CN104964368A - 利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统 - Google Patents

利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用地源热泵系统耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统，属于新能源领域中暖通空调技术。该系统包括：地埋管系统、地源热泵主机、带保温的蓄能水池或水罐、换热器、末端用户设备、热源侧循环泵、蓄能水泵、释能水泵、末端侧循环泵、6个转换阀门；其中，地埋管系统与热泵主机一侧相连，热源侧循环水泵接在热泵主机的总供水管上；蓄能水池一侧与热泵主机相连，另一侧与换热器相连；蓄能水泵位于热泵主机与蓄能水池之间的管路上；释能水泵位于蓄能水池与换热器之间的管路上；换热器位于蓄能水池与末端用户之间；末端侧循环泵位于末端用户回水总管上；6个转换阀门分别位于整个系统的切换管路上。本系统可有效的降低空调系统的运行费用及能耗。

Description

利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统
技术领域
本发明属于新能源领域中暖通空调技术，涉及一种利用地源热泵系统耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统，主要用于存在阶梯电价政策的地源热泵空调系统的冷热源。
背景技术
近年来，随着经济的不断发展和人们对低碳环保的重视，地源热泵凭借着独特的优势得到了广泛的应用。如今地源热泵的研究已经趋于成熟，但其仍面临着释能蓄能难以平衡的问题。而我国的用电又存在着不均衡的特点，即高峰电不够用，低谷电用不了，空调行业用电更是紧张。随着新政策的相继出台，阶梯电价也必将得到广泛的推广和应用。蓄能装置可以有效的利用峰谷电价，缓解用电负荷，降低空调系统的运行费用及能耗；但是，单纯的蓄能系统应用存在着一定的局限性：总投资造价较高、系统运行能效低、运行费用高、系统设计及后期运行复杂等。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统，该系统有效的将地源热泵系统与蓄能装置相结合；实现了在夜间谷电价时蓄能，在白天峰电时释能的系统要求，有效的利用浅层地热能，系统能效比高，运行费用低。同时，热泵系统与蓄能装置可以实现多种的组合模式，达到末端用户对整个空调系统的需求，
本发明提出的一种利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统，其特征在于，该装置包括：由多组双U型地埋管组成的地源热泵系统、由两台或三台以上的多台地源热泵组成的热泵机组、带保温的蓄能水池或水罐、换热器、末端用户设备、热源侧循环泵、蓄能水泵、释能水泵、末端循环泵，以及6个转换阀门；其连接关系为：地源热泵系统一侧与多台并联的热泵主机一侧通过地源热泵系统的总供水管连接；地源热泵系统另一侧与多台并联的热泵主机另一侧通过地源热泵系统的总回水管连接；热源侧循环水泵接在地源热泵系统的总供水管上；两台并联的热泵主机的总供水管还分别与末端用户设备的进水口、蓄水池出水口相连；蓄能水池出水口与热泵主机总回水管相连；蓄能水泵与两台 热泵主机总回水管相连；释能水泵一侧与蓄能水池出水口相连，另一侧与换热器一次侧进水口4-1相连；换热器一次侧出水口与蓄水池进水口相连，换热器二次侧进水口与末端用户设备出水口相连，换热器二次侧出水口与末端用户进水口相连；末端侧循环泵位于末端用户回水总管上；6个转换阀门分别位于整个系统的切换管路上，实现系统的模式转换。
本发明的特点及有益效果：本发明利用地埋管地源热泵耦合蓄能装置，有效的利用了阶梯电价的优惠政策，缓解城市高峰用电负荷；多种运行模式相结合，降低空调系统的运行费用，一定程度上解决了地源热泵系统释能蓄能难以平衡的问题。
附图说明
图1为本发明的系统总体组成图；
图2为本发明蓄能模式流程图；
图3为本发明蓄水池单独释能模式流程图；
图4为本发明主机单独运行模式流程图；
图5为本发明主机和蓄水池联合运行模式流程图。
具体实施方式
本发明提出的利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统组成如图1所示，该系统主要包括：有效埋深在之间的由多组双U型地埋管组成的地源热泵系统1、由两台地源热泵组成的热泵机组2(根据实际情况也可≥2台)、带保温的蓄能水池/水罐3、换热器4、末端用户设备5、热源侧循环泵6、蓄能水泵7、释能水泵8、末端循环泵9、1#转换阀门V1、2#转换阀门V2、3#转换阀门V3、4#转换阀门V4、5#转换阀门V5、6#转换阀门V6、；其连接关系为：地源热泵系统1一侧与两台并联的热泵主机2一侧通过地源热泵系统1的总供水管1-1连接；地源热泵系统1另一侧与两台并联的热泵主机2另一侧通过地源热泵系统1的总回水管1-2连接；热源侧循环水泵6接在地源热泵系统1的总供水管1-1上；两台并联的热泵主机2的总供水管2-2还分别与末端用户进水口5-2、蓄水池出水口3-2相连；蓄能水池3出水口3-1与热泵主机2总回水管2-1相连；蓄能水泵7与两台热泵主机2总回水管2-1相连；释能水泵8一侧与蓄能水池3出水口3-2相连， 另一侧与换热器4一次侧进水口4-1相连；换热器4一次侧出水口4-2与蓄水池进水口3-1相连，换热器4二次侧进水口4-3与末端用户5出水口5-1相连，换热器4二次侧出水口4-4与末端用户5进水口5-2相连；末端侧循环泵9位于末端用户回水总管上；6个转换阀门分别位于整个系统的切换管路上，实现系统的模式转换。
其中，1#转换阀门位于末端用户5回水总管路上、2#转换阀门位于热泵机组2总供水管路上、3#转换阀门热泵机组2总回水管路上、4#转换阀门位于热泵机组2总供水管路与换热器4一次侧进水口4-1之间、5#转换阀门位于换热器4一次侧出水口4-2前、6#转换阀门位于换热器4二次侧进水口4-3前，通过各转换阀门的开启或闭选择实现蓄能模式、蓄水池单独释能模式、主机单独运行模式或主机和蓄水池联合运行模式。
具体工作模式说明如下：
(1)开启蓄能模式，如图2实线所示：当系统在夜间谷电运行时段，各转换阀门的状态为：V1关、V2关、V3开、V4开、V5关、V6关；蓄能水池开始蓄4-6℃的冷水(夏季)或45-50℃的热水(冬季)。
(2)开启蓄水池单独释能模式，如图3实线所示：当系统在白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1关、V2关、V3关、V4关、V5开、V6开，。
(3)开启主机单独运行模式，如图4实线所示：当系统夜间有负荷需求或者白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1开、V2开、V3关、V4关、V5关、V6关。
(4)开启主机和蓄水池联合运行模式，如图5实线所示：当系统在白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1开、V2开、V3关、V4开或关、V5开、V6开。
如图1所示，本实施例的工作原理为：
整个系统正常运转后，夜间低谷电时段，蓄能水池3中的水通过蓄能水泵7流经3#转换阀门V3进入热泵机组2，从热泵机组流出的水经过换热后流经4#转换阀门V4，最后回到蓄能水池3，完成整个蓄能过程。
当系统在白天部分峰平电运行时段，蓄能水池3中的水通过释能水泵8流经换热器换热后，又通过5#转换阀门V5，最后回到蓄能水池3，完成蓄水池单独释能过程，热泵主机2停运。
当系统夜间有负荷需求或者白天部分峰平电运行时段，末端用户回水通过末端侧回水泵9流经1#转换阀门V1进入热泵机组2，经过换热后流经2#转换阀门V2，最后供给末端用户5，完成整个主机单独运行过程。
当系统在白天部分峰平电运行时段，蓄能水池3中的水通过释能水泵8流经换热器换 热后，又通过5#转换阀门V5，最后回到蓄能水池3；同时，末端用户5回水通过末端侧回水泵9流经1#转换阀门V1进入热泵机组2，经过换热后流经2#转换阀门V2(或部分流过4#转换阀门V4经换热后)，最后供给末端用户，完成整个主机和蓄水池联合运行过程。
本实施例中的各部件的具体实现方式分别说明如下：
地源热泵系统1：采用埋深100-150m的双U型地埋管；DN(公称直径)32mm，根据系统大小配置300～1500组。
热泵机组2：COP/EER≥5.0，承压1.0MPa的两台热泵主机；
蓄能水池3：采用温度分层型(靠水随温度自然分层的特性)结构；玻璃钢材质；外层用橡塑保温；
换热器4：采用板式，304不锈钢材质的常规换热器产品，换热效率≥90％；
末端用户5：主要为商场、办公楼等夜间没有负荷需求或者需求很小的共建用水设备或空调末端设备的风机盘管、地暖盘管、毛细辐射管等；
热源侧循环水泵6、蓄能水泵7、释能水泵8、末端循环水泵组9：均采用市场成熟产品，单级管道离心泵；
转换阀门V1-V6：采用电动涡轮蝶阀，法兰连接的阀门。

Claims (4)

1.一种利用地埋管地源热泵耦合阶梯电价蓄能装置的空调系统，其特征在于，该装置包括：由多组双U型地埋管组成的地源热泵系统、由两台或三台以上的多台地源热泵组成的热泵机组、带保温的蓄能水池或水罐、换热器、末端用户设备、热源侧循环泵、蓄能水泵、释能水泵、末端循环泵，以及6个转换阀门；其连接关系为：地源热泵系统一侧与多台并联的热泵主机一侧通过地源热泵系统的总供水管连接；地源热泵系统另一侧与多台并联的热泵主机另一侧通过地源热泵系统的总回水管连接；热源侧循环水泵接在地源热泵系统的总供水管上；两台并联的热泵主机的总供水管还分别与末端用户设备的进水口、蓄水池出水口相连；蓄能水池出水口与热泵主机总回水管相连；蓄能水泵与两台热泵主机总回水管相连；释能水泵一侧与蓄能水池出水口相连，另一侧与换热器一次侧进水口4-1相连；换热器一次侧出水口与蓄水池进水口相连，换热器二次侧进水口与末端用户设备出水口相连，换热器二次侧出水口与末端用户进水口相连；末端侧循环泵位于末端用户回水总管上；6个转换阀门分别位于整个系统的切换管路上，实现系统的模式转换。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述6个转换阀门分别位于整个系统的切换管路上，实现系统的模式转换具体为：1#转换阀门位于末端用户回水总管路上、2#转换阀门位于热泵机组总供水管路上、3#转换阀门热泵机组总回水管路上、4#转换阀门位于热泵机组总供水管路与换热器一次侧进水口之间、5#转换阀门位于换热器一次侧出水口前、6#转换阀门位于换热器二次侧进水口前，通过各转换阀门的开启或闭合选择实现蓄能模式、蓄水池单独释能模式、主机单独运行模式或主机和蓄水池联合运行模式。
3.如权利要求2所述系统，其特征在于，所述通过各转换阀门的开启或闭合选择实现蓄能模式、蓄水池单独释能模式、主机单独运行模式或主机和蓄水池联合运行模式，具体为：
(1)开启蓄能模式：当系统在夜间谷电运行时段，各转换阀门的状态为：V1关、V2关、V3开、V4开、V5关、V6关；
(2)开启蓄水池单独释能模式：当系统在白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1关、V2关、V3关、V4关、V5开、V6开；
(3)开启主机单独运行模式：当系统夜间有负荷需求或者白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1开、V2开、V3关、V4关、V5关、V6关；
(4)开启主机和蓄水池联合运行模式：当系统在白天部分峰平电运行时段，各转换阀门的状态为：V1开、V2开、V3关、V4开或关、V5开、V6开。
4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述地源热泵系统采用埋深100-150m的双U型地埋管，配置300～1500组。
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