[發明專利]淺層地埋管與中深層地埋管耦合冷熱源系統及其控溫方法

在審

• 申請號: 202111629336.0
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114294847A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 徐偉;孔維政;李驥;孫宗宇;秦以鵬
• 申請（專利權）人: 中國建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: F24T10/15
• 分類號: F24T10/15;F24F5/00;F24F11/84;F24F11/85;F24D3/10;F24D3/18;F24D19/10;F25B30/06;F25B41/40
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明提出了淺層地埋管與中深層地埋管耦合冷熱源系統及其控溫方法，屬于可再生能源領域。解決了嚴寒及部分寒冷地區，冬季供暖時，地源熱泵性能系數下降甚至停機的技術問題。本發明在供冷工況時，由淺層地埋管提供冷負荷所需冷量；在供熱工況時，首先利用淺層地埋管提供所需熱量，當淺層地埋管無法滿足所需熱量，關閉淺層地埋管，改由中深層地埋管提供熱負荷所需熱量，當中深層地埋管無法滿足時，淺層地埋管輔助提供熱量；當淺層地埋管取熱量與夏季釋熱量相同時，所需熱量均由中深層地埋管提供。本發明通過將淺層地熱與中深層地熱耦合，利用深層地熱不易出現冷堆積現象，很好地平衡常規淺層地熱失衡問題。

技術領域

本發明屬于可再生能源領域，特別是涉及一種嚴寒地區地源熱泵地源側淺層地埋管與中深層地埋管耦合系統及其控溫方法。

背景技術

地源熱泵系統作為供暖供冷的可再生能源技術之一，概念由Zoelly等人提出，其具有環境友好性且可持續性，在市場上有很大的發展潛力。目前地源熱泵地源側分為淺層地溫(0～200m)和中深層地溫(1500～2500m)，以淺層低溫為主。

地源熱泵系統是以土壤源作為低溫熱源，在項目設計和應用過程中必須考慮土壤體冷熱平衡，否則會導致地下能量堆積效應，進而影響機組運行。在計算周期內，地源熱泵地埋管系統的全年總釋熱量和總吸熱量應基本平衡，兩者的比值宜在0.8～1.25之間。

在我國嚴寒及部分寒冷地區，由于供熱負荷和時長大于供冷負荷和時長，地源側長期運行在冷熱失衡的條件下，會產生“冷堆積”現象，導致地源熱泵系統性能逐漸下降，乃至不能使用。針對此問題，地源熱泵復合系統受到越來越多關注，如太陽能—地源熱泵系統、太陽能跨季節蓄熱—地源熱泵耦合系統、空氣源熱泵耦合地源熱泵系統等。

上述復合系統在常規的地源熱泵基礎上再增加一套系統，或經過跨季節蓄熱，系統控制復雜且能耗相對較高，而直接利用中深層地熱，初投資較大，且夏季無法使用，也不可行。

發明內容

有鑒于此，為了解決嚴寒及部分寒冷地區，冬季供暖時，地源熱泵性能系數下降甚至停機的技術問題，本發明提出淺層地埋管與中深層地埋管耦合冷熱源系統及其控溫方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種淺層地埋管與中深層地埋管耦合冷熱源系統的控溫方法，所述淺層地埋管與中深層地埋管耦合冷熱源系統，在供冷工況時，由淺層地埋管提供冷負荷所需冷量；在供熱工況時，首先利用淺層地埋管提供所需熱量，當淺層地埋管無法滿足所需熱量，關閉淺層地埋管，改由中深層地埋管提供熱負荷所需熱量，當中深層地埋管無法滿足時，淺層地埋管輔助提供熱量。當淺層地埋管取熱量與夏季釋熱量相同時，淺層地埋管系統將不再開啟，所需熱量均由中深層地埋管提供。

更進一步的，對淺層地埋管選型和數量以冷負荷所需冷量為主進行設計，對中深層地埋管選型和數量以建筑熱負荷所需熱量與淺層地埋管設計條件下可提供供熱負荷所需熱量之差進行設計。

更進一步的，供冷工況時，淺層地埋管蝶閥和淺層地埋管水泵開啟，中深層地埋管蝶閥和中深層地埋管水泵關閉，建筑冷負荷所需冷量均由淺層地埋管提供。

更進一步的，供熱工況時，當建筑熱負荷需求較小時，淺層地埋管蝶閥和淺層地埋管水泵開啟，中深層地埋管蝶閥和中深層地埋管水泵關閉，建筑熱負荷所需熱量由淺層地埋管提供，同時通過熱計量儀表對淺層地埋管進行取熱量計量；當建筑熱負荷需求較大時，淺層地埋管無法滿足熱負荷所需熱量時，中深層地埋管蝶閥和中深層地埋管水泵開啟，淺層地埋管蝶閥和淺層地埋管水泵關閉，此時以中深層地埋管提供建筑熱負荷所需熱量為主，不滿足時由淺層地埋管輔助提供熱量；當淺層地埋管取熱量直至與夏季釋熱量相同時，淺層地埋管蝶閥和淺層地埋管水泵將不再開啟，淺層地熱不再提供熱量，建筑熱負荷所需熱量均由中深層地埋管提供。