CN105371340A - 严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

<b>本发明涉及一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法。在我国北方严寒地区,别墅建筑冬季供热消耗的能量较大,绝大部分没有集中供热。本发明其组成包括:</b><b>地埋管换热器(</b><b>1</b><b>),所述的地埋管换热器分别连接第一循环泵(</b><b>9</b><b>)、第三板式换热器(</b><b>6</b><b>)、风机盘管空调器(</b><b>5</b><b>)、第二板式换热器(</b><b>3</b><b>)、地板采暖盘管(</b><b>4</b><b>)、第四板式换热器(</b><b>11</b><b>);第一循环泵分别连接第一板式换热器(</b><b>2</b><b>)、第三板式换热器、风机盘管空调器、第二板式换热器、地板采暖盘管;第一板式换热器分别连接太阳能集热器(</b><b>7</b><b>)、第三板式换热器、风机盘管空调器、第二板式换热器、第二循环泵(</b><b>8</b><b>)、地板采暖盘管。本发明用于别墅建筑的供热和制冷。</b>

Description

严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法
技术领域:
本发明涉及太阳能土壤源热泵系统,具体涉及一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法。
背景技术:
在我国北方严寒地区,别墅建筑冬季供热消耗的能量较大,这类建筑多处于城市的边缘地带,绝大部分没有集中供热,冬季多采用电供热或燃气供热,运行费用较高且存在安全隐患。在严寒地区能够采用小型太阳能土壤源热泵系统对别墅建筑进行供热,将能够有效减少建筑能耗,而且其所消耗的太阳能、地热都属于可再生能源,也有益于环境保护及资源可持续发展。
目前,国内外许多科研院所都陆续开展了对太阳能土壤源热泵的研究工作,研究内容主要集中在太阳能集热器效率、热泵性能、土壤温度场的分布、经济性等方面,也建造了一些相关的实验系统。但这些研究基本上是针对某一地区的某一特例,不具有通用性。尤其是针对严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统开展的研究还很少,目前还未见到相关的产品。
发明内容:
本发明目的是提供一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法。
上述的目的通过以下技术方案实现:
一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其组成包括:地埋管换热器,所述的地埋管换热器分别连接第一循环泵、第三板式换热器、风机盘管空调器、第二板式换热器、地板采暖盘管、第四板式换热器;所述的第一循环泵分别连接第一板式换热器、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、所述的地板采暖盘管;所述的第一板式换热器分别连接太阳能集热器、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、第二循环泵、所述的地板采暖盘管;所述的太阳能集热器分别连接所述的第二循环泵、所述的第二板式换热器。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的第二循环泵连接所述的第二板式换热器;所述的第二板式换热器分别连接第四循环泵、所述的第四板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的地板采暖盘管;所述的第四板式换热器分别连接所述的第四循环泵、第三循环泵、流量阀、所述的地板采暖盘管,所述的风机盘管空调器;所述的第三板式换热器分别连接所述的第三循环泵、所述的流量阀、所述的风机盘管空调器、所述的风机盘管空调器;所述的第四循环泵分别连接所述的地板采暖盘管、所述的风机盘管空调器。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的地埋管换热器是高密度PE100管,管径为Φ32mm,埋管方式是U型垂直方式,埋深100米,循环介质采用乙二醇防冻液,钻孔间距5米。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的太阳能集热器是热管真空管太阳能集热器。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的控制界面采用触屏控制模式,内置MCGS组态软件。
一种所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,
初次运行前,首先对太阳能集热器、地板采暖盘管和风机盘管空调器连接的管道内注满防冻介质,并对体统中的第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵进行灌泵,当系统管道内循环介质流量达到运行要求时,启动机组进行调试;
首先通过控制界面设定为手动、制热控制模式,进行所述的风机盘管空调器侧出口介质温度参数设定,调试完成之后通过所述的控制界面将系统设定为手动、制冷控制模式,进行所述的地板采暖盘管侧出口介质温度参数设定并进行调试;
手动调试后通过所述的控制界面将其切换到自动控制模式,分别为制热模式、制冷模式。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,所述的制热模式分别为太阳能直接供热、土壤源热泵供热、太阳能土壤源热泵供热。
所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,所述的制冷模式分别为土壤冷源直接供冷、土壤源热泵供冷。
本发明的有益效果是:
本发明属于综合利用太阳能和地热能的一种形式,土壤热源与太阳能之间具有较好的互补性,可以提高机组蒸发器进口循环介质的温度,提高系统的运行效率,从而降低运行成本。太阳能具有不稳定性和间歇性的缺陷,土壤热源可以弥补单独采用太阳能不能在夜间和阴雨天运行的弊端。埋地换热器可以将春、夏、秋季的太阳能在土壤中进行存储,使土壤温度得到恢复,同时减少埋地换热器的数量,从而降低系统的初投资。
本发明原理创新:将太阳能和浅层地能利用有机结合起来,实现在严寒地区对别墅建筑进行供热、供冷的技术要求,节能效果好,清洁无污染;技术创新:系统能够在寒冷条件下高效运行,克服了单独应用太阳能或土壤源热泵时存在的缺陷;结构创新:系统由地埋管换热器、太阳能集热器、热泵机组、室内能量释放装置四部分构成,机组热泵采用模块化设计和集中控制;应用创新:该系统在冬季可实现太阳能直接供热、土壤源热泵供热、太阳能土壤源热泵供热三种供热模式;在夏季可实现土壤冷源直接供冷、土壤源热泵供冷两种供冷模式,同时能够利用太阳能对土壤进行蓄热。
本发明整个系统具有设备运行故障报警、安全报警等功能,系统可实现无人看守。
本发明造价为280元/m 2 ,施工安装价格为350元/m 2 ,利润空间可达70元/m 2 ,如果年安装量按2万平方米计算,年利润可达140万元,,因此该系统的市场前景还是非常广阔的。
附图说明:
附图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式:
实施例1:
一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其组成包括:地埋管换热器1,所述的地埋管换热器分别连接第一循环泵9、第三板式换热器6、风机盘管空调器5、第二板式换热器3、地板采暖盘管4、第四板式换热器11;所述的第一循环泵分别连接第一板式换热器2、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、所述的地板采暖盘管;所述的第一板式换热器分别连接太阳能集热器7、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、第二循环泵8、所述的地板采暖盘管;所述的太阳能集热器分别连接所述的第二循环泵、所述的第二板式换热器。
实施例2:
根据实施例1所述的第二循环泵连接所述的第二板式换热器;所述的第二板式换热器分别连接第四循环泵10、所述的第四板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的地板采暖盘管;所述的第四板式换热器分别连接所述的第四循环泵、第三循环泵12、流量阀13、所述的地板采暖盘管,所述的风机盘管空调器;所述的第三板式换热器分别连接所述的第三循环泵、所述的流量阀、所述的风机盘管空调器、所述的风机盘管空调器;所述的第四循环泵分别连接所述的地板采暖盘管、所述的风机盘管空调器。
实施例3:
根据实施例1所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的地埋管换热器是高密度PE100管,管径为Φ32mm,埋管方式是U型垂直方式,埋深100米,循环介质采用乙二醇防冻液,钻孔间距5米。
实施例4:
根据实施例1或2所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,所述的太阳能集热器是热管真空管太阳能集热器。
实施例5:
根据实施例1或2或3所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其特征是:所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的控制界面采用触屏控制模式,内置MCGS组态软件。
实施例6:
一种实施例1-5之一所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,
初次运行前,首先对太阳能集热器、地板采暖盘管和风机盘管空调器连接的的管道内注满防冻介质,并对体统中的第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵进行灌泵,当系统管道内循环介质流量达到运行要求时,启动机组进行调试;
首先通过控制界面设定为手动、制热控制模式,进行所述的风机盘管空调器侧出口介质温度参数设定,调试完成之后通过所述的控制界面将系统设定为手动、制冷控制模式,进行所述的地板采暖盘管侧出口介质温度参数设定并进行调试;
手动调试后通过所述的控制界面将其切换到自动控制模式,分别为制热模式、制冷模式。
实施例7:
根据实施例6所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,所述的制热模式分别为太阳能直接供热、土壤源热泵供热、太阳能土壤源热泵供热。
实施例8:
根据实施例6或7所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,所述的制冷模式分别为土壤冷源直接供冷、土壤源热泵供冷。
实施例9:
根据实施例6或7或8所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,在冬季太阳能直接供热运行时,热泵压缩机不启动,只启动太阳能循环泵和热泵机组冷凝器侧水泵,太阳能采集来的热量通过换热器交换给室内供热循环介质为房间供热;土壤源热泵单独供热时,太阳能水泵不启动,热泵蒸发器和冷凝器两侧的循环泵、压缩机全部启动,此时系统压缩机内的制冷工质在蒸发器内与从地埋管换热器内出来的循环介质进行热量交换,然后通过制冷剂循环在冷凝器内将热量交换给室内供热循环介质为房间供热;太阳能土壤源热泵供热时,太阳能水泵启动、热泵蒸发器和冷凝器两侧的循环泵、压缩机全部开启,从地埋管换热器出来的循环介质首先经过换热器与太阳能集热器进行热交换,再进入蒸发器内与制冷剂工质进行热量交换,然后通过制冷剂循环在冷凝器内将热量交换给室内供热循环介质为房间供热。
实施例10:
根据实施例6或7或8或9所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,在夏季土壤冷源直接供冷运行时,热泵压缩机不启动,只启动与室外地埋管换热器相连接的循环泵,从地埋管换热器出来的循环介质直接进入风机盘管空调器,对室内进行供冷循环;土壤源热泵供冷时,热泵蒸发器和冷凝器两侧的循环泵、压缩机全部开启,制冷剂工质在蒸发器吸收室内管路循环介质中的热量,再通过制冷剂循环在冷凝器内将热量交换给地埋管换热器出中的循环介质,然后排放到地下土壤中。在不供暖的季节,太阳能集热器采集来的能量可以通过板式换热器与地埋管中的循环介质进行热交换,然后将热量蓄存在土壤中,可以提高系统冬季供热时的效率。
实施例11:
根据实施例1所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,冬季运行模式:太阳能直接供暖、土壤源热泵独立供暖、太阳能-土壤源耦合热泵联合供暖;三种形式供暖,室内供热温度20~28℃可调控,控制精度±0.5℃。夏季运行模式:土壤冷源直接供冷、土壤源热泵供冷运行模式。两种空调形式,室内空调温度18~25℃可调控,控制精度±0.5℃。
实施例12:
实施例1-5之一或者实施例11所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,可以分为太阳能集热器系统、土壤源换热器系统、热泵机组系统、风机盘管空调系统均设置独立热工测试系统。每个子系统都设置温度、流量、压力等参数的测量采集处理分析计算仪器系统,对以上参数适时检测分析计算。实验装置建立中心控制系统对整个实验装置进行集中控制。中心控制系统是子系统的数据采集分析处理系统的上位机,五个子系统的数据采集分析处理系统可以单独运行也可以与中心控制系统联合运行,系统数据共享。
实验装置中心控制系统功能:整个系统的工艺流程能够在界面上通过组态软件实时动态显示,系统的不同运行工况可以在控制界面上任意切换,系统测试得到的温度、流量等测试数据能够实时显示和存储。
实施例13:
根据实施例12所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,该系统采用模块化设计,系统的控制系统、蒸发循环泵、冷凝循环泵全部集成在热泵机组内部,大大减少了系统的安装面积。系统控制界面采用触屏可视化模式,使系统参数设定和控制模式切换更加简单方便。
该系统结构简单,施工方便,所消耗的能源大部分来源于太阳能和地下浅层土壤热能,因此具有清洁、无污染的优点。在土壤初始平均温度不低于5℃的地区,系统供热时的COP>3.5,节能效果非常显著。该系统适用于寒冷地区对别墅类建筑和居民房屋进行供热和供冷,因此具有很好的推广前景。

Claims (8)

1.一种严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其组成包括:地埋管换热器,其特征是:所述的地埋管换热器分别连接第一循环泵、第三板式换热器、风机盘管空调器、第二板式换热器、地板采暖盘管、第四板式换热器;所述的第一循环泵分别连接第一板式换热器、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、所述的地板采暖盘管;所述的第一板式换热器分别连接太阳能集热器、所述的第三板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的第二板式换热器、第二循环泵、所述的地板采暖盘管;所述的太阳能集热器分别连接所述的第二循环泵、所述的第二板式换热器。
2.根据权利要求1所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其特征是:所述的第二循环泵连接所述的第二板式换热器;所述的第二板式换热器分别连接第四循环泵、所述的第四板式换热器、所述的风机盘管空调器、所述的地板采暖盘管;所述的第四板式换热器分别连接所述的第四循环泵、第三循环泵、流量阀、所述的地板采暖盘管,所述的风机盘管空调器;所述的第三板式换热器分别连接所述的第三循环泵、所述的流量阀、所述的风机盘管空调器、所述的风机盘管空调器;所述的第四循环泵分别连接所述的地板采暖盘管、所述的风机盘管空调器。
3.根据权利要求1所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其特征是:所述的地埋管换热器是高密度PE100管,管径为Φ32mm,埋管方式是U型垂直方式,埋深100米,循环介质采用乙二醇防冻液,钻孔间距5米。
4.根据权利要求1或2或3所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其特征是:所述的太阳能集热器是热管真空管太阳能集热器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统,其特征是:所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的控制界面采用触屏控制模式,内置MCGS组态软件。
6.一种权利要求1-5之一所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,其特征是:
初次运行前,首先对太阳能集热器、地板采暖盘管和风机盘管空调器连接的的管道内注满防冻介质,并对体统中的第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵进行灌泵,当系统管道内循环介质流量达到运行要求时,启动机组进行调试;
首先通过控制界面设定为手动、制热控制模式,进行所述的风机盘管空调器侧出口介质温度参数设定,调试完成之后通过所述的控制界面将系统设定为手动、制冷控制模式,进行所述的地板采暖盘管侧出口介质温度参数设定并进行调试;
手动调试后通过所述的控制界面将其切换到自动控制模式,分别为制热模式、制冷模式。
7.根据权利要求6所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,其特征是:所述的制热模式分别为太阳能直接供热、土壤源热泵供热、太阳能土壤源热泵供热。
8.根据权利要求6所述的严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统的运行方法,其特征是:所述的制冷模式分别为土壤冷源直接供冷、土壤源热泵供冷。
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