專利名稱：一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用地源熱泵系統(tǒng)中埋地換熱器進行自然供 冷、余熱回收的系統(tǒng)和方法。。
技術(shù)背景隨著環(huán)保和充分利用可再生能源資源的可持續(xù)發(fā)展的大趨勢下，以土壤為基礎(chǔ)的地源 熱泵供冷供熱技術(shù)得到極大的重視和發(fā)展。地源熱泵空調(diào)技術(shù)是利用地下常規(guī)地溫能量，通過埋地換熱器與土壤進行熱交換，從 土壤中獲取熱量或向土壤中排放熱量。但隨著運行時間的增長，由于埋管周圍熱量的堆積， 埋地換熱器的傳熱性能逐漸刪減。另外對于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總是需要部分或全部排走室內(nèi)空氣，補充室外新風(fēng)。在排風(fēng)的 過程中必然會將一部分有用的能量(冷量或熱量)白白排走，同時為了對新風(fēng)進行處理又 需要投入新的能量。如果將這部分排放的能量進行回收，并把回收的能量對新風(fēng)作預(yù)處理， 或用來恢復(fù)土壤的溫度，提高埋地換熱器的傳熱性能，將會使空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省很多能量。目前市場上有各種熱回收裝置，其結(jié)構(gòu)由一個換熱器或二個換熱器構(gòu)成，熱回收效率 不高，還有冬季結(jié)霜問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過地源熱泵實現(xiàn)對建筑物供冷和供熱，通過 熱回收裝置對排風(fēng)中的熱量進行回收，回收的熱量可以預(yù)熱新風(fēng)，也可以恢復(fù)土壤溫度， 通過埋地換熱器實現(xiàn)自然供冷的帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種帶有自然供冷、余熱回收的地 源熱泵集成系統(tǒng)，包括熱泵機組、埋地換熱器、新風(fēng)換熱器和排風(fēng)換熱器，所述的埋地換 熱器通過第三閥門和第四閥門與熱泵機組連接，所述的埋地換熱器通過第一閥門和第六闊 門與新風(fēng)換熱器連接，所述的埋地換熱器通過第二閥門和第五閥門與排風(fēng)換熱器連接，所 述的埋地換熱器通過第五閥門和第六閥門與排風(fēng)換熱器和新風(fēng)換熱器構(gòu)成回路。所述的熱泵機組、埋地換熱器、新風(fēng)換熱器、排風(fēng)換熱器及閥門之間采用管道連接。一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成方法，包括下列步驟-1)若要實現(xiàn)常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)模式，則打開第三閥門、第四閥門，關(guān)閉第一閥門、 第二閥門、第五閥門和第六閥門，工作流體循環(huán)于埋地換熱器和熱泵機組之間，實現(xiàn)對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱的運行；2) 若要實現(xiàn)自然供冷模式，則打開第一閥門、第六閥門，關(guān)閉第二閥門、第三閥門、 第四閥門和第五閥門，旁通排風(fēng)換熱器(1)，工作流體循環(huán)于埋地換熱器和新風(fēng) 換熱器之間，通過埋地換熱器把新風(fēng)的熱量排放到土壤中，實現(xiàn)冷卻新風(fēng)、自然 供冷；3) 若要實現(xiàn)土壤溫度恢復(fù)模式，則打開第二閥門、第五閥門，關(guān)閉第一閥門、第三 閥門、第四閥門和第六閥門，旁通新風(fēng)換熱器，工作流體循環(huán)于埋地換熱器與排 風(fēng)換熱器之間，把室內(nèi)空氣排放的熱量回收起來，加熱埋地換熱器周圍的土壤， 提高土壤溫度；4) 若要實現(xiàn)由三個換熱器組成的熱回收系統(tǒng)，則打開第五閥門、第六閥門，關(guān)閉第 一閥門、第二閥門、第三閥門和第四闊門，排風(fēng)換熱器、新風(fēng)換熱器及埋地換熱 器構(gòu)成一個由三個換熱器組成的熱回收環(huán)路，在埋地換熱器中預(yù)熱的工作流體流 過排風(fēng)換熱器獲得熱量，溫度升高的工作流體流到新風(fēng)換熱器，把熱量傳給新風(fēng)， 實現(xiàn)室內(nèi)排風(fēng)熱量的回收。本發(fā)明的系統(tǒng)可以實現(xiàn)四種運行模式 一是常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)模式，埋地換熱器與 熱泵機組構(gòu)成地源熱泵系統(tǒng)，實現(xiàn)對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱運行；二是自然供冷 模式，埋地換熱器與新風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，由于一定深度的土壤溫度穩(wěn)定且低于室外 氣溫，工作流體循環(huán)于埋地換熱器與新風(fēng)換熱器之間，把新風(fēng)負荷排放到土壤中，使新風(fēng) 溫度降低，無需開啟熱泵機組，實現(xiàn)自然供冷；三是土壤溫度恢復(fù)模式，埋地換熱器與排 風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，工作流體循環(huán)于埋地換熱器與排風(fēng)換熱器之間，把排風(fēng)的熱量儲 存于埋地換熱器周圍，使土壤的溫度得以恢復(fù)，提高冬季地源熱泵系統(tǒng)的工作性能；四是 熱回收模式，埋地換熱器、排風(fēng)換熱器和新風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，經(jīng)過埋地換熱器預(yù)熱 的工作流體，流過排風(fēng)換熱器，把熱量帶到新風(fēng)換熱器，加熱新風(fēng)，即把排風(fēng)的熱量回收 起來，提高系統(tǒng)的能量綜合利用率。 有益效果本發(fā)明通過改善埋地換熱器周圍的土壤溫度場提高了地源熱泵系統(tǒng)的工作性能；通過 實現(xiàn)余熱回收和過渡季節(jié)自然供冷，提高了系統(tǒng)的能量綜合利用率；且不會出現(xiàn)冬季結(jié)霜 現(xiàn)象，使熱回收的效率更高。


圖1為帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)示意圖。圖中l(wèi)一排風(fēng)換熱器 2 —新風(fēng)換熱器 3 —埋地換熱器 4一熱泵機組5—第一閥門 6—第二閥門 7—第三閥門 8—第四閥門9一第五閥門 IO—第六閥門具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限 定的范圍。如圖1所示，埋地換熱器3通過第三閥門7和第四閥門8與熱泵機組4連接；埋地換 熱器3通過第一閥門5和第六閥門10與新風(fēng)換熱器2連接；埋地換熱器3通過第二閥門 6和第五閥門9與排風(fēng)換熱器1連接，埋地換熱器3通過第五閥門9和第六閥門10與排 風(fēng)換熱器1和新風(fēng)換熱器2構(gòu)成回路。熱泵機組、埋地換熱器、新風(fēng)換熱器、排風(fēng)換熱器 及閥門之間采用管道連接。如圖1所示，打開閥門7,8，關(guān)閉閥門5,6,9,10，實現(xiàn)常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)模式，工 作流體循環(huán)于埋地換熱器3和熱泵機組4之間，實現(xiàn)對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱的 運行。打開閥門5,10，關(guān)閉閥門6,7,8,9，旁通排風(fēng)換熱器，實現(xiàn)自然供冷模式，工作流體 循環(huán)于埋地換熱器3和新風(fēng)換熱器2之間，通過埋地換熱器把新風(fēng)的熱量排放到土壤中， 實現(xiàn)冷卻新風(fēng)、達到自然供冷的目的。打開閥門6,9，關(guān)閉閥門5,7,8,10，旁通新風(fēng)換熱器，實現(xiàn)土壤溫度恢復(fù)模式，工作 流體循環(huán)于埋地換熱器與排風(fēng)換熱器之間，把室內(nèi)空氣排放的熱量回收起來，加熱埋地換 熱器周圍的土壤，提高土壤溫度，進而提高地源熱泵系統(tǒng)的運行性能。打開閥門9，10，關(guān)閉閥門5，6,7，8，排風(fēng)換熱器1、新風(fēng)換熱器2及埋地換熱器3構(gòu)成 一個由三個換熱器組成的熱回收環(huán)路，在埋地換熱器3中預(yù)熱的工作流體流過排風(fēng)換熱器 1獲得熱量，溫度升高的工作流體流到新風(fēng)換熱器2，把熱量傳給新風(fēng)，實現(xiàn)室內(nèi)排風(fēng)熱 量的回收。由三個換熱器組成的熱回收系統(tǒng)，由于工作流體流進排風(fēng)換熱器1之前首先經(jīng) 過埋地換熱器3預(yù)熱，所以工作流體的溫度不可能低于O'C，也就不會出現(xiàn)冬季結(jié)霜現(xiàn)象， 使熱回收的效率更高。
權(quán)利要求
1.一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)，包括熱泵機組、埋地換熱器、新風(fēng)換熱器和排風(fēng)換熱器，其特征在于所述的埋地換熱器(3)通過第三閥門(7)和第四閥門(8)與熱泵機組(4)連接，所述的埋地換熱器(3)通過第一閥門(5)和第六閥門(10)與新風(fēng)換熱器(2)連接，所述的埋地換熱器(3)通過第二閥門(6)和第五閥門(9)與排風(fēng)換熱器(1)連接，所述的埋地換熱器(3)通過第五閥門(9)和第六閥門(10)與排風(fēng)換熱器(1)和新風(fēng)換熱器(2)構(gòu)成回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)，其特征在 于所述的熱泵機組、埋地換熱器、新風(fēng)換熱器、排風(fēng)換熱器及閥門之間采用管道連 接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成方法，包括下列 步驟1) 若實現(xiàn)常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)模式，則打開第三閥門(7)、第四閥門(8)，關(guān)閉第 一閥門(5)、第二閥門(6)、第五閥門(9)和第六閥門(10)，工作流體循環(huán)于 埋地換熱器(3)和熱泵機組(4)之間，實現(xiàn)夏季供冷、冬季供熱的運行；2) 若實現(xiàn)自然供冷模式，則打開第一閥門(5)、第六閥門(10)，關(guān)閉第二閥門(6)、 第三閥門(7)、第四閥門(8)和第五閥門(9)，旁通排風(fēng)換熱器(1)，工作流體 循環(huán)于埋地換熱器(3)和新風(fēng)換熱器(2)之間，通過埋地換熱器把新風(fēng)的熱量 排放到土壤中，實現(xiàn)冷卻新風(fēng)、自然供冷；3) 若實現(xiàn)土壤溫度恢復(fù)模式，則打開第二閥門(6)、第五閥門(9)，關(guān)閉第一閥門(5)、第三閥門(7)、第四閥門(8)和第六閥門(10)，旁通新風(fēng)換熱器(2)， 工作流體循環(huán)于埋地換熱器(3)與排風(fēng)換熱器(1)之間，把室內(nèi)空氣排放的熱 量回收起來，加熱埋地換熱器周圍的土壤，提高土壤溫度；4) 若實現(xiàn)由三個換熱器組成的熱回收系統(tǒng)，則打開第五閥門(9)、第六閥門(10)， 關(guān)閉第一閥門(5)、第二閥門(6)、第三閥門(7)和第四闊門(8)，排風(fēng)換熱器(1)、新風(fēng)換熱器(2)及埋地換熱器(3)構(gòu)成一個由三個換熱器組成的熱回收 環(huán)路，在埋地換熱器(3)中預(yù)熱的工作流體流過排風(fēng)換熱器(1)獲得熱量，溫 度升高的工作流體流到新風(fēng)換熱器(2)，把熱量傳給新風(fēng)，實現(xiàn)室內(nèi)排風(fēng)熱量的 回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)四種運行模式一是常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)模式，埋地換熱器與熱泵機組構(gòu)成地源熱泵系統(tǒng)，實現(xiàn)夏季供冷、冬季供熱運行；二是自然供冷模式，埋地換熱器與新風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，實現(xiàn)自然供冷；三是土壤溫度恢復(fù)模式，埋地換熱器與排風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，工作流體循環(huán)于埋地換熱器與排風(fēng)換熱器之間，把排風(fēng)的熱量儲存于埋地換熱器周圍，提高了冬季地源熱泵系統(tǒng)的工作性能；四是熱回收模式，埋地換熱器、排風(fēng)換熱器和新風(fēng)換熱器構(gòu)成一個環(huán)路，經(jīng)過埋地換熱器預(yù)熱的工作流體，流過排風(fēng)換熱器，把熱量帶到新風(fēng)換熱器，加熱新風(fēng)，提高系統(tǒng)的能量綜合利用率。
文檔編號F25B30/00GK101251312SQ200810034459
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者周亞素 申請人:東華大學(xué)