[發(fā)明專利]一種帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310655190.6
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104697081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐明;石里明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京紫荊信達(dá)節(jié)能科技有限公司
• 主分類號(hào): F24F5/00
• 分類號(hào): F24F5/00;F25B41/04
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，土壤源熱泵系統(tǒng)由于通過(guò)跨季節(jié)蓄冷，能很好地改善熱泵系統(tǒng)的熱源品質(zhì)，且可以實(shí)現(xiàn)用戶的供暖、空調(diào)及熱水供應(yīng)需求，因此我國(guó)各個(gè)地域得到了大量的應(yīng)用。常規(guī)的土壤源熱泵系統(tǒng)，如圖1所示。

土壤換熱器是冬冷夏用、夏熱冬用的蓄熱器。由于我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的土壤溫度不同，且不同建筑對(duì)象具有不同的冷、熱負(fù)荷特性，故有些地域的地源熱泵在運(yùn)行一個(gè)供暖季后會(huì)導(dǎo)致地溫過(guò)低，在供冷季初期，經(jīng)過(guò)土壤換熱器換熱后的冷卻水溫度過(guò)低，導(dǎo)致熱泵機(jī)組冷凝壓力過(guò)低，不能正常啟動(dòng)，進(jìn)而不能實(shí)現(xiàn)建筑的供冷需求。

為解決上述問(wèn)題，在實(shí)際工程中常采用如下三種方案：(1)在地埋管側(cè)和用戶側(cè)之間加設(shè)板式換熱器，從而在供冷初期利用地下較低溫的冷源實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷，待地溫溫度上升至正常啟動(dòng)的溫度范圍內(nèi)時(shí)再運(yùn)行熱泵機(jī)組；(2)在熱泵機(jī)組冷凝器旁并聯(lián)一組旁通管路，使流出冷凝器的一部分冷卻水旁通至冷凝器的進(jìn)水口，以提高冷凝器的進(jìn)水溫度，從而保證熱泵機(jī)組的正常運(yùn)行；(3)減小調(diào)節(jié)閥開(kāi)度以減小進(jìn)入冷凝器的水量，以提高熱泵機(jī)組的冷凝溫度，從而保證熱泵機(jī)組的正常運(yùn)行。

上述各技術(shù)方案都不同程度地存在不足：

(1)第一種方案雖然可以在制冷季初期實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷，且能解決熱泵機(jī)組在地溫過(guò)低時(shí)的啟動(dòng)問(wèn)題，但需增加大傳熱面積的換熱器和相應(yīng)的連接管路、自動(dòng)控制閥件等部件，無(wú)疑增加了地源熱泵系統(tǒng)的建造成本；

(2)第二和第三種方案雖然可以解決地源熱泵的正常運(yùn)行問(wèn)題，但熱泵機(jī)組持續(xù)運(yùn)行，相對(duì)第一種方案而言，熱泵機(jī)組能耗增大，不利于土壤源熱泵系統(tǒng)的整體節(jié)能。

因此，探索一種既能在制冷季初期實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷，又能減少土壤源熱泵系統(tǒng)的投資且降低系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗的技術(shù)方案是目前必須解決的問(wèn)題，也是推動(dòng)土壤源熱泵技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)地溫條件和建筑供冷、供熱需求，通過(guò)切換水系統(tǒng)和水源熱泵機(jī)組的制冷劑管路上的閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械制熱、自然制冷、機(jī)械制冷三種運(yùn)行模式，很好地解決了在供冷季初期地溫較低導(dǎo)致熱泵機(jī)組無(wú)法開(kāi)啟的問(wèn)題，同時(shí)不需要增加地源熱泵輔件，并且可以大大降低土壤源熱泵系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)：

一種帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，包括熱泵機(jī)組、地下埋管換熱組件、室內(nèi)空調(diào)裝置三部分。所述三部分通過(guò)用戶側(cè)管道和地緣側(cè)管道、八個(gè)切換閥門(mén)、用戶側(cè)循環(huán)泵和地緣側(cè)循環(huán)泵連接成一個(gè)土壤源熱泵系統(tǒng)。所述熱泵機(jī)組由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器構(gòu)成。制冷劑沿壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器的流向循環(huán)，將進(jìn)入蒸發(fā)器中冷水中的熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器中的流動(dòng)的熱水中。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

所述熱泵機(jī)組還包括三通閥和旁通閥。所述三通閥的三個(gè)接口分別連接壓縮機(jī)的吸氣管、壓縮機(jī)的排氣管和冷凝器的進(jìn)氣管，所述旁通閥并聯(lián)在節(jié)流裝置的兩端。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，制冷劑從蒸發(fā)器中吸氣，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)、三通閥、冷凝器、節(jié)流裝置返回蒸發(fā)器，完成制冷循環(huán)。從而在蒸發(fā)器中制取冷水，或者在冷凝器中制取熱水。當(dāng)壓縮機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，制冷劑在蒸發(fā)器中被室內(nèi)空調(diào)裝置返回的溫水加熱蒸發(fā)成制冷劑蒸氣，經(jīng)過(guò)三通閥進(jìn)入冷凝器。制冷劑蒸氣在冷凝器中由地下埋管換熱組件返回的低溫冷水冷凝成液體，再經(jīng)旁通閥返回到蒸發(fā)器中，完成自然循環(huán)。從而在蒸發(fā)器中制取溫度較高的冷水，送入室內(nèi)空調(diào)裝置中為室內(nèi)供冷。

在上述土壤源熱泵系統(tǒng)中，所述包含有三通閥和旁通閥的熱泵機(jī)組的數(shù)量可以是一臺(tái)或多臺(tái)。也可以是一臺(tái)或多臺(tái)包含三通閥和旁通閥的熱泵機(jī)組與一臺(tái)或多臺(tái)常規(guī)土壤源熱泵機(jī)組的組合。

在上述土壤源熱泵系統(tǒng)中，所述三通閥為自力式三通閥，或者是電動(dòng)/電磁式三通閥。

在上述土壤源熱泵系統(tǒng)中，所述三通閥為兩只兩通閥的組合體。

在上述土壤源熱泵系統(tǒng)中，所述旁通閥為自力式兩通閥，或者是電動(dòng)/電磁式兩通閥。

在上述土壤源熱泵系統(tǒng)中，所述旁通閥和節(jié)流裝置是一個(gè)包含旁通功能和節(jié)流功能的整體閥件。

本發(fā)明提出的技術(shù)方案由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，僅在現(xiàn)有技術(shù)的土壤源熱泵系統(tǒng)中增加了三通閥和旁通閥，即對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足進(jìn)行了有效的改進(jìn)和完善，具有顯著的節(jié)能、節(jié)材效果，對(duì)于推動(dòng)土壤源熱泵技術(shù)的健康發(fā)展，加速國(guó)家節(jié)能減排步伐具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。具體體現(xiàn)在：