[發明專利]利用谷電輔助供熱/供冷的地埋管地源熱泵系統及方法

有效

• 申請號: 201410521732.5
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104344603A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 楊文斐;張珊珊;滿意;王順付;方肇洪
• 申請（專利權）人: 山東中瑞新能源科技有限公司
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B41/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及利用谷電輔助供熱/供冷的地埋管地源熱泵系統(以下簡稱地源熱泵)，主要用于熱負荷占優的單供暖(兼顧供冷)系統的研究及其設計方法，屬于建筑環境與能源應用工程技術領域。?

背景技術

近年來由于對建筑節能、CO₂減排及改善大氣霧霾等環境問題的關注，利用可再生的淺層地熱能的地源熱泵技術在建筑空調領域得到了迅速發展。其中的地埋管地源熱泵技術利用大地熱容量巨大及地下土壤溫度相對穩定的特性，通過閉環式地埋管換熱器夏季向土壤釋放熱量、冬季從土壤吸收熱量，通過熱泵實現對建筑物供冷供熱。?

我國的地源熱泵項目普遍趨于大型化，現在已經出現了利用地源熱泵技術解決大型社區集中供熱的迫切需求，但也面臨埋管用地不足和地下冷熱不平衡等突出問題。單一的地源熱泵系統應用于以供熱為主要需求的北方住宅項目時，由于冬季供暖從土壤中吸收的熱量常常大于夏季供冷向土壤釋放的熱量，系統長期從土壤中的取熱量大于放熱量，會引起土壤溫度逐年下降，導致系統冬季運行性能下降甚至無法正常供熱。上述問題常常導致地源熱泵在北方集中供熱的大型住宅項目中效率不佳甚至失效。?

目前針對由全年釋冷/釋熱量不平衡引起的地源熱泵系統性能退化或失效問題，已進行了一些研究，開發了多種地源熱泵復合系統。例如，以冷卻塔為輔助冷源的地源熱泵復合系統已成功地應用于夏季冷負荷占優的項目。然而對于冬季熱負荷占優或單供暖的工程項目，雖然已經有了以太陽能、工業余熱、燃氣鍋爐為輔助熱源的地源熱泵復合系統，但是受多種技術經濟條件的制約，這些復合系統未能大規模推廣應用。要為我國北方的城鎮化提供新的供熱途徑，并靈活有效地解決應用地源熱泵技術時地下巖土體全年冷熱量不平衡問題，必須尋求更符合現有資源條件和能源政策、穩定且費用更低的輔助制熱方式。?

發明內容

為了解決現有地源熱泵技術在供暖為主的北方地區應用的局限性，本發明將淺層地熱能這種可再生能源和利用谷電的電力需求側管理理念和技術相結合，提出了以地埋管地源熱泵為主要冷熱源，以谷電時段使用的電鍋爐為輔助熱源，采用地板輻射等末端形式的單供暖+免費供冷系統。?

本發明采用的技術方案如下：?

一種利用谷電輔助供熱/供冷的地埋管地源熱泵系統，包括地埋管換熱器、地源熱泵機組和電加熱裝置，所述的地埋管換熱器與換熱器III的一次側形成循環回路I,換熱器III的二次側與用戶端形成循環回路II；所述的地埋管換熱器通過地源熱泵機組直接與用戶端形成循環回路III；所述的地埋管換熱器通過地源熱泵機組與換熱器I的一次側形成循環回路IV,換熱器I的二次側與用戶端形成循環回路V；所述的電加熱裝置與換熱器II的一次側形成循環回路VI,換熱器II的二次側與用戶端形成循環回路VII；所述的循環回路I、II、III、IV、V、VI、VII上均設有控制其開斷的閥門。?

用戶端采用地板輻射的形式供冷、供熱。?

所述的地埋管換熱器串聯第十一閥門、循環水泵后，經過換熱器III的一次側與地埋管換熱器、循環水泵、第十二閥門形成循環回路I，且換熱器III的二次側與用戶側的地板管道、循環水泵、第十三閥門、第十四閥門形成循環回路II。?

所述的地埋管換熱器串聯第九閥門、循環水泵后，與地源熱泵機組的入口連通；地源熱泵機組的出口通過管道串接第一閥門后與用戶側入口連通，且用戶側出口串接第二閥門后，回到地源熱泵機組，形成了循環回路III；且地源熱泵機組的出口還通過管路串聯第三閥門，經過換熱器I的一次側后，串接第四閥門返回到地埋管換熱器，形成循環回路IV；換熱器I的二次側與用戶側的第五閥門、循環水泵、地板管道、第六閥門串聯后形成循環回路V。?

所述的電加熱裝置的輸出端與換熱器II的一次側形成循環回路VI，換熱器II的二次側位于用戶側，且通過管路串聯第七閥門、第八閥門后與用戶側的地板管道形成循環回路VII。?

所述的換熱器I、換熱器II、換熱器III位于用戶側的二次側，其回到二次側的連接管路與高位水箱(或定壓補水裝置)III連通，用于系統定壓補水。?

所述的循環回路I、II、III、IV、V、VI、VII均設有溫度傳感器和流量傳感器，在系統中安裝熱電阻溫度傳感器和渦輪流量傳感器，根據實測運行數據，進行系統優化及運行策略調整，實現動態控制，有助于地下巖土體長期動態冷熱平衡。?

所述的谷電輔熱地源熱泵供熱供冷系統的控制方法，如下：?