專利名稱：地源熱泵地下熱換器的強(qiáng)化換熱方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地源熱泵地下?lián)Q熱器換熱強(qiáng)化方法，同時(shí)還涉及一種使用該方法的裝置，屬于地?zé)崮芎妥詣?dòng)控制技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。
背景技術(shù)：
地源熱泵是以大地為熱源對(duì)建筑進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的技術(shù)，可以適用于住宅和商用建筑，既可安裝在新的建筑里，也可以在現(xiàn)有的建筑里使用，它是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。它在自然環(huán)境中工作，提供清潔、有效并且節(jié)能的熱量和冷氣，是一種已被驗(yàn)證的高效技術(shù)。由于其具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，日益受到重視和推廣，很快就成為市場(chǎng)上最可靠和最具競(jìng)爭(zhēng)力的制熱/冷系統(tǒng)，比別的能源系統(tǒng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)能源部和環(huán)境保護(hù)署都已經(jīng)認(rèn)可地源熱泵系統(tǒng)是目前所有的制冷、制熱和熱水器系統(tǒng)中最有效、最環(huán)保的一種。根據(jù)1993年的一份報(bào)告，美國(guó)環(huán)保署指出地源熱泵技術(shù)主要能夠減少對(duì)自然資源的消耗和污染，同時(shí)對(duì)給業(yè)主用戶來(lái)說(shuō)更舒適、可靠和節(jié)約?？赏ㄟ^(guò)有效的水土氣候控制節(jié)省自然資源從而降低廢物排放，利用地下回路傳熱，從而避免了外部排放和空氣污染。1998年美國(guó)暖通空調(diào)工程師學(xué)會(huì)的ASHRAE技術(shù)獎(jiǎng)就授予土壤熱源熱泵系統(tǒng)，1998年美國(guó)能源部頒布法規(guī)，要求在全國(guó)聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)的建筑中推廣應(yīng)用地下耦合熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)。
地源熱泵系統(tǒng)是通過(guò)循環(huán)液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉地下埋管中的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。在冬季供熱過(guò)程中，流體從地下收集熱量，再通過(guò)系統(tǒng)把熱量帶到室內(nèi)。夏季制冷時(shí)系統(tǒng)逆向運(yùn)行，即從室內(nèi)帶走熱量，再通過(guò)系統(tǒng)將熱量送到地下巖土中。因此，地下耦合熱泵系統(tǒng)保持了地下水熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)。
地源熱泵技術(shù)作為一種環(huán)保節(jié)能技術(shù)，還有許多實(shí)際問(wèn)題需要研究，如無(wú)公害的環(huán)保高效制冷劑問(wèn)題，地下?lián)Q熱器的換熱強(qiáng)化等關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)橥寥赖臒釢裉匦詫?duì)地源熱泵系統(tǒng)的影響較大，土壤的熱特性主要與土壤的固體顆粒成分、含水量(率)和導(dǎo)熱性能等參數(shù)有關(guān)；當(dāng)閉環(huán)地源熱泵在制冷工況運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致地下埋管周圍溫度升高、土壤干燥以及土壤干燥收縮使與盤(pán)管之間形成間隙，導(dǎo)致管路與土壤之間熱阻增大；在制熱工況下可能導(dǎo)致地下埋管周圍土壤因溫度下降而凍結(jié)，形成土壤因?yàn)閮鼋Y(jié)對(duì)埋管形成擠壓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能造成管路破裂、管內(nèi)液體泄露等嚴(yán)重后果發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種地源熱換熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱方法為地源熱泵的可靠高效運(yùn)行提供一種可行技術(shù)方案，以適用于冬季寒冷的中部和北方地區(qū)使用。
同時(shí)，本發(fā)明的目的還在于提供了一種使用該方法的裝置，以適用于冬季寒冷的中部和北方地區(qū)使用。
為了完成上述發(fā)明目的，本發(fā)明的總體技術(shù)方案是由一種地源熱換熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱方法，通過(guò)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路周圍的土壤溫濕度，在滿足以下條件時(shí)，向地下?lián)Q熱器管路周圍土壤注水(1)在夏季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度高于設(shè)定值或土壤濕度小于設(shè)定值時(shí)；(2)在冬季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度低于設(shè)定值時(shí)。
同時(shí)，與上述方法對(duì)應(yīng)，本發(fā)明采用了地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，該裝置包括與地下?lián)Q熱器管路伴埋輔設(shè)的埋管系統(tǒng)、地下?lián)Q熱器管路經(jīng)過(guò)處的土壤中布設(shè)的土壤溫濕度傳感器、注水加壓蓄水系統(tǒng)和注水加壓控制電路，其中注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)一控制元件和整個(gè)埋管系統(tǒng)的入水口相連通，各土壤溫濕度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線與注水加壓控制電路的信號(hào)輸入端相連，注水加壓控制電路的控制輸出與上述控制元件相連，注水加壓控制電路在檢測(cè)到土壤的溫度高于設(shè)定值、土壤濕度低于設(shè)定值或土壤溫度低地設(shè)定值時(shí)，使控制元件動(dòng)作由注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)埋管系統(tǒng)向土壤中補(bǔ)水。
所述的控制元件可以為電磁水閥或加壓水泵。
所述的注水加壓蓄水系統(tǒng)為一伺服水箱，該伺服水箱加裝有水位或水壓控制裝置。
所述的埋管布埋于地下?lián)Q熱器管路的管井中央。
所述的土壤溫濕度傳感器布設(shè)于垂直埋管不同高度處的外側(cè)壁周圍和水平埋管的管外壁沿水平走向的各個(gè)位置處。
所述的控制元件的入口可以連接輔助加熱器。
本發(fā)明的地源熱換熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱方法及裝置，通過(guò)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路周圍的土壤溫濕度，在夏季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度高于設(shè)定值或土壤濕度小于設(shè)定值時(shí)；在冬季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度低于設(shè)定值時(shí)在滿足以下條件時(shí)，向地下?lián)Q熱器管路周圍土壤注水。當(dāng)閉環(huán)地源熱泵在制冷工況運(yùn)行時(shí)，可有效避免地下埋管周圍溫度升高、土壤干燥以及土壤干燥收縮，使盤(pán)管與土壤之間不會(huì)形成間隙，保證了管路與土壤之間的正常熱阻；在制熱工況下可有效避免地下埋管周圍土壤因溫度下降而凍結(jié)，防止土壤因?yàn)閮鼋Y(jié)對(duì)埋管形成擠壓可能造成的管路破裂、管內(nèi)液體泄露等嚴(yán)重后果的發(fā)生?？梢?jiàn)，本發(fā)明對(duì)于保證暖通空調(diào)的可靠正常運(yùn)行具有重要的意義。


圖1是本發(fā)明裝置的連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明采用的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，如圖1本發(fā)明的連接關(guān)系圖，該裝置含有蒸發(fā)器1、冷凝器3、膨脹閥2、制冷壓縮機(jī)8、四通換向閥6、日用熱水蓄水箱7以及循環(huán)水泵4。該裝置的關(guān)鍵在于在地下?lián)Q熱器管路12伴埋輔設(shè)有埋管系統(tǒng)13，同時(shí)在地下?lián)Q熱器管路經(jīng)過(guò)處的土壤中布設(shè)土壤溫濕度傳感器14，增設(shè)注水加壓蓄水系統(tǒng)和注水加壓控制電路5，其中注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)一控制元件和整個(gè)埋管系統(tǒng)13的入水口相連通，各土壤溫濕度傳感器14通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線11與注水加壓控制電路5的信號(hào)輸入端相連，注水加壓控制電路5的控制輸出與上述控制元件相連，注水加壓控制電路5在檢測(cè)到土壤的溫度高于設(shè)定值、土壤濕度低于設(shè)定值或土壤溫度低地設(shè)定值時(shí)，使控制元件動(dòng)作由注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)埋管系統(tǒng)13向土壤中補(bǔ)水。本實(shí)施例的控制元件為加壓水泵10(也可以為電磁水閥)。上述的注水加壓蓄水系統(tǒng)為一伺服水箱9，伺服水箱加裝有水位控制裝置。埋管系統(tǒng)13的埋管布埋于地下?lián)Q熱器管路12的管井中央，即兩根或四根地下?lián)Q熱器管路12中間。土壤溫濕度傳感器14布設(shè)于垂直地下?lián)Q熱器管路12不同高度處的外側(cè)壁周圍和水平地下?lián)Q熱器管路12埋的管外壁沿水平走向的各個(gè)位置處?？刂圃娜肟诳梢赃B接輔助加熱器，如鍋爐、太陽(yáng)能熱水器等。
在夏季，地上熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制冷運(yùn)行，通過(guò)地下地下?lián)Q熱器管路12向土壤放熱，周圍土壤將變得干熱，土壤溫濕度傳感器14收集到的溫濕度信號(hào)通過(guò)埋于土壤中的信號(hào)傳輸導(dǎo)線11，將信號(hào)傳送到注水加壓控制電路5，注水加壓控制電路5根據(jù)設(shè)定值決定加壓水泵10是否向埋管系統(tǒng)13供水，從而保證地下地下?lián)Q熱器管路12周圍土壤具有合適的溫濕度。避免因土壤干燥收縮可能使土壤與地下?lián)Q熱器管路12之間形成間隙，導(dǎo)致地下?lián)Q熱器管路12與土壤之間熱阻增大，從而導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)COP值下降。
在冬季，熱泵進(jìn)行制熱運(yùn)行，通過(guò)地下?lián)Q熱器管路12向土壤吸熱熱，使得地下?lián)Q熱器管路12周圍的土壤溫度不斷降低，土壤溫濕度傳感器14收集到的溫濕度信號(hào)通過(guò)埋于土壤中的信號(hào)傳輸導(dǎo)線11，將信號(hào)傳送到注水加壓控制電路5，注水加壓控制電路5根據(jù)設(shè)定值決定加壓水泵10是否向埋管系統(tǒng)13供水，從而保證地下?lián)Q熱器管路12周圍土壤具有合適的溫濕度。避免可能導(dǎo)致地下?lián)Q熱器管路12周圍土壤因溫度下降而凍結(jié)，形成土壤因?yàn)閮鼋Y(jié)對(duì)地下?lián)Q熱器管路12形成擠壓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能造成地下?lián)Q熱器管路12破裂、管內(nèi)液體泄露等嚴(yán)重后果。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱方法，其特征在于通過(guò)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路周圍的土壤溫濕度，在滿足以下條件時(shí)，向地下?lián)Q熱器管路周圍土壤注水(1)在夏季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度高于設(shè)定值或土壤濕度小于設(shè)定值時(shí)；(2)在冬季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度低于設(shè)定值時(shí)。
2.一種地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于該裝置包括與地下?lián)Q熱器管路伴埋輔設(shè)的埋管系統(tǒng)、地下?lián)Q熱器管路經(jīng)過(guò)處的土壤中布設(shè)的土壤溫濕度傳感器、注水加壓蓄水系統(tǒng)和注水加壓控制電路，其中注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)一控制元件和整個(gè)伴埋管系統(tǒng)的入水口相連通，各土壤溫濕度傳感器通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線與注水加壓控制電路的信號(hào)輸入端相連，注水加壓控制電路的控制輸出與上述控制元件相連，注水加壓控制電路在檢測(cè)到土壤的溫度高于設(shè)定值、土壤濕度低于設(shè)定值或土壤溫度低地設(shè)定值時(shí)，使控制元件動(dòng)作由注水加壓蓄水系統(tǒng)通過(guò)埋管系統(tǒng)向土壤中補(bǔ)水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于所述的控制元件可以為電磁水閥或加壓水泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于所述的注水加壓蓄水系統(tǒng)為一伺服水箱，該伺服水箱加裝有水位或水壓控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于所述的埋管布埋于地下?lián)Q熱器管路的管井中央。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于所述的土壤溫濕度傳感器布設(shè)于垂直埋管不同高度處的外側(cè)壁周圍和水平埋管埋的管外壁沿水平走向的各個(gè)位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，其特征在于所述的控制元件的入口可以連接輔助加熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱方法，通過(guò)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路周圍的土壤溫濕度，在滿足以下條件時(shí)，向地下?lián)Q熱器管路周圍土壤注水(1)在夏季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度高于設(shè)定值或土壤濕度小于設(shè)定值時(shí)；(2)在冬季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度低于設(shè)定值時(shí)。同時(shí)還公開(kāi)了一種地源熱泵地下?lián)Q熱器的強(qiáng)化換熱裝置，該裝置包括與地下?lián)Q熱器管路伴埋輔設(shè)的埋管系統(tǒng)、地下?lián)Q熱器管路經(jīng)過(guò)處的土壤中布設(shè)的土壤溫濕度傳感器、注水加壓蓄水系統(tǒng)和注水加壓控制電路，通過(guò)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路周圍的土壤溫濕度，在夏季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度高于設(shè)定值或土壤濕度小于設(shè)定值時(shí)；在冬季，當(dāng)檢測(cè)到的土壤溫度低于設(shè)定值時(shí)在滿足以下條件時(shí)，向地下?lián)Q熱器管路周圍土壤注水。
文檔編號(hào)F25B30/06GK1743758SQ200410060489
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月2日
發(fā)明者孫洲陽(yáng), 周澤, 饒榮水, 肖建軍 申請(qǐng)人:河南新飛電器有限公司