專利名稱：季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能蓄存技術(shù)領(lǐng)域和地源熱泵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。具體是一種能夠利用 太陽(yáng)近地期和遠(yuǎn)地期的應(yīng)季氣溫及建筑物表面蓄溫與地溫之差，依托建筑物熱工條件設(shè)計(jì) 創(chuàng)新低成本低費(fèi)用集熱和換熱的季節(jié)蓄能地源熱泵供暖或供冷方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，世界各國(guó)都在開發(fā)新能源，謀求解決不可再生能源將枯竭的問題。我國(guó)提出 “十一五”期間GDP能耗要降低20%的目標(biāo)，國(guó)家財(cái)政部、建設(shè)部發(fā)文《關(guān)于推進(jìn)可再生能源 在建筑中應(yīng)用的實(shí)施意見》以及《可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)資金管理暫行辦法》，明確指出 “十一五”期間，可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例為25%以上，到2020年，可再生 能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例為50%以上，太陽(yáng)能技術(shù)和地源熱泵技術(shù)被列為可再生 能源建筑應(yīng)用主要內(nèi)容。常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)給建筑供暖時(shí)從地下吸熱，制冷時(shí)向地下釋熱。困惑的是建筑 冷熱負(fù)荷不平衡的客觀現(xiàn)狀及《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005出于環(huán)境保護(hù) 和系統(tǒng)安全考慮要求吸熱量和釋熱量必須平衡的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)幅員遼闊建筑負(fù)荷特點(diǎn)是最南部夏季冷負(fù)荷大，冬季沒有熱負(fù)荷(全冷 型)；中南，西南部夏季冷負(fù)荷大，冬季熱負(fù)荷小(冷大熱小型)；中東部，夏冬季冷熱負(fù)荷 持平；中西部，中北部，西北部，東北部夏季冷負(fù)荷小，冬季熱負(fù)荷大(冷小熱大型)；最北部 夏季沒有冷負(fù)荷，冬季熱負(fù)荷很大(全熱型)。全國(guó)區(qū)域建筑冷熱負(fù)荷不平衡率占90%以 上，再加上其它功能負(fù)荷疊加后冷熱負(fù)荷平衡型建筑更少。常規(guī)地源熱泵對(duì)于“全熱型”， “全冷型”負(fù)荷的不能應(yīng)用；對(duì)“冷大熱小型”，“冷小熱大型”負(fù)荷的只能高代價(jià)低效應(yīng)用 (“冷大熱小型”排熱需要冷卻塔；“冷小熱大型”補(bǔ)熱需排碳熱源)；吸釋熱量不平衡的不 能持久應(yīng)用，導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)逐年單方向溫度積累，系統(tǒng)效率持續(xù)降低，最終導(dǎo)致失效。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中吸/釋熱量平衡問題，本發(fā)明是提供一種季節(jié)蓄能的地源熱 泵供暖或供冷方法及其裝置。通過增設(shè)可切換的能量交換單元，實(shí)現(xiàn)氣水換熱、建筑外掛板 換熱、硬地面換熱、水景觀換熱，蓄存太陽(yáng)近地期和遠(yuǎn)地期的能量，通過地埋管換熱裝置存 儲(chǔ)成為可用供暖或供冷的新能源。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供 冷方法，基于現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)，包括如下實(shí)施步驟第一步，根據(jù)實(shí)施區(qū)域地源熱泵供暖或供冷的能量差值，計(jì)算出該區(qū)域的吸熱量 A與釋熱量B的差值，經(jīng)計(jì)算得出該地區(qū)地源能量的失衡值為|A-B| ；第二步，為平衡上述 失衡值|A-B|，將現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一地埋管換熱裝置上接有能量交換單 元，該能量交換單元的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述失衡值IA-B |，最好等于上述失衡值 I A-B | ；第三步，當(dāng)該地區(qū)的吸熱量A大于釋熱量B時(shí)，在供冷期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置接通蓄熱；在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置斷開；當(dāng) 該地區(qū)的提熱量A小于釋熱量B時(shí)，在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置接 通蓄冷；在供冷期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置斷開；第四步，經(jīng)上述步驟實(shí) 現(xiàn)地源熱泵供暖或供冷的能量平衡，解決該地區(qū)地源能量的失衡問題。上述方法中第二、三步還可以為如下步驟第二步，為平衡上述失衡值|A-B|，將 冷和熱分開供應(yīng)，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)增設(shè)第二地埋管換熱裝置和能量交換單 元；設(shè)置該第一地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供暖，該第二地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供冷，將所 述第一、第二地埋管換熱裝置與所述能量交換單元連接；第三步，根據(jù)季節(jié)變化供冷期時(shí)， 將第二地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然后將第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接 供冷；同時(shí)將第一地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷開，然后將第一地埋管換熱裝置與能量交 換單元連接蓄熱；根據(jù)季節(jié)變化供暖期時(shí)，將第一地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然 后將第一地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接供暖；同時(shí)將第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷 開，然后將第二地埋管換熱裝置與能量交換單元連接蓄冷。所述能量交換單元包括氣水換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值 |A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二地埋管換熱裝置上接有氣水換熱裝置， 該氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值
A-B|。所述能量交換單元還包括硬地面換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值 IA-B I，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二地埋管換熱裝置上還接有硬地面換熱裝 置，該硬地面換熱裝置和/或氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值 I A-B |，最好等于上述失衡值| A-B |。所述能量交換單元還包括水景觀換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值 I A-B |，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二地埋管換熱裝置上還接有水景觀換熱裝 置，該水景觀換熱裝置和/或硬地面換熱裝置和/或氣水換熱設(shè)備的冷/熱負(fù)荷能力值之 和大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。所述能量交換單元還包括外墻掛板換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值 |A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二地埋管換熱裝置上還接有外墻掛板換熱 裝置，該外墻掛板換熱裝置和/或水景觀換熱裝置和/或硬地面換熱裝置和/或氣水換熱 裝置的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。所述一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法的實(shí)現(xiàn)裝置，包括地源熱泵系統(tǒng)， 地源熱泵系統(tǒng)主要包括熱泵機(jī)組、室內(nèi)空調(diào)裝置和第一、二地埋管換熱裝置；該實(shí)現(xiàn)裝置 還包括能量交換單元，所述能量交換單元通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置 連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將能量交換單元與第一、二地埋管換熱裝置形成一能 量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元包括氣水換熱裝置，所述氣水換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與 第一、二地埋管換熱裝置連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將氣水換熱裝置與第一、二地 埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元還包括硬地面換熱裝置，所述硬地面換熱裝置通過電動(dòng)閥和循 環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，所述硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置為并聯(lián)連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將硬地面換熱裝置、氣水換熱裝置與第一、二地埋管換熱裝置 形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元還包括水景觀換熱裝置和外墻壁換熱裝置，所述水景觀換熱裝 置和外墻壁換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，所述水景觀換 熱裝置、外墻壁換熱裝置、硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置互為并聯(lián)連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥 和啟停循環(huán)泵將水景觀換熱裝置、外墻壁換熱裝置、硬地面換熱裝置、氣水換熱裝置與第 一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1、本發(fā)明可低費(fèi)用地實(shí)現(xiàn)可再生能源為建筑物室內(nèi)供暖或供冷，該方法可廣泛應(yīng) 用在全中國(guó)國(guó)土區(qū)域內(nèi)南北拓展；并且具有高效安全的特點(diǎn)。2、本發(fā)明可低費(fèi)用地利用可再生能源，保障重要交通樞紐冬季雨雪天順暢。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)，成本低廉，便于推廣。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，基于現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)， 包括如下實(shí)施步驟第一步，根據(jù)實(shí)施區(qū)域地源熱泵供暖或供冷的能量差值，計(jì)算出該區(qū)域 的吸熱量A與釋熱量B的差值，經(jīng)計(jì)算得出該地區(qū)地源能量的失衡值為|A-B| ；第二步，為 平衡上述失衡值|A-B|，將現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一地埋管換熱裝置一端上接 有能量交換單元，該能量交換單元的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述失衡值IA-B I，最好等 于上述失衡值|A-B| ；第三步，當(dāng)該地區(qū)的吸熱量A大于釋熱量B時(shí)，在供冷期，將該能量交 換單元與第一地埋管換熱裝置接通蓄熱；在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱 裝置斷開；當(dāng)該地區(qū)的提熱量A小于釋熱量B時(shí)，在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋 管換熱裝置接通蓄冷；在供冷期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置斷開；第四步， 經(jīng)上述步驟實(shí)現(xiàn)地源熱泵供暖或供冷的能量平衡，解決該地區(qū)地源能量的失衡問題。上述方法中第二、三步還可以為如下步驟第二步，為平衡上述失衡值IA-BlJf 冷和熱分開供應(yīng)，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)增設(shè)第二地埋管換熱裝置和能量交換單 元；設(shè)置該第一地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供暖，該第二地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供冷，將所 述第一、第二地埋管換熱裝置與所述能量交換單元連接；第三步，根據(jù)季節(jié)變化供冷期時(shí)， 將第二地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然后將第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接 供冷；同時(shí)將第一地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷開，然后將第一地埋管換熱裝置與能量交 換單元連接蓄熱；根據(jù)季節(jié)變化供暖期時(shí)，將第一地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然 后將第一地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接供暖；同時(shí)將第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷 開，然后將第二地埋管換熱裝置與能量交換單元連接蓄冷。所述能量交換單元包括氣水換熱裝置(常規(guī)晾水塔)；所述第二步驟中為平衡上 述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二地埋管換熱裝置上接有氣水換熱裝置，該氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失 衡值|a-b|。所述能量交換單元還包括硬地面換熱裝置(即硬地面下1米以下深處埋設(shè)換熱 管)；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、 二地埋管換熱裝置上還接有硬地面換熱裝置，該硬地面換熱裝置和/或氣水換熱裝置的冷 /熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。所述能量交換單元還包括水景觀換熱裝置(即地表河流，水景觀湖泊，音樂噴泉 等)；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、 二地埋管換熱裝置上還接有水景觀換熱裝置，該水景觀換熱裝置和/或硬地面換熱裝置和 /或氣水換熱設(shè)備的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡 值 |A-B|。所述能量交換單元還包括外墻掛板換熱裝置(即建筑外墻掛板內(nèi)側(cè)設(shè)有換熱 管)；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、 二地埋管換熱裝置上還接有外墻掛板換熱裝置，該外墻掛板換熱裝置和/或水景觀換熱裝 置和/或硬地面換熱裝置和/或氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡 值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法的實(shí)現(xiàn)裝置，包括地源熱泵系統(tǒng)，地源 熱泵系統(tǒng)主要包括熱泵機(jī)組、室內(nèi)空調(diào)裝置和第一、二地埋管換熱裝置；該實(shí)現(xiàn)裝置還包 括能量交換單元，所述能量交換單元通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接， 通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將能量交換單元與第一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán) 結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元包括氣水換熱裝置，所述氣水換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與 第一、二地埋管換熱裝置連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將氣水換熱裝置與第一、二地 埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元還包括硬地面換熱裝置，所述硬地面換熱裝置通過電動(dòng)閥和循 環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，所述硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置為并聯(lián)連接，通 過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將硬地面換熱裝置、氣水換熱裝置與第一、二地埋管換熱裝置 形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元還包括水景觀換熱裝置和外墻壁換熱裝置，所述水景觀換熱裝 置和外墻壁換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，所述水景觀換 熱裝置、外墻壁換熱裝置、硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置互為并聯(lián)連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥 和啟停循環(huán)泵將水景觀換熱裝置、外墻壁換熱裝置、硬地面換熱裝置、氣水換熱裝置與第 一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，季節(jié)蓄能地源熱泵供暖或供冷方法的實(shí)現(xiàn)裝置，主要包括組成常規(guī) 地源熱泵系統(tǒng)的熱泵機(jī)組、室內(nèi)空調(diào)裝置、地埋管換熱裝置加所述蓄能系統(tǒng)包括氣水換熱 裝置。所述氣水換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與地埋管換熱裝置連接，通過切換電動(dòng)閥開 關(guān)和啟停循環(huán)泵形成一能量循環(huán)蓄存結(jié)構(gòu)。所述蓄能系統(tǒng)還包括硬地面換熱裝置，所述硬 地面換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與地埋管換熱裝置連接，所述硬地面換熱裝置和氣水換 熱裝置為并聯(lián)連接，通過切換電動(dòng)閥開關(guān)和啟停循環(huán)泵形成一能量循環(huán)蓄存結(jié)構(gòu)。所述蓄能系統(tǒng)還包括水景觀換熱裝置，所述水景觀換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與地埋管換熱裝 置連接，所述水景觀換熱裝置、硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置互為并聯(lián)連接，通過切換電 動(dòng)閥開關(guān)和循環(huán)泵形成一能量循環(huán)蓄存結(jié)構(gòu)。所述地源熱泵系統(tǒng)還包括外墻壁換熱裝置， 所述外墻壁換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與地埋管換熱裝置連接，所述外墻壁換熱裝置、 水景觀換熱裝置、硬地面換熱裝置和氣水換熱裝置互為并聯(lián)連接，通過切換電動(dòng)閥開關(guān)和 循環(huán)泵啟停形成一能量循環(huán)蓄能結(jié)構(gòu)。根據(jù)世界各地區(qū)的地源熱泵熱失衡量不同采用方法亦不同。當(dāng)熱泵機(jī)組給室內(nèi)空 調(diào)裝置供熱時(shí)從地埋管換熱裝置GB50366-2005(2009版)中吸熱；當(dāng)熱泵機(jī)組給室內(nèi)空 調(diào)裝置供冷時(shí)向地埋管換熱器中釋熱；設(shè)吸熱量數(shù)值為A，釋熱量數(shù)值為B，即地埋管換熱 裝置失衡值為IA-B |。具體包含如下4種類型(1)冬季熱負(fù)荷大，夏季冷負(fù)荷小(蓄熱失衡型)。冬季建筑熱負(fù)荷大，地源熱泵 系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置從土壤中吸熱量大于夏季向土壤中釋入的熱量，即失衡值為|A-B|。 夏季建筑冷負(fù)荷小，地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置向土壤中排熱量小，增設(shè)可切換的能 量交換單元保障地源熱泵供暖或供冷的運(yùn)行，當(dāng)夏季運(yùn)行能量交換單元，通過地埋管換熱 裝置實(shí)現(xiàn)該區(qū)域土壤蓄熱，蓄熱量為|A-B|，以便冬季時(shí)給建筑供熱。所述能量交換單元包 括氣水換熱裝置、硬地面換熱裝置、水景觀換熱裝置、建筑外掛板換熱裝置。(2)夏季冷負(fù)荷大，冬季熱負(fù)荷小(蓄冷失衡型)。夏季建筑冷負(fù)荷大，地源熱泵 系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置向土壤中釋熱量大于冬季在土壤中吸熱量，即失衡量為|A-B|。冬季 建筑熱負(fù)荷小，地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置從土壤中吸熱量小，增設(shè)可切換的能量交 換單元保障地源熱泵供暖或供冷的運(yùn)行，當(dāng)冬季運(yùn)行能量交換單元，通過地埋管換熱裝置 實(shí)現(xiàn)該區(qū)域土壤蓄冷，蓄冷量為|A-B|，以便夏季時(shí)給建筑供冷。(3)僅有冬季熱負(fù)荷，沒有夏季冷負(fù)荷(全熱失衡型)。冬季建筑僅有熱負(fù)荷，地 源熱泵系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置從土壤中吸熱量，即失衡量為A。夏季沒有冷負(fù)荷，增設(shè)可切 換的能量交換單元保障地源熱泵供暖或供冷的運(yùn)行，當(dāng)夏季運(yùn)行能量交換單元，通過地埋 管換熱裝置實(shí)現(xiàn)該區(qū)域土壤蓄熱，蓄熱量為A，以便冬季時(shí)給建筑供熱。(4)僅有夏季冷負(fù)荷，沒有冬季熱負(fù)荷(全冷失衡型)。夏季建筑僅有冷負(fù)荷，地 源熱泵系統(tǒng)經(jīng)地埋管換熱裝置向土壤中釋熱量，即失衡量為B。冬季沒有熱負(fù)荷，增設(shè)可切 換的能量交換單元保障地源熱泵供暖或供冷的運(yùn)行，當(dāng)冬季運(yùn)行能量交換單元，通過地埋 管換熱裝置實(shí)現(xiàn)該區(qū)域土壤蓄冷，蓄冷量為B，以便夏季時(shí)給建筑供冷。進(jìn)一步實(shí)施步驟如下第一步，在地源熱泵供熱供冷系統(tǒng)里，經(jīng)計(jì)算后已知供冷和供暖的能量失衡量為 Ia-B ；地源熱泵系統(tǒng)為全冷失衡型和全熱失衡型的時(shí)候，將地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連 接獨(dú)立運(yùn)行，將地埋管換熱裝置與能量交換單元連接獨(dú)立運(yùn)行；第二步，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)供冷或供熱負(fù)荷較小時(shí)，將地源熱泵系統(tǒng)切換到兩個(gè)獨(dú) 立運(yùn)行系統(tǒng)。1)當(dāng)冬季熱負(fù)荷小和夏季冷負(fù)荷大時(shí)，在冬季地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)用第一地埋管換 熱裝置利用區(qū)域地溫供暖時(shí)，把夏季失衡的地埋管換熱裝置與硬地面換熱裝置連接開啟運(yùn) 行，將換季后要供冷的地埋管換熱裝置區(qū)域地溫盡可能降低。
冬季沒有熱負(fù)荷時(shí)，冬季將地埋管換熱裝置切換到硬地面換熱裝置開啟運(yùn)行，將 換季后要供冷的地埋管換熱裝置區(qū)域地溫盡可能降低。2)當(dāng)夏季冷負(fù)荷小冬季熱負(fù)荷大時(shí)，夏季地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)用第一地埋管換熱裝置 利用區(qū)域地溫供冷時(shí)，把冬季即將失衡的地埋管裝置接入硬地面換熱裝置開啟運(yùn)行，將換 季后要供熱的地埋管換熱裝置區(qū)域地溫盡可能提高。夏季沒有冷負(fù)荷時(shí)，夏季將地埋管換熱裝置切換到硬地面換熱裝置開啟運(yùn)行，將 換季后要供熱的地埋管換熱裝置區(qū)域地溫盡可能提高。第三步，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)供冷量大或供熱量負(fù)荷較大時(shí)，將第一、二地埋管換熱裝 置切換成與熱泵機(jī)組連接，整體運(yùn)行。能量交換單元與地源熱泵系統(tǒng)切換至斷開狀態(tài)，維護(hù) 待用。本發(fā)明充分利用冬夏應(yīng)季氣溫和建筑物表面蓄溫與地溫之差的條件，增設(shè)可切換 的能量交換單元與吸釋熱量失衡的地埋管換熱裝置建立可切換的地溫蓄能循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)?源熱泵系統(tǒng)為建筑供熱或制冷時(shí)，實(shí)現(xiàn)吸釋熱失衡量|A-B|的應(yīng)季補(bǔ)充。地埋管換熱裝置 與硬地面換熱裝置建立地溫蓄能循環(huán)系統(tǒng)。夏季通過硬地面換熱裝置循環(huán)蓄熱，等在冬春 季幾次短時(shí)間凍雨雪天與硬地面換熱裝置單獨(dú)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)跑道和路面邊下雪邊融化邊排水 直到地面干爽，用于保障重要交通樞紐順暢。如圖1所示，地源熱泵系統(tǒng)第一地埋管換熱裝置；第二熱泵機(jī)組裝置；第三室內(nèi) 空調(diào)裝置三部分。本發(fā)明增加第四部分能量交換蓄存單元裝置。所述能量交換單元包括: 氣水換熱裝置、硬地面換熱裝置、建筑外掛板換熱裝置、水景觀換熱裝置。其中水景觀換熱 裝置包括自然河流，人工溪流、噴泉、瀑布和有集散熱條件的設(shè)施。本發(fā)明采用的閥均為電 動(dòng)閥。于第一地埋管換熱裝置1與第二地埋管換熱裝置2間設(shè)置開關(guān)電動(dòng)閥閥9，于熱泵 機(jī)組3與室內(nèi)空調(diào)裝置之間設(shè)置開關(guān)電動(dòng)閥閥1(| ；外墻掛板換熱裝置8的端口設(shè)置有檢修 開關(guān)電動(dòng)閥閥8 ；硬地面換熱裝置7端口設(shè)置有檢修開關(guān)電動(dòng)閥閥7 ；氣水換熱裝置6的端 口設(shè)置有檢修開關(guān)電動(dòng)閥閥6 ；水景觀換熱裝置5的端口設(shè)置有檢修開關(guān)電動(dòng)閥閥5。所述 電動(dòng)閥閥9是小負(fù)荷與失衡負(fù)荷的切換閥；閥4是能量交換單元4的檢修開關(guān)閥。于第一地埋管換熱裝置1與熱泵機(jī)組3之間設(shè)置有循環(huán)泵泵工；于室內(nèi)空調(diào)裝置與 熱泵機(jī)組3之間設(shè)置有循環(huán)泵泵4 ；于第二地埋管換熱裝置2與能量交換單元之間設(shè)置有循 環(huán)泵泵3。蓄能地源熱泵系統(tǒng)供大負(fù)荷時(shí)開啟運(yùn)行閥”閥1(|，閥9，泵工，泵4。其他泵閥全關(guān) 閉。蓄能地源熱泵系統(tǒng)供小負(fù)荷時(shí)閥”閥1(1，泵”泵4開啟運(yùn)行；其他泵閥全關(guān)閉。蓄能地源熱泵系統(tǒng)在供小負(fù)荷同時(shí)應(yīng)季蓄能時(shí)閥工，閥1(1，泵工，泵4開啟運(yùn)行；閥9 關(guān)閉；泵3，閥4、閥5、閥6、閥7、閥8開啟運(yùn)行。
實(shí)施例北方某建筑經(jīng)設(shè)計(jì)部門計(jì)算給出冬季熱負(fù)荷為5000KW ；夏季冷負(fù)荷2000KW ；經(jīng)地 質(zhì)水文勘查部門測(cè)量出每深度米排熱量60W，每深度米吸熱量40W。按傳統(tǒng)地源熱泵機(jī)組設(shè)備計(jì)算配置冬季熱泵機(jī)組制熱量4000KW，輸入功率
91000KW，循環(huán)泵軸功率100KW，總名義制熱量5100KW。滿足熱負(fù)荷條件時(shí)吸熱量4000KW。按 吸熱量計(jì)算吸熱孔數(shù)量4000 X 1000 + 40 = 100000米。每孔深100米要1000孔。夏季熱 泵機(jī)組制冷量2000KW，輸入功率400KW，循環(huán)泵軸功率100KW，總排熱量2500KW。按排熱量 計(jì)算排熱孔數(shù)量2500X 1000 + 60 = 41667米。每孔深100米要417孔。按照供熱負(fù)荷條 件，設(shè)計(jì)配置1000孔安裝施工。吸熱量孔數(shù)比排熱量孔數(shù)大一倍多。折合每年將有583孔 多提出熱量1500KWhX 150天X 10小時(shí)=2. 25MW，平均每孔減少熱量4000KW不補(bǔ)回?zé)崃俊?結(jié)果逐年運(yùn)行供暖效率降低，衰減到第六年就不得不補(bǔ)加鍋爐。假如按蓄能地源熱泵系統(tǒng)配置冬季工況，應(yīng)用機(jī)組設(shè)備，末端設(shè)備，布置孔數(shù)配 置與傳統(tǒng)地源熱泵完全相同。夏季工況則不同，是將1000孔分成420和580兩部分并在相 連的總管分界處加裝電動(dòng)閥閥9。將420孔部總管路與電動(dòng)閥閥工、泵工連接，形成地源熱泵 制冷系統(tǒng)；580孔部總管路與電動(dòng)閥閥4、泵3連接，并與能量交換單元4連接形成蓄熱系統(tǒng)。當(dāng)夏季制冷時(shí)，關(guān)閉閥9，閥2泵2 ；開啟閥工泵工，閥1(1泵4 ；同時(shí)夏季蓄熱，開啟閥2，泵3，閥5、閥6、閥7、閥8 ；當(dāng)冬季供熱時(shí)，開啟閥9，泵i，閥i，泵4，閥i。；同時(shí)關(guān)閉閥2，泵3及閥5、閥6、閥7、閥8。(1)晾水塔蓄溫能力平均氣溫25°C (20 30°C )，地溫水平均10°C (8 12°C )， 平均晾水溫差5°C。(2)建筑外掛板背敷換熱管蓄溫能力日照期平均溫度35°C (30 40°C )，地溫水 平均10°C (8 12°C )，平均換熱蓄溫100W/米，每平米400W。(3)硬地面下敷換熱管蓄溫能力日照期平均溫度35°C (30 40°C )，地溫水平均 IO0C (8 12°C )，平均換熱蓄溫80W/米，每平米300W。(4)人工溪流、噴泉、瀑布水景觀設(shè)施蓄溫能力平均氣溫25°C (20 30°C )，地溫 水平均10°C (8 12°C )，平均晾蓄溫差2 3。如有條件自然河流平均溫度25°C，地溫平 均10°C (8 12°C )，開式直流溫差8 10°C。以上蓄溫形式3種開式，2種閉式?？傆袔追N供選擇在夏季120多天里補(bǔ)足熱量。 例如選開式(1) (4)平均溫差 4°C，2. 25MWX0. 86 + 120 天 +10 小時(shí) +4+1000 = 400 噸 /小時(shí)。應(yīng)用300噸/小時(shí)晾水塔，100噸/小時(shí)溪流和瀑布景觀。例如選閉式(2) (4)平均每平米350W。2. 25MW+120天+16小時(shí)+350w = 3400m2.選2000m2硬路地面，選1500m2建筑外掛墻板。本發(fā)明設(shè)計(jì)理念是運(yùn)用地面上設(shè)置的地面集散熱設(shè)施吸收當(dāng)季氣溫和建筑物表 面蓄溫，與失衡部分的地埋管換熱器預(yù)先應(yīng)季泵循環(huán)換熱調(diào)節(jié)地溫，再加地源熱泵系統(tǒng)進(jìn) 行制冷時(shí)向地下排熱量或制熱時(shí)從地下吸熱量，共同作用實(shí)現(xiàn)土壤吸熱量或排熱量的平 衡。當(dāng)建筑僅有冷或熱負(fù)荷時(shí)，地面上設(shè)置的地面集散熱設(shè)施與地埋管換熱器循環(huán)換熱在 停用季預(yù)先調(diào)節(jié)地溫，單獨(dú)作用實(shí)現(xiàn)土壤吸熱量與排熱量的平衡。所述氣水換熱裝置，為普通形式單向用于熱水換成冷水的冷卻塔，在本系統(tǒng)應(yīng)用 是雙向的，既可以在冬季將地埋管換熱器循環(huán)溫水換成冷水，又可以在夏季將地埋管換熱 器循環(huán)冷水晾成溫水。所述外墻掛板換熱裝置，為在建筑外墻的掛板材與墻體鋼支座之間水平往復(fù)設(shè)置 PE100管道設(shè)施。其作用不僅能將建筑表面蓄溫傳進(jìn)管內(nèi)流體完成蓄能，并且改變了掛板背面與墻面之間的溫度，從而改善了建筑墻體的傳熱條件，降低了墻體流失的熱或冷，還降低 了建筑傳熱負(fù)荷及減少了供熱或供冷的費(fèi)用。所述硬地面換熱裝置，為在建筑物周邊的行人路面，停車場(chǎng)，景觀廣場(chǎng)，停機(jī)坪，浙 青或砼交通道等硬地面層下，在機(jī)械防護(hù)和溫度影響有效深度內(nèi)，水平往復(fù)設(shè)置PE100管 道系統(tǒng)和豎直設(shè)置地埋管換熱裝置系統(tǒng)。其作用能將夏天硬地面體蓄溫傳熱到管內(nèi)流體與 地埋管換熱最終循環(huán)完成蓄熱作用。不僅應(yīng)用于地源熱泵吸排熱平衡功能，而且當(dāng)冬春季 幾次短時(shí)間凍雨雪天，利用夏季全部蓄能設(shè)施積存的土壤增溫加原始基溫，單獨(dú)將重要交 通樞紐地面下水平敷設(shè)換熱管系統(tǒng)與蓄熱后的地埋管換熱裝置(包括硬地面下的)循環(huán)預(yù) 熱，邊下雪邊化水邊排水直到地面干爽，應(yīng)用于保障重要交通樞紐順暢。所述水景觀換熱裝置，為自然河流，人工溪流、噴泉、瀑布及有變溫條件的水景觀 設(shè)施，因其位置處于建筑物周邊，應(yīng)季運(yùn)用水溫條件與地埋管換熱裝置循環(huán)蓄能時(shí)，可影響 景觀區(qū)溫度和濕度，夏天涼爽冬天濕潤(rùn)，尤其是改善城市熱島效應(yīng)。所述地源熱泵系統(tǒng)、地埋管換熱裝置系統(tǒng)均符合GB50366-2005 (2009版)《地源熱 泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》。
權(quán)利要求
一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，基于現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)，其特征在于；包括如下實(shí)施步驟第一步，根據(jù)實(shí)施區(qū)域地源熱泵供暖或供冷的能量差值，計(jì)算出該區(qū)域的吸熱量A與釋熱量B的差值，經(jīng)計(jì)算得出該地區(qū)地源能量的失衡值為|A B|；第二步，為平衡上述失衡值|A B|，將現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一地埋管換熱裝置上接有能量交換單元，該能量交換單元的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述失衡值|A B|，最好等于上述失衡值|A B|；第三步，當(dāng)該地區(qū)的吸熱量A大于釋熱量B時(shí)，在供冷期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置接通蓄熱；在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置斷開；當(dāng)該地區(qū)的提熱量A小于釋熱量B時(shí)，在供暖期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置接通蓄冷；在供冷期，將該能量交換單元與第一地埋管換熱裝置斷開；第四步，經(jīng)上述步驟實(shí)現(xiàn)地源熱泵供暖或供冷的能量平衡，解決該地區(qū)地源能量的失衡問題。
2.按權(quán)利要求1所述的季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，其特征在于；上述方法 中第二、三步還可以為如下步驟第二步，為平衡上述失衡值IA-B |，將冷和熱分開供應(yīng)，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系 統(tǒng)增設(shè)第二地埋管換熱裝置和能量交換單元；設(shè)置該第一地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供暖，該第二地埋管換熱裝置用于單獨(dú)供冷，將 所述第一、第二地埋管換熱裝置與所述能量交換單元連接；第三步，根據(jù)季節(jié)變化供冷期時(shí)，將第二地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然后將 第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接供冷；同時(shí)將第一地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷開， 然后將第一地埋管換熱裝置與能量交換單元連接蓄熱；根據(jù)季節(jié)變化供暖期時(shí)，將第一地埋管換熱裝置與能量交換單元斷開，然后將第一地 埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組連接供暖；同時(shí)將第二地埋管換熱裝置與熱泵機(jī)組斷開，然后將 第二地埋管換熱裝置與能量交換單元連接蓄冷。
3.按權(quán)利要求1或2中所述的季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，其特征在于；所 述能量交換單元包括氣水換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二 地埋管換熱裝置上接有氣水換熱裝置，該氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值大于等于上述 失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。
4.按權(quán)利要求1或2中所述的季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，其特征在于；所 述能量交換單元還包括硬地面換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二 地埋管換熱裝置上還接有硬地面換熱裝置，該硬地面換熱裝置和/或氣水換熱裝置的冷/ 熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值|A-B|，最好等于上述失衡值|A-B|。
5.按權(quán)利要求1或2中所述的季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，其特征在于；所 述能量交換單元還包括水景觀換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二 地埋管換熱裝置上還接有水景觀換熱裝置，該水景觀換熱裝置和/或硬地面換熱裝置和/或氣水換熱設(shè)備的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值IA-B |，最好等于上述失衡 值 |A-B|。
6.按權(quán)利要求1或2中所述的季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法，其特征在于；所 述能量交換單元還包括外墻掛板換熱裝置；所述第二步驟中為平衡上述失衡值|A-B|，在現(xiàn)有地源熱泵供暖或供冷系統(tǒng)的第一、二 地埋管換熱裝置上還接有外墻掛板換熱裝置，該外墻掛板換熱裝置和/或水景觀換熱裝置 和/或硬地面換熱裝置和/或氣水換熱裝置的冷/熱負(fù)荷能力值之和大于等于上述失衡值 IA-B |，最好等于上述失衡值| A-B |。
7.按權(quán)利要求1所述方法的實(shí)現(xiàn)裝置，包括地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于；地源熱泵系統(tǒng) 主要包括熱泵機(jī)組、室內(nèi)空調(diào)裝置和第一、二地埋管換熱裝置；該實(shí)現(xiàn)裝置還包括能量交換單元，所述能量交換單元通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二 地埋管換熱裝置連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將能量交換單元與第一、二地埋管換 熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。
8.按權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于；所述能量交換單元包括氣水換熱裝置， 所述氣水換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥 和啟停循環(huán)泵將氣水換熱裝置與第一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于；所述能量交換單元還包括硬地面換熱 裝置，所述硬地面換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，所述硬地 面換熱裝置和氣水換熱裝置為并聯(lián)連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將硬地面換熱裝 置、氣水換熱裝置與第一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。
10.按權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于；所述能量交換單元還包括水景觀換熱 裝置和外墻壁換熱裝置，所述水景觀換熱裝置和外墻壁換熱裝置通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第 一、二地埋管換熱裝置連接，所述水景觀換熱裝置、外墻壁換熱裝置、硬地面換熱裝置和氣 水換熱裝置互為并聯(lián)連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將水景觀換熱裝置、外墻壁換熱 裝置、硬地面換熱裝置、氣水換熱裝置與第一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種季節(jié)蓄能的地源熱泵供暖或供冷方法及實(shí)現(xiàn)裝置，包括地源熱泵系統(tǒng)；地源熱泵系統(tǒng)主要包括熱泵機(jī)組、室內(nèi)空調(diào)裝置和第一、二地埋管換熱裝置；該實(shí)現(xiàn)裝置還包括能量交換單元，所述能量交換單元通過電動(dòng)閥和循環(huán)泵與第一、二地埋管換熱裝置連接，通過開關(guān)電動(dòng)閥和啟停循環(huán)泵將能量交換單元與第一、二地埋管換熱裝置形成一能量循環(huán)結(jié)構(gòu)。所述能量交換單元包括晾水換熱裝置、硬地面換熱裝置、水景觀換熱裝置；本發(fā)明可低費(fèi)用地實(shí)現(xiàn)可再生能源為建筑物室內(nèi)供暖或供冷，該方法可廣泛應(yīng)用在全中國(guó)國(guó)土區(qū)域內(nèi)南北拓展；并且具有高效安全的特點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)，成本低廉，便于推廣。
文檔編號(hào)F25B30/06GK101893350SQ20101023245
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者金秋實(shí), 金風(fēng) 申請(qǐng)人:金秋實(shí);金風(fēng)