專利名稱：一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，屬于冷、熱源利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑能耗將伴隨建筑面積的增長而與日俱增。而其中，降低暖通空調(diào)與生活熱水系統(tǒng)的能耗對緩解環(huán)境污染和資源短缺具有至關(guān)重要的意義。地源熱泵系統(tǒng)雖然與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比具有較高的能效比；是一種可再生能源，可以緩解能源緊張，但在目前地源熱泵利用中，由于對已建工程的冷熱均衡缺乏研究以及對環(huán)境的影響缺乏監(jiān)控，造成地源熱泵地下(冷)熱堆積，使得地源熱泵工程不能長期有效運行；若單一使用地源熱泵會導(dǎo)致大量打井，由此需提供大面積的打井地塊，且所需投資額大量增加?？諝庠礋岜檬悄壳皯?yīng)用最廣泛的熱泵種類之一，但由于空氣源熱泵夏季(冬季)是將空氣作為高溫冷源(低溫?zé)嵩?，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到最大需求時，機組卻恰好處于最不利的運行環(huán)境中。尤其在嚴(yán)寒地區(qū)，冬季機組運行時，除霜會增加大量的能耗，因此空氣源熱泵的單獨使用是受到條件制約的。雙源熱泵通過將兩種熱源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化整合，形成一種新型的熱泵機組，目前在該領(lǐng)域已有相關(guān)專利申請或產(chǎn)品，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實際應(yīng)用中會出現(xiàn)效率低下且控制復(fù)雜的問題。即使使用將地源熱泵作為耦合熱泵的復(fù)合式熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)階段也主要是通過增加輔助散熱裝置或輔助加熱裝置，實現(xiàn)維持土壤熱平衡的目的。這些輔助裝置的增加會引起相應(yīng)的循環(huán)、動力設(shè)備的增加，系統(tǒng)比較復(fù)雜，且整個系統(tǒng)的運行特性也有了很大的改變。常規(guī)的空氣處理機組帶電加熱等傳統(tǒng)輔助加熱設(shè)備，根據(jù)負(fù)荷需要使用，會額外增加電費及加熱器的選型安裝費用。因此研究出一種帶熱回收功能的雙源熱泵系統(tǒng)及其控制運行方式，將最具優(yōu)勢的兩種熱泵結(jié)合起來，同時發(fā)揮熱泵的熱回收功能，使之不僅能夠有效的解決地源熱泵系統(tǒng)土壤熱(冷)堆積問題，延長地源熱泵的使用年限，而且簡化系統(tǒng)便于操作控制，提高系統(tǒng)整體的運行效率，將是科學(xué)研究的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，其目的在于克服現(xiàn)有使用的地源熱泵系統(tǒng)和復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)所帶來的系統(tǒng)土壤熱(冷)堆積、土壤收支不平衡、空氣源熱泵運行條件受限，復(fù)合式地源熱泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低下、難以控制等應(yīng)用缺陷，改變傳統(tǒng)空調(diào)處理機組輔助再熱的弊端。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，包含地源熱泵，空氣源熱泵，供水三通調(diào)節(jié)閥，回水三通調(diào)節(jié)閥，冷熱水泵，冷卻水泵，空氣處理機組，熱回收三通調(diào)節(jié)閥，地源熱泵的八個模式轉(zhuǎn)換閥V1-V8，以及地埋管；所述空氣處理機組依進(jìn)風(fēng)方向，由過濾網(wǎng)，表冷段，再熱段，加濕器，空氣循環(huán)風(fēng)機依次連接。A)負(fù)荷側(cè):空氣處理機組表冷段的出水口連接冷熱水泵，之后經(jīng)回水三通閥的c端分成兩路，第一路由回水三通閥的c端通到a端，a端經(jīng)地源熱泵的模式轉(zhuǎn)換閥V2后與地源熱泵蒸發(fā)器的進(jìn)水口相接，經(jīng)蒸發(fā)器后，地源熱泵蒸發(fā)器的出水口經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門V8后與供水三通調(diào)節(jié)閥的b端相接；或a端經(jīng)地源熱泵的模式轉(zhuǎn)換閥Vl后與地源熱泵冷凝器的進(jìn)水口相接，經(jīng)冷凝器后，地源熱泵冷凝器的出水口經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門V5后與供水三通調(diào)節(jié)閥的b端相接；第二路從回水三通閥的c端通到b端，b端再與空氣源熱泵的進(jìn)水口相接，經(jīng)空氣源熱泵后，空氣源熱泵的出水口與供水三通閥的a端相接；兩路在供水三通調(diào)節(jié)閥的c端匯合，匯合后與空氣處理機組的表冷段進(jìn)水口相接；B)冷熱源側(cè):地埋管的出水管端與冷卻水泵相接，經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門V4后與地源熱泵冷凝器的進(jìn)水口相接，經(jīng)冷凝器后，地源熱泵冷凝器的出水口與模式轉(zhuǎn)換閥門的V6相接；或經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門V3后與地源熱泵蒸發(fā)器的進(jìn)水口相接，經(jīng)蒸發(fā)器后，地源熱泵蒸發(fā)器的出水口與模式轉(zhuǎn)換閥門的V7相接；之后分成兩路，一路直接與熱回收三通調(diào)節(jié)閥的a端相接，另一路與空氣處理機組的再熱段進(jìn)水口相接，經(jīng)再熱段后，再熱段的出水口與熱回收三通調(diào)節(jié)閥的b端相接，兩路在熱回收三通調(diào)節(jié)閥的c端匯合，匯合后與地埋管的進(jìn)水管端相接；系統(tǒng)有三種運行控制模式:制冷循環(huán)、制熱循環(huán)和熱回收功能；控制方法是通過調(diào)節(jié)相應(yīng)管路中的供水三通調(diào)節(jié)閥，回水三通調(diào)節(jié)閥，模式轉(zhuǎn)換閥vl_v8、熱回收三通閥選擇切換，充分利用各自熱源的特點優(yōu)化使用。系統(tǒng)中空氣源熱泵、地源熱泵可單獨運行亦可耦合運行。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:I)根據(jù)負(fù)荷的變化及客戶的需求自由選擇雙源熱泵的單獨運行或耦合運行模式，自由選擇制冷模式，制熱模式，熱回收模式，充分利用能量的平衡，控制靈活，選擇多樣，運行節(jié)能，降低土壤熱(冷)堆積與土壤收支不平衡。2)能結(jié)合空氣源熱泵和地源熱泵的優(yōu)點，在不同工況、不同模式下最大程度的利用雙源熱泵熱和能，提高了系統(tǒng)節(jié)能性，延長了各機組的使用壽命，減少了地埋管的安裝面積及安裝費用，降低了復(fù)合式熱泵的運行復(fù)雜性，提高了機組的運行效率。3)利用熱回收功能實現(xiàn)了將熱泵機組廢熱用于空氣處理機組的再熱，取消了電加熱器等傳統(tǒng)輔助加熱設(shè)備，改變了傳統(tǒng)再熱的方式，從而解決了因為負(fù)荷選型問題或者設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)問題導(dǎo)致的工程實際運用中的區(qū)域過冷或者區(qū)域過熱問題；且降低了運行能耗與成本，提高了能源的利用率。


圖1是本發(fā)明帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。1、地埋管；2、冷卻水泵；3、地源熱泵；4、空氣源熱泵；5、冷熱水泵；6、空氣處理機組；61、表冷段；62、再熱段；7、回水三通調(diào)節(jié)閥；8、供水三通調(diào)節(jié)閥；9、熱回收三通調(diào)節(jié)閥；V1-V8為模式轉(zhuǎn)換閥門。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以上海為例進(jìn)行敘述(具體的使用模式按照各地區(qū)的不同而配合選用)一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，如圖1所示，包含地源熱泵3，空氣源熱泵4，供水三通調(diào)節(jié)閥8，回水三通調(diào)節(jié)閥7，冷熱水泵5，冷卻水泵2，空氣處理機組6，熱回收三通調(diào)節(jié)閥9，地源熱泵的八個模式轉(zhuǎn)換閥V1-V8，以及地埋管I。地源熱泵3主要由常規(guī)熱泵系統(tǒng)所具備的壓縮機，冷凝器32，膨脹閥，蒸發(fā)器31連接組成?？諝庠礋岜?主要由常規(guī)熱泵系統(tǒng)所具備的壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器，四通換向閥和風(fēng)機組成?？諝馓幚頇C組6依進(jìn)風(fēng)方向，由過濾網(wǎng)，表冷段，再熱段，加濕器，空氣循環(huán)風(fēng)機依次連接。I)制冷模式:過渡季節(jié)時，從地源熱泵和空氣源熱泵中根據(jù)客戶需求任意選擇開啟地源或空氣源熱泵進(jìn)行制冷，維持室內(nèi)要求溫度。當(dāng)處于夏季空調(diào)負(fù)荷高峰時，若超過土壤熱的使用范圍時，可使用地源熱泵加空氣源熱泵雙源耦合供冷，可減少系統(tǒng)對土壤源的排熱，有效降低了土壤的熱(冷)堆積，延長了地源熱泵的使用壽命。(a).過渡季節(jié)使用時，冷負(fù)荷較小，單純開啟空氣源熱泵4或地源熱泵3，打開冷熱水泵5，調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7和供水三通調(diào)節(jié)閥8，使空氣源熱泵機組4或地源熱泵機組3，與空氣處理機組6相連通，此時打開模式轉(zhuǎn)換閥門V2、V4、V6、V8與冷卻水泵2，冷凍水經(jīng)過管路進(jìn)入空氣處理機組6的表冷段61中，對新、回風(fēng)進(jìn)行冷卻除濕處理后送入室內(nèi)。當(dāng)開啟地源熱泵時，回水三通調(diào)節(jié)閥7的b端，供水三通調(diào)節(jié)閥8的a端，熱回收三通調(diào)節(jié)閥9的b端全關(guān)，冷凍水循環(huán)為:61 — 5 — 7-c — 7-a — V2 — 31 — V8 — 8-b — 8-c — 61，冷卻水循環(huán)流經(jīng)主回路為:1 — 2 — V4 — 32 — V6 — 9-a — 9-c — I。當(dāng)開啟空氣源熱泵時，三通閥7的a端，8的b端全關(guān)，地埋管部分不工作，冷凍水循環(huán)為:61 — 5 — 7-c — 7-b — 4 — 8-a — 8_c — 61，冷卻方式為風(fēng)冷。(b).夏季使用，冷負(fù)荷較大，此時可同時開啟地源熱泵3與空氣源熱泵4，打開冷熱水泵5，打開地源熱泵3中的模式轉(zhuǎn)換閥門V2、V4、V6、V8與冷卻水泵2，調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7和供水三通調(diào)節(jié)閥8，使地源熱泵3、空氣源熱泵4同時與空氣處理機組6相連通，冷凍水通過管路進(jìn)入空氣處理機組6的表冷段61中，對新、回風(fēng)進(jìn)行冷卻除濕處理后送入室內(nèi)。地源熱泵3與空氣源熱泵4承擔(dān)負(fù)荷比例可通過調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7與供水三通調(diào)節(jié)閥8的開度實現(xiàn)。此時冷凍水、冷卻水循環(huán)同權(quán)利要求1的(a)所述，所不同的是，回水三通調(diào)節(jié)閥7、供水三通調(diào)節(jié)閥8的a端、b端均部分開啟，此時兩條冷凍水路同時工作，而且空氣源熱泵機組的風(fēng)機與地埋管1、冷卻水泵2也同時工作。2)制熱模式:與制冷模式相同，主要是通過模式轉(zhuǎn)換閥的換向，實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)變。(a).過渡季節(jié)使用時，熱負(fù)荷較小，單純開啟空氣源熱泵4或地源熱泵3，打開冷熱水泵5，調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7和供水三通調(diào)節(jié)閥8使空氣源熱泵機組4或地源熱泵機組3與空氣處理機組6相連通，此時打開閥門V1、V3、V5、V7與冷卻水泵2，熱水經(jīng)過管路進(jìn)入空氣處理機組6的表冷段61中，對新、回風(fēng)進(jìn)行加熱處理后送入室內(nèi)。
當(dāng)開啟地源熱泵時，三通閥7的b端，8的a端，9的b端全關(guān)，熱水循環(huán)為:61 — 5 — 7-c — 7-a — Vl — 32 — V5 — 8_b — 8_c — 61，熱源側(cè)循環(huán)為主回路:I — 2 — V3 — 31 — V7 — 9-a — 9-c — I。當(dāng)開啟空氣源熱泵時，回水三通調(diào)節(jié)閥7的a端，供水三通調(diào)節(jié)閥8的b端全關(guān)，地埋管I不工作，熱水循環(huán)為:61 — 5 — 7-c — 7-b — 4 — 8-a — 8_c — 61，熱源側(cè)為風(fēng)冷。(b).冬季使用，熱負(fù)荷較大，此時可同時開啟地源熱泵3與空氣源熱泵4，打開冷熱水泵5，打開地源熱泵3中的模式轉(zhuǎn)換閥V1、V3、V5、V7與冷卻水泵2，調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7和供水三通調(diào)節(jié)閥8，使地源熱泵3、空氣源熱泵4同時與空氣處理機組6相連通，熱水通過管路進(jìn)入空氣處理機組6的表冷段61中，對新、回風(fēng)進(jìn)行加熱處理后送入室內(nèi)。地源熱泵3與空氣源熱泵4承擔(dān)負(fù)荷比例可通過調(diào)節(jié)回水三通調(diào)節(jié)閥7與供水三通調(diào)節(jié)閥8的開度實現(xiàn)。此時熱水側(cè)、熱源側(cè)循環(huán)同權(quán)利要求2 (a)所述，所不同的是，回水三通調(diào)節(jié)閥
7、供水三通調(diào)節(jié)閥8的a端、b端均部分開啟，此時兩條熱水水路同時工作，而且空氣源熱泵機組的風(fēng)機與地埋管1、冷卻水泵2也同時工作。3)熱回收模式:主要是針對空氣處理機組而言，由于所述空氣處理機組6的特征是取消了電加熱器等傳統(tǒng)輔助加熱設(shè)備，因此當(dāng)室內(nèi)溫度過低時，為了維持室內(nèi)溫度的恒定或送風(fēng)溫度的恒定，則引入地源熱泵3的熱，通過調(diào)節(jié)熱回收三通調(diào)節(jié)閥9，根據(jù)需求進(jìn)行部分熱回收或者全熱回收，使冷卻水進(jìn)入空氣處理機組再熱段，對新、回風(fēng)再熱，進(jìn)行熱回收。當(dāng)室內(nèi)空氣過冷(或送風(fēng)溫度偏低)，需對新、回風(fēng)進(jìn)行再熱，此時可優(yōu)先設(shè)置地源熱泵處于開啟狀態(tài)，即只要地源熱泵開啟時即可根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化開啟熱回收模式，調(diào)節(jié)熱回收三通調(diào)節(jié)閥9，使系統(tǒng)部分或全部冷卻廢熱水進(jìn)入空氣處理機組6的再熱段62，對新、回風(fēng)進(jìn)行再熱處理，以維持送風(fēng)或室內(nèi)溫度恒定。根據(jù)冷卻水進(jìn)入再熱段62的多少可分為全熱回收與部分熱回收模式。(a).全熱回收熱回收三通調(diào)節(jié)閥9的a端處于全關(guān)狀態(tài)，冷卻廢熱水全部流經(jīng)空氣處理機組6的再熱段62，此時冷卻水循環(huán)為:I — 2 — V4 — 32 — V6 — 62 — 9-b — 9-c — I。(b).部分熱回收熱回收三通調(diào)節(jié)閥9的a端、b端均為部分開啟，開啟比例根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此時一部分冷卻水流經(jīng)主回路為I — 2 — V4 — 32 — V6 — 9-a — 9-c — 1，一部分冷卻水流經(jīng)副回路為:1 — 2 — V4 — 32 — V6 — 62 — 9-b — 9-c — I，兩條冷卻水路同時工作。不論全熱回收與部分熱回收模式，冷凍水循環(huán)均為如下:若只有地源熱泵開啟時則為61 — 5 — 7-c — 7-a — V2 — 31 — V8 — 8_b — 8_c — 61，若地源熱泵與空氣源熱泵同時開啟時，則冷凍水循環(huán)同權(quán)利要求1 (b)所述。
權(quán)利要求
1.一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，包含地源熱泵(3)，空氣源熱泵(4),供水三通調(diào)節(jié)閥(8)，回水三通調(diào)節(jié)閥(7)，冷熱水泵(5)，冷卻水泵(2)，空氣處理機組(6)，熱回收三通調(diào)節(jié)閥(9)，地源熱泵的八個模式轉(zhuǎn)換閥(Vl)-(V8)，以及地埋管(I);所述空氣處理機組(6 )依進(jìn)風(fēng)方向，由過濾網(wǎng)，表冷段(61)，再熱段(62 )，加濕器，空氣循環(huán)風(fēng)機依次連接，其特征在于: A)負(fù)荷側(cè):空氣處理機組(6)表冷段(61)的出水口連接冷熱水泵(5)，之后經(jīng)回水三通閥(7)的(C)端分成兩路，第一路由回水三通閥的(C)端通到(a)端，(a)端經(jīng)地源熱泵(4)的模式轉(zhuǎn)換閥(V2)后與地源熱泵蒸發(fā)器(31)的進(jìn)水口相接，經(jīng)蒸發(fā)器后，地源熱泵蒸發(fā)器的出水口經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門(V8)后與供水三通調(diào)節(jié)閥(8)的(b)端相接；或(a)端經(jīng)地源熱泵(4)的模式轉(zhuǎn)換閥(Vl)后與地源熱泵冷凝器(32)的進(jìn)水口相接，地源熱泵冷凝器的出水口經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門(V5)后與供水三通調(diào)節(jié)閥(8)的(b)端相接；第二路從回水三通閥(7)的(c)端通到(b)端，(b)端再與空氣源熱泵的進(jìn)水口相接，經(jīng)空氣源熱泵后，空氣源熱泵的出水口與供水三通閥的(a)端相接；兩路在供水三通調(diào)節(jié)閥的(c)端匯合，匯合后與空氣處理機組的表冷段進(jìn)水口相接； B)冷熱源側(cè):地埋管的出水管端與冷卻水泵(2)相接，經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門(V4)后與地源熱泵(3)冷凝器(32)的進(jìn)水口相接，經(jīng)冷凝器后，地源熱泵冷凝器的出水口與模式轉(zhuǎn)換閥門的(V6)相接；或經(jīng)模式轉(zhuǎn)換閥門(V3)后與地源熱泵蒸發(fā)器(31)的進(jìn)水口相接，經(jīng)蒸發(fā)器后，地源熱泵蒸發(fā)器的出水口與模式轉(zhuǎn)換閥門的(V7)相接；之后分成兩路，一路直接與熱回收三通調(diào)節(jié)閥(9)的(a)端相接，另一路與空氣處理機組(6)的再熱段(62)進(jìn)水口相接，經(jīng)再熱段后，再熱段的出水口與熱回收三通調(diào)節(jié)閥(9 )的(b )端相接，兩路在熱回收三通調(diào)節(jié)閥(9)的(c)端匯合，匯合后與地埋管(I)的進(jìn)水管端相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)有三種運行控制模式:制冷循環(huán)；制熱循環(huán)；熱回收功能；控制方法是通過調(diào)節(jié)相應(yīng)管路中的供水三通調(diào)節(jié)閥(8 )，回水三通調(diào)節(jié)閥(7 )，模式轉(zhuǎn)換閥(VI)- (v8 )、熱回收三通閥(9)選擇切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)中空氣源熱泵、地源熱泵可單獨運行亦可耦合運行。
全文摘要
一種帶熱回收功能的地源與空氣源耦合熱泵系統(tǒng)，包含地源熱泵，空氣源熱泵，空氣處理機組及地埋管；負(fù)荷側(cè)空氣處理機組表冷段出水口連接冷熱水泵，經(jīng)回水三通調(diào)節(jié)閥c端分成兩路，一路由c端通a端經(jīng)地源熱泵蒸發(fā)器與供水三通調(diào)節(jié)閥b端連通；二路由回水三通閥c端通b端與供水三通調(diào)節(jié)閥a端連通；兩路在供水三通調(diào)節(jié)閥c端匯合后進(jìn)入表冷段；冷熱源側(cè)地埋管的出水管端與冷卻水泵相接，經(jīng)地源熱泵冷凝器的模式轉(zhuǎn)換閥門V6后分成兩路，一路直接與熱回收三通調(diào)節(jié)閥的a端相接，另一路進(jìn)入再熱段后與熱回收三通調(diào)節(jié)閥b端連通；兩路經(jīng)熱回收三通調(diào)節(jié)閥c端匯合后與地埋管的進(jìn)水管端相接。本發(fā)明具有控制靈活，選擇多樣，運行節(jié)能等優(yōu)點。
文檔編號F24F12/00GK103196197SQ201310147949
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者陳劍波, 亢友立, 姚晶珊, 聶琳杰, 王玉, 戴晶, 于海照, 郭利娜 申請人:上海理工大學(xué)