CN105371402A - 热泵式地蓄能空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热泵式地蓄能空调系统，包括热泵机组，空调换热末端，冷媒，冷媒循环系统，其特征在于：还包括地蓄能区，所述地蓄能区由蓄能体和敷设在蓄能体内的冷媒管道构成，蓄能体为大地深层土壤、岩石、土建桩基或封闭的含水层，还包括敷设在地表浅表的土壤能量采集器，所述土壤能量采集器为塑料毛细管网换热器用于收集土壤的热量或是冷量。不仅可以解决常规空调系统能耗高的问题，还可以解决目前地源热泵空调使用条件较为严格，适用范围小的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种空调系统。特别是利用土壤作为蓄热体对建筑进行制冷或是供暖的空调系统。
背景技术
常规空调系统通常采用煤、石油或天然气之类化石能源作为空调制冷的冷热源唯一的直接或是间接来源，这些化石能源的消耗导致环境破坏，加重环境压力。
为了解决上述问题，降低化石能源的消耗，工程师们通过研究，利用地下15-150米的岩土空间通常为10-18℃的恒温带的特点，加上岩土通常具有合适热容性和导热率，对其加以利用构建了地源热泵空调系统。约20多年前，我国从国外引进了地源热泵系统，但是在实践的过程中发现存在局限性，主要是要求地质的传热性要好，最理想的是地下径流丰富，建筑物冬夏季负荷平衡。如果不能满足上述条件，将大大影响地源热泵空调系统的效率。特别是假如冬夏季负荷差距较大的话，则可能造成土壤墒情严重变化从而造成其它问题。
发明内容
本发明提供了一种全新的热泵式地蓄热空调系统，其可以最大程度地利用土壤恒温带作为空调系统的冷热源，从而解决了地源热泵适用范围存在较大局限和常规空调能耗较高的问题。
本发明为一种热泵式地蓄能空调系统，包括热泵机组，空调换热末端，冷媒，冷媒循环系统，其特征在于：还包括地蓄能区，所述地蓄能区由蓄能体和敷设在蓄能体内的冷媒管道构成，蓄能体为大地深层土壤、岩石、土建桩基或封闭的含水层，还包括敷设在地表浅表的土壤能量采集器，所述土壤能量采集器为塑料毛细管网换热器用于收集土壤的热量或是冷量。所述地蓄能区分为蓄冷区和蓄热区，其中冬季可以把地表面的自然冷量通过循环介质输送到蓄冷区储存，蓄冷区核心温度可以接近0℃，从而用于夏季制冷。而在炎热的夏季，将太阳能通过冷媒循环介质输送到蓄热区，蓄热区核心温度可以达到45℃左右，并将这个能量用于冬季供暖。
由于塑料毛细管网换热器作为空调换热末端具有高效换热性能，因此可以很长时间采用免热泵机组运行模式实现供暖或是制冷需求，在建筑负荷很小的情况下，例如被动式建筑可以实现整个供暖季免主机运行。
而由于在0-20℃这个温度区间内，塑料毛细管网都可以高效换热，制冷系统可以完全采用免热泵运行模式。由于经过了蓄热区后的冷媒温度得到调节，因此无论是供暖还是制冷，即使需要热泵机组运行，也可以提高热泵机组的运行效率，从而降低机组的运行费用。
通过采用本发明的技术方案可以充分利用自然冷热源，由于自然冷热源具有再生性无污染，可以大幅降低空调或是供暖能耗实现节能目的。
附图说明
图1是本发明第一实施例的示意图。
图2是本发明第二实施例的示意图。
图3是直接采集土壤中的热量不经过蓄热区且免热泵机组运行时的供热系统图。
图4是经过蓄热区并且热泵机组运行的供热系统图。
图5是仅由蓄冷区免热泵机组运行的制冷系统图。
图6是热泵机组运行时且经过蓄冷区进一步调节工况的制冷系统图。
附图标记说明
1设置在地表浅表的土壤能量采集器，2蓄能区，3设置在封闭含水层的蓄热区，4空调换热末端，5热泵机组，6蓄能区，7冷媒管道，8空调换热末端，9热泵机组，10土壤能量采集器，11蓄能区，12热泵机组
具体实施方式
图1是热泵式地蓄热空调系统的第一实施例，其包括设置在地表浅表的土壤能量采集器1或设置在封闭含水层的蓄能区3，其中土壤能量采集器1为塑料毛细管网换热器。在土建施工时，利用垂直埋管方式设置蓄能区2，垂直埋管后回填区域与周围深处的岩土土壤构成蓄能体。将所述蓄能区2、3根据设计需求分割成不同的区域，分别用于蓄热和蓄冷，用于蓄热的称为蓄热区，蓄冷的称为蓄冷区。在建筑内设置热泵式机组5，热泵式机组5通过冷媒循环系统分别与空调换热末端4，土壤能量采集器1、3以及蓄能区2连接。通过土壤能量采集器1在冬季时可以把地表面的自然冷量通过冷媒循环系统输送到蓄冷区储存，蓄冷区核心温度可以接近0℃，从而用于夏季制冷。而在炎热的夏季，则将太阳能通过冷媒循环系统输送到蓄热区，蓄热区核心温度可以达到45℃左右，并将这个能量用于冬季供暖。在过渡季节还可以根据情况通过土壤能量采集器1或3向空调换热末端4提供冷热源。
图2是本发明的第二实施例，其包括设置在地表浅表的土壤能量采集器1(图未示)或设置在封闭含水层的蓄能区3(图未示)，其中土壤能量采集器1均为塑料毛细管网换热器。在土建施工时，利用桩基建设方式设置蓄能区6，桩基构成蓄能体。将所述蓄能区6根据设计需求分割成不同的区域，分别用于蓄热和蓄冷，用于蓄热的称为蓄热区，蓄冷的称为蓄冷区。在建筑内设置热泵式机组9，热泵式机组9通过冷媒循环系统分别与空调换热末端8，土壤能量采集器1、3以及蓄能区6连接。工作方式同实施例一。
如图3所示，在负荷条件和自然条件合适的季节，直接将从土壤能量采集器10采集的热量通过冷媒循环系统直接输送到空调末端换热器。这样由于不运行热泵机组，因此可以大幅减少空调能耗，从而实现绿色建筑的目的。
如图4所示，当从土壤能量采集器10中采集的热量条件不足以满足供暖需求时，则运行热泵机组，将热泵机组制热时产生的热量送往空调末端换热器。而从土壤能量采集器10中采集的热量通过蓄热区11升温后送往热泵机组12，为热泵机组12的运行提供良好保障，满足热泵机组12高效运行的工况需求，也可达到减少空调能耗效果。
如图5所示，当从土壤能量采集器10中采集的冷量条件不足以满足制冷工况但通过蓄冷区11调节后的冷媒足以满足制冷需求时，也可以采用从土壤采集器10中采集冷量，然后通过蓄冷区11升温后送往空调末端换热器用于调节室内温度，而无需运行热泵机组12。虽然附图未给出，但是本领域技术人员根据制冷实际运行的启示，当从土壤能量采集器中采集的热量条件不足以满足供暖需求但通过蓄热区加热后的冷媒足以满足供暖需求时，也可以采用从土壤采集器10中采集热量，然后通过蓄热区11升温后送往空调末端换热器用于调节室内温度，而无需运行热泵机组12。由于不运行热泵机组，因此可以大幅减少空调能耗。
如图6所示，当蓄冷区11温度足够低时，还可以采用利用蓄冷区11来调节空调末端系统的工况，具体的是通过热泵机组将从土壤能量采集器10获得的冷量进一步冷却到相对高温的冷媒温度，冷媒经过蓄冷区11进一步冷却后，由于温度降低，可以提高末端换热器的换热效率，从而实现在相同制冷量下输送较少的冷媒，这样不仅有利于减少冷媒循环系统的投资还由于提高了热泵机组的运行效率，从而减少运行费用。类似的方式也可以在供热时采用。
Claims (3)
1.一种热泵式地蓄能空调系统，包括热泵机组，空调换热末端，冷媒，冷媒循环系统，其特征在于：还包括地蓄能区，所述地蓄能区由蓄能体和敷设在蓄能体内的冷媒管道构成，蓄能体为大地深层土壤、岩石、土建桩基或封闭的含水层，还包括敷设在地表浅表的土壤能量采集器，所述土壤能量采集器为塑料毛细管网换热器用于收集土壤的热量或是冷量。
2.一种如权利要求1所述的地蓄能空调系统，其特征在于：所述地蓄能区分为蓄冷区和蓄热区，其中蓄冷区冬季吸收自然冷量用于夏季制冷，蓄热区夏天吸收自然热量用于冬季供暖。
3.一种如权利要求1或2所述的地蓄能空调系统，其特征在于：所述空调换热末端为塑料毛细管网换热器。
Priority Applications (1)
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Family
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105865085A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-08-17 | 天津城建大学 | 耦合咸水层强制对流井式土壤源热泵系统及运行方法 |
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2014
- 2014-08-26 CN CN201410428216.8A patent/CN105371402A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN105865085B (zh) * | 2016-03-28 | 2018-03-02 | 天津城建大学 | 耦合咸水层强制对流井式土壤源热泵系统及运行方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160302 |