CN208025889U - 基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统 - Google Patents

基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，包括热泵机组、地埋管换热系统及强制对流系统，其地埋管换热系统包括有热泵机组、第一地埋管换热器井群、第二地埋管换热器井群，所述热泵机组与第一地埋管换热器井群、第二地埋管换热器井群并联、串联连接。本实用新型还涉及一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统的运行方法，将地埋管换热系统分为地埋管换热系统A区和地埋管换热系统B区；该系统包括以下运行模式：并联交替运行模式及串联运行模式。本实用新型根据建筑在制冷季或供暖季的负荷需求，对系统采用并联交替运行模式或串联运行模式，在满足建筑负荷、降低能耗的同时，有效的克服“土壤冷热堆积”的问题。

Description

基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统
技术领域
本实用新型涉及土壤源热泵系统，特别是一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统。
背景技术
中国是人口众多、资源相对不足的发展中国家，在全面建设惠及13亿人口的小康社会进程中，能源是事关中国经济社会发展的一个重要问题。要实现经济社会的可持续发展，必须走节约资源的道路。中国能源战略的基本内容是：坚持节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、加强国际互利合作，努力构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展。
土壤源热泵因其具有稳定性好、可靠性高、高效节能、环境效益好等优点，符合我国能源发展的相关政策，在我国的建筑能源领域有着光明的发展及应用前景。然而，随着土壤源热泵系统的不断应用，土壤“冷热堆积”问题日益凸显。该问题会导致土壤温度逐渐偏离其作为理想冷、热源时的原始温度，并呈逐年累积的趋势，从而导致系统运行效率降低甚至恶化，使系统失效，从而失去土壤源热泵系统所具有的节能优势。
随着土壤源热泵系统的应用，土壤“冷热堆积”问题以及埋管间“热短路”、“热干扰”问题已逐渐引起业内相关人士的重视，针对这些问题，业内相关人士相继提出了一些调控土壤热平衡的措施。
本实用新型根据土壤源热泵系统现存的问题，通过改变系统的布置形式与连接方式，提出了基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统及一种新的运行模式。经检索已经公开的中国专利文献，尚无该方向的相关专利文件。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，采用对地源热泵换热系统进行分区，根据建筑在制冷季或供热季的不同负荷需求，采用不同的运行模式，以提升系统的运行效率。
本实用新型的目的还在于提供一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统的运行方法。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，包括热泵机组、地埋管换热系统及强制对流系统，其特征在于：所述地埋管换热系统包括有热泵机组(14)、第一地埋管换热器井群(18)、第二地埋管换热器井群(19)，所述热泵机组(14)与第一地埋管换热器井群(18)、第二地埋管换热器井群(19)有并联、串联连接；
并联形式包括有热泵机组(14)通过第八电磁阀(8)后分为a、b两路，a路通过第四电磁阀(4)，第四水温探测头(23)与第二地埋管换热器井群(19)相连；b路通过第三电磁阀(3)、第二水温探测头(21)与第一地埋管换热器井群(18)相连；a路通过第三水温探测头(22)、第二循环水泵(13)、第二电磁阀(2)与通过第一水温探测头(20)、第一循环水泵(12)、第一电磁阀(1)的b路汇合后，通过第七电磁阀(7)与热泵机组(14)相连接；
串联形式包括有热泵机组(14)通过第八电磁阀(8)、第四电磁阀(4)及第四水温探测头(23)与第二地埋管换热器井群(19)；第二地埋管换热器井群(18)通过第一止回阀(28)、第九电磁阀(27)及第二止回阀(30)、第十电磁阀(29)与第一地埋管换热器井群(18)串联；第一地埋管换热器井群(18)通过第一水温探测头(20)、第一循环水泵(12)、第一电磁阀(1)及第七电磁阀(7)与热泵机组相连接；
强制对流系统包括有抽水井群(15)，抽水井群(15)通过变频潜水泵(7)分为两路，一路通过第六电磁阀(6)、第二回灌井群加压泵(11)连接到第二回灌井群(17)；另一路通过第五电磁阀(5)、第一回灌井群加压泵(10)连接到第一回灌井群(16)。抽水井群(15)中设第五水温探测头(24)，第一回灌井群(16)中设第六水温探测头(25)，第二回灌井群(17)中设第七水温探测头(26)。
而且，所述抽水井群(15)设置在第一地埋管换热器井群(18)和第二地埋管换热器井群(19)的中间位置，第一回灌井群(16)、第二回灌井群(17)分别设置在第一地埋管换热器井群(18)和第二地埋管换热器井群(19)的两侧。
本实用新型的优点和有益效果为：
1、本实用新型的基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，充分利用我国部分地区地下储量丰富的水资源，通过在耦合式强制对流地埋管换热系统基础上，改变系统的的布置形式及连接形式，提出新的运行模式，在加大地埋管换热强度，避免埋管换热器“热短路”、“热干扰”及“热突破”现象的发生，解决土壤“冷热堆积”问题的同时，减少能源消耗，响应国家节能要求。
2、本实用新型的基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，通过对基于含水层的强制对流井土壤源热泵系统进行分区，实现不同区域的并联交替运行或串联运行，以应对实际运行过程中占比较小的高负荷工况，提高地源侧的利用效率。
3、本实用新型的基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，充分开发我国地下水丰富的地区，在地埋管换热器井群区域采取抽回灌井系统按抽水井居中，回灌井分两侧的形式布置，构成强制对流系统，引起地下水发生强制对流，加大地埋管换热强度，避免埋管换热器“热短路”、“热干扰”、“热突破”现象的发生，有效解决土壤“冷热堆积”问题。
4、本实用新型的基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，根据建筑在制冷季或供暖季的负荷需求，对系统采用并联交替运行模式或串联运行模式，在满足建筑负荷、降低能耗的同时，有效的克服“土壤冷热堆积”的问题。
附图说明
图1为本实用新型基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统示意图。
附图标记说明
1-第一电磁阀、2-第二电磁阀、3-第三电磁阀、4-第四电磁阀、5-第五电磁阀、6-第六电磁阀、7-第七电磁阀、8-第八电磁阀、9-抽水井变频潜水泵、10-第一回灌井群加压泵、11-第二回灌井群加压泵、12-第一循环水泵、13-第二循环水泵、14-热泵机组、15-抽水井群、16-第一回灌井群、17-第二回灌井群、18-第一地埋管换热器井群、19-第二地埋管换热器井群、20-第一水温监测探头、21-第二水温监测探头、22-第三水温监测探头、23-第四水温监测探头、24-第五水温监测探头、25-第六水温监测探头、26-第七水温监测探头、27-第九电磁阀、28-第一止回阀、29-第十电磁阀、30-第二止回阀。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，基于对我国许多地区地下水储量丰富、有利于抽灌，在常规强制对流土壤源热泵系统的基础上改变系统的布置形式及连接形式，根据建筑空调负荷特征与地埋管换热器进出口温差的变化，提出一种新的系统运行模式，实现多种运行模式。
将地埋管换热系统划分两个或多个地埋管区域，并在地埋管换热系统分区的基础上，将抽回灌井系统按抽水井居中，回灌井分两侧的形式布。该系统包括：热泵机组及地埋管换热系统、强制对流系统。
热泵机组及地埋管换热系统包括有热泵机组(14)、第一地埋管换热器井群(18)、第二地埋管换热器井群(19)，所述热泵机组(14)与第一地埋管换热器井群(18)、第二地埋管换热器井群(19)有并联、串联两种连接形式。
并联形式包括有热泵机组(14)通过第八电磁阀(8)后分为a、b两路，a路通过第四电磁阀(4)，第四水温探测头(23)与第二地埋管换热器井群(19)相连；b路通过第三电磁阀(3)、第二水温探测头(21)与第一地埋管换热器井群(18)相连；a路通过第三水温探测头(22)、第二循环水泵(13)、第二电磁阀(2)与通过第一水温探测头(20)、第一循环水泵(12)、第一电磁阀(1)的b路汇合后，通过第七电磁阀(7)与热泵机组(14)相连接。
串联形式包括有热泵机组(14)通过第八电磁阀(8)、第四电磁阀(4)及第四水温探测头(23)与第二地埋管换热器井群(19)；第二地埋管换热器井群(18)通过第一止回阀(28)、第九电磁阀(27)及第二止回阀(30)、第十电磁阀(29)与第一地埋管换热器井群(18)串联；第一地埋管换热器井群(18)通过第一水温探测头(20)、第一循环水泵(12)、第一电磁阀(1)及第七电磁阀(7)与热泵机组相连接。
强制对流系统包括有抽水井群(15)，抽水井群(15)通过变频潜水泵(7)分为两路，一路通过第六电磁阀(6)、第二回灌井群加压泵(11)连接到第二回灌井群(17)；另一路通过第五电磁阀(5)、第一回灌井群加压泵(10)连接到第一回灌井群(16)。抽水井群(15)中设第五水温探测头(24)，第一回灌井群(16)中设第六水温探测头(25)，第二回灌井群(17)中设第七水温探测头(26)。
本实用新型基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统的工作模式及工作原理为：
首先将基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统的地埋管换热系统分为地埋管换热系统A区和地埋管换热系统B区。
一、并联交替运行模式：在制冷季或供暖季中，当系统负荷较低时(如制冷季的初期和末期)，采用并联交替运行模式，以A区B区交替作为热泵机组(14)的冷热源，此时，在开启第七电磁阀(7)、第八电磁阀(8)及热泵机组(14)后，首先运行地埋管系统A区，开启第一电磁阀(1)、第三电磁阀(3)，关闭第九电磁阀(27)、第十电磁阀(29)，第二电磁阀(2)及第四电磁阀(4)，运行第一循环水泵(12)、第一地埋管换热系统(18)；当第一水温探测头(20)与第二水温探测头(21)测得第一地埋管换热器井群(18)进出口温差小于初始温差1℃时，开启第五电磁阀(5)、关闭第六电磁阀(6)，运行抽水井群变频潜水泵(9)及第一回灌井群加压泵(16)；当第五水温探测头(24)与第六水温探测头(25)测得抽水井群(15)与第一回灌井群(16)的抽回灌水温差大于初始温差1℃时，停止运行地埋管换热系统A区，关闭第五电磁阀(5)，停止运行抽水井群变频潜水泵(9)及第一回灌井群加压泵(16)。
开始运行地埋管换热系统系统B区，开启第二电磁阀(2)、第四电磁阀(4)，关闭第一电磁阀(1)、第三电磁阀(3)，运行第二循环水泵(13)、第二地埋管换热器井群(19)；当第四水温探测头(23)与第三水温探测头(22)测得第二地埋管换热器井群(19)进出口温差小于初始温差1℃时，开启第六电磁阀(6)、关闭第五电磁阀(5)，运行抽水井群变频潜水泵(9)及第二回灌井群加压泵(17)；当第五水温探测头(24)与第七水温探测头(26)测得抽水井群(15)与第二回灌井群(17)的抽回灌水温差大于初始温差1℃时，停止运行地埋管换热系统B区，关闭第六电磁阀(6)，停止运行抽水井群变频潜水泵(9)及第二回灌井群加压泵(17)；然后开始运行地埋管换热系统A区。
二、串联运行模式：在制冷季或供暖季中，当系统负荷达到峰值时(如制冷季或供热季中期的使用高峰段)，采用串联运行模式，以地埋管A区和地埋管B区串联作为作为热泵机组(14)的冷热源，此时，在开启第七电磁阀(7)、第八电磁阀(8)及热泵机组(14)后，同时运行地埋管换热系统A区和地埋管换热系统B区，关闭第二电磁阀(2)、第三电磁阀(3)，开启第四电磁阀(4)、第九电磁阀(27)、第十电磁阀(28)，运行第二地埋管换热器井群(19)、第一地埋管换热器井群(18)及第一循环水泵(12)，关闭第二循环水泵(13)；当第一水温探测头(20)与第四水温探测头(23)测得第一地埋管换热器井群(18)及第二地埋管换热器井群(19)的进出口温差小于初始温差1℃时，后开启第五电磁阀(5)、第六电磁阀(6)，运行抽水井群变频潜水泵(9)、第一回灌井群加压泵(16)及第二回灌井群加压泵(17)。
本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (2)

1.一种基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统，包括热泵机组、地埋管换热系统及强制对流系统，其特征在于：所述地埋管换热系统包括有热泵机组（14）、第一地埋管换热器井群（18）、第二地埋管换热器井群（19），所述热泵机组（14）与第一地埋管换热器井群（18）、第二地埋管换热器井群（19）有并联、串联连接；
并联形式包括有热泵机组（14）通过第八电磁阀（8）后分为a、b两路，a路通过第四电磁阀（4），第四水温探测头（23）与第二地埋管换热器井群（19）相连；b路通过第三电磁阀（3）、第二水温探测头（21）与第一地埋管换热器井群（18）相连；a路通过第三水温探测头（22）、第二循环水泵（13）、第二电磁阀（2）与通过第一水温探测头（20）、第一循环水泵（12）、第一电磁阀（1）的b路汇合后，通过第七电磁阀（7）与热泵机组（14）相连接；
串联形式包括有热泵机组（14）通过第八电磁阀（8）、第四电磁阀（4）及第四水温探测头（23）与第二地埋管换热器井群（19）；第二地埋管换热器井群（19）通过第一止回阀（28）、第九电磁阀（27）及第二止回阀（30）、第十电磁阀（29）与第一地埋管换热器井群（18）串联；第一地埋管换热器井群（18）通过第一水温探测头（20）、第一循环水泵（12）、第一电磁阀（1）及第七电磁阀（7）与热泵机组相连接；
强制对流系统包括有抽水井群（15），抽水井群（15）通过变频潜水泵（9）分为两路，一路通过第六电磁阀（6）、第二回灌井群加压泵（11）连接到第二回灌井群（17）；另一路通过第五电磁阀（5）、第一回灌井群加压泵（10）连接到第一回灌井群（16）；抽水井群（15）中设第五水温探测头（24），第一回灌井群（16）中设第六水温探测头（25），第二回灌井群（17）中设第七水温探测头（26）。
2.根据权利要求1所述的基于分区运行控制模式的耦合式土壤源热泵系统,其特征在于：所述抽水井群（15）设置在第一地埋管换热器井群（18）和第二地埋管换热器井群（19）的中间位置，第一回灌井群（16）、第二回灌井群（17）分别设置在第一地埋管换热器井群（18）和第二地埋管换热器井群（19）的两侧。
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