一种集成相变储能模块的地源热泵及供暖系统

1.本发明涉及热泵系统供能和可再生能源利用领域，尤其涉及一种集成相变储能模块的地源热泵及供暖系统。


背景技术：

2.建筑行业是能源消费的三大领域之一，也是造成直接和间接碳排放的主要责任领域之一。为了实现2030碳达峰，2060碳中和的目标，就必须要实现能源转型，将以化石能源为基础的碳基能源转变为以可再生能源为基础的零碳能源。零碳能源结构的特点就是通过电能的转换，为建筑供能，因此，热泵将成为实现电力高效转热的最佳途径。对于大型公共建筑等应用场景，地源热泵由于其体量大，使用安全稳定，成为主要的供能方式。
3.近年来，地源热泵系统虽然在我国的应用越来越广泛，但由于其本身技术特性限制，以及地质、气候条件的限制，长期的不合理运行会导致土壤温度的失衡，机组的频繁启停等，不利于机组的长期稳定运行。此外，由于地源热泵体量较大，因此白天峰值负荷较大，进一步会加重电网的负担。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种集成相变储能模块的地源热泵及供暖系统，将热泵与相变蓄能技术相结合，不仅可以通过夜间蓄热白天释热实现负荷的重新分配，从而使土壤充分恢复其热性能，提高机组效率，还可以实现机组负荷的削峰填谷，减少运行费用。
5.本发明是通过以下技术方案予以实现：
6.一种集成相变储能模块的地源热泵，其特征在于，包括机组本体、设于机组本体内的蒸发器、膨胀阀、压缩机以及相变冷凝器，所述相变冷凝器包括冷凝器本体、设于冷凝器本体内的两个换热盘管以及填充于冷凝器本体内的相变材料。
7.根据上述技术方案，优选地，所述冷凝器本体内设有弱渗透薄膜，所述弱渗透薄膜位于两换热盘管之间。
8.根据上述技术方案，优选地，靠近用户侧的所述换热盘管位于靠近机组侧的换热盘管的上方。
9.根据上述技术方案，优选地，所述相变冷凝器内设有温度传感器。
10.根据上述技术方案，优选地，所述换热盘管为螺旋状结构。
11.本专利还公开了一种供暖系统，包括上述集成相变储能模块的地源热泵、位于集成相变储能模块的地源热泵一侧的地热交换器以及位于集成相变储能模块的地源热泵另一侧的用户供水端和用户回水端。
12.根据上述技术方案，优选地，所述用户供水端包括与相变冷凝器的出水口相连通的供水管路，所述供水管路上设有阀门。
13.根据上述技术方案，优选地，所述用户回水端包括与相变冷凝器的进水口相连通
的回水管路，所述回水管路上设有水泵和膨胀水箱。
14.本发明的有益效果是：
15.本发明将传统的地源热泵装置与相变储能模块集成为一体，承担了一部分的建筑负荷，从而削减了系统的峰值负荷，使得系统主机容量降低，也减少埋管的数量，从而降低了一次投资费用；与此同时，在冷凝器本体内加入了相变材料，充分利用相变材料的相变过程，降低了机组对室内末端负荷变化的敏感性，使得回水温度达到机组停止运行的温度的时间变长，从而拉大了其启停周期，降低了其启停频率，有利于机组的长期稳定运行。
附图说明
16.图1是集成相变储能模块的地源热泵的结构示意图。
17.图2是本发明相变冷凝器部分的结构示意图。
18.图3是本发明供暖系统的连接结构示意图。
19.图中：1、相变冷凝器；2、压缩机；3、蒸发器；4、膨胀阀；5、换热盘管；6、弱渗透薄膜；7、相变材料；8、地热交换器；9、机组本体；10、膨胀水箱；11、水泵ⅰ；12、水泵ⅱ；13、水泵ⅲ；14、温度传感器。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
21.在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
22.如图所示，本发明包括机组本体9、设于机组本体9内的蒸发器3、膨胀阀4、压缩机2以及相变冷凝器1，所述相变冷凝器1包括冷凝器本体、设于冷凝器本体内的两个换热盘管5以及填充于冷凝器本体内的相变材料7，其中冷凝器本体内的换热盘管5为逆流换热器，传热温差较大，换热效率较高。本发明将传统的地源热泵装置与相变储能模块集成为一体，承担了一部分的建筑负荷，从而削减了系统的峰值负荷，使得系统主机容量降低，也减少埋管的数量，从而降低了一次投资费用；与此同时，在冷凝器本体内加入了相变材料7，充分利用相变材料7的相变过程，降低了机组对室内末端负荷变化的敏感性，使得回水温度达到机组停止运行的温度的时间变长，从而拉大了其启停周期，降低了其启停频率，有利于机组的长期稳定运行。
23.根据上述实施例，优选地，所述冷凝器本体内设有弱渗透薄膜6，所述弱渗透薄膜6位于两换热盘管5之间，从而避免两个换热盘管5之间的热贯通，从而可以同时实现装置的蓄热和释热。
24.根据上述实施例，优选地，靠近用户侧的所述换热盘管5位于靠近机组侧的换热盘管5的上方，此设置使得用户侧低温流体(冷却水)在上侧，机组侧高温流体(载冷剂)在下侧，能够充分利用其自然对流现象。
25.根据上述实施例，优选地，所述相变冷凝器1内设有温度传感器14。当所读取的温度高于相变温度，则认为蓄热量充足，从而关闭地源热泵机组，当温度低于相变温度时，打开水泵以及地源热泵，为相变冷凝器1蓄热。
26.根据上述实施例，优选地，所述换热盘管5为螺旋状结构，冷凝器本体内部为螺旋盘管式换热器，在有限的空间内增大其换热面积，提高换热效果。
27.本专利还公开了一种供暖系统，包括上述集成相变储能模块的地源热泵、位于集成相变储能模块的地源热泵一侧的地热交换器8以及位于集成相变储能模块的地源热泵另一侧的用户供水端和用户回水端。其中，所述用户供水端包括与相变冷凝器1的出水口相连通的供水管路，所述供水管路上设有阀门，所述用户回水端包括与相变冷凝器1的进水口相连通的回水管路，所述回水管路上设有水泵和膨胀水箱10。
28.其中，对于上述供暖系统的具体工作原理如下：
29.在蓄能阶段，关闭阀门v1、水泵ⅱ12和ⅲ，此时机组本体9将对相变冷凝器1进行蓄热，相变冷凝器1里边设有内置温度传感器14，当所读取的温度高于相变温度，则认为蓄热量充足，从而关闭地源热泵机组。
30.供能分为两种情况，其一，在建筑负荷较低的情况下，采用相变冷凝器1为建筑供能，关闭水泵ⅰ11和机组本体9，打开阀门v1、水泵ⅱ12和ⅲ，由相变冷凝器1提供的热量经过阀门v1为建筑供能，回水经过水泵ⅲ13、膨胀水箱10、水泵ⅱ12回到相变冷凝器1完成一个循环；其二，随着运行时间变长，当温度传感器14的温度低于相变温度时，打开水泵ⅰ11以及机组本体9，为相变冷凝器1蓄热并供热，当回水温度逐渐升高且到达设定点时，停止水泵ⅰ11及机组本体9，由相变冷凝器1为建筑供暖。
31.本发明将传统的地源热泵装置与相变储能模块集成为一体，承担了一部分的建筑负荷，从而削减了系统的峰值负荷，使得系统主机容量降低，也减少埋管的数量，从而降低了一次投资费用；与此同时，在冷凝器本体内加入了相变材料，充分利用相变材料的相变过程，降低了机组对室内末端负荷变化的敏感性，使得回水温度达到机组停止运行的温度的时间变长，从而拉大了其启停周期，降低了其启停频率，有利于机组的长期稳定运行。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。