CN112555961A - 一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，在气温较低时，泵机将地下水源抽至蒸发水箱中，蒸发水箱中的蒸发器内部工质受热蒸发后经压缩机压缩形成高温高压的工质，工质经冷凝器与换热箱中的气体换热，加热后的气体经中央空调送入室内供暖，在气温较高时，将压缩机与膨胀阀互换位置，使地源热泵中工质的流向依次为冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀，水泵将地下水源抽至蒸发箱中，此时在换热箱中与换热箱内的气体交换热量后的工质经压缩机压缩形成高温高压的气体，同时换热箱内的空气温度降低，将低温气体经中央空调送至室内以达到降温目的。

Description

一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法
技术领域
本发明涉及地源热泵领域，尤其涉及一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法。
背景技术
地源热泵系统属于可再生能源利用技术，主要利用储存于地表浅层的低品质热能，消耗部分高品质电能利用热泵技术为用户提供冷热源的应用系统，具有高效节能、低运行成本和良好的社会环保效益等优点。地源热泵应用基本不受地质、地理条件及政策限制，具有良好的应用前景，近年来在我国发展迅速，应用范围非常广泛，不论建筑类还是工农业生产等都有广泛应用。
可是在实际应用中由于用户的应用模式、需求不同给地埋管换热系统造成了地下土壤温度的冷热不均衡，对系统的长期运行安全和效果带来巨大隐患，且使用时间越长越明显：单热型应用时，地埋管换热系统从土壤中累积提取的热量大于大地自身恢复的热量，地温越来越低易形成“冷岛效应”造成地埋管换热系统供水温度越来越低；单冷型应用时，地埋管换热系统向土壤中排放的热量大于大地自身散发的热量，地温越来越高易形成“热岛效应”造成地埋管换热系统供水温度越来越高；冷热型应用时，地源热泵从土壤中提取的热量和向土壤中排放的热量不平衡，当从土壤中提取的热量大于向土壤中排放的热量时，易形成“冷岛效应”，反之则易形成“热岛效应”
专利号为CN106839199B公开了一种解决地源热泵地埋管换热系统热不平衡的换热系统。包括地源热泵地埋管换热系统，换热装置，室外环境监测和控制系统；所述控制系统包括PLC、中文触摸显示屏及外部设备；所述外部设备包括所述换热设备水温度传感器及地埋管换热系统回水温度传感器、室外环境温度传感器、湿度传感器、热计量设备、电动执行机构。本发明根据地埋管换热系统使用中形成的热不平衡问题通过本方法直接、有效的解决地源热泵地埋管换热系统本身的热平衡问题。
但是由于地下取热、地下供热需要两套执行设备，使用成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，包括如下步骤：
S1.地源热泵设计，将地源热泵的压缩机、膨胀阀设置为分别与蒸发器、冷凝器采用可拆卸的连接方式，同时在地源热泵的地埋管的抽水管道、回流道中分别连接流量计、温度传感器；
S2.将地埋管通过泵机连接蒸发水箱，蒸发水箱中固定蒸发器，蒸发器与压缩机连接，压缩机与换热箱中的冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器连接；
S3.在气温较低时，泵机将地下水源抽至蒸发水箱中，蒸发水箱中的蒸发器内部工质受热蒸发后经压缩机压缩形成高温高压的工质，工质经冷凝器与换热箱中的气体换热，加热后的气体经中央空调送入室内供暖，同时地埋管端部连接的流量计、温度传感器能够实时测量抽上来的水量、温度以及回流后的水量、温度，通过控制系统记录地下水热量的损失量；
S4.在气温较高时，将压缩机与膨胀阀互换位置，使地源热泵中工质的流向依次为冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀，水泵将地下水源抽至蒸发箱中，此时在换热箱中与换热箱内的气体交换热量后的工质经压缩机压缩形成高温高压的气体，同时换热箱内的空气温度降低，通过中央空调送入室内降低室温，高耐高温高压的工质在蒸发器中与蒸发水箱中的水进行热量交换，从而能够加热地下水，加热后的地下水携带热量回流到地底，以补充供热时热量的损失量，热量的补充量应当根据控制系统记录的热量的损失量适当补充，以保证地源侧热平衡。
优选的，所述控制系统的热量计算公式为:Q＝CM(t2-t1)，其中C为地下水的比热容，M为地下水的质量，t1、t2分别为地下水的起始温度、回流温度。
优选的，所述蒸发水箱中蒸发器采用螺旋管结构，蒸发器外侧套接用于输送地下水的流道，流道外侧与蒸发水箱之间抽真空，且蒸发水箱材料保温材料制造。
优选的，流量计用于测量流经蒸发水箱的累计流量，温度传感器用于实时测量进入蒸发水箱的水流温度及排出蒸发水箱的水流温度。
优选的，换热箱内部的冷凝器采用螺旋结构，冷凝器中工质的流出端口与换热箱中气流的流进端口设置于同一侧，使气流先与冷凝器中的已部分冷凝的工质接触，将工质的热量充分汲取出，提高热利用率；
优选的，针对于冬天时长长达六个月的东北地区，采用太阳能补充热量的方式，将水泵连接的供水管经太阳能热水器加热后回流到地下以补充地层热量的损失量。
本发明的有益效果是：
1、采用集热、供热双向导热的方式，使地源热泵中央空调能够在利用地源热能后，经人为地向地层内供热，以维持地源侧长期保持热平衡状态；
2、向地源侧供热的方式采用同一设备进行，仅需将压缩机、膨胀阀交换位置，使膨胀阀喷出的工质沿集热流向相反的方向流动，从而使蒸发水箱起到冷凝箱的作用，使地下水在蒸发水箱中加热并携带热量回流到地层中；
3、集热、供热方式均采用连接流量计、温度传感器的控制系统控制，集热量、供热量均可通过控制系统计算得到，以保证集热量、供热量相避免产生“冷岛效应”、“热岛效应”；
4、采用太阳能与地埋管连接的方式，针对夏天时长较短的地区，在冬天需热量较大，而自然回温及热泵由空气中吸收热量不足以补充地层损失的热量时，利用太阳能辅助回温。
附图说明
图1为本发明由地源侧集热的流程图；
图2为本发明向地源侧供热的流程图；
图3为本发明实施例2中向地源侧供热的流程图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图描述本发明的具体实施例。
实施例1
如图1-2所示，一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，包括如下步骤：
S1.地源热泵设计，将地源热泵的压缩机、膨胀阀设置为分别与蒸发器、冷凝器采用可拆卸的连接方式，同时在地源热泵的地埋管的抽水管道、回流道中分别连接流量计、温度传感器；
S2.将地埋管通过泵机连接蒸发水箱，蒸发水箱中固定蒸发器，蒸发器与压缩机连接，压缩机与换热箱中的冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器连接；
S3.在气温较低时，泵机将地下水源抽至蒸发水箱中，蒸发水箱中的蒸发器内部工质受热蒸发后经压缩机压缩形成高温高压的工质，工质经冷凝器与换热箱中的气体换热，加热后的气体经中央空调送入室内供暖，同时地埋管端部连接的流量计、温度传感器能够实时测量抽上来的水量、温度以及回流后的水量、温度，通过控制系统记录地下水热量的损失量；
S4.在气温较高时，将压缩机与膨胀阀互换位置，使地源热泵中工质的流向依次为冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀，水泵将地下水源抽至蒸发箱中，此时在换热箱中与换热箱内的气体交换热量后的工质经压缩机压缩形成高温高压的气体，同时换热箱内的空气温度降低，通过中央空调送入室内降低室温，高耐高温高压的工质在蒸发器中与蒸发水箱中的水进行热量交换，从而能够加热地下水，加热后的地下水携带热量回流到地底，以补充供热时热量的损失量，热量的补充量应当根据控制系统记录的热量的损失量适当补充，以保证地源侧热平衡。
实施例2
如图1-3所示，一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.地源热泵设计，将地源热泵的压缩机、膨胀阀设置为分别与蒸发器、冷凝器采用可拆卸的连接方式，同时在地源热泵的地埋管的抽水管道、回流道中分别连接流量计、温度传感器；
S2.将地埋管通过泵机连接蒸发水箱，蒸发水箱中固定蒸发器，蒸发器与压缩机连接，压缩机与换热箱中的冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器连接；
S3.在气温较低时，泵机将地下水源抽至蒸发水箱中，蒸发水箱中的蒸发器内部工质受热蒸发后经压缩机压缩形成高温高压的工质，工质经冷凝器与换热箱中的气体换热，加热后的气体经中央空调送入室内供暖，同时地埋管端部连接的流量计、温度传感器能够实时测量抽上来的水量、温度以及回流后的水量、温度，通过控制系统记录地下水热量的损失量；
S4.在气温较高时，将压缩机与膨胀阀互换位置，使地源热泵中工质的流向依次为冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀，水泵将地下水源抽至蒸发箱中，此时在换热箱中与换热箱内的气体交换热量后的工质经压缩机压缩形成高温高压的气体，同时换热箱内的空气温度降低，通过中央空调送入室内降低室温，高耐高温高压的工质在蒸发器中与蒸发水箱中的水进行热量交换，从而能够加热地下水，加热后的地下水携带热量回流到地底，以补充供热时热量的损失量，热量的补充量应当根据控制系统记录的热量的损失量适当补充，以保证地源侧热平衡。
针对于冬天时长长达六个月的东北地区，采用太阳能补充热量的方式，将水泵连接的供水管经太阳能热水器加热后回流到地下以补充地层热量的损失量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.地源热泵设计，将地源热泵的压缩机、膨胀阀设置为分别与蒸发器、冷凝器采用可拆卸的连接方式，同时在地源热泵的地埋管的抽水管道、回流道中分别连接流量计、温度传感器；
S2.将地埋管通过泵机连接蒸发水箱，蒸发水箱中固定蒸发器，蒸发器与压缩机连接，压缩机与换热箱中的冷凝器连接，冷凝器与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器连接；
S3.在气温较低时，泵机将地下水源抽至蒸发水箱中，蒸发水箱中的蒸发器内部工质受热蒸发后经压缩机压缩形成高温高压的工质，工质经冷凝器与换热箱中的气体换热，加热后的气体经中央空调送入室内供暖，同时地埋管端部连接的流量计、温度传感器能够实时测量抽上来的水量、温度以及回流后的水量、温度，通过控制系统记录地下水热量的损失量；
S4.在气温较高时，将压缩机与膨胀阀互换位置，使地源热泵中工质的流向依次为冷凝器、压缩机、蒸发器、膨胀阀，水泵将地下水源抽至蒸发箱中，此时在换热箱中与换热箱内的气体交换热量后的工质经压缩机压缩形成高温高压的气体，同时换热箱内的空气温度降低，通过中央空调送入室内降低室温，高耐高温高压的工质在蒸发器中与蒸发水箱中的水进行热量交换，从而能够加热地下水，加热后的地下水携带热量回流到地底，以补充供热时热量的损失量，热量的补充量应当根据控制系统记录的热量的损失量适当补充，以保证地源侧热平衡。
2.根据权利要求1所述的一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：所述控制系统的热量计算公式为:Q＝CM(t2-t1)，其中C为地下水的比热容，M为地下水的质量，t1、t2分别为地下水的起始温度、回流温度。
3.根据权利要求1所述的一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：所述蒸发水箱中蒸发器采用螺旋管结构，蒸发器外侧套接用于输送地下水的流道，流道外侧与蒸发水箱之间抽真空，且蒸发水箱材料保温材料制造。
4.根据权利要求1所述的一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：流量计用于测量流经蒸发水箱的累计流量，温度传感器用于实时测量进入蒸发水箱的水流温度及排出蒸发水箱的水流温度。
5.根据权利要求1所述的一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：换热箱内部的冷凝器采用螺旋结构，冷凝器中工质的流出端口与换热箱中气流的流进端口设置于同一侧，使气流先与冷凝器中的已部分冷凝的工质接触，将工质的热量充分汲取出，提高热利用率。
6.根据权利要求1所述的一种保持地源热泵中央空调系统地源侧长期热平衡的方法，其特征在于：针对于冬天时长长达六个月的东北地区，采用太阳能补充热量的方式，将水泵连接的供水管经太阳能热水器加热后回流到地下以补充地层热量的损失量。
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