CN103759470A

CN103759470A - 串联式地源热泵冷热机

Info

Publication number: CN103759470A
Application number: CN201410060551.7A
Authority: CN
Inventors: 谭超毅; 王孟孟; 胡海华; 王汉青; 张国强
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-04-30

Abstract

串联式地源热泵冷热机属于地源热泵技术领域，适用于需要同时供冷供热并减少地埋管换热器换热面积的场所。它由冷热一体机组和制热机组串联而成。即冷热一体机组的冷凝器串联在制热机组的蒸发器前面。为了减少循环水流动阻力，将此冷凝器与蒸发器的接管管径和循环水流通截面积分别设计成相等。机组同时供冷供热时，冷热一体机组释放在冷凝器中的热量，被制热机组在蒸发器中吸收。从而降低了循环水温，既提高了制冷、制热机组的能效比，又相当于减少了地埋管换热器的热负荷，因而可以减少了地埋管换器的换热面积。此机组还具有单独供冷供热、联合供热的功能。

Description

串联式地源热泵冷热机

技术领域

本发明创造属于地源热泵技术领域，适用于需要同时供冷供热并减少地埋管换热器换热面积的场所。

背景技术

随着经济的高速发展和人民生活水平日益提高，空调系统日渐成为工业生产与人们生活中不可缺少的部分。但却使建筑能耗大幅增加，造成碳排放量急剧增加，引起地球温度逐年升高。因此，保护地球、节约能源、节能减排迫在眉睫。

地源热泵空调系统是国家推广应用的可再生地热能的新型空调技术。由于地源温度常年维持恒定，而且冬季温度比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，再加上水的热容量大，热泵机组效率高。可以节约30～40％的供热制冷空调运行费用。地源热泵系统在供暖供冷时，不需要锅炉或增加辅助加热器，地源热泵将冬季的冷量或夏季热量直接排入大地中，对人类的生存环境不会造成影响，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放，具有极大的环境效益。但地埋管换热器投资大，这大大影响了它的使用范围。因此，在满足系统负荷需要的前提下减少地埋管换热器换热面积，降低其造价，将直接影响地源热泵空调系统的普及。串联式地源热泵冷热机就是基于减少地埋管换热器换热面积，而设计的一种新型冷热机。

发明内容

本发明创造是要发明一种既能同时供冷供热，还能减少地埋管换热器换热面积的串联式地源热泵冷热机。

串联式地源热泵冷热机由制冷制热热泵1、第一冷凝器2、第一膨胀阀3、第一蒸发器4、第一进气管5、第一排气管6、制热热泵7、第二冷凝器8、第二膨胀阀9、第二蒸发器10、第二进气管11、第二排气管12、连接管13、机组支架14、热泵安装与检修平台15组成。

串联式地源热泵冷热机具有以下几项功能：

（1）同时供冷和供热与联合供冷和供热；

（2）单独供冷或供热；

（3）联合供热；

（4）提高机组能效比：

（5）减少地埋管换热器换热面积。

串联式地源热泵冷热机的工作原理：

（1）同时供冷供热与联合供冷和供热原理：

串联式地源热泵冷热机与水泵16、集水器17、分水器18、地埋管换热器19组成一个循环水系统。循环水依次流过冷热一体机组的第一冷凝器2和制热机组的第二蒸发器10。这样，串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组都能同时工作，实现同时供冷和供热。它还可以与冷热一体机并联安装在循环水系统中，实现联合供冷和供热；

（2）单独供冷或供热原理：

串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组，有独立的电源控制装置。切断其中一台机组的电源，另一台机组仍然能正常工作。因此，仅需要供冷时就切断制热机组的电源，仅需要供热时，就切断冷热一体机组的电源，从而实现单独供冷或供热；

（3）联合供热原理：

冬季、将串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组转换成制热模式，通过在循环水系统和冷冻水系统中转换阀门的转换，将冷冻水系统转换成供热系统，满足冬季空调供热的需要，此时，制热机组仍可独立供热，从而实现联合供热；

（4）提高机组能效比原理：

串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组，串联接入地埋管循环水系统中，且冷热一体机组在前，制热机组在后。循环水依次流过冷热一体机组的第一冷凝器2和制热机组的第二蒸发器10。冷热一体机组制冷时，将热量释放在第一冷凝器2的循环水中，使进入第二蒸发器10的水温，高于从地埋管换热器出来的循环水温。制热机组采用温度高的循环水制热，其能效比高于采用温度低的循环水制热，从而提高了制热机组的能效比。同时，制冷释放在循环水的热量被吸收，进入地埋管换热器的热量减少，使得进入冷热一体机组的水温也相对降低，从而也相对提高了冷热一体机组的能效比；

（5）减少地埋管换热器换热面积原理：

串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组，串联接入地埋管循环水系统中，循环水依次流过冷热一体机组的第一冷凝器2和制热机组的第二蒸发器10。串联式地源热泵冷热机同时供冷供热时，冷热一体机组释放在第一冷凝器2中的热量，被制热机组在第二蒸发器10中吸收。从而降低了地埋管系统的循环水温，相当于减少了地埋管换热器的热负荷，因而可以减少地埋管换器的换热面积。

附图说明

图1、串联式地源热泵冷热机装配示意图；

图2、串联式地源热泵冷热机工作系统图；

图3、串联式地源热泵冷热机与冷热一体机组联合工作系统图；

图4、冷凝器2管口方位示意图；

图5、蒸发器4管口方位示意图；

图6、冷凝器8管口方位示意图；

图7、蒸发器10管口方位示意图；

图8、串联式地源热泵冷热机支架示意图；

图1中：1、制冷制热热泵，2、第一冷凝器，3、第一膨胀阀，4、第一蒸发器，5、第一进气管，6、第一排气管，7、制热热泵，8、第二冷凝器，9、第二膨胀阀，10、第二蒸发器，11、第二进气管，12、第二排气管，13、连接管，14、机组支架，15、热泵安装与检修平台；

图2中：1、制冷制热热泵，2、第一冷凝器，3、第一膨胀阀，4、第一蒸发器， 7、制热热泵，8、第二冷凝器，9、第二膨胀阀，10、第二蒸发器，16、水泵，17、集水器，18、分水器，19、地埋管换热器、20、膨胀水箱；

图3中：1、制冷制热热泵，2、第一冷凝器，3、第一膨胀阀，4、第一蒸发器， 7、制热热泵，8、第二冷凝器，9、第二膨胀阀，10、第二蒸发器，16、水泵，17、集水器，18、分水器，19、地埋管换热器、20、膨胀水箱；

图4中：2、第一冷凝器，21、第一循环水进水接口，22、第一循环水出水接口，23、第一排气管接口， 24、第一膨胀阀接口， 37、支座；

图5中：4、第一蒸发器，25、冷冻水回水接口，26、冷冻水出水接口，27、第二膨胀阀接口，28、第一进气管接口， 38、支座；

图6中：8、第二冷凝器，29、热水进水接口，30、热水出水接口，31、第二排气管接口， 32、第三膨胀阀接口， 39、支座；

图7中：10、第二蒸发器，33、第二循环水进水接口，34、第二循环水出水接口，35、第二进气管接口， 36、第四膨胀阀接口， 37、支座；

图8中：14、机组支架，15、热泵安装与检修平台，40、机组支架座板。

具体实施方式

串联式地源热泵冷热机由制冷制热热泵1、第一冷凝器2、第一膨胀阀3、第一蒸发器4、第一进气管5、第一排气管6、制热热泵7、第二冷凝器8、第二膨胀阀9、第二蒸发器10、第二进气管11、第二排气管12、连接管13、机组支架14、热泵安装与检修平台15组成。制冷制热热泵1和制热热泵7用螺栓固定在热泵安装与检修平台15上。第一冷凝器2、第一蒸发器4、第二冷凝器8、第二蒸发器10用螺栓固定在机组支架14上。其中由制冷制热热泵1、第一冷凝器2、第一膨胀阀3、第一蒸发器4、第一进气管5、第一排气管6组成冷热一体机组。此机组可以进行冬夏季工况转换；由制热热泵7、第二冷凝器8、第二膨胀阀9、第二蒸发器10、第二进气管11、第二排气管12组成制热机组。冷热一体机组和制热机组分别设置电源控制装置，可以独立运行。冷热一体机组的第一冷凝器2用连接管13与制热机组的第二蒸发器10串联连接，且冷热一体机组的第一冷凝器2串联在制热机组的第二蒸发器10前面。为了减少循环水流动阻力，将第一冷凝器2与第二蒸发器10的接管管径和循环水流通截面积分别设计成相等。

串联式地源热泵冷热机与水泵16、集水器17、分水器18、地埋管换热器19组成一个循环水系统。循环水依次流过冷热一体机组的第一冷凝器2和制热机组的第二蒸发器10。这样，串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组都能同时工作，实现同时供冷和供热。它还可以与冷热一体机并联安装在循环水系统中，实现联合供冷和供热。

串联式地源热泵冷热机中冷热一体机组和制热机组，设有独立的电源控制装置。在夏季制冷工况时，切断其中一台机组的电源，另一台机组仍然能正常工作。需要供冷时就切断制热机组的电源，需要供热时，就切断冷热一体机组的电源，从而实现单独供冷或供热。

冬季将串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组转换成制热模式，并通过管网转换阀门的转换，冷冻水系统转换成热水系统，满足冬季空调供热的需要。此时，制热机组仍可独立供热，从而实现联合供热。

串联式地源热泵冷热机中的冷热一体机组和制热机组，串联接入地埋管循环水系统中，且冷热一体机组在前，制热机组在后。循环水依次流过冷热一体机组的第一冷凝器2和制热机组的第二蒸发器10。冷热一体机组制冷时，将热量释放在第一冷凝器2的循环水中，使进入第二蒸发器10的水温，高于从地埋管换热器出来的循环水温。制热机组采用温度高的循环水制热，其能效比高于采用温度低的循环水制热，从而提高了制热机组的能效比。同时，制冷时释放在循环水中的热量被吸收，进入地埋管换热器的热量减少，使得进入冷热一体机组的水温也相对降低，从而也相对提高了冷热一体机组的能效比。此外，串联式地源热泵冷热机同时供冷供热时，冷热一体机组释放在第一冷凝器2中的热量，被制热机组在第二蒸发器10中吸收。从而降低了地埋管系统的循环水温，相当于减少了地埋管换热器的热负荷，因而可以减少地埋管换器的换热面积。

Claims

1.串联式地源热泵冷热机由制冷制热热泵1、第一冷凝器2、第一膨胀阀3、第一蒸发器4、第一进气管5、第一排气管6、制热热泵7、第二冷凝器8、第二膨胀阀9、第二蒸发器10、第二进气管11、第二排气管12、连接管13、机组支架14、热泵安装与检修平台15组成；其特征在于：制冷制热热泵1和制热热泵7用螺栓固定在热泵安装与检修平台15上；第一冷凝器2、第一蒸发器4、第二冷凝器8、第二蒸发器10用螺栓固定在机组支架14上；其中由制冷制热热泵1、第一冷凝器2、第一膨胀阀3、第一蒸发器4、第一进气管5、第一排气管6组成冷热一体机组；此机组可以进行冬夏季工况转换；由制热热泵7、第二冷凝器8、第二膨胀阀9、第二蒸发器10、第二进气管11、第二排气管12组成制热机组。

2.根据权利要求1所述的冷热一体机组和制热机组分别设置电源控制装置，可以独立运行。

3.根据权利要求1所述的冷热一体机组的第一冷凝器2用连接管13与制热机组的第二蒸发器10串联连接，且冷热一体机组的第一冷凝器2串联在制热机组的第二蒸发器10前面；为了减少循环水流动阻力，将第一冷凝器2与第二蒸发器10的接管管径和循环水流通截面积分别设计成相等。