CN202581626U - 混合式地源热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合式地源热泵系统，包括空调系统内环路、地埋管环路及冷却塔环路，所述地埋管环路主要由地源热泵机组、分水器、集水器及连接管路构成，其特征在于：所述冷却塔环路中的出水管路及所述集水器进水管路上分别设有一温度探头，所述分水器进水管路及冷却塔环路的出水管路上分别设有热量表，所述温度探头及热量表的输出端与所述主控制器连接。本实用新型由温度探头及热量表采集相应管路内温度及热量数据，并发送至主控制内，由主控制器根据预定值控制阀门，逐年调整冷却塔与地埋管联合运行的时间，保证系统最大程度上实现热平衡目标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种地源热泵系统，具体涉及一种混合式地源热泵系统，由地源热泵与冷却塔联合使用作为冷热源的系统。
背景技术
地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
混合式地源热泵是一种将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，采用混合系统是由当地的气候特征所决定的：在我国的南方地区，夏季冷负荷明显大于冬季热负荷，如上海，一般夏季冷负荷为冬季热负荷2倍左右，因此存在以下两个问题：①地下埋管换热器夏季排向埋管附近土壤排出的热量远大于冬季从土壤中吸取的热量，使冬季和夏季的土壤负荷产生不平衡，系统长期运行将使埋管周围土壤温度升高，夏季埋管内流动介质与周围土壤温差降低，换热能力减弱，影响系统能效比和运行特性；②为满足建筑供冷需要就要增加地下埋管长度以增大换热量，从而在冬季使用时埋管长度远远大于实际建筑室内负荷要求的埋管长度。这样，不但造成资源的浪费，无疑也大大增加了初投资，同时使埋管场地需求增大，严重削弱了地源热泵系统的优越性。综合上述单独使用地源热泵的不足，整个系统需加入冷却塔部分，从而以混合式系统来实现夏季与冬季负荷的平衡问题，即利用冷却塔提高夏季的散热能力，分担地埋管散热的负担，如此便可以冬季取暖量的要求设置地埋管长度，减少初投资成本。
目前，混合式地源热泵系统的控制流程图如图1所示，工作运行分为3种情况：
(1)夏季地源侧供冷工况：夏季常规工况，向土壤排热，阀门切换见表1；
(2)夏季冷却塔11侧供冷工况：当设置在土壤中的温度探头探测到土壤温度探头高于某一设定值，如30℃时，切换到此种工况，系统通过冷却塔11向空气排热，阀门切换见表2；
(3)冬季供热工况：冬季始终在此种工况下运行，阀门切换见表1。
表1冬夏两季阀门切换表：
表2夏季开启冷却塔11阀门切换表：
该混合式地源热泵工作控制方式在实际应用中存在以下问题：
(1)夏季转换工况的临界土壤温度值难以确定；
(2)优先运行地埋管，节能性较差：在过渡季节，当室外气候条件较为适宜时，冷却塔11出水温度经常低于地埋管系统出水温度，地源侧排热时综合能效低于冷却塔11排热的综合能效；
(3)优先运行冷却塔11，容易造成土壤冷量积聚，引起热不平衡效应。
发明内容
本实用新型目的是提供一种混合式地源热泵系统，通过对系统结构的改进，优化系统散热装置之间的转换时机，保证系统最大程度上的热平衡，降低整个系统全年的运行能耗。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种混合式地源热泵系统，包括空调系统内环路、地埋管环路及冷却塔环路，所述地埋管环路主要由地源热泵机组、分水器、集水器及连接管路构成，所述冷却塔环路经阀门并接于所述地源热泵机组的冷凝器侧，所述空调系统内环路经阀门分别并接于所述地源热泵机组的两端，每一所述阀门的控制端与主控制器连接，所述冷却塔环路中的出水管路及所述集水器进水管路上分别设有一温度探头，所述分水器进水管路及冷却塔环路的出水管路上分别设有热量表，所述温度探头及热量表的输出端与所述主控制器连接。
上述技术方案中，所述空调系统内环路为室内用户端，所述地埋管环路为热能传递系统，所述冷却塔环路为由冷却塔、连接管路及管路上的水泵、阀门构成的散热补充部分，三部分通过设置于管路上的阀门控制通断，从而适应季节环境温度及空调系统负荷的变化，该连接方式可采用现有技术。本实用新型在冷却塔出水管上设置温度探头及热量表，集水器进水管路上设置温度探头，分水器进水管路上设置热量表，分别检测水温及热量，将数据发送至主控制器内，在主控制器内预设有控制程序，当冷却塔出水温度达到某一数值时(初次使用时为预设值30℃左右，之后则以上一年度的实际运行数据为基础数值)，主控制器相应打开阀门，进入冷却塔环路与地埋管环路联合散热的工作方式，当室外气温升高、空调负荷增大，导致冷却塔出水温度高于地埋侧集水器水温一定值时，表明地埋管环路可独立运行，主控制器关闭冷却塔环路，能量表记录整个供冷季地埋管侧及冷却塔排热量数据，以备下一年度参考使用。如此，根据第一年的实际运行数据，分析系统的排热取热特性，据此以实现地埋管系统热平衡为目标，对供冷季节的室外气候条件作出划分，设定两种临界状态值，将整个气候坐标轴分成三个区间：冷却塔运行区间、联合运行区间、地埋管运行区间；根据划定的气候区间调整第二年的运行策略，并采集第二年的运行数据；依此类推，逐年分析调整联合运行策略，以达到长年运行热平衡目的。
上述技术方案中，所述热量表上设有远程传输接口以及热量数字显示器。远程传输方式可以是无线、超声波等，也可以是有线的，运用串行数据接口(如RS485)经数据线向外连接，将采集热量数据发送至主控制器内，以备全年分析使用。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：
1、本实用新型通过在集水器进水管路和冷却塔出水管上设置温度探头，测得管路内水温信息，发送至主控制器，同时在分水器进水管和冷却塔出水管上设置热能表，采集供冷季地埋管侧及冷却塔排热量并记录运行数据，为全年作数据分析提供依据，逐年调整冷却塔与地埋管联合运行的时间，保证系统最大程度上实现热平衡目标；
2、通过合理的调整混合式运行区间，使地源热泵的优越性发挥极致，真正达到节能环保的目的；
3、设置带有数字显示及远程传输接口的热量表，将采集到的在线数据发送至远程的主控制器内，以备全年数据分析使用。
附图说明
图1是现有技术中的管路连接示意图；
图2是本实用新型实施例一的管路连接示意图。
其中：1、地埋管环路；2、冷凝器；3、蒸发器；4、分水器；5、集水器；6、冷却塔；7、温度探头；8、热量表9、温度探头；10、热量表；11、冷却塔。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例一：参见附图2所示，一种混合式地源热泵系统，包括空调系统内环路、地埋管环路1及冷却塔环路，所述地埋管环路1主要由地源热泵机组、分水器4、集水器5及连接管路构成，地源热泵机组由冷凝器2、蒸发器3、压缩机、膨胀阀四部分组成，所述冷却塔6环路经阀门并接于所述地源热泵机组的冷凝器2侧，所述空调系统内环路经阀门分别并接于所述地源热泵机组的两端，每一所述阀门的控制端与主控制器连接，所述冷却塔6环路中的出水管路设有一温度探头7，所述集水器5进水管路上设有一温度探头9，所述分水器4进水管路上设有带数值显示及远传功能的热量表10，所述冷却塔6环路的出水管路上设有带数值显示及远传功能的热量表8，所述温度探头7和温度探头9及热量表10和热量表8的输出端与所述主控制器连接。
本实施例中，如图2所示，在空调系统内环路、冷却塔环路与地埋管环路1接入管路上分别设置阀门V1～V11，每一控制阀门的控制端与所述主控制器连接，地埋管单独供热和供冷时，对各个阀门的切换控制见表1，对混合控制见表3，其具体的控制方式为：
(1)在系统初始运行第一个供冷季节时，优先开启冷却塔6排热。当冷却塔6出水温度高于30℃时，冷却塔6与地埋管联合运行，阀门切换见表3。联合运行一段时间后，地埋管系统明显优于冷却塔6，即集水器5侧水温低于冷却塔6处出水温度2℃以上时，关闭冷却塔6，地埋管独立运行。利用数值能量表8和10采集整个供冷季地埋管侧及冷却塔6排热量并记录运行数据；
(2)采集第一个供热季地埋管侧取热量并记录运行数据；
(3)根据第一年的实际运行数据，分析系统的排热取热特性，据此以实现地埋管系统热平衡为目标，对供冷季节的室外气候条件作出划分，设定两种临界状态值，将整个气候坐标轴分成三个区间：冷却塔6运行区间、联合运行区间、地埋管运行区间；
(4)根据划定的气候区间调整第二年的运行策略，并采集第二年的运行数据；
(5)依此类推，逐年分析调整联合运行策略，以达到长年运行热平衡目的。
表1冬夏两季阀门切换表：
表3夏季冷却塔6、地埋管联合运行阀门切换表：
Claims (2)
1.一种混合式地源热泵系统，包括空调系统内环路、地埋管环路及冷却塔环路，所述地埋管环路主要由地源热泵机组、分水器、集水器及连接管路构成，所述冷却塔环路经阀门并接于所述地源热泵机组的冷凝器侧，所述空调系统内环路经阀门分别并接于所述地源热泵机组的两端，每一所述阀门的控制端与主控制器连接，其特征在于：所述冷却塔环路中的出水管路及所述集水器进水管路上分别设有一温度探头，所述分水器进水管路及冷却塔环路的出水管路上分别设有热量表，所述温度探头及热量表的输出端与所述主控制器连接。
2.根据权利要求1所述的混合式地源热泵系统，其特征在于：所述热量表上设有远程传输接口以及热量数字显示器。
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| CN 201220134038 CN202581626U (zh) | 2012-04-01 | 2012-04-01 | 混合式地源热泵系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103836777A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-04 | 庄春龙 | 混合式地源热泵用管路控制结构 |
| CN104566598B (zh) * | 2015-01-15 | 2017-05-24 | 山东富特能源管理股份有限公司 | 土壤源热泵供暖地板采暖复合系统 |
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2012
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| CN103836777B (zh) * | 2014-03-28 | 2016-02-17 | 庄春龙 | 混合式地源热泵用管路控制结构 |
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