專利名稱：直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地源熱泵技術(shù)，具體是指直接膨脹式地源熱泵的設(shè)計(jì)與控制。
背景技術(shù)：
直接膨脹式地源熱泵是一種高效利用淺層地表土壤中低品味熱能的先進(jìn)技術(shù)。與 傳統(tǒng)的地源熱泵相比，它在地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)中直接充注制冷劑與土壤換熱，減少了中 間換熱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)效率得到提高。由于制冷劑直接與土壤換熱的效率高，地下?lián)Q熱器埋管數(shù) 量減少，相應(yīng)的地下施工量也減少，具有不存在結(jié)凍，也不需要添加防凍劑的特點(diǎn)。
但直接膨脹式地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱管路系統(tǒng)冬夏季共用一套，在制冷工況運(yùn)行 時(shí)，地下?lián)Q熱器管路作用為冷凝器，制冷劑的狀態(tài)為高溫高壓的氣體；在制熱工況運(yùn)行時(shí)， 地下?lián)Q熱器管路作用為蒸發(fā)器，制冷劑的狀態(tài)為低溫低壓的液體。在相同管路條件下，制冷 與制熱工況不同時(shí)，管路中制冷劑的質(zhì)量差別很大，造成熱泵系統(tǒng)無法正常工作。為保證系 統(tǒng)的正常工作，必須對(duì)系統(tǒng)的制冷劑充注量隨工況改變進(jìn)行調(diào)節(jié)，這極大限制了直接膨脹 式地源熱泵系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。 目前解決上述制冷劑充注量問題的常用方法有(l)在系統(tǒng)中加裝較大的儲(chǔ)液 器；(2)在冬夏季工況切換時(shí)，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。但是通用的措施要么作用不明顯，要么實(shí)施 很繁瑣，以致影響系統(tǒng)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種直接膨脹式地
源熱泵儲(chǔ)液控制方法，依據(jù)冬季和夏季直接膨脹式地源熱泵機(jī)組與土壤交換的熱量，安裝
兩套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)，分別在其間設(shè)置閥門而使其能夠相互獨(dú)立并與主機(jī)相連；根據(jù)
地下?lián)Q熱器管路進(jìn)口壓力，切換不同長(zhǎng)度的管路系統(tǒng)，使相應(yīng)的換熱器管路系統(tǒng)對(duì)應(yīng)相應(yīng)
的運(yùn)行工況，另一套管路系統(tǒng)充當(dāng)儲(chǔ)液器，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常高效工作。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法包括 (1)系統(tǒng)組成包括主機(jī)和兩套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)，其中一套為滿足冬季制熱
工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)而另一套為滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)；根據(jù)不
同運(yùn)行工況，通過閥門切換使一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常高
效工作，另一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)為起儲(chǔ)液作用的儲(chǔ)液器； (2)控制方法 a.設(shè)定熱泵系統(tǒng)夏季制冷工況蒸發(fā)壓力范圍為Pzl Pz2，冬季制熱工況冷凝壓力 范圍Pu P12 ; b.連續(xù)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)進(jìn)口壓力P，當(dāng)P在P^ P^范圍時(shí)，控制相應(yīng)的 地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)的切換閥門，選擇滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相 匹配；當(dāng)P在Pu P12范圍時(shí)，控制相應(yīng)的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)的切換閥門，選擇滿足夏季 制冷工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配；當(dāng)P在Pz2 Pu范圍時(shí)，管路閥門全部關(guān)閉； c.系統(tǒng)完成地下?lián)Q熱器的上述切換后，進(jìn)入正常工作。 熱泵機(jī)組的蒸發(fā)壓力、冷凝壓力工作范圍根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)機(jī)組設(shè)計(jì)及運(yùn)行工況而 定。 本發(fā)明系統(tǒng)中，當(dāng)滿足冬季制熱工況的一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)匹配時(shí)， 該套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)功能上為蒸發(fā)器；當(dāng)滿足夏季制冷工況的一套地下?lián)Q熱器管路系 統(tǒng)與主機(jī)匹配時(shí)，該套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)功能上為冷凝器。亦即，利用長(zhǎng)度不同的地下?lián)Q 熱器管路系統(tǒng)的切換，實(shí)現(xiàn)了制冷劑量的儲(chǔ)存，避免冬夏季系統(tǒng)切換時(shí)頻繁的制冷劑充注、 排出與調(diào)節(jié)等繁瑣工作，大大降低了制冷劑的消耗。 所述兩套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)，是從功能上定義的，不受地下?lián)Q熱器組數(shù)與連接
形式的限制，夏季使用的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)功能上為冷凝器，冬季使用的地下?lián)Q熱器管
路系統(tǒng)功能上為蒸發(fā)器；地下?lián)Q熱器的結(jié)構(gòu)形式包括豎直單U管、雙U管換熱器、水平埋管、
螺旋埋管等地下?lián)Q熱器；連接關(guān)系包括并聯(lián)與串聯(lián)；其系統(tǒng)形式包括同程式與異程式。 所述閥門可以是電磁閥或截止閥等，聯(lián)動(dòng)形式包括電動(dòng)與液壓傳動(dòng)等。 由上可知，本發(fā)明為一種直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法，它在兩套地下?lián)Q熱
管路中進(jìn)行切換，使其分別擔(dān)任冬季蒸發(fā)器、夏季冷凝器的作用，解決了制冷劑充注量冬夏
季不同的問題，實(shí)現(xiàn)了制冷劑量的儲(chǔ)存，避免冬夏季系統(tǒng)切換時(shí)頻繁的制冷劑充注、排出與
調(diào)節(jié)等繁瑣工作，大大降低了制冷劑的消耗，實(shí)現(xiàn)了熱泵機(jī)組的正常高效工作；與現(xiàn)有技術(shù)
相比，本發(fā)明還具有以下的優(yōu)點(diǎn) 1、方法可靠，能夠保障系統(tǒng)正常高效工作； 2、操作簡(jiǎn)單，依據(jù)制冷與制熱工況的不同，通過聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)切換相 應(yīng)的地下?lián)Q熱器； 3、安裝施工簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試后運(yùn)行成本低；
4、系統(tǒng)可以手動(dòng)控制，又可以自動(dòng)控制。


下面結(jié)合附圖1和具體實(shí)施方式
對(duì)本說明作進(jìn)一步說明 圖1是本發(fā)明所述直接膨脹式地源熱泵系統(tǒng)的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例控制系統(tǒng)的原理圖； 圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例控制方法的原理圖。 在圖中 l-壓縮機(jī)， 2-四通換向閥， 3-換熱器， 4-膨脹閥， 5-滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器， 6-滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器， 7、8、9、10_電磁閥， 11-壓力傳感器， 12-控制器。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，壓縮機(jī)1與四通換向閥2、換熱器3、膨脹閥4構(gòu)成了直接膨脹式地源熱泵機(jī)組的地上主機(jī)部分，通過電磁閥7、8、9、10與滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器5、滿足 夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器6這兩套地下?lián)Q熱器構(gòu)成兩個(gè)回路。 參見圖l，本發(fā)明的直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法分為冬季制熱和夏季制冷 兩種工況，其中 a.夏季制冷工況設(shè)定熱泵系統(tǒng)冷凝壓力范圍Pu P"Sl);熱泵機(jī)組工作(S2); 連續(xù)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)進(jìn)口壓力P(S3)，當(dāng)P在Pu P12范圍時(shí)(S4、 S5)，閥門7、 9關(guān)閉與此同時(shí)閥門8、10打開。壓縮機(jī)1高溫高壓的排氣經(jīng)過四通換向閥2后，經(jīng)過閥門 IO，進(jìn)入滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器6，與土壤換熱后，高溫高壓的氣體變?yōu)榈蜏馗邏?的液體，經(jīng)過閥門8，進(jìn)入膨脹閥4，低溫高壓的液體變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w，經(jīng)過換熱器3與 空調(diào)冷凍水進(jìn)行熱交換后，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍怏w后，經(jīng)四通換向閥2后，被壓縮機(jī)吸入壓縮 (L2)。重復(fù)循環(huán)。滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器5擔(dān)當(dāng)儲(chǔ)液器。 b.冬季制熱工況設(shè)定熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)壓力范圍P^ P^(S1);熱泵機(jī)組工作(S2); 連續(xù)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)進(jìn)口壓力P(S3)，當(dāng)P在Pzl Pz2范圍時(shí)(S4)，閥門8、10關(guān) 閉與此同時(shí)閥門7、9打開。壓縮機(jī)1高溫高壓的排氣經(jīng)過四通換向閥2后，經(jīng)過換熱器3與 空調(diào)冷凍水進(jìn)行熱交換后，變?yōu)榈蜏馗邏旱囊后w，進(jìn)入膨脹閥4后，低溫高壓的液體變?yōu)榈?溫低壓的液體，經(jīng)過閥門7進(jìn)入滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器5，與土壤換熱后，低溫低 壓的液體變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍怏w，經(jīng)過閥門9、四通換向閥2后，被壓縮機(jī)吸入壓縮(Ll)。重 復(fù)循環(huán)。滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器6擔(dān)當(dāng)儲(chǔ)液器。
權(quán)利要求
一種直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法，其特征在于，它包括(1)系統(tǒng)組成包括主機(jī)和兩套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)，其中一套為滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)而另一套為滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)；根據(jù)不同運(yùn)行工況，通過閥門切換使一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常高效工作，另一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)為起儲(chǔ)液作用的儲(chǔ)液器；(2)控制方法a.設(shè)定熱泵系統(tǒng)夏季制冷工況蒸發(fā)壓力范圍為Pz1～Pz2，冬季制熱工況冷凝壓力范圍P11～P12；b.連續(xù)檢測(cè)地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)進(jìn)口壓力P，當(dāng)P在Pz1～Pz2范圍時(shí)，控制相應(yīng)的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)的切換閥門，選擇滿足冬季制熱工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配；當(dāng)P在P11～P12范圍時(shí)，控制相應(yīng)的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)的切換閥門，選擇滿足夏季制冷工況的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配；當(dāng)P在Pz2～P11范圍時(shí)，管路閥門全部關(guān)閉；c.系統(tǒng)完成地下?lián)Q熱器的上述切換后，進(jìn)入正常工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法，其特征在于，熱泵機(jī)組的 蒸發(fā)壓力、冷凝壓力工作范圍根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)機(jī)組設(shè)計(jì)及運(yùn)行工況而定。
全文摘要
一種直接膨脹式地源熱泵儲(chǔ)液控制方法，它依據(jù)地源熱泵機(jī)組在冬夏季與土壤交換的熱量，設(shè)計(jì)安裝兩套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)，分別滿足冬季制熱工況與夏季制冷工況。根據(jù)運(yùn)行工況的不同，選擇并調(diào)節(jié)其中的一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)與主機(jī)相匹配，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常高效工作，相應(yīng)的另一套地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)儲(chǔ)液器的功能。本發(fā)明利用長(zhǎng)度不同的地下?lián)Q熱器管路系統(tǒng)的切換，實(shí)現(xiàn)了制冷劑量的儲(chǔ)存，避免冬夏季系統(tǒng)切換時(shí)頻繁的制冷劑充注、排出與調(diào)節(jié)等繁瑣工作，大大降低了制冷劑的消耗；同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免機(jī)組因制冷劑量的多少出現(xiàn)故障，保證了直接膨脹式地源熱泵系統(tǒng)的高效運(yùn)行。
文檔編號(hào)G05B19/02GK101750970SQ200910044728
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者吳加勝, 周晉, 張國強(qiáng), 郭永輝 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)