一种辅助冷却复合地源热泵系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一热泵机组，一埋管换热装置，和一辅助冷却系统，所述埋管换热装置连接于热泵机组，构成地源换热系统，连接于所述末端装置，承担末端装置冷热负荷，所述辅助冷却系统连接于所述地源换热系统，构成复合地源热泵系统，辅助地源换热系统调节所述末端装置冷热负荷,所述辅助冷却系统包括一旁通装置，和一辅助冷却装置，所述旁通装置连接于所述辅助冷却装置，控制所述辅助冷却装置的工作。
【专利说明】一种辅助冷却复合地源热泵系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种复合地源热泵系统，更进一步，涉及一种高效控制辅助冷却系统的辅助冷却复合地源热泵系统。
【背景技术】
[0002]地源热泵技术的一项高效，节能，有利于环境保护的可再生能源空调冷热源技术，地下埋管换热器是地源热泵设计中的关键一环。
[0003]因地下土壤温度的全年变化特性，地源热泵部空气源热泵具有更高的C0P，但是当建筑以冷负荷为主时，若完全依靠地源热泵来供冷，则地下埋管换热器和热泵机组的投资比较高，热泵系统的循环效率也降低。
[0004]在大型商业建筑和公用建筑中，年度供冷(热)负荷表明:建筑物夏季供冷负荷远大于冬季供热负荷，尤其在气候较炎热的地区，地下埋管换热器夏季排向埋管附近土壤的热量远大于冬季从土壤中吸收的热量，使冬季的和夏季的负荷严重不平衡。系统长期运行使埋管周围的土壤温度升高，夏季埋管内流动介质与周围土壤温差降低，换热能力减弱，影响系统的能效比和运行特性。
[0005]为消除地下埋管换热器吸热和放热的不平衡，改善热泵系统的运行效率，比较有效的方法是增加辅助冷却设备，构造复合地源热泵系统(HGSHPS)。
[0006]复合地源热泵系统的其中一种应用方式就是冷却塔辅助冷却形式。在部分商业建筑中，由于地价较高，布置地下埋管换热器和池塘辅助冷却时受到占地面积和初期投资等因素限制，因此这种类型的建筑辅助冷却系统一般采用冷却塔形式，在部分负荷时，完全依靠地源热泵供冷，在峰值负荷或冷负荷较大时，启用辅助冷却装置，也就是启动冷却塔，使辅助冷却装置和地源热泵机组联合运行，可有效减低系统投资，提高系统的运行效率。
[0007]冷却塔的运行特性和运行费用受冷却塔的型号、控制模式、要求的换热负荷等因素的影响，所以在冷却塔的设计过程中必须综合考虑热泵机组运行特性、地下埋管换热器的换热性能等因素，而在传统的冷却塔辅助冷却设计过程中，一般只考虑建筑月或年供冷与供冷负荷的差值，而不考虑运行控制策略，冷却塔运行时间以及埋管换热器和冷却塔之间的配合方式，这使得选用的冷却塔的型号超过实际要求，增加了初期的投资和运行费用，在使用过程中也不能合理、高效的使用地埋管换热器和冷却塔，使得地埋管换热器和冷却塔的运行效率降低，或者说并非是优化合理的应用方式。
[0008]辅助冷却的控制策略中比较普遍的一种是根据热泵机组要求的进出水温度，设定一个上限温度(一般在29.4°C至35 °C之间)，当热泵进水温度超过这个上限温度时，开启冷却辅助系统，这种方法在一定程度上能够有效减少地下土壤的热积聚和地下埋管长度，减少初期投资，但是这种控制策略只是相对粗略的控制方式，并没有按照实际运行情况进行相对精确的调节，为了更大程度上减少初期投资和运行费用，改善机组运行特性，有必要确定更为精确的辅助冷却系统的控制模式。实用新型内容
[0009]本实用新型的主要目的在于提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一旁通装置，根据地源热泵和实际使用负荷自动调节管道阀门的开启状态，改善机组的运行特性，提高热泵系统的循环效率。
[0010]本实用新型的另一目的在于提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一旁通装置，使得地源热泵管路温度大于某一预定温度时，控制开启辅助冷却系统，温度小于某一预定温度时，关闭辅助冷却系统，保证系统的高效运行。
[0011]本实用新型的另一目的在于提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一旁通装置，使得当地湿球温度和地源热泵管路温度之差大于某一预定温度时，控制开启辅助冷却系统，温度差值小于某一温度时，关闭辅助冷却系统，保证系统的高效运行。
[0012]本实用新型的另一目的在于提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一旁通装置，使得热泵机组停运时，辅助冷却系统和地埋管换热器串联运行，利用辅助冷却系统将地埋管周围温度较高的土壤蓄积的热量排走，对地埋管周围的土壤进行降温。
[0013]为了实现以上实用新型目的，本实用新型提供一种辅助冷却复合地源热泵系统，包括一热泵机组，一埋管换热装置，和一辅助冷却系统，所述埋管换热装置连接于热泵机组，构成地源换热系统，连接于所述末端装置，承担末端装置冷热负荷，所述辅助冷却系统连接于所述地源换热系统，构成复合地源热泵系统，辅助地源换热系统调节所述末端装置冷热负荷。
[0014]所述辅助冷却系统包括一旁通装置，和一辅助冷却装置，所述旁通装置连接于所述辅助冷却装置，控制所述辅助冷却装置的工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型的一个优选实施例的辅助冷却系统串联方式的复合地源热泵系统图。
[0016]图2是根据本实用新型的一个优选实施例的辅助冷却系统并联方式的复合地源热泵系统图。
[0017]图3是根据本实用新型的一个优选实施例的复合地源热泵系统的温度采集系统的示意图。
[0018]图4A，4B，4C是根据本实用新型的一个优选实施例的辅助冷却复合地源热泵系统的不同控制策略。
【具体实施方式】
[0019]以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
[0020]参照图1，说明根据本实用新型的一个优选实施例的一辅助冷却复合地源热泵系统，包括一热泵机组10，一埋管换热装置20,和一辅助冷却系统30。
[0021]该埋管换热装置20连接于该热泵机组10，构成一地源换热系统，连接于一末端装置100，承担末端装置100的冷热负荷，该热泵机组10包括一系统循环泵11，连接于地源换热系统，当热泵机组10运行时，该系统循环泵11工作。
[0022]该埋管换热装置20埋于地下，用于与大地进行冷热交换，该辅助冷却系统30连接于该热泵机组10和埋管换热装置20构成的地源换热系统，用于辅助地源换热系统调节末端装置100的冷热负荷。地源换热系统的性能受该埋管换热装置20的埋管结构，类型，回填材料，土壤特性等多种因素的影响，根据本实用新型的一优选实施例，该埋管换热装置20为一 U型埋管换热器。
[0023]该辅助冷却系统30的形式有冷却塔辅助冷却系统，水冷器辅助冷却系统，浅池塘辅助冷却系统等，当末端装置10以冷负荷为主，埋管换热装置20不能完全承担供冷负荷或者热泵系统循环系统的循环效率降低时，启动该辅助冷却系统30，根据本实用新型的一优选实施例，该辅助冷却系统30的形式为冷却塔辅助冷却系统，包括一冷却循环泵35，一辅助冷却装置31和一板式换热器32，当该辅助冷却系统30启动工作时，该冷却循环泵35工作，使得该辅助冷却装置31通过该板式换热器32与埋管换热装置20进行热交换，中间采用一调节阀33进行转换。
[0024]该辅助冷却系统30还包括一旁通装置34，用于控制该调节阀33的开启状态，从而调解辅助冷却系统30和埋管换热装置20的工作状态。
[0025]该辅助冷却复合地源热泵系统还包括一温度采集系统40，该温度采集系统40通信连接于该辅助冷却系统30的旁通装置34，从而通过该旁通装置34控制该调解阀33，调解辅助冷却系统30和埋管换热装置20的工作状态。
[0026]参照图3，该温度采集系统40中将整个埋管区域划分为数个采集区域41，每一采集区域41内选择至少一具有代表性的点作为温度采集点。根据本实用新型的一优选实施例，选择每一采集区域41埋管换热装置出口位置为第一采集点411，中部温度为第二采集点412，分别在第一，第二采集点411，412埋设温度传感器，将传感器信号通信连接至一温度采集计算机42，温度采集计算机42处理，分析所有检测区域41的第一检测点411，第二检测点412的温度，将信号传递至辅助冷却系统30的旁通装置34，从而控制调剂阀33的开启状态。
[0027]值得一提的是，在控制调节阀33的过程中，忽略流体传递至热泵机组10过程中损失的热量，埋管换热装置20出口温度可以当作热泵进口流体温度，从而同时检测热泵机组10管路的工作状态，工作温度是否超过预定值，从而通过旁通装置34控制调节阀33的开启状态。
[0028]参照图1和图2，该辅助冷却系统和该埋管换热装置20的连接方式有串联连接和并联连接，两种方式都是通过辅助冷却系统30的旁通装置34控制调节阀33的开启状态。温度采集系统40将温度信号传递至旁通装置30，控制调节阀33的开启状态，从而调节辅助冷却系统的工作过程。
[0029]参照图1是辅助冷去系统和埋管装置串联连接方式，参照图4A，4B说明不同的控制策略，当辅助冷却系统30与埋管换热装置20串联连接时，旁通装置34控制调节阀33，启动辅助冷却系统冷却循环泵35，使一定流量一定温度的地下循环水与冷却装置31中的辅助冷却水通过板式换热器32进行换热，再进入埋管装置20进行二次冷却，由于夏季以冷负荷为主时，室外温度相对较高，而地下温度相对较低，这样可以充分利用辅助冷却系统30和埋管换热装置20各自的冷却能力，提高冷却效率。在串联连接时，其中一种控制策略是，温度采集系统40采集温度信息，分析后传递至旁通装置34，当热泵管路温度大于预定温度T' I时，表明末端装置100的冷负荷过大，此时，该旁通装置34控制开启调节阀33，同时该冷却循环泵35工作，从而辅助冷却系统30辅助埋管换热装置20承担末端装置100的部分负荷，使得埋管换热装置20和板式换热器32之间进行热交换，从而减少了埋管换热装置20向土壤排放的热量；当地源热泵管路温度小于预定温度T2时，该旁通装置34控制关闭调节阀33，冷却循环泵35停止工作，地源热泵装置20单独负担末端装置100的冷负荷，使辅助冷却复合地源热泵系统高效运行。
[0030]另一种控制策略是，获取当地湿球或者干球温度，温度采集系统40采集温度信息，分析后将有效温度即相当于地源热泵管路温度和当地湿球或者干球温度进行比较，得到差值，当温度差值大于预定温度T3时，表明系统的运行效率降低，此时，信息传递至旁通装置34，旁通装置34控制开启调节阀33，同时该冷却循环泵35工作，从而辅助冷却系统30辅助埋管换热装置20承担末端装置100的部分负荷，使得埋管换热装置20和板式换热器32之间进行热交换；当当地湿球或者干球温度和地源热泵管路的差值小于预定温度T4时，旁通装置34控制关闭调节阀33，冷却循环泵35停止工作，地源热泵装置20单独负担末端装置100的冷负荷。
[0031]值得一提的是，该热泵管理预定高温Tl和低温T2，根据所在地区的具体气候特点及建筑物负荷等因素的具体需要而设定，根据本实用新型的一优选实施例，热泵管路高温Tl设置为35.80C，该热泵管路温度和当地湿球温度的差值的高值T3和T4，根据不同系统以及所在的环境自身实际情况进行确定根据本实用新型一优选实施例，存在三种控制条件，第一控制条件，当热泵进口流体温度与周围环境空气干球温度差值>2°C时，启动辅助冷却系统30，直到其差值〈1.5°C时关闭辅助冷却系统30 ;第二中控制条件，当热泵进口流体温度与周围环境空气干球温度差值>8°C时，启动辅助冷却系统30，直到其差值<1.5°C时关闭辅助冷却系统，第三种控制条件，当热泵出口流体温度于周围环境空气干球温度差值>2°C时，启动辅助冷却系统30，直到其差值〈1.5 °C时关闭辅助冷却系统30。
[0032]参照图2，该辅助冷却系统和该埋管换热装置并联连接，该热泵机组还包括一控制阀12，用于控制该辅助冷却系统30和地源热泵装置20与热泵机组10的联合工作，当热泵机组10停止工作时，该控制阀12关闭，该系统循环泵11停止工作。
[0033]该辅助冷却系统30和该埋管换热装置10同时连接于热泵机组10的两端，可以和热泵机组10连接工作，该埋管换热装置20和该辅助冷却系统30可以各自独立和热泵机组10联合工作，负担末端装置100的冷热负荷，也可以联合工作，共同负担末端装置100的冷热负荷。
[0034]在辅助冷却系统30和埋管换热装置10并联连接时，控制策略和串联连接方式相近，其中一种控制策略是，当热泵管路温度大于预定温度Tl时，表明末端装置100的冷负荷过大，此时，该旁通装置34控制开启调节阀33，同时该冷却循环泵35工作，从而辅助冷却系统30辅助埋管换热装置20承担末端装置100的部分负荷，使得埋管换热装置20和板式换热器32之间进行热交换，从而减少了埋管换热装置20向土壤排放的热量；当地源热泵管路温度小于预定温度T2时，该旁通装置34控制关闭调节阀33，冷却循环泵35停止工作，地源热泵装置20单独负担末端装置100的冷负荷，使辅助冷却复合地源热泵系统高效运行。
[0035]另一种控制策略是，获取当地湿球温度，温度采集系统40采集温度信息，分析后将有效温度即地源热泵管路温度和当地湿球温度进行比较，得到差值，当温度差值大于预定温度T3时，表明系统的运行效率降低，此时，信息传递至旁通装置34，旁通装置34控制开启调节阀33，同时该冷却循环泵35工作，从而辅助冷却系统30辅助埋管换热装置20承担末端装置100的部分负荷，使得埋管换热装置20和板式换热器32之间进行热交换；当当地湿球温度和地源热泵管路的差值小于预定温度T4时，旁通装置34控制关闭调节阀33，冷却循环泵35停止工作，地源热泵装置20单独负担末端装置100的冷负荷。
[0036]值得一提的是，在并联连接方式中，在系统运行的间歇，可以利用辅助冷却系统30降低埋管周围的土壤温度。在夜间，热泵机组10停止运行时，可以使辅助冷却装置30和地下埋管换热装置20在无负荷情况下串联运行，利用辅助冷却系统30将埋管周围温度较高的土壤蓄积的热量排走，对埋管周围的土壤进行降温，参照图4C，是辅助冷却系统30和埋管换热装置20的无负荷状态下的串联运行的控制策略。
[0037]本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。
【权利要求】
1.一种辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，包括: 一热泵机组； 一埋管换热装置，所述埋管换热装置连接于所述热泵机组，用于承担一末端装置的冷热负荷；和 一辅助冷却系统，用于辅助埋管换热装置承担末端装置的冷热负荷； 其中，所述辅助冷却系统包括一调节阀，一辅助冷却装置和一旁通装置，所述旁通装置连接于所述辅助冷却装置和所述调节阀，用于控制所述调节阀的开启。
2.如权利要求1所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，其还包括一温度采集系统，通信连接于所述旁通装置，控制所述调节阀的开启。
3.如权利要求2所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述温度采集系统包括数个温度采集区域和一温度采集计算机，每一区域具有至少一温度采集点，采集温度传递至所述温度采集计算机。
4.如权利要求3所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述温度采集计算机分析采集温度，传递信息于所述旁通装置，控制所述调节阀的开启。
5.如权利要求1所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述辅助冷却系统包括一板式换热器，连接于所述辅助冷却装置。
6.如权利要求1所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述辅助冷却装置包括一冷却循环泵，连接于所述辅助冷却装置，所述旁通装置控制所述冷却循环泵。
7.如权利要求1所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述辅助冷却系统和所述埋管换热装置串联连接或并联连接。
8.如权利要求7所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述热泵机组入口温度大于预定值时，开启调节阀，小于预定值时，关闭调节阀。
9.如权利要求7所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述热泵机组入口温度和当地湿球温度差值大于预定值时，开启调节阀，小于预定值时，关闭调节阀。
10.如权利要求7所述的辅助冷却复合地源热泵系统，其特征在于，所述热泵机组停运时，所述辅助冷却系统和所述埋管换热装置无负荷串联运行。
【文档编号】F24F11/02GK203964238SQ201420399440
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】程能才, 徐正宇 申请人:上海盛庐节能机电有限公司