CN103836749B - 基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统 - Google Patents

基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于地源热泵技术领域,尤其涉及一种基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。本基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统,包括热泵主机,在热泵主机上连接有冷却水循环换热子系统和冷冻水循环换热子系统,在冷冻水循环换热子系统上连接有温度处理子系统和连接在温度处理子系统上的湿度处理子系统,所述的冷却水循环换热子系统和冷冻水循环换热子系统之间相连且在冷却水循环换热子系统与冷冻水循环换热子系统之间设有换热机构。与现有的技术相比,本发明优点在于:1、减少了热泵主机制冷和制热的负荷;2、改善了热泵主机的冷凝温度或蒸发温度,进而提升了热泵主机工作的稳定性。

Description

基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统
技术领域
[0001 ]本发明属于地源热泵技术领域,尤其涉及一种基于温湿度独立控制的地源热泵空 调系统。
背景技术
[0002]地源热泵系统利用清洁的可再生能源,对环境无污染,且高效节能,属于绿色环保 技术和装置,符合目前我国能源、环保的基本政策。近几年,地源热泵在城乡得到越来越多 的应用,而地源热栗机组主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成,四通阀控 制系统的冷热模式切换,地源热泵系统主要是通过地源热栗机组的工质(制冷剂)进行热力 循环;常规的温湿度独立控制与地源热栗联合运行的空调系统中包含的两个系统分别完成 不同的任务,但是现有的温湿度独立控制空调系统其负荷由热栗主机承担,热栗主机的负 荷较大,也就是说,常规的温湿度独立控制系统和地源热栗系统的耦合仅仅停留在一个简 单的集成层面上,两者之间相互不影响,另外,热泵主机的运行稳定性较差,冷凝温度和蒸 发温度之间控制较差,其次,系统运行能耗较高,节能效果较差。为了能提高空调系统的稳 定性和降低系统的运行能耗,为此,人们进行了长期的探索,提出了各种各样的解决方案。 [000 3]例如,中国专利文献公开了一种地源热泵机组[申请号:200720047098.1],包括压 缩机、气液分离器、干燥过滤器、膨胀阀、感温包、四通换向阀、室内换热器和相应管道构成 的主机,其特征是所述的机组设置盘管结构的地下换热器,地下换热器的一端与主机中的 干燥过滤器连接,地下换热器的另一端与主机中的四通换向阀连接。另外,中国专利文献公 开了一种蓄热的温湿度独立调节空调系统[申请号:201120211423.X],它包括:散热器、新 风机组、换热器、水源井和回灌井,散热器安装在各独立空调区的屋顶上,新风机组通过管 道与各独立空调区相通,换热器包括:放热段和吸热段,其中:水源井通过热水泵和管道与 换热器的放热段的进水口相连,放热段的出水口通过管道和电磁阀与回灌井相连,换热器 的吸热段的出水口通过管道与各散热器的进水口相连,各散热器的出水口通过管道和冷水 泵与吸热段的进水口相连。
[00(M]上述的两种方案在一定程度上改进了现有技术,但上述的方案无法实现温湿度独 立控制系统和地源热栗系统之间的交叉影响,整个系统的节能效果差(制冷和制热效率 低),另外,该系统其运行稳定性差(系统制冷或制热负荷完全由热泵主机承担),系统运行 能耗较高。
发明内容
[0005]本发明的目的是针对上述问题,提供一种设计更合理且节能效果显著的基于温湿 度独立控制的地源热栗空调系统。
[0006]为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:本基于温湿度独立控制的地源热 泵空调系统,包括热泵主机,在热栗主机上连接有冷却水循环换热子系统和冷冻水循环换 热子系统,在冷冻水循环换热子系统上连接有温度处理子系统和连接在温度处理子系统上 的湿度处理子系统,所述的冷却水循环换热子系统和冷冻水循环换热子系统之间相连且在 冷却水循环换热子系统与冷冻水循环换热子系统之间设有换热机构。所述的冷却水循环换 热子系统和冷冻水循环换热子系统之间相连包括并联和串联两种相连结构,本申请在使用 过程中,冷却水循环换热子系统和冷冻水循环换热子系统之间可以交叉影响,可进一步地 对整个空调系统的节能挖掘,另外,降低了热栗主机的负荷(夏季制冷和冬季制热)量,不仅 可避免热泵主机的频繁启停和超负荷工作,而且还提升了热栗主机运行的稳定性,真正达 到了节能的目的。
[0007]在上述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统中,所述的热栗空调系统,其 特征在于,所述的冷却水循环换热子系统包括冷却水地埋管,在冷却水地埋管和热泵主机 之间设有冷却水循环管路,在冷却水循环管路上设有冷却水循环动力机构,在冷却水循环 管路上还设有分别位于冷却水地埋管进口和出口处的冷却水分水器与冷却水集水器。冷却 水循环动力机构包括至少一个冷却水循环泵。
[0008]在上述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统中,所述的冷冻水循环换热子 系统包括冷冻水地埋管,所述的冷冻水地埋管和热泵主机之间设有冷冻水循环管路,在冻 水循环管路上设有冷冻水循环动力机构,在冷冻水循环管路上还设有分别位于冷冻水地埋 管进口和出口处的冷冻水分水器与冷冻水集水器,所述的温度处理子系统连接在冷冻水循 环管路上。冷冻水循环动力机构包括至少一个冷冻水循环泵。
[0009]在上述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统中,所述的换热机构包括设置 在冷却水循环管路和冷冻水循环管路之间的换热器,在冷却水循环管路上设有位于换热器 两侧的冷却水旁通阀,在冷冻水循环管路上设有位于换热器两侧的冷冻水旁通阀,在冷却 水循环管路和冷冻水循环管路之间设有当冷却水旁通阀和冷冻水旁通阀全部关闭时能将 所述的冷却水循环管路与冷冻水循环管路连通的连通结构。
[0010]在上述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统中,所述的连通结构包括设置 在冷却水循环管路与冷冻水循环管路之间的出水支管和回水支管,在出水支管和回水支管 上分别设有连通阀。
[0011] 在上述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统中,所述的冷冻水循环管路回 水侧设有第一旁通阀,在冷冻水循环管路回水侧和出水侧之间设有旁通管,在旁通管上设 有第二旁通阀,所述的旁通管连接在第一旁通阀的进水端。
[0012] 在上述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统中,所述的冷冻水循环管路上 设有位于热泵主机和温度处理子系统之间的终端分水器、以及设置在冷冻水循环管路回水 侧的终端集水器。
[0013] 在上述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统中,所述的温度处理子系统包 括与冷冻水循环管路相连的新风处理机组、以及与新风处理机组相连且用于向室内送风的 干风机盘管,在干风机盘管的进风端设有用于将室内的风回送至千风机盘管内的回风机, 所述的新风处理机组与新风机相连。新风机向新风处理机组内送室外新风。
[0014] 在上述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统中,所述的湿度处理子系统包 括设置在新风处理机组和干风机盘管之间的除湿机。
[0015] 在上述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统中,所述的换热器为逆流式板 式换热器。
[0016] 在本申请的工作原理如下:
[0017] 室内余湿完全由新风处理机组承担,新风通过湿度处理子系统进行除湿后送入室 内以达到处理室内余湿的目的;
[0018] 室内的余热由高温冷水承担,高温冷水经由终端分水器分别进入新风处理机组和 干风机盘管,这样处理室内余热就存在两个热交换过程:①在新风处理机组内新风与高温 冷水进行热交换降温后送入湿度处理子系统进行除湿;②在室内干风机盘管内部其新风与 室内回风混合后与高温冷水进行热交换降温后送入至室内;
[0019] 空调终端侧的冷冻水回水(新风处理机组和干风机盘管)汇集入终端集水器,从热 泵主机的冷凝器出来的冷却水汇集入冷却水分水器,经由冷却水地埋管降温后汇入冷却水 集水器;而来自冷却水集水器的冷却水与来自终端集水器的冷冻水经换热器实现热交换, 从而达到升高冷冻水水温和降低冷却水温度的目的,降温后的冷却水由冷却水循环动力机 构提供动力进入热栗主机冷凝器从而完成冷却侧的循环过程和热交换过程,由于热泵主机 的冷凝器入水水温降低因而可降低热泵主机工作时的冷凝温度,从而大幅提高制冷效率;
[0020] 另一方面,经过升温后的冷冻水汇集入冷冻水分水器进入冷冻水地埋管向地下散 热,散热后汇入冷冻水集水器由冷冻水循环动力机构提供动力进入热泵主机的蒸发器从而 完成冷冻侧的循环过程和热交换过程,由于升温后的冷冻水和地下温度的温差加大就可更 便于向地下散热,并且向地下散发的热量大于冷冻水经换热器吸收的热量,因而可以分担 部分热泵主机的制冷量从而减小热栗主机的负荷。同理,减小热泵主机的制热量负荷与上 述的原理相反,这里就不作赘述
[0021] 与现有的技术相比,本基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统的优点在于:1、 由于冷却水地埋管和冷冻水地埋管承担一部分终端侧的负荷,从而减少了热泵主机制冷和 制热的负荷;2、改善了热泵主机的冷凝温度或蒸发温度,进而提升了热泵主机工作的稳定 性;3、节能且系统运行稳定;4、提尚了系统的制冷和制热效率。
附图说明
[0022]图1是本发明提供的系统结构示意图。
[0023]图中,热泵主机1、冷却水循环换热子系统2、冷却水地埋管21、冷却水循环管路22、 冷却水循环动力机构23、冷却水分水器24、冷却水集水器25、冷冻水循环换热子系统3、冷冻 水地埋管31、冷冻水循环管路 32、第一旁通阀32a、冷冻水循环动力机构33、冷冻水分水器 34、冷冻水集水器邪、旁通管加、第二旁通阀 36a、终端分水器37、终端集水器38、温度处理子 系统4、新风处理机组41、干风机盘管42、回风机43、新风机44、湿度处理子系统5、除湿机51、 换热机构6、换热器61、冷却水旁通阀62、冷冻水旁通阀63、连通结构64、出水支管64a、回水 支管64b、连通阀64c。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0025]如图1所示,本基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统包括热泵主机i,在热栗 主机1上连接有冷却水循环换热子系统2和冷冻水循环换热子系统3,在冷冻水循环换热子 系统3上连接有温度处理子系统4和连接在温度处理子系统 4上的湿度处理子系统5,所述的 冷却水循环换热子系统2和冷冻水循环换热子系统3之间相连且在冷却水循环换热子系统2 与冷冻水循环换热子系统3之间设有换热机构6,所述的冷却水循环换热子系统2和冷冻水 循环换热子系统3之间相连包括并联和串联两种相连结构。换热机构6可将冷却水循环换热 子系统2和冷冻水循环换热子系统3之间的冷热量进行交叉影响,另外,冷却水循环换热子 系统2和冷冻水循环换热子系统3可承担部分空调终端侧的负荷,可减少热栗主机1制冷和 制热的负荷。
[0026] 本实施例的冷却水循环换热子系统2包括冷却水地埋管21,在冷却水地埋管21和 热栗主机1之间设有冷却水循环管路22,在冷却水循环管路22上设有冷却水循环动力机构 23,在冷却水循环管路22上还设有分别位于冷却水地埋管21进口和出口处的冷却水分水器 24与冷却水集水器25,冷却水循环动力机构23包括至少一个冷却水循环泵。另外,冷冻水循 环换热子系统3包括冷冻水地埋管31,所述的冷冻水地埋管31和热泵主机1之间设有冷冻水 循环管路32,在冷冻水循环管路32上设有冷冻水循环动力机构33,在冷冻水循环管路32上 还设有分别位于冷冻水地埋管31进口和出口处的冷冻水分水器34与冷冻水集水器35,所述 的温度处理子系统4连接在冷冻水循环管路32上。冷冻水循环动力机构33包括至少一个冷 冻水循泵。
[0027]再者,换热机构6包括设置在冷却水循环管路22和冷冻水循环管路32之间的换热 器61,该换热器61为逆流式板式换热器,在冷却水循环管路22上设有位于换热器61两侧的 冷却水旁通阀62,在冷冻水循环管路32上设有位于换热器61两侧的冷冻水旁通阀63,在冷 却水循环管路22和冷冻水循环管路32之间设有当冷却水旁通阀62和冷冻水旁通阀63全部 关闭时能将所述的冷却水循环管路22与冷冻水循环管路32连通的连通结构64。
[0028]具体的,这里的连通结构64包括设置在冷却水循环管路22与冷冻水循环管路32之 间的出水支管64a和回水支管64b,在出水支管64a和回水支管64b上分别设有连通阀64c。 [0029]为了便于控制,在冷冻水循环管路32回水侧设有第一旁通阀32a,在冷冻水循环管 路32回水侧和出水侧之间设有旁通管36,在旁通管36上设有第二旁通阀36a,所述的旁通管 36连接在第一旁通阀32a的进水端。其次,在冷冻水循环管路32上设有位于热栗主机1和温 度处理子系统4之间的终端分水器37、以及设置在冷冻水循环管路32回水侧的终端集水器 38 〇
[0030] 本实施例的温度处理子系统4包括与冷冻水循环管路32相连的新风处理机组41、 以及与新风处理机组41相连且用于向室内送风的干风机盘管42,在干风机盘管42的进风端 设有用于将室内的风回送至干风机盘管42内的回风机43,所述的新风处理机组41与新风机 44相连,新风机44向新风处理机组41内送室外新风;所述的湿度处理子系统5包括设置在新 风处理机组41和干风机盘管42之间的除湿机51。
[0031]本实施例包括以下几种不同运行模式的工作方式:
[0032] 第一种工作方式:夏季制冷时,开启热泵主机1和换热器61,同时开启所述的冷却 水旁通阀62、冷冻水旁通阀 63和第一旁通阀32a,关闭所述的第二旁通阀36a和连通阀64c, 通过换热器61将冷却水循环管路22和冷冻水循环管路32内的热量进行交叉影响,从而提高 热泵主机1的制冷效率,减少了热栗主机1制冷负荷。
[0033] 第二种工作方式:过渡季节时,通过地下温度探头测的实时钻孔壁平均温度,由于 过渡季节负荷很小,当地下温度场恢复到低于临界设计钻孔壁温度时便可采用停止热泵主 机1和换热器61,并且选择开启第一旁通阀32a和连通阀64c,关闭热栗主机1、换热器61、第 二旁通阀36a、冷却水旁通阀62和冷冻水旁通阀63,使空调终端侧的16°C_21°C高温冷冻水 通过在冷却水地埋管21和冷冻水地埋管31中循环的方式实现散热。
[0034] 第三种工作方式:冬季制热时,开启热栗主机1、换热器61、冷却水旁通阀62和第二 旁通阀36a,关闭冷冻水旁通阀63、连通阀64c和第一旁通阀32a,从而实现制热。
[0035] 在本实施例工作原理如下:
[0036] 室内余湿完全由新风处理机组41承担,新风通过湿度处理子系统5进行除湿后送 入室内以达到处理室内余湿的目的;
[0037] 室内的余热由高温冷水承担,高温冷水经由终端分水器37分别进入新风处理机组 41和干风机盘管42,这样处理室内余热就存在两个热交换过程:①在新风处理机组41内新 风与高温冷水进行热交换降温后送入湿度处理子系统5进行除湿;②在室内干风机盘管42 内部其新风与室内回风混合后与高温冷水进行热交换降温后送入至室内;
[0038] 空调终端侧的冷冻水回水(新风处理机组41和干风机盘管42)汇集入终端集水器 38,从热泵主机1的冷凝器出来的冷却水汇集入冷却水分水器24,经由冷却水地埋管21降温 后汇入冷却水集水器25;而来自冷却水集水器25的冷却水与来自终端集水器38的冷冻水经 换热器61实现热交换,从而达到升高冷冻水水温和降低冷却水温度的目的,降温后的冷却 水由冷却水循环动力机构23提供动力进入热泵主机1冷凝器从而完成冷却侧的循环过程和 热交换过程,由于热泵主机1的冷凝器入水水温降低因而可降低热泵主机1工作时的冷凝温 度,从而大幅提尚制冷效率;
[0039]另一方面经过升温后的冷冻水汇集入冷冻水分水器34进入冷冻水地埋管31向地 下散热,散热后汇入冷冻水集水器35由冷冻水循环动力机构33提供动力进入热泵主机1的 蒸发器从而完成冷冻侧的循环过程和热交换过程,由于升温后的冷冻水和地下温度的温差 加大就可更便于向地下散热,并且向地下散发的热量大于冷冻水经换热器61吸收的热量, 因而可以分担部分热栗主机1的制冷量从而减小热泵主机1的负荷。同理,减小热泵主机1的 制热量负荷与上述的原理相反,这里就不作赘述。
[0040]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0041]尽管本文较多地使用了热泵主机1、冷却水循环换热子系统2、冷却水地埋管21、冷 却水循环管路22、冷却水循环动力机构23、冷却水分水器24、冷却水集水器25、冷冻水循环 换热子系统3、冷冻水地埋管31、冷冻水循环管路32、第一旁通阀32a、冷冻水循环动力机构 33、冷冻水分水器34、冷冻水集水器35、旁通管36、第二旁通阀36a、终端分水器37、终端集水 器38、温度处理子系统4、新风处理机组41、干风机盘管42、回风机43、新风机44、湿度处理子 系统5、除湿机51、换热机构6、换热器61、冷却水旁通阀62、冷冻水旁通阀63、连通结构64、出 水支管 64a、回水支管64b、连通阀64c等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些 术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都 是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1 •一种基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统,包括热栗主机(1),在热泵主机(1) 上连接有温度处理子系统(4)和连接在温度处理子系统(4)上的湿度处理子系统(5),其特 征在于,所述的热泵主机(1)上连接有冷却水循环换热子系统(2)和冷冻水循环换热子系统 (3 ),所述的温度处理子系统(4)连接在冷冻水循环换热子系统(3)上,所述的冷却水循环换 热子系统(2)和冷冻水循环换热子系统(3)之间相连且在冷却水循环换热子系统(2)与冷冻 水循环换热子系统(3)之间设有换热机构(6);所述的冷却水循环换热子系统(2)包括冷却 水地埋管(21 ),在冷却水地埋管(21)和热泵主机(1)之间设有冷却水循环管路(22),在冷却 水循环管路(22)上设有冷却水循环动力机构(23),在冷却水循环管路(22)上还设有分别位 于冷却水地埋管(21)进口和出口处的冷却水分水器(24)与冷却水集水器(25);所述的冷冻 水循环换热子系统(3)包括冷冻水地埋管(31 ),所述的冷冻水地埋管(31)和热栗主机(1)之 间设有冷冻水循环管路(32),在冷冻水循环管路(32)上设有冷冻水循环动力机构(33),在 冷冻水循环管路(32)上还设有分别位于冷冻水地埋管(31)进口和出口处的冷冻水分水器 (34)与冷冻水集水器(35),所述的温度处理子系统(4)连接在冷冻水循环管路(32)上;所述 的换热机构(6)包括设置在冷却水循环管路(22)和冷冻水循环管路(32)之间的换热器 (61),在冷却水循环管路(22)上设有位于换热器(61)两侧的冷却水旁通阀(62),在冷冻水 循环管路(32)上设有位于换热器(61)两侧的冷冻水旁通阀(63),在冷却水循环管路(22)和 冷冻水循环管路(32)之间设有当冷却水旁通阀(62)和冷冻水旁通阀(63)全部关闭时能将 所述的冷却水循环管路(22)与冷冻水循环管路(32)连通的连通结构(64);所述的连通结构 (64)包括设置在冷却水循环管路(22)与冷冻水循环管路(32)之间的出水支管(64a)和回水 支管(64b ),在出水支管(64a)和回水支管(64b)上分别设有连通阀(64c)。
2. 根据权利要求1所述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统,其特征在于,所述 的冷冻水循环管路(32)回水侧设有第一旁通阀(32a ),在冷冻水循环管路(32)回水侧和出 水侧之间设有旁通管(36),在旁通管(36)上设有第二旁通阀(36a),所述的旁通管(36)连接 在第一旁通阀(32a)的进水端。
3. 根据权利要求1所述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统,其特征在于,所述 的冷冻水循环管路(32)上设有位于热泵主机(1)和温度处理子系统(4)之间的终端分水器 (37)、以及设置在冷冻水循环管路(32)回水侧的终端集水器(38)。
4. 根据权利要求1所述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统,其特征在于,所述 的温度处理子系统(4)包括与冷冻水循环管路(32)相连的新风处理机组(41)、以及与新风 处理机组(41)相连且用于向室内送风的干风机盘管(42),在干风机盘管(42)的进风端设有 用于将室内的风回送至千风机盘管(42)内的回风机(43),所述的新风处理机组(41)与新风 机(44)相连。
5. 根据权利要求4所述的基于温湿度独立控制的地源热泵空调系统,其特征在于,所述 的湿度处理子系统(5)包括设置在新风处理机组(41)和干风机盘管(42)之间的除湿机 (51)。
6. 根据权利要求1所述的基于温湿度独立控制的地源热栗空调系统,其特征在于,所述 的换热器(61)为逆流式板式换热器。
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