帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，屬于空調(diào)【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型包括帶自然供冷功能的水源熱泵機(jī)組、地下埋管換熱組件、室內(nèi)空調(diào)裝置三部分。三部分通過用戶側(cè)管道和地緣側(cè)管道、八個(gè)切換閥門、用戶側(cè)循環(huán)泵(2)和地緣側(cè)循環(huán)泵連接成一個(gè)土壤源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)地溫條件和建筑供冷、供熱需求，通過切換水系統(tǒng)和水源熱泵機(jī)組的制冷劑管路上的閥門開啟狀態(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，解決了在供冷季初期地溫較低導(dǎo)致熱泵機(jī)組無法開啟的問題，同時(shí)有效降低了土壤源熱泵系統(tǒng)的全年運(yùn)行能耗。
【專利說明】帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于空調(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)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，土壤源熱泵系統(tǒng)由于通過跨季節(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。
[0003]土壤換熱器是冬冷夏用、夏熱冬用的蓄熱器。由于我國幅員遼闊，不同地區(qū)的土壤溫度不同，且不同建筑對象具有不同的冷、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)致地溫過低，在供冷季初期，經(jīng)過土壤換熱器換熱后的冷卻水溫度過低，導(dǎo)致熱泵機(jī)組冷凝壓力過低，不能正常啟動(dòng)，進(jìn)而不能實(shí)現(xiàn)建筑的供冷需求。
[0004]為解決上述問題，在實(shí)際工程中常采用如下三種方案:(I)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。
[0005]上述各技術(shù)方案都不同程度地存在不足:
[0006](I)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)組在地溫過低時(shí)的啟動(dòng)問題，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，無疑增加了地源熱泵系統(tǒng)的建造成本；
[0007](2)第二和第三種方案雖然可以解決地源熱泵的正常運(yùn)行問題，但熱泵機(jī)組持續(xù)運(yùn)行，相對第一種方案而言，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。
[0008]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)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型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，通過切換水系統(tǒng)和水源熱泵機(jī)組的制冷劑管路上的閥門開啟狀態(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)組無法開啟的問題，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。
[0010]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn):
[0011]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。所述三部分通過用戶側(cè)管道和地緣側(cè)管道、八個(gè)切換閥門、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:
[0012]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。
[0013]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)量可以是一臺或多臺。也可以是一臺或多臺包含三通閥和旁通閥的熱泵機(jī)組與一臺或多臺常規(guī)土壤源熱泵機(jī)組的組合。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]本實(shí)用新型提出的技術(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，對于推動(dòng)土壤源熱泵技術(shù)的健康發(fā)展，加速國家節(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:
[0019](I)在制冷季初期，利用土壤源熱泵機(jī)組的自然供冷功能，勿需啟動(dòng)熱泵機(jī)組就可以提取低溫土壤中的冷量向建筑供冷，勿需增加換熱器、自動(dòng)控制閥門及其管路等設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)為建筑提供免費(fèi)冷源，具有顯著的節(jié)能、節(jié)材效果；
[0020](2)待地溫提升后再啟動(dòng)土壤源熱泵機(jī)組向建筑供冷，避免了熱泵機(jī)組因冷卻水溫度過低導(dǎo)致的熱泵機(jī)組冷凝壓力過低，機(jī)組無法正常啟動(dòng)與正常運(yùn)行的問題發(fā)生，保證了土壤源熱泵系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)土壤源熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0024]圖3為本實(shí)用新型的熱泵機(jī)組原理圖。
[0025]圖4為本實(shí)用新型供暖期實(shí)施例原理圖。
[0026]圖5為本實(shí)用新型供暖期熱泵機(jī)組機(jī)械制熱原理圖。
[0027]圖6為本實(shí)用新型供冷初期原理圖。
[0028]圖7為本實(shí)用新型供冷初期熱泵機(jī)組自然制冷原理圖。
[0029]圖8為本實(shí)用新型正常供冷期原理圖。
[0030]圖9為本實(shí)用新型正常供冷期熱泵機(jī)組機(jī)械制冷原理圖。
[0031]圖中:1_室內(nèi)空調(diào)裝置；2_用戶側(cè)循環(huán)泵；3_用戶側(cè)管道；4_熱泵機(jī)組；5_地源側(cè)循環(huán)泵；6_地下埋管換熱組件；7_地源側(cè)管道；8_冷凝器；9_蒸發(fā)器；10_壓縮機(jī)；11_三通閥；12-節(jié)流裝置；13-旁通閥；14-冷凝器出水口 ；15_冷凝器進(jìn)水口 ；16_蒸發(fā)器進(jìn)水口 ；17_蒸發(fā)器出水口 ；A1-切換閥門一 ；A2-切換閥門二 ；B1-切換閥門三；B2-切換閥門四；C1-切換閥門五；C2-切換閥門六；D1-切換閥門七；D2-切換閥門八。

【具體實(shí)施方式】
[0032]參見圖2，帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱泵機(jī)組4、地下埋管換熱組件6、室內(nèi)空調(diào)裝置I三部分，通過用戶側(cè)管道3和地源側(cè)管道7、八個(gè)切換閥門(Al、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2)、用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5將上述三部分連接成一個(gè)土壤源熱泵系統(tǒng)。熱泵機(jī)組4由壓縮機(jī)10、冷凝器8、節(jié)流裝置12、蒸發(fā)器9構(gòu)成，制冷劑沿壓縮機(jī)10、冷凝器8、節(jié)流裝置12、蒸發(fā)器9的流向循環(huán)，將進(jìn)入蒸發(fā)器9中冷水中的熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器8中的流動(dòng)的熱水中。
[0033]參見圖3，熱泵機(jī)組4還包括三通閥11和旁通閥13，所述三通閥11的三個(gè)接口分別連接壓縮機(jī)10的吸氣管、壓縮機(jī)10的排氣管和冷凝器8的進(jìn)氣管；旁通閥13并聯(lián)在節(jié)流裝置12的兩端；壓縮機(jī)10運(yùn)行時(shí)，制冷劑從蒸發(fā)器9中吸氣，經(jīng)過壓縮機(jī)10、三通閥11、冷凝器8、節(jié)流裝置12返回蒸發(fā)器9，完成制冷循環(huán)，從而在蒸發(fā)器9中制取冷水，或者冷凝器8中制取熱水；當(dāng)壓縮機(jī)10停止運(yùn)行時(shí)，制冷劑在蒸發(fā)器9中被室內(nèi)空調(diào)裝置I返回的溫水加熱蒸發(fā)成制冷劑蒸氣，經(jīng)過三通閥11進(jìn)入冷凝器8，制冷劑蒸氣在冷凝器8中由地下埋管換熱組件6返回的低溫冷水冷凝成液體，再經(jīng)旁通閥13返回到蒸發(fā)器9中，完成自然循環(huán)，從而在蒸發(fā)器9中制取溫度較高的冷水，送入室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)I中為房間供冷。
[0034]在上述實(shí)施例中，包含有三通閥11和旁通閥13的熱泵機(jī)組4的數(shù)量可以是一臺或多臺；也可以是一臺或多臺包含三通閥11和旁通閥13的熱泵機(jī)組4與一臺或多臺常規(guī)土壤源熱泵機(jī)組的組合。
[0035]在上述實(shí)施例中，三通閥11為自力式三通閥,或者是電動(dòng)/電磁式三通閥；三通閥11為兩只兩通閥的組合體；旁通閥13為自力式兩通閥，或者是電動(dòng)/電磁式兩通閥；旁通閥13和節(jié)流裝置12可以單獨(dú)設(shè)置，也可以是一個(gè)包含旁通功能和節(jié)流功能的整體閥件。
[0036]本實(shí)用新型土壤源熱泵系統(tǒng)的控制流程如下:
[0037]—、供暖期控制流程:
[0038]參見圖4和圖5，圖4是在供暖期土壤源熱泵系統(tǒng)原理圖，切換閥門一 Al、切換閥門二 A2、切換閥門七D1、切換閥門八D2開啟，切換閥門三B1、切換閥門四B2、切換閥門五Cl、切換閥門六C2關(guān)閉。圖5是供暖期熱泵機(jī)組機(jī)4機(jī)械制熱原理圖，所述熱泵機(jī)組4中的旁通閥13關(guān)閉，三通閥11連接壓縮機(jī)10排氣管和冷凝器8進(jìn)氣管的通路打開；當(dāng)不需要供暖時(shí)，熱泵機(jī)組4、用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5停止運(yùn)行；當(dāng)需要供暖時(shí)，開啟熱泵機(jī)組4、啟動(dòng)用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5，熱泵機(jī)組4通過蒸發(fā)器9從地下埋管換熱組件6中取熱，并利用制冷循環(huán)加熱流過冷凝器8中的熱水，通過室內(nèi)空調(diào)裝置I送入室內(nèi)。
[0039]二、供冷初期控制流程:
[0040]參見圖6和圖7，圖6是在供冷初期土壤源熱泵系統(tǒng)原理圖，切換閥門一 Al、切換閥門二 A2、切換閥門七D1、切換閥門八D2關(guān)閉，切換閥門三B1、切換閥門四B2、切換閥門五Cl、切換閥門六C2開啟。圖7是供冷初期熱泵機(jī)組4自然制冷原理圖，所述熱泵機(jī)組4中的旁通閥13開啟，三通閥11連接蒸發(fā)器9出氣管和冷凝器8進(jìn)氣管的通路打開；當(dāng)不需要供冷時(shí)，熱泵機(jī)組4、用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5停止運(yùn)行；當(dāng)需要供冷時(shí)，開啟熱泵機(jī)組4、啟動(dòng)用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5，熱泵機(jī)組4通過冷凝器8向地下埋管換熱組件6中排熱，并利用自然循環(huán)冷卻流過蒸發(fā)器9中的冷水，通過室內(nèi)空調(diào)裝置I送入室內(nèi)。
[0041]三、正常供冷期控制流程:
[0042]參見圖8和圖9，圖8是在正常供冷期土壤源熱泵系統(tǒng)原理圖，切換閥門一 Al、切換閥門二 A2、切換閥門七D1、切換閥門八D2關(guān)閉，切換閥門三B1、切換閥門四B2、切換閥門五Cl、切換閥門六C2開啟。圖9是正常供冷期熱泵機(jī)組4機(jī)械制冷原理圖，所述熱泵機(jī)組4中的旁通閥13關(guān)閉，三通閥11連接壓縮機(jī)10排氣管和冷凝器8進(jìn)氣管的通路打開；當(dāng)不需要供冷時(shí)，熱泵機(jī)組4、用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5停止運(yùn)行；當(dāng)需要供冷時(shí)，開啟熱泵機(jī)組4、啟動(dòng)用戶側(cè)循環(huán)泵2和地源側(cè)循環(huán)泵5，熱泵機(jī)組4通過冷凝器8向地下埋管換熱組件6中排熱，并利用制冷循環(huán)冷卻流過蒸發(fā)器9中的冷水，通過室內(nèi)空調(diào)裝置I送入室內(nèi)。
[0043]在上述本實(shí)用新型的實(shí)施例中，相對于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的“土壤源熱泵系統(tǒng)”而言，進(jìn)行了有效的改進(jìn)和完善，在制冷季初期，利用土壤源熱泵機(jī)組的自然供冷功能，勿需啟動(dòng)熱泵機(jī)組就可以提取低溫土壤中的冷量向建筑供冷，勿需增加換熱器、自動(dòng)控制閥門及其管路等設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)為建筑提供免費(fèi)冷源，具有顯著的節(jié)能、節(jié)材效果；待地溫提升后再啟動(dòng)土壤源熱泵機(jī)組向建筑供冷，避免了熱泵機(jī)組因冷卻水溫度過低導(dǎo)致的熱泵機(jī)組冷凝壓力過低，機(jī)組無法正常啟動(dòng)與正常運(yùn)行的問題發(fā)生，保證了土壤源熱泵系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，包括熱泵機(jī)組(4)、地下埋管換熱組件(6)、室內(nèi)空調(diào)裝置(I)三部分，所述三部分通過用戶側(cè)管道(3)和地緣側(cè)管道(7)、八個(gè)切換閥門(八132、81、82、(:1、02、01、02)、用戶側(cè)循環(huán)泵(2)和地緣側(cè)循環(huán)泵(5)連接成一個(gè)土壤源熱泵系統(tǒng)；所述熱泵機(jī)組(4)由壓縮機(jī)(10)、冷凝器(8)、節(jié)流裝置(12)、蒸發(fā)器(9)構(gòu)成，制冷劑沿壓縮機(jī)(10)、冷凝器(8)、節(jié)流裝置(12)、蒸發(fā)器(9)的流向循環(huán)，將進(jìn)入蒸發(fā)器(9)中冷水中的熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器(8)中的流動(dòng)的熱水中，其特征在于: 所述熱泵機(jī)組⑷還包括三通閥(11)和旁通閥(13)，所述三通閥(11)的三個(gè)接口分別連接壓縮機(jī)(10)的吸氣管、壓縮機(jī)(10)的排氣管和冷凝器(8)的進(jìn)氣管；所述旁通閥(13)并聯(lián)在節(jié)流裝置(12)的兩端；壓縮機(jī)(10)運(yùn)行時(shí)，制冷劑從蒸發(fā)器(9)中吸氣，經(jīng)過壓縮機(jī)(10)、三通閥(11)、冷凝器(8)、節(jié)流裝置(12)返回蒸發(fā)器(9)，完成制冷循環(huán)，從而在蒸發(fā)器(9)中制取冷水，或者在冷凝器(8)中制取熱水；當(dāng)壓縮機(jī)(10)停止運(yùn)行時(shí)，制冷劑在蒸發(fā)器(9)中被室內(nèi)空調(diào)裝置(I)返回的溫水加熱蒸發(fā)成制冷劑蒸氣，經(jīng)過三通閥(11)進(jìn)入冷凝器(8)，制冷劑蒸氣在冷凝器(8)中由地下埋管換熱組件(6)返回的低溫冷水冷凝成液體，再經(jīng)旁通閥(13)返回到蒸發(fā)器(9)中，完成自然循環(huán)，從而在蒸發(fā)器(9)中制取溫度較高的冷水，送入室內(nèi)空調(diào)裝置(I)中為室內(nèi)供冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述包含有三通閥(11)和旁通閥(13)的熱泵機(jī)組⑷的數(shù)量可以是一臺或多臺；也可以是一臺或多臺包含三通閥(11)和旁通閥(13)的熱泵機(jī)組(4)與一臺或多臺常規(guī)土壤源熱泵機(jī)組的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述二通閥(11)為自力式二通閥，或者是電動(dòng)或電磁式二通閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述三通閥(11)為兩只兩通閥的組合體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述旁通閥(13)為自力式兩通閥，或者是電動(dòng)或電磁式兩通閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶自然供冷功能的土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述旁通閥(13)和節(jié)流裝置(12)是一個(gè)包含旁通功能和節(jié)流功能的整體閥件。
【文檔編號】F24F5/00GK204084685SQ201320799574
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】徐 明, 石里明 申請人:北京紫荊信達(dá)節(jié)能科技有限公司