需增加控制系统，对管路和阀门系统进行改造（增加主动恢复水阀及其前后管路，使地埋管换热器与新风机组可直接连通）就可形成本发明的主体结构，改造简便易行，没有增加大型设备，适用性广，可利用现有系统进行改造升级；
2、节约初投资：本发明主体结构可利用现有系统进行改造升级，增加的设备较少，并且，由于本发明解决了冷热积聚、冷热不平衡的问题，可以大大减少现有系统为了减少地下温度和地面管供回水温度无法恢复的程度，而预留的地埋管换热系统的设计冗余、从而可显著减少系统的初投资；
3、通过消除冷热积聚，主动恢复地埋管系统所在地的土壤温度，保护生态环境、延长地埋管换热器高效运行的寿命周期；
4、提高系统运行效率，降低能耗：本发明可消除地埋管换热器冷热积聚、冷热不平衡，主动恢复地埋管系统所在地的土壤温度，可在夏季来临前消除热积聚并大幅降低夏季热泵机组冷凝器进水温度（针对供冷为主，有热积聚的项目），或者在冬季来临前消除冷积聚并显著提高热泵机组冷蒸发器进水温度（针对供暖为主，有冷积聚的项目），从而有效提高地源热泵机组和系统的运行效率，获得很好的节能效果，并且本发明配有主动恢复控制器，根据建筑所在地气象参数和建筑物情况提前编制控制程序，优先选择当建筑物内需要新风供给、或系统地埋管循环泵和新风机组电耗远小于由于主动恢复节约的电耗时运行本系统，减少和优化运行时间，减少主动恢复所造成的水泵和新风机电耗。
附图说明
图1 为本发明之使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统实施例的结构示意图；
图中：1-地埋管换热器，2-地埋管集水器，3-地埋管分水器，4-地埋管循环泵，5-新风机组，6-地埋管支路温度传感器，7-新风机组供回水支管温度传感器，8-室外温度传感器，9-地埋管循环泵变频控制器，10-新风机组变频控制器，11-主动恢复系统控制器，12-主动恢复水阀，13-热泵机组水阀，14-新风送风风阀，15-主动恢复排风风阀。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本实施例之使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统，包括地埋管换热器1、地埋管集水器2、地埋管分水器3、地埋管循环泵4、地埋管循环泵变频控制器9、新风机组5、新风机组变频控制器10、地埋管支路温度传感器6、新风机组供回水支管温度传感器7、室外温度传感器8、热泵机组16、热泵机组水阀13、新风送风风阀14、主动恢复系统控制器11；所述主动恢复系统控制器11通过线路分别与地埋管支路温度传感器6、新风机组供回水支管温度传感器7、室外温度传感器8、地埋管循环泵变频控制器9、新风机组变频控制器10相连；所述新风机组5的供回水支管上分别连有带主动恢复水阀12的管路，所述新风机组5的出口处设有主动恢复排风风阀15。
本实施例之使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复方法是，在过渡季，即春季和秋季，热泵机组16停机期间，关断热泵机组水阀13，开启主动恢复水阀12，选择性开启新风送风风阀14或主动恢复排风风阀15，开启主动恢复系统控制器11，通过地埋管循环泵变频控制器9控制地埋管循环泵4间歇运转（低频运转，低频频率为30～35Hz），通过地埋管支路温度传感器6测量地埋管换热器1的供回水温度，并使用室外温度传感器8测量室外温度，当地埋管换热器1的供回水温度的平均值和室外温度的温差达到设定值（温差大于10℃）时，主动恢复系统控制器11启动地埋管循环泵4和新风机组5连续工频运行，使地埋管换热器1内的循环水进入新风机组5的盘管，新风机组引入室外新风为盘管内的地埋管换热器循环水散热或加热，使地埋管换热器1向地下的排热或取热平衡，从而消除地埋管换热器1的热积聚或冷积聚，使地下温度恢复到合理的范围。
实施时应注意将本发明设定在室外温度和地埋管水温温差较大（温差大于10℃）时运行，尽量减少和优化运行时间，减少主动恢复所造成的地埋管循环泵和新风机组电耗，优先选择当建筑物内需要新风供给、或系统地埋管循环泵泵和新风机组电耗远小于由于主动恢复节约的电耗时系统运行，控制程序根据建筑所在地气象参数和建筑物情况提前编程，写入主动恢复系统控制器。
比如一栋位于上海的空调办公建筑（在过渡季仍有送新风需求）的运行数年的安装本发明的地源热泵系统，可设定供回水平均温度与室外温度的温差大于10℃时启动系统送新风，大于15℃时启动系统送新风或直接排风，进行低能耗主动恢复。假设在3月底某一天，刚刚结束供暖、热泵机组停机的该办公建筑地埋管支路温度传感器测量的地埋管供回水平均温度为26℃（已呈现热积聚的状态，将影响夏季工况正常运行），室外温度传感器测量的室外温度为5～7℃（根据相关实测气象资料），地埋管供回水平均温度与室外温度的温差大于15℃，此时，在建筑物需要新风供给的工作时间，主动恢复系统控制器启动地埋管循环泵和新风机组工频（或变频）运行，使地埋管换热器内的循环水进入新风机组的盘管，新风机组引入并加热室外新风，在为室内送新风的同时为盘管内的地埋管换热器的循环水散热，增加地埋管换热器向地下土壤的取热。当建筑物内人员下班后，进入夜间，如果气温进一步下降，使得系统地埋管循环泵泵和新风机组电耗远小于由于主动恢复节约的电耗时，还可以关闭新风送风阀门，开启主动恢复排风凤阀，直接进行散热。在过渡季内这样间歇运行一段时间后，可消除该办公建筑地埋管换热器的热积聚，使地埋管供回水温度和地下土壤温度恢复到合理的范围，从而保证系统的稳定运行并提升系统运行效率。

Claims (2)

1.一种使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统，包括地埋管换热器、地埋管集水器、地埋管分水器、地埋管循环泵、地埋管循环泵变频控制器、新风机组、新风机组变频控制器、地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、热泵机组、热泵机组水阀、新风送风风阀，其特征在于：还设有主动恢复系统控制器，所述主动恢复系统控制器通过线路分别与地埋管支路温度传感器、新风机组供回水支管温度传感器、室外温度传感器、地埋管循环泵变频控制器、新风机组变频控制器相连；所述新风机组的供回水支管上分别连有带主动恢复水阀的管路，所述新风机组的出口处设有主动恢复排风风阀。
2.一种利用权利要求1所述的主动恢复系统使地埋管换热器排热和取热平衡的方法，其特征在于：在非供冷和供暖季热泵机组停机时，关断热泵机组水阀，开启主动恢复水阀，选择性开启新风送风风阀或主动恢复排风风阀，开启主动恢复系统控制器，通过地埋管循环泵变频控制器控制地埋管循环泵间歇运转，通过地埋管支路温度传感器测量地埋管换热器的供回水温度，并使用室外温度传感器测量室外温度，当地埋管换热器的供回水温度的平均值和室外温度的温差达到设定值时，主动恢复系统控制器启动地埋管循环泵和新风机组连续工频运行，使地埋管换热器内的循环水进入新风机组的盘管，新风机组引入室外新风为盘管内的地埋管换热器循环水散热或加热，使地埋管换热器向地下的排热或取热平衡，从而消除地埋管换热器的热积聚或冷积聚，使地下温度恢复到合理的范围。
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