CN106352454A - 一种基于地源及空气源的复合空调系统 - Google Patents

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马龙霞
严磊
朱娜
江章宁
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Abstract

本发明公开了一种基于地源及空气源的复合空调系统，其包括地源热泵机组、空气源热泵机组、空调辐射末端，分水器、集水器、保温水箱及新风机组。所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者的入口及出口均分别连接于所述分水器的入口及所述集水器的出口；所述空气源热泵机组以室内排风与室外空气作为冷热源。所述空调辐射末端包括辐射地板及顶棚毛细管，所述辐射地板及所述顶棚毛细管并联。所述分水器设置有四个出口，其四个出口分别连接所述辐射地板的入口、所述顶棚毛细管的入口、所述新风机组及所述保温水箱。所述集水器设置有四个入口，其四个入口分别连接所述保温水箱、所述新风机组、所述辐射地板及所述顶棚毛细管。

Description

一种基于地源及空气源的复合空调系统
技术领域
本发明属于相关领域，更具体地，涉及一种基于地源及空气源的复合空调系统。
背景技术
随着人们生活水平的提高，建筑能耗将伴随着建筑面积的增长而与日俱增，其中暖通空调与生活热水的能耗占建筑能耗的较大部分，缓解环境污染和资源短缺至关重要。地源热泵系统及空气源热泵因具有较高能效比、可再生等特点而得到了广泛应用。
基于地源及空气源的利用，本领域相关人员已经做出了一些研究，如申请号为201420483125.X的专利公开了一种地源热泵土壤补热系统，所述地源热泵土壤补热系统提升了热平衡控制效果。然而，目前双源热泵主要通过增加辅助散热装置或者辅助加热装置，实现维持土壤热平衡的目的；这些辅助装置的增加会引起相应的循环、动力设备的增加，系统比较复杂，且影响运行效率，运行成本较高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于地源及空气源的复合空调系统，其基于地源热泵及空气源热泵的运行特点，针对复合空调系统的部件及部件联接关系进行了设计。所述复合空调系统结合了地源热泵机组、空气源热泵机组及空调辐射末端，所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者为所述空调辐射末端提冷水或者热水，以供所述空调末端对室内的空气进行辐射制冷或者供暖，且可根据室外空气温度变化及当地地热资源来选择合适的运行模式，其中所述空气源热泵机组采用室内排风与室外空气作为冷热源，节能效果较佳，系统简单，能效比较高，成本较低；此外，所述空调系统制冷(供暖)的同时还提供生活热水，功能较全，灵活性较高。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于地源及空气源的复合空调系统，其包括地源热泵机组、空气源热泵机组、空调辐射末端，分水器、集水器、保温水箱及新风机组，以上各组件之间采用管道相连接，且各组件的进出口所在的管路上均设置有开关阀，其特征在于：
所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者的入口及出口均分别连接于所述分水器的入口及所述集水器的出口；所述空气源热泵机组以室内排风与室外空气作为冷热源；
所述空调辐射末端包括辐射地板及顶棚毛细管，所述辐射地板及所述顶棚毛细管并联；
所述分水器设置有四个出口，其四个出口分别连接所述辐射地板的入口、所述顶棚毛细管的入口、所述新风机组及所述保温水箱；
所述集水器设置有四个入口，其四个入口分别连接所述保温水箱、所述新风机组、所述辐射地板及所述顶棚毛细管。
进一步的，所述地源热泵连接有地埋管换热器，所述地埋管换热器为竖直地埋管换热器。
进一步的，所述辐射地板、所述顶棚毛细管及所述新风机组分别通过第一水泵、第二水泵及第三水泵连接于所述集水器。
进一步的，所述第一水泵的出口与所述辐射地板的入口相连通；所述第二水泵的出口与所述顶棚毛细管的入口相连通。
进一步的，所述集水器通过压差旁通阀连接于所述分水器。
进一步的，所述保温水箱内设置有温度计及液位计，所述温度计及所述液位计用于测量所述保温水箱的热水水温及热水容积。
进一步的，所述保温水箱连接有自来水管，所述自来水管用于与来自所述分水器的水相混合以调节所述保温水箱内的热水水温及为所述保温水箱补水。
进一步的，所述复合空调系统还包括设置在所述辐射地板上的温度探头，所述温度探头用于实时监控室内空气露点以相应改变所述空调负荷末端的供水温度来防止结露。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于地源和空气源的复合空调系统，结合了地源热泵机组、空气源热泵机组及空调辐射末端，所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者为所述空调辐射末端提冷水或者热水，以供所述空调末端对室内的空气进行辐射制冷或者供暖，且可根据室外空气温度变化及当地地热资源来选择合适的运行模式，其中所述空气源热泵机组采用室内排风与室外空气作为冷热源，节能效果较佳，系统简单，能效比较高，成本较低；此外，所述空调系统制冷(供暖)的同时还提供生活热水，功能较全，灵活性较高。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的基于地源及空气源的复合空调系统的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-地源热泵机组，2-空气源热泵机组，3-分水器，4-集水器，5-顶棚毛细管，6-辐射地板，7-新风机组，8-保温水箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的基于地源及空气源的复合空调系统，集合了地源热泵机组1、空气源热泵机组2及空调辐射末端，所述地源热泵机组1及所述空气源热泵机组2与所述空调辐射末端连接。所述复合空调系统可根据室外空气温度变化及当地地热资源来选择合适的运行模式，可以解决单一空气源热泵运行的低温气候适应问题、结霜问题及单一地源热泵运行可能产生的土壤热不平衡、成本较高等问题，同时可以与所述空调辐射末端的所需温度相匹配以达到更好的节能效果。此外，所述空气源热泵机组2对室内排风进行冷(热)回收，充分利用了二次能源，节能效果显著。
所述复合空调系统包括所述地源热泵机组1、所述空气源热泵机组2、分水器3、集水器4、所述空调辐射末端、新风机组7及保温水箱8，上述各个组件之间均通过管道相连接，所述管道内填充有水。所述地源热泵机组1与所述空气源热泵机组2并联。所述分水器3的入口连接所述地源热泵机组1的出口及所述空气源热泵机组2的出口。所述集水器4的出口连接所述空气源热泵2的入口及所述地源热泵机组1的入口。
所述空气源热泵机组2的空气侧用于对排气进行冷(热)回收，其出口及入口分别通过第一开关阀及第二开关阀连接于所述分水器3及所述集水器4。冬季，所述空气源热泵机组2利用空气中的低品位能经过压缩机压缩后转化为高温热能，将水温加热到不高于60℃(一般的水温在35～50℃)，在夏季制冷时，排气余热100％全回收，实现能源二次利用，免费提供55℃左右的生活热水。所述空气源热泵机组2的空气侧采用排风冷回收将室外空气进行冷却，降低了进入空气的温度，达到节能效果。
所述地源热泵机组1的冷热源侧连接地埋管换热器，其负载侧的出口及入口分别通过第三开关阀及第四开关阀连接于所述第一开关阀与所述分水器3之间的管路及所述第二开关阀与所述集水器4之间的管路，所述地埋管换热器用于与周围土壤进行热交换。本实施方式中，所述地埋管换热器为竖直地埋管换热器。夏季，所述地源热泵机组1能够提供7～12℃的冷水给所述分水器3；冬季，所述地源热泵机组1能够提供40～45℃的热水给所述分水器3。
所述分水器3通过压差旁通阀连接于所述集水器4，其设置有四个出口，且所述分水器3的四个出口分别连接有第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀及第八开关阀。
所述集水器4的出口连接所述空气源热泵2的负载侧的入口及所述地源热泵机组1的负载侧的入口，其设置有四个入口。所述集水器4的四个入口分别设置有第九开关阀、第十开关阀、第十一开关阀及第十二开关阀。
所述空调辐射末端采用辐射作为主要换热方式为房间制冷或者供暖，其包括设置在房间地面的辐射地板6及设置在房间顶板的顶棚毛细管5，所述辐射地板6及所述顶棚毛细管5并联。本实施方式中，所辐射地板6及所述顶棚毛细管5的回水温度夏季时为19℃左右，冬季时为45℃左右。所述辐射地板6的入口及出口处分别设置有第十五开关阀及第十六开关阀，所述第十五开关阀连接于所述第六开关阀。所述第十六开关阀通过第一水泵连接于所述第十一开关阀。所述第一水泵的出口连接于所述第十五开关阀的入口，使来自所述第六开关阀的水与自所述第一水泵出的回水相混合以使进入所述辐射地板6的水的温度为所述辐射地板6所需的温度，进而达到更好的节能效果。
所述顶棚毛细管5的入口及出口处分别设置有第十三开关阀及第十四开关阀，所述第十三开关阀连接于所述第五开关阀。所述第十四开关阀通过第二水泵连接于所述第十二开关阀。所述第二水泵的出口连接于所述第十三开关阀的入口，使来自所述第五开关阀的水与自所述第二水泵出的回水相混合以使进入所述顶棚毛细管5的水的温度为所述顶棚毛细管5所需的温度，进而达到较好的节能效果。本实施方式中，所述辐射地板6及所述顶棚毛细管5的入口处的水温夏季时为16～19℃，冬季时为28～31℃。
所述新风机组7用于承担室内的全部湿负荷及部分冷(热)负荷，其水侧的入口及开口分别设置有第十七开关阀及第十八开关阀，所述第十七开关阀连接于所述第七开关阀。所述第十八开关阀通过第三水泵连接于所述第十开关阀，来自所述分水器3的水经所述新风机组7进行换热后回流到所述集水器4，并经所述集水器4后进入到所述地源热泵机组1或/及所述空气源热泵机组2以再次进行换热。所述新风机组7还设置有送风口，所述送风口用于向所述室内送风，以消除室内湿负荷及部分冷(热)负荷。
所述保温水箱8连接所述第八开关阀及所述第九开关阀，其用于储存热水以供使用者使用。所述保温水箱8的一侧设置有第十九开关阀及第二十一开关阀，另一侧设置有第二十二开关阀及第二十开关阀。所述第十九开关阀连接于所述第八开关阀，所述第二十一开关阀连接自来水管。所述第二十开关阀连接于所述第九开关阀。来自所述分水器3的热水与来自所述自来水管的冷水进行混合来调节所述保温水箱8内的热水水温，为使用者提供生活用水。所述第二十二开关阀用于供使用者取热水。本实施方式中，所述保温水箱8内设置有温度计及液位计，所述温度及液位计分别用于测量所述保温水箱8内的热水水温及热水容积，以提供数据支持来调节所述保温水箱8上的所述第十九开关阀、所述第二十一开关阀及所述第二十开关阀的开启及关闭；所述自来水管还用于为所述保温水箱8进行补水。
所述新风机组7在夏季通过所述地源热泵机组1或/及所述空气源热泵机组2为其提供处理新风所需冷水，所述空调辐射末端及所述新风机组7可明显提高室内空气品质及人体舒适感。所述新风机组7和所述空调辐射末端独立供水，通过所述顶棚毛细管5及所述辐射地板6消除室内显热负荷，通过所述新风机组7消除室内潜热负荷及部分显热负荷，所述复合空调系统运行时既要满足室内温度的稳定和室内舒适要求，又能解决辐射表面结露问题。
本实施方式中，所述辐射地板6表面及室内布置有温度探头，当室内温度与设定值相比较高时，所述新风机组7的新风风量加大，所述辐射地板6的供水水温降低。当所述温度探头检测到外窗开启且室内湿度上升时，新风风量加大，所述辐射地板6的供水水温上升。在实际运行时，可通过实时监控室内空气露点温度而改变所述空调辐射末端的供水温度来防止结露。所述空气源热泵机组2的空气侧对室内排风进行热回收，有效利用排风能量。
夏季工况时，在所述空气源热泵机组2的空气侧，排风首先通过新风-排风热交换器对新风进行预冷，然后排风进入所述空气源热泵机组2的冷凝器进行换热，排风吸收制冷剂热量而温度升高后排入室外大气中；预冷后的新风进入所述新风机组7，经进一步处理后直接送入室内。
冬季工况时，在所述空气源热泵机组2的空气侧，排风首先经过新风-排风热交换器对新风进行预热，然后排风进入所述空气源热泵机组2的蒸发器，制冷剂吸收排风热量后，排风排入室外；预热后的新风进入所述新风机组7，经进一步处理后直接送入室内。
所述复合空调系统夏季和冬季可以分别(部分)采用室内的低温和高温排风与室外空气作为所述空气源热泵机组2的空气侧的冷热源，而不是全部(直接)利用室外空气，如此，夏季可将所述空气源热泵机组2的入口温度降低，冬季可提高所述空气源热泵机组2的入口温度，节能效果较好。
所述地源热泵机组1及所述空气源热泵机组2采用并联方式，所述复合空调系统可以根据室外空气平均温度变化情况控制所述地源热泵机组1及所述空气源热泵机组2的启停，两者可分别单独运行，也可同时运行，夏(冬)季当室外空气平均温度超过某一值时两台机组同时运行可节能又可达到更好的空调效果；低于该值时采用一台机组运行的方式可达到同样的空调效果及节能要求。具体地，所述地源热泵机组1及所述空气源热泵机组2的运行模式主要有以下几种：
冬季
模式一：环境温度相对较高，所述空气源热泵机组2制热性能较好时，可只开启所述空气源热泵机组2进行供暖。
模式二：若所述空气源热泵机组2制热性能良好，但制热量难以满足热负荷时，且所述地埋管换热器的出水温度可满足所述地源热泵机组1的运行要求，所述空气源热泵机组2与所述地源热泵机组1均开启以进行联合供暖。
模式三：环境温度相对较低，所述空气源热泵机组2制热性能较差且容易出现结霜问题时，可只开启所述地源热泵机组1进行供暖。
夏季
模式四：所述地埋管换热器周围土壤温度较低，冷负荷较小时，可只开启所述空气源热泵机组2进行制冷。
模式五：若所述空气源热泵机组2制冷性能良好，但制冷量难以满足冷负荷时，且所述地埋管换热器的出水温度可满足所述地源热泵机组1的运行要求，所述空气源热泵机组2与所述地源热泵机组1均开启进行联合制冷。
模式六：当环境温度较高且该地区冷负荷远大于热负荷时，可只开启所述空气源热泵机组2进行制冷，以维持冬、夏季土壤的热平衡。
本发明提供的基于地源和空气源的复合空调系统，结合了地源热泵机组、空气源热泵机组及空调辐射末端，所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者为所述空调辐射末端提供冷水或者热水，以供所述空调末端对室内的空气进行辐射制冷或者供暖，且可根据室外空气温度变化及当地地热资源来选择合适的运行模式，其中所述空气源热泵机组采用室内排风与室外空气作为冷热源，节能效果较佳，系统简单，能效比较高，成本较低；此外，所述空调系统制冷(供暖)的同时还提供生活热水，功能较全，灵活性较高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于地源及空气源的复合空调系统，包括地源热泵机组、空气源热泵机组、空调辐射末端，分水器、集水器、保温水箱及新风机组，以上各组件之间采用管道相连接，且各组件的进出口所在的管路上均设置有开关阀，其特征在于：
所述地源热泵机组与所述空气源热泵机组并联，两者的入口及出口均分别连接于所述分水器的入口及所述集水器的出口；所述空气源热泵机组以室内排风与室外空气作为冷热源；
所述空调辐射末端包括辐射地板及顶棚毛细管，所述辐射地板及所述顶棚毛细管并联；
所述分水器设置有四个出口，其四个出口分别连接所述辐射地板的入口、所述顶棚毛细管的入口、所述新风机组及所述保温水箱；
所述集水器设置有四个入口，其四个入口分别连接所述保温水箱、所述新风机组、所述辐射地板及所述顶棚毛细管。
2.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述地源热泵连接有地埋管换热器，所述地埋管换热器为竖直地埋管换热器。
3.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述辐射地板、所述顶棚毛细管及所述新风机组分别通过第一水泵、第二水泵及第三水泵连接于所述集水器。
4.如权利要求3所述的基于地源和空气源的复合空调系统，其特征在于：所述第一水泵的出口与所述辐射地板的入口相连通；所述第二水泵的出口与所述顶棚毛细管的入口相连通。
5.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述集水器通过压差旁通阀连接于所述分水器。
6.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述保温水箱内设置有温度计及液位计，所述温度计及所述液位计用于测量所述保温水箱的热水水温及热水容积。
7.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述保温水箱连接有自来水管，所述自来水管用于与来自所述分水器的水相混合以调节所述保温水箱内的热水水温及为所述保温水箱补水。
8.如权利要求1所述的基于地源及空气源的复合空调系统，其特征在于：所述复合空调系统还包括设置在所述辐射地板上的温度探头，所述温度探头用于实时监控室内空气露点以相应改变所述空调负荷末端的供水温度来防止结露。
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