CN103912938A - 空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调系统。根据本发明的空调系统，包括室内单元；地源热泵单元，地源热泵单元与室内单元相连通，空气源热泵单元，空气源热泵单元与室内单元相连通；地源热泵单元包括地埋管换热器，空气源热泵单元与地埋管换热器相连通；控制器，连接室内单元、地源热泵单元和空气源热泵单元，在低谷电价时间段内启动空气源热泵单元通过地埋管换热器向土壤蓄能。本发明利用夜间低谷电价进行土壤蓄冷或蓄热，可以有效地调节系统峰值冷热负荷，在低电价时蓄能，高电价时使用，提高了运行效率，降低了运行费用。

Description

空调系统

技术领域

本发明涉及空调领域，特别地，涉及一种空调系统。

背景技术

在世界能源日益紧缺的背景下，现有的地源热泵技术不能有效地提高中央空调系统的运行效率而且运行费用高。长期运行，还会导致土壤温度持续升高或降低，机组运行能效下降，节能效果变差。

发明内容

本发明目的在于提供一种空调系统，以解决现有地源热泵技术运行效率低、运行费用高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种空调系统，包括室内单元；地源热泵单元，地源热泵单元与室内单元相连通，空气源热泵单元，空气源热泵单元与室内单元相连通；地源热泵单元包括地埋管换热器，空气源热泵单元与地埋管换热器相连通；控制器，连接室内单元、地源热泵单元和空气源热泵单元，在低谷电价时间段内启动空气源热泵单元通过地埋管换热器向土壤蓄能。

进一步地，空调系统还包括太阳能蓄热单元阳能蓄热单元，太阳能蓄热单元与室内单元相连通。

进一步地，地源热泵单元还包括串联设置的地源热泵用户侧换热器、地源热泵压缩机和地源热泵地源侧换热器，在地源热泵用户侧换热器和地源热泵地源侧换热器之间还设置有节流装置。

进一步地，地埋管换热器的输出端通过第一水泵、第一阀门、地源热泵地源侧换热器和第三阀门后与地埋管换热器的输入端连接。

进一步地，地源热泵用户侧换热器的水路出口通过第七阀门和第十二阀门与室内单元进口相连通，室内单元出口通过第十四阀门、第二水泵和第五阀门与地源热泵用户侧换热器的水路进口相连通。

进一步地，地埋管换热器的出口通过第一水泵、第九阀门和第二阀门与地源热泵用户侧换热器的水路进口相连通，地源热泵用户侧换热器的水路出口通过第四阀门与地埋管换热器的进口相连通；地源热泵地源侧换热器的水路出口通过第八阀门和第十二阀门与室内单元的进口相连通，室内单元的出口通过第十四阀门、第二水泵和第六阀门与地源热泵地源侧换热器的水路进口相连通。

进一步地，空气源热泵单元包括串联设置的空气源热泵用户侧换热器，空气源热泵压缩机和空气源热泵风冷换热器，空气源热泵单元还包括四通换向阀，四通换向阀的第一接口和第二接口分别与空气源热泵压缩机的进口和出口相连通，四通换向阀的第三接口和第四接口分别与空气源热泵用户侧换热器和空气源热泵风冷换热器相连通，空气源热泵单元还包括空气源热泵节流装置，设置在空气源热泵用户侧换热器和空气源热泵风冷换热器之间。

进一步地，空气源热泵用户侧换热器的水路出口通过第三水泵和第十三阀门与室内单元进口相连通，空气源热泵用户侧换热器的水路进口通过第十四阀门与室内单元出口相连通。

进一步地，空气源热泵用户侧换热器的水路出口通过第十一阀门与地埋管换热器的进口相连通，地埋管换热器的出口通过第一水泵和第十阀门与空气源热泵用户侧换热器的水路进口的相连通。

进一步地，太阳能蓄热单元包括太阳能集热器，太阳能集热器的水路出口通过第四水泵和第十六阀门与室内单元进口相连通，太阳能集热器的水路进口通过第十七阀门与室内单元出口相连通。

进一步地，太阳能蓄热单元还包括生活热水水箱，太阳能集热器的水路出口通过第四水泵和第十五阀门与生活热水水箱的进水口相连通，太阳能集热器的水路进口则连通生活热水水箱的回水口。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用夜间低谷电价进行土壤蓄冷或蓄热，可以有效地调节系统峰值冷热负荷，在低电价时蓄能，高电价时使用，提高了运行效率，降低了运行费用。并且，由于夜间低谷电价时利用空气源热泵单元进行土壤蓄冷或蓄热，可以改善地源热泵单元在白天运行时造成的土壤过冷或过热，使得地源热泵单元在第二天白天运行时的效率更高、能效更低。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的空调系统的示意图。以及

图2是根据本发明的空调系统的管路连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，根据本发明的空调系统，包括室内单元13；地源热泵单元，地源热泵单元与室内单元13相连通，空气源热泵单元，空气源热泵单元与室内单元13相连通；地源热泵单元包括地埋管换热器5，空气源热泵单元与地埋管换热器5相连通；控制器，连接室内单元13、地源热泵单元和空气源热泵单元，在低谷电价时间段内启动空气源热泵单元通过地埋管换热器5向土壤蓄能。本发明利用夜间低谷电价进行土壤蓄冷或蓄热，可以有效地调节系统峰值冷热负荷，在低电价时蓄能，高电价时使用，提高了运行效率，降低了运行费用。并且，由于夜间低谷电价时利用空气源热泵单元进行土壤蓄冷或蓄热，可以改善地源热泵单元在白天运行时造成的土壤过冷或过热，使得地源热泵单元在第二天白天运行时的效率更高、能效更低。

参见图2，空气源热泵单元包括串联设置的空气源热泵用户侧换热器6，空气源热泵压缩机7和空气源热泵风冷换热器9。空气源热泵单元还包括四通换向阀8，四通换向阀8的第一接口和第二接口分别与空气源热泵压缩机7的进口和出口相连通，四通换向阀8的第三接口和第四接口分别与空气源热泵用户侧换热器6和空气源热泵风冷换热器9相连通。空气源热泵单元还包括空气源热泵节流装置10，设置在空气源热泵用户侧换热器6和空气源热泵风冷换热器9之间。空气源热泵用户侧换热器6的水路出口通过第三水泵P3和第十三阀门V13与室内单元13进口相连通，空气源热泵用户侧换热器6的水路进口通过第十四阀门V14与室内单元13出口相连通。空气源热泵用户侧换热器6的水路出口通过第十一阀门V11与地埋管换热器5的进口相连通，地埋管换热器5的出口通过第一水泵P1和第十阀门V10与空气源热泵用户侧换热器6的水路进口的相连通。

参见图2，空调系统还包括太阳能蓄热单元，太阳能蓄热单元与室内单元13相连通。太阳能蓄热单元包括太阳能集热器11，太阳能集热器11的水路出口通过第四水泵P4和第十六阀门V16与室内单元13进口相连通，太阳能集热器11的水路进口通过第十七阀门V17与室内单元13出口相连通。太阳能蓄热单元还包括生活热水水箱12，太阳能集热器11的水路出口通过第四水泵P4和第十五阀门V15与生活热水水箱12的进水口相连通，太阳能集热器11的水路进口则连通生活热水水箱12的回水口。

参见图2，地源热泵单元包括串联设置的地源热泵用户侧换热器1、地源热泵压缩机2和地源热泵地源侧换热器3。地源热泵单元还包括地源热泵节流装置4，设置在地源热泵用户侧换热器1和地源热泵地源侧换热器3之间。地埋管换热器5的输出端通过第一水泵P1、第一阀门V1、地源热泵地源侧换热器3和第三阀门V3后与地埋管换热器5的输入端连接。地源热泵用户侧换热器1的水路出口通过第四阀门V4和第十二阀门V12与室内单元13进口相连通，室内单元13出口通过第十四阀门V14、第二水泵P2和第五阀门V5与地源热泵用户侧换热器1的水路进口相连通。

参见图2，日间优先使用地源热泵单元供热，地埋管换热器5的出口通过第一水泵P1、第九阀门V9和第二阀门V2与地源热泵用户侧换热器1的水路进口相连通，地源热泵用户侧换热器1的水路出口通过第四阀门V4与地埋管换热器5的进口相连通；地源热泵地源侧换热器3的水路出口通过第八阀门V8和第十二阀门V12与室内单元13的进口相连通，室内单元13的出口通过第十四阀门V14、第二水泵P2和第六阀门V6与地源热泵地源侧换热器3的水路进口相连通。地下环路水通过水第一水泵P1输送到地埋管换热器5，吸收土壤中的热量，然后进入地源热泵地源侧换热器3（做蒸发器使用），为地源热泵单元提供热源；供暖水进入地源热泵用户侧换热器1（做冷凝器使用），由冷凝器制取热水后通过水第二水泵P2输送到室内单元13进行供暖。

参见图1和图2，空调系统由生活热水系统、地源热泵单元、地埋管换热器、空气源热泵单元以及用户空调采暖末端等部分组成，用管路进行连接，通过阀门控制水路切换。

本发明的空调系统的具体工作方式如下：

a夏季制冷工况日间使用模式

日间优先使用地源热泵单元供冷，开启第一阀门V1、第三阀门V3、第五阀门V5、第七阀门V7、第九阀门V9、第十二阀门V12、第十四阀门V14，关闭阀门第二阀门V2、第四阀门V4、第六阀门V6、第八阀门V8、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十三阀门V13，开启水第一水泵P1、第二水泵P2，开启地源热泵单元进行制冷。地下环路水进入地源热泵地源侧换热器3（做冷凝器），吸取冷凝器内热量后通过水第一水泵P1输送到地埋管换热器5，将热量排入土壤中；空调水进入地源热泵用户侧换热器1（做蒸发器用），由蒸发器制取冷冻水后通过水第二水泵P2输送到室内单元13，为用户提供冷量。

当地源热泵单元能力不足或地下换热器出水温度上升到设定值时，在上述运行状态的基础上，另外开启阀门第十三阀门V13、水第三水泵P3以及空气源热泵单元，由空气源热泵用户侧换热器6（做蒸发器使用）制取冷冻水后与地源热泵空调冷冻水并联，通过水第三水泵P3输送到室内单元13，进行调峰供冷。当地源热泵单元产生冷量可以满足用户需求并且地下换热器出水温度下降到设定值时，关闭阀门第十三阀门V13、水第三水泵P3以及空气源热泵单元。

日间开启太阳能集热器11、第四水泵P4、阀门第十五阀门V15，关闭阀门第十六阀门V16、第十七阀门V17，由太阳能集热器11制取热水后储存到生活热水水箱12中供用户使用，若热水需求已满足，则关闭太阳能集热器11、阀门第十五阀门V15以及水第四水泵P4，等再次产生热水需求时再将上述设备开启。

b夏季制冷工况夜间蓄冷模式

夜间使用空气源热泵蓄冷，开启阀门第十阀门V10、第十一阀门V11，其余阀门关闭，开启水第一水泵P1，开启空气源热泵单元，由空气源热泵用户侧换热器6（做蒸发器使用）制取冷冻水后通过水第一水泵P1输送到地埋管换热器5，将冷量储存到土壤中，供日间使用。若夜间有冷负荷需求，则在上述运行状态的基础上，另外开启阀门第十三阀门V13、第十四阀门V14，开启水第三水泵P3，将空气源热泵单元制取的冷冻水中的一部分通过水第三水泵P3输送到室内单元13，为用户提供冷量。若仍无法满足用户冷负荷需求，则关闭阀门第十阀门V10、第十一阀门V11，关闭水第一水泵P1，空气源热泵单元制取的冷冻水全部通过水第三水泵P3输送到室内单元13，以满足用户冷负荷需求。

c冬季制热工况日间使用模式

日间优先使用地源热泵单元供热，开启阀门第二阀门V2、第四阀门V4、第六阀门V6、第八阀门V8、第九阀门V9、第十二阀门V12、第十四阀门V14，关闭阀门第一阀门V1、第三阀门V3、第五阀门V5、第七阀门V7、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十三阀门V13，开启水第一水泵P1、第二水泵P2，开启地源热泵单元进行制热。地下环路水通过水第一水泵P1输送到地埋管换热器5，吸收土壤中的热量，然后进入地源热泵地源侧换热器3（做蒸发器使用），为地源热泵单元提供热源；供暖水进入地源热泵用户侧换热器1（做冷凝器使用），由冷凝器制取热水后通过水第二水泵P2输送到室内单元13进行供暖。

当地源热泵单元能力不足或地下换热器出水温度下降到设定值时，在上述运行状态的基础上，另外开启阀门第十三阀门V13、水第三水泵P3以及空气源热泵单元，由空气源热泵用户侧换热器6（做冷凝器使用）制取热水后与地源热泵供暖热水并联，通过水第三水泵P3输送到室内单元13，进行调峰供热。当地源热泵单元产生热量可以满足用户需求并且地下换热器出水温度上升到设定值时，关闭阀门第十三阀门V13、水第三水泵P3以及空气源热泵单元。

日间开启太阳能集热器11、水第四水泵P4、阀门第十五阀门V15，关闭阀门第十六阀门V16、第十七阀门V17，由太阳能集热器11制取热水后储存到生活热水水箱12中供用户使用，若热水需求已满足，则关闭阀门第十五阀门V15，开启阀门第十六阀门V16、第十七阀门V17，将生活热水系统与地源热泵单元并联，通过水第四水泵P4把太阳能集热器产生的热水输送到室内单元13进行供暖。当再次产生生活热水需求时，关闭阀门第十六阀门V16、第十七阀门V17，开启阀门第十五阀门V15，通过水第四水泵P4把太阳能集热器产生的热水输送到用生活热水水箱12中供用户使用。

b冬季制热工况夜间蓄热模式

夜间使用空气源热泵蓄热，开启阀门第十阀门V10、第十一阀门V11，其余阀门关闭，开启水第一水泵P1，开启空气源热泵单元，由空气源热泵用户侧换热器6（做冷凝器使用）制取热水后通过水第一水泵P1输送到地埋管换热器5，将热量储存到土壤中，供日间使用。若夜间有热负荷需求，则在上述运行状态的基础上，另外开启阀门第十三阀门V13、第十四阀门V14，开启水第三水泵P3，将空气源热泵单元制取的热水中的一部分通过水第三水泵P3输送到室内单元13，为用户提供热量。若仍无法满足用户热负荷需求，则关闭阀门第十阀门V10、第十一阀门V11，关闭水第一水泵P1，空气源热泵单元制取的热水全部通过水第三水泵P3输送到室内单元13，以满足用户热负荷需求。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明联合利用太阳能、空气能以及地热能，并利用夜间低谷电价进行土壤蓄冷或蓄热，避免因夏季土壤温度过高或者冬季土壤温度过低造成的系统日间制冷或制热效率低下、能力不足，实现维持土壤温度场平衡，提高系统能效，减少运行费用的目的。通过对地源热泵单元和风冷热泵的灵活控制，可以有效地调节系统峰值冷热负荷，减少地下换热器长度，降低地下换热器初投资。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种空调系统，其特征在于，包括：

室内单元（13）；

地源热泵单元，所述地源热泵单元与所述室内单元（13）相连通，

空气源热泵单元，所述空气源热泵单元与所述室内单元（13）相连通；

所述地源热泵单元包括地埋管换热器（5），所述空气源热泵单元与所述地埋管换热器（5）相连通；

控制器，连接所述室内单元（13）、所述地源热泵单元和所述空气源热泵单元，在低谷电价时间段内启动所述空气源热泵单元通过所述地埋管换热器（5）向土壤蓄能。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，还包括太阳能蓄热单元，所述太阳能蓄热单元与所述室内单元（13）相连通。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述地源热泵单元还包括串联设置的地源热泵用户侧换热器（1）、地源热泵压缩机（2）和地源热泵地源侧换热器（3），在所述地源热泵用户侧换热器（1）和地源热泵地源侧换热器（3）之间还设置有节流装置（4）。

4.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述地埋管换热器（5）的输出端通过第一水泵（P1）、第一阀门（V1）、所述地源热泵地源侧换热器（3）和第三阀门（V3）后与所述地埋管换热器（5）的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述地源热泵用户侧换热器（1）的水路出口通过第七阀门（V7）和第十二阀门（V12）与所述室内单元（13）进口相连通，所述室内单元（13）出口通过第十四阀门（V14）、第二水泵（P2）和第五阀门（V5）与所述地源热泵用户侧换热器（1）的水路进口相连通。

6.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述地埋管换热器（5）的出口通过第一水泵（P1）、第九阀门（V9）和第二阀门（V2）与所述地源热泵用户侧换热器（1）的水路进口相连通，所述地源热泵用户侧换热器（1）的水路出口通过第四阀门（V4）与所述地埋管换热器（5）的进口相连通；所述地源热泵地源侧换热器（3）的水路出口通过第八阀门（V8）和第十二阀门（V12）与所述室内单元（13）的进口相连通，所述室内单元（13）的出口通过第十四阀门（V14）、第二水泵（P2）和第六阀门（V6）与所述地源热泵地源侧换热器（3）的水路进口相连通。

7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空气源热泵单元包括串联设置的空气源热泵用户侧换热器（6），空气源热泵压缩机（7）和空气源热泵风冷换热器（9），所述空气源热泵单元还包括四通换向阀（8），所述四通换向阀（8）的第一接口和第二接口分别与空气源热泵压缩机（7）的进口和出口相连通，所述四通换向阀（8）的第三接口和第四接口分别与所述空气源热泵用户侧换热器（6）和所述空气源热泵风冷换热器（9）相连通，所述空气源热泵单元还包括空气源热泵节流装置（10），设置在所述空气源热泵用户侧换热器（6）和所述空气源热泵风冷换热器（9）之间。

8.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述空气源热泵用户侧换热器（6）的水路出口通过第三水泵（P3）和第十三阀门（V13）与所述室内单元（13）进口相连通，所述空气源热泵用户侧换热器（6）的水路进口通过第十四阀门（V14）与所述室内单元（13）出口相连通。

9.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述空气源热泵用户侧换热器（6）的水路出口通过第十一阀门（V11）与所述地埋管换热器（5）的进口相连通，所述地埋管换热器（5）的出口通过第一水泵（P1）和第十阀门（V10）与所述空气源热泵用户侧换热器（6）的水路进口的相连通。

10.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述太阳能蓄热单元包括太阳能集热器（11），所述太阳能集热器（11）的水路出口通过第四水泵（P4）和第十六阀门（V16）与所述室内单元（13）进口相连通，所述太阳能集热器（11）的水路进口通过第十七阀门（V17）与所述室内单元（13）出口相连通。

11.根据权利要求10所述的空调系统，其特征在于，所述太阳能蓄热单元还包括生活热水水箱（12），所述太阳能集热器（11）的水路出口通过第四水泵（P4）和第十五阀门（V15）与所述生活热水水箱（12）的进水口相连通，所述太阳能集热器（11）的水路进口则连通所述生活热水水箱（12）的回水口。