一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地源熱泵式空調(diào)領(lǐng)域，尤其是涉及一種豎孔式地下蓄能與地埋管地源熱泵集成應(yīng)用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基于節(jié)約能源與避免環(huán)境污染的迫切要求，地源熱泵式空調(diào)技術(shù)得以快速發(fā)展并在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前在我國民用建筑中地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的使用面積已超過1.4億平方米，且每年以20%?25%的速度遞增，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模也已由中小單體建筑向大型建筑群住宅小區(qū)發(fā)展。
[0003]地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要以淺層巖土層作為系統(tǒng)的低位熱源或熱匯，通過熱泵單元進行熱交換，并最終將冷熱能量傳遞到用戶。夏季，淺層巖土層溫度比建筑物房間內(nèi)的空氣溫度低，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)以淺層巖土層作為熱匯(或冷源)，熱泵單元進行制冷，并通過熱交換最終將房間內(nèi)的熱量釋放到淺層巖土層中，使房間制冷降溫；冬季，淺層巖土層作為低位熱源，熱泵單元進行制熱，并通過熱交換最終將熱能量提供給用戶端，進行冬季供暖。在我國寒冷地區(qū)，在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的長期運行過程中，由于空調(diào)系統(tǒng)夏季制冷時向淺層巖土層排放的冷凝熱少于冬季供暖時從淺層巖土層中提取的熱量，致使淺層巖土層的溫度會逐年降低，從而導(dǎo)致地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的COP值(能效比)也會一年比一年低，甚至?xí)鸬蜏赝C現(xiàn)象。且實驗結(jié)果表明，淺層巖土層的溫度大幅降低后，其土壤熱環(huán)境的恢復(fù)需要很長時間，地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模越大，其熱環(huán)境恢復(fù)越困難。如附圖1表示，為分別設(shè)有100米深的單埋管和6根100米深、間距7.5米的地埋管管群的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)運行30年的時間，距離埋管0.1米、50米深處的土壤溫度相對于初始溫度的變化情況。由圖可以看出:單埋管和管群周圍的土壤溫度具有相同的下降和恢復(fù)特征，開始時土壤溫度下降很快，之后逐漸慢下來；恢復(fù)時，開始階段土壤溫度升溫快，隨著時間的延長其變化也變得相對平緩。但地埋管管群周圍土壤溫度的恢復(fù)時間要比單埋管周圍土壤溫度的恢復(fù)時間長得多，單埋管周圍土壤的熱恢復(fù)時間大約為24年，而管群周圍土壤的熱恢復(fù)時間則需要70年左右。
[0004]由此可見，在地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用中，如果避免或抑制地埋管周圍土壤溫度逐年降低，保證地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)長期、安全、可靠、穩(wěn)定運行是該領(lǐng)域需要解決的重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)，其具有實施方便、安全可靠、運行穩(wěn)定、能效比高的優(yōu)點。
[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)長期運行后致使地埋管周圍土壤溫度逐年變低，從而導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)整體能效比逐年降低甚至出現(xiàn)因低溫停機現(xiàn)象的技術(shù)問題，本發(fā)明一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)，包括負(fù)載單元、熱泵單元、集熱單元、地埋管換熱單元，熱泵單元設(shè)有壓縮機、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、冷凝器，負(fù)載單元的輸出端和輸入端通過第一管路和閥門V1、閥門V2構(gòu)成第一循環(huán)回路，負(fù)載單元的輸出端和輸入端通過第二管路和閥門V5、閥門V6構(gòu)成第二循環(huán)回路，負(fù)載單元的輸出管路上設(shè)有循環(huán)泵Pl ;地埋管換熱單元的輸出端和輸入端通過第三管路和閥門V3、閥門V4構(gòu)成第三循環(huán)回路，地埋管換熱單元的輸出端和輸入端通過第四管路和閥門V7、閥門V8構(gòu)成第四循環(huán)回路，地埋管換熱單元的輸出管路上設(shè)有循環(huán)泵P2 ;第一循環(huán)回路和第四循環(huán)回路在冷凝器處設(shè)有第一共用管路，第一共用管路與冷凝器耦合并進行熱交換，閥門Vl和閥門V2與V7和閥門V8均分別設(shè)在第一共用管路的兩端外側(cè)，第二循環(huán)回路與第三循環(huán)回路在蒸發(fā)器處設(shè)有第二共用管路，第二共用管路與蒸發(fā)器耦合并進行熱交換，閥門V5和閥門V6與V3和閥門V4均分別設(shè)在第二共用管路的兩端外側(cè)；集熱單元的輸入端和輸出端通過第五管路分別與地埋管換熱單元的輸出端和輸入端連通構(gòu)成第五循環(huán)回路，連接集熱單元輸入端和輸出端的管路上分別設(shè)有閥門VlO和閥門V9。
[0007]可選地，集熱單元為空氣熱能采集裝置，空氣熱能采集裝置包括水氣換熱器和水循環(huán)回路，水氣換熱器設(shè)在水循環(huán)回路中，水循環(huán)回路與第五循環(huán)回路連通或耦合，空氣熱能采集裝置用于夏季熱空氣與第五循環(huán)回路進行熱交換實現(xiàn)地下蓄熱。
[0008]可選地，集熱單元為太陽能裝置，太陽能裝置包括集熱器和水循環(huán)回路，水循環(huán)回路與第五循環(huán)回路連通或耦合，太陽能裝置用于夏季太陽能與第五循環(huán)回路進行熱交換實現(xiàn)地下蓄熱。
[0009]可選地，集熱單元為工業(yè)廢熱集熱器，工業(yè)廢熱集熱器處在工業(yè)廢熱或余熱循環(huán)管路上，工業(yè)廢熱集熱器與第五循環(huán)回路耦合，工業(yè)廢熱集熱器用于夏季工業(yè)廢熱或余熱與第五循環(huán)回路進行熱交換實現(xiàn)地下蓄熱。
[0010]優(yōu)選地，地埋管換熱單元設(shè)有多組地埋管，且地埋管豎向設(shè)置。
[0011]優(yōu)選地，地埋管深度為50?150米，相鄰組地埋管之間的距離為3?6米。
[0012]采用本發(fā)明一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)，通過蓄能技術(shù)將夏季熱能轉(zhuǎn)移到淺層巖土中儲存起來，如熱泵冷凝熱、太陽能、室外大氣熱能、工業(yè)廢熱或余熱等，冬季再將淺層巖土層中的熱能取出向用戶供暖。在此過程中，使淺層巖土層中的熱能保持動態(tài)平衡是保證地源熱泵系統(tǒng)長期、安全、有效運行的重要技術(shù)手段，即在第一年里若冬季地埋管換熱單元從土壤中提取的熱量大于夏季儲存在土壤中的熱量時，則土壤溫度降低，在第2年夏季要適當(dāng)向淺層巖土層中多儲存些熱量，在第3年冬季從土壤中提取的熱量小于儲存的熱量時，多余的熱量會暫時儲存在淺層巖土層中，則土壤溫度升高，那么第4年就可少儲存些，按照此種方式運行，以年度為時間步長，地埋管周圍淺層巖土層的熱環(huán)境就會圍繞其原始溫度保持動態(tài)平衡。
[0013]本發(fā)明提高了整體系統(tǒng)運行的能效比，經(jīng)濟性能高，保證了系統(tǒng)運行的可持續(xù)性和冬季運行的可靠性、安全性，使本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。本發(fā)明針對傳統(tǒng)地埋管地源熱泵式空調(diào)系統(tǒng)長期運行后其周圍土壤溫度難以恢復(fù)的問題，以淺層巖土層季節(jié)性儲能技術(shù)使地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的性能得到提高，即通過地埋管將淺層巖土層跨季節(jié)儲能系統(tǒng)同地源熱泵系統(tǒng)集成構(gòu)成了新的供暖系統(tǒng)，實現(xiàn)了太陽能、室外大氣熱能、工業(yè)廢熱或余熱等的轉(zhuǎn)季節(jié)使用，使系統(tǒng)效能不受氣候的季節(jié)性、晝夜變化等因素的影響，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明以淺層巖土層作為儲能介質(zhì)，克服了人工蓄能技術(shù)復(fù)雜和投資大的問題。
[0014]下面結(jié)合附圖所示【具體實施方式】對本發(fā)明一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)作進一步詳細(xì)說明:
【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)運行30年的時間，地埋管周圍土壤溫度相對于初始溫度的變化情況示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖2所示的本發(fā)明一種地下蓄能與地源熱泵式空調(diào)集成系統(tǒng)的【具體實施方式】，包括負(fù)載單元1、熱泵單元2、集熱單元3、地埋管換熱單元4，熱泵單元2設(shè)有壓縮機201、蒸發(fā)器202、節(jié)流閥203、冷凝器204，熱泵單元2運行過程中在蒸發(fā)器202處吸熱，在冷凝器204處放熱。負(fù)載單元I的輸出端101和輸入端102通過第一管路和閥門V1、閥門V2構(gòu)成第一循環(huán)回路，負(fù)載單元I的輸出端101和輸入端102通過第二管路和閥門V5、閥門V6構(gòu)成第二循環(huán)回路，并在負(fù)載單元I的輸出管路上設(shè)置循環(huán)泵Pl為第一循環(huán)回路和第二循環(huán)回路提供循環(huán)驅(qū)動力。地埋管換熱單元4的輸出端401和輸入端402通過第三管路和閥門V3、閥門V4構(gòu)成第三循環(huán)回路，地埋管換熱單元4的輸出端401和輸入端402通過第四管路和閥門V7、閥門V8構(gòu)成第四循環(huán)回路，并在地埋管換熱單元4的輸出管路上設(shè)置循環(huán)泵P2為第三循環(huán)回路和第四循環(huán)回路提供循環(huán)驅(qū)動力。第一循環(huán)回路和第四循環(huán)回路在冷凝器204處設(shè)有第一共用管路5，第一共用管路5與冷凝器204耦合并進行熱交換，并使閥門Vl和閥門V2與V7和閥門V8均分別設(shè)置在第一