[發明專利]一種土壤源熱泵及冷卻塔復合系統以及該復合系統的優化控制方法

在審

• 申請號: 202110762709.5
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113483504A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 宋雅全;許波;高曉軍;陳翔燕;劉誠
• 申請（專利權）人: 江蘇盛世機電工程有限公司
• 主分類號: F25B30/06
• 分類號: F25B30/06;F25B49/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 景鵬飛

本發明提供一種土壤源熱泵及冷卻塔復合系統，按照管路流通順序依次包括地埋管、熱泵機組、風機盤管、冷水機組以及冷卻塔；還包括有控制器。本發明引入制冷機組作為輔助冷源，冷卻塔作為輔助散熱源，地埋管、熱泵機組可間歇運行，有利于土壤溫度的恢復；通過系統的全年模擬，設定冷卻塔啟停溫度，確定熱泵機組高效運行的土壤溫度區間，保證冷卻塔與熱泵機組始終高效率運行，可提高系統的運行能效；維持了土壤全年熱平衡，解決了土壤源熱泵在夏熱冬冷、夏熱冬暖地區使用時，夏季冷負荷遠大于冬季熱負荷，土壤的得熱量大于排熱量，土壤溫度逐年升高的問題，保證了系統運行的高效與節能。

技術領域

本發明屬于地源熱泵空調技術領域，具體設計一種土壤源熱泵及冷卻塔復合系統，以及該復合系統的優化控制方法。

背景技術

近年來，土壤源熱泵利用地熱這一可再生能源可實現節能減排的目標，且高效環保，在國內外均得到了廣泛的研究與應用。但是土壤源熱泵在夏熱冬冷、夏熱冬暖地區使用時，由于夏季冷負荷遠大于冬季熱負荷，導致土壤的得熱量大于排熱量，土壤溫度逐年升高，嚴重影響熱泵的性能，即土壤熱失衡現象。

而在地源熱泵系統中加入冷水機組與冷卻塔，在夏季可同時運行兩系統為室內供冷，在冬季則可僅采用地源熱泵系統為室內供熱。此復合式系統可以使得土壤的得熱量減小，較好地解決土壤熱失衡問題。

針對該系統，冷卻塔的常用控制方案是在固定時間啟停。但是此控制方案并不能保證冷卻塔一直處于高效運行狀態，也無法較為精確地控制全年向土壤取放熱量的熱平衡。而隨著土壤溫度的升高，冷凝溫度升高，熱泵機組的制冷能力下降。此外，夏季系統運行時，熱泵機組與冷水機組的負荷分配與控制也是一個問題。

針對地埋管加冷卻塔得地源熱泵復合系統的控制問題，已經有了一些專利，如申請號CN201210367360.6名為地埋管及冷卻塔地源熱泵復合系統的控制系統及方法。該專利以熱泵冷凝器出口流體溫度與大氣濕球溫度之差為主要控制變量，以熱泵冷凝器入口流體溫度為輔助控制變量，通過優化控制冷卻塔的啟停，使其與地埋管換熱器配合實現地源熱泵復合系統的節能運行，并保證地下環境全年的冷熱負荷平衡。

申請號CN201610345505.0名為一種地源熱泵系統及冷卻塔的啟?？刂品椒ǖ陌l明專利。該專利根據地源側主機進水溫度與室外空氣濕球溫度之差，控制冷卻塔和地埋管與地源熱泵主機的開啟與關閉。該控制方法能使系統運行后土壤溫度幾乎維持不變，保證了地源熱泵系統運行的高效性和節能性。

以上兩種控制方法的控制變量較多，只有冷卻塔這一輔助散熱設備，未引入冷水機組作為輔助冷源，與本申請中的復合式系統結構、運行模式均不相同。且本申請中的控制方法可對系統的全年動態模擬，得到熱泵機組能效處于較高水平熱時的土壤溫度，不斷調整冷卻塔的啟停溫度從而使能效提高。

因此，針對以上問題研制出一種能夠維持高能效，并且能夠維持土壤熱平衡的系統及控制方法是本領域技術人員所急需解決的難題。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種土壤源熱泵及冷卻塔復合系統以及該復合系統的優化控制方法。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種土壤源熱泵及冷卻塔復合系統，按照管路流通順序依次包括地埋管、熱泵機組、風機盤管、冷水機組以及冷卻塔；還包括有控制器；

熱泵機組的地源側入口通過地源側循環水泵與地埋管相連，地源側出口通過管路回流至地埋管，熱泵機組的冷卻側出口依次通過冷凍水循環水泵以及風機盤管流入閥門流入風機盤管；

風機盤管的出口通過風機盤管流出閥門連通至冷水機組的盤管側入口以及熱泵機組的冷卻側入口；

冷水機組的盤管側出口通過管路回流至風機盤管，冷水機組的冷卻側出口通過冷卻水循環水泵與冷卻塔的入口相連，并且冷卻塔的出口還通過管路回流至冷水機組的冷卻側入口；

控制器分別與地源側循環水泵、熱泵機組、冷凍水循環水泵、風機盤管、冷卻塔、冷水機組以及冷卻水循環水泵相連。