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和方法
技術領域：
本發明屬能源技術領域，特別是涉及一種利用地源熱泵系統中埋地換熱器進行自然供 冷、余熱回收的系統和方法。。
技術背景隨著環保和充分利用可再生能源資源的可持續發展的大趨勢下，以土壤為基礎的地源 熱泵供冷供熱技術得到極大的重視和發展。地源熱泵空調技術是利用地下常規地溫能量，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。另外對于通風空調系統總是需要部分或全部排走室內空氣，補充室外新風。在排風的 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作預處理， 或用來恢復土壤的溫度，提高埋地換熱器的傳熱性能，將會使空調系統節省很多能量。目前市場上有各種熱回收裝置，其結構由一個換熱器或二個換熱器構成，熱回收效率 不高，還有冬季結霜問題。 發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種通過地源熱泵實現對建筑物供冷和供熱，通過 熱回收裝置對排風中的熱量進行回收，回收的熱量可以預熱新風，也可以恢復土壤溫度， 通過埋地換熱器實現自然供冷的帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統，本發明解決其技術問題所采用的技術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，包括熱泵機組、埋地換熱器、新風換熱器和排風換熱器，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換熱器和新風換熱器構成回路。所述的熱泵機組、埋地換熱器、新風換熱器、排風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)若要實現常規的地源熱泵系統模式，則打開第三閥門、第四閥門，關閉第一閥門、 第二閥門、第五閥門和第六閥門，工作流體循環于埋地換熱器和熱泵機組之間，實現對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱的運行；2) 若要實現自然供冷模式，則打開第一閥門、第六閥門，關閉第二閥門、第三閥門、 第四閥門和第五閥門，旁通排風換熱器(1)，工作流體循環于埋地換熱器和新風 換熱器之間，通過埋地換熱器把新風的熱量排放到土壤中，實現冷卻新風、自然 供冷；3) 若要實現土壤溫度恢復模式，則打開第二閥門、第五閥門，關閉第一閥門、第三 閥門、第四閥門和第六閥門，旁通新風換熱器，工作流體循環于埋地換熱器與排 風換熱器之間，把室內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) 若要實現由三個換熱器組成的熱回收系統，則打開第五閥門、第六閥門，關閉第 一閥門、第二閥門、第三閥門和第四闊門，排風換熱器、新風換熱器及埋地換熱 器構成一個由三個換熱器組成的熱回收環路，在埋地換熱器中預熱的工作流體流 過排風換熱器獲得熱量，溫度升高的工作流體流到新風換熱器，把熱量傳給新風， 實現室內排風熱量的回收。本發明的系統可以實現四種運行模式 一是常規的地源熱泵系統模式，埋地換熱器與 熱泵機組構成地源熱泵系統，實現對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱運行；二是自然供冷 模式，埋地換熱器與新風換熱器構成一個環路，由于一定深度的土壤溫度穩定且低于室外 氣溫，工作流體循環于埋地換熱器與新風換熱器之間，把新風負荷排放到土壤中，使新風 溫度降低，無需開啟熱泵機組，實現自然供冷；三是土壤溫度恢復模式，埋地換熱器與排 風換熱器構成一個環路，工作流體循環于埋地換熱器與排風換熱器之間，把排風的熱量儲 存于埋地換熱器周圍，使土壤的溫度得以恢復，提高冬季地源熱泵系統的工作性能；四是 熱回收模式，埋地換熱器、排風換熱器和新風換熱器構成一個環路，經過埋地換熱器預熱 的工作流體，流過排風換熱器，把熱量帶到新風換熱器，加熱新風，即把排風的熱量回收 起來，提高系統的能量綜合利用率。 有益效果本發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的工作性能；通過 實現余熱回收和過渡季節自然供冷，提高了系統的能量綜合利用率；且不會出現冬季結霜 現象，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示意圖。圖中l一排風換熱器 2 —新風換熱器 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
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術 人員可以對本發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 風換熱器1和新風換熱器2構成回路。熱泵機組、埋地換熱器、新風換熱器、排風換熱器 及閥門之間采用管道連接。如圖1所示，打開閥門7,8，關閉閥門5,6,9,10，實現常規的地源熱泵系統模式，工 作流體循環于埋地換熱器3和熱泵機組4之間，實現對建筑物進行夏季供冷、冬季供熱的 運行。打開閥門5,10，關閉閥門6,7,8,9，旁通排風換熱器，實現自然供冷模式，工作流體 循環于埋地換熱器3和新風換熱器2之間，通過埋地換熱器把新風的熱量排放到土壤中， 實現冷卻新風、達到自然供冷的目的。打開閥門6,9，關閉閥門5,7,8,10，旁通新風換熱器，實現土壤溫度恢復模式，工作 流體循環于埋地換熱器與排風換熱器之間，把室內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的運行性能。打開閥門9，10，關閉閥門5，6,7，8，排風換熱器1、新風換熱器2及埋地換熱器3構成 一個由三個換熱器組成的熱回收環路，在埋地換熱器3中預熱的工作流體流過排風換熱器 1獲得熱量，溫度升高的工作流體流到新風換熱器2，把熱量傳給新風，實現室內排風熱 量的回收。由三個換熱器組成的熱回收系統，由于工作流體流進排風換熱器1之前首先經 過埋地換熱器3預熱，所以工作流體的溫度不可能低于O'C，也就不會出現冬季結霜現象， 使熱回收的效率更高。
權利要求
1.一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統，包括熱泵機組、埋地換熱器、新風換熱器和排風換熱器，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)與排風換熱器(1)和新風換熱器(2)構成回路。
2. 根據權利要求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，其特征在 于所述的熱泵機組、埋地換熱器、新風換熱器、排風換熱器及閥門之間采用管道連 接。
3. 根據權利要求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) 若實現常規的地源熱泵系統模式，則打開第三閥門(7)、第四閥門(8)，關閉第 一閥門(5)、第二閥門(6)、第五閥門(9)和第六閥門(10)，工作流體循環于 埋地換熱器(3)和熱泵機組(4)之間，實現夏季供冷、冬季供熱的運行；2) 若實現自然供冷模式，則打開第一閥門(5)、第六閥門(10)，關閉第二閥門(6)、 第三閥門(7)、第四閥門(8)和第五閥門(9)，旁通排風換熱器(1)，工作流體 循環于埋地換熱器(3)和新風換熱器(2)之間，通過埋地換熱器把新風的熱量 排放到土壤中，實現冷卻新風、自然供冷；3) 若實現土壤溫度恢復模式，則打開第二閥門(6)、第五閥門(9)，關閉第一閥門(5)、第三閥門(7)、第四閥門(8)和第六閥門(10)，旁通新風換熱器(2)， 工作流體循環于埋地換熱器(3)與排風換熱器(1)之間，把室內空氣排放的熱 量回收起來，加熱埋地換熱器周圍的土壤，提高土壤溫度；4) 若實現由三個換熱器組成的熱回收系統，則打開第五閥門(9)、第六閥門(10)， 關閉第一閥門(5)、第二閥門(6)、第三閥門(7)和第四闊門(8)，排風換熱器(1)、新風換熱器(2)及埋地換熱器(3)構成一個由三個換熱器組成的熱回收 環路，在埋地換熱器(3)中預熱的工作流體流過排風換熱器(1)獲得熱量，溫 度升高的工作流體流到新風換熱器(2)，把熱量傳給新風，實現室內排風熱量的 回收。
全文摘要
本發明涉及一種帶有自然供冷、余熱回收的地源熱泵集成系統和方法。該系統可以實現四種運行模式一是常規的地源熱泵系統模式，埋地換熱器與熱泵機組構成地源熱泵系統，實現夏季供冷、冬季供熱運行；二是自然供冷模式，埋地換熱器與新風換熱器構成一個環路，實現自然供冷；三是土壤溫度恢復模式，埋地換熱器與排風換熱器構成一個環路，工作流體循環于埋地換熱器與排風換熱器之間，把排風的熱量儲存于埋地換熱器周圍，提高了冬季地源熱泵系統的工作性能；四是熱回收模式，埋地換熱器、排風換熱器和新風換熱器構成一個環路，經過埋地換熱器預熱的工作流體，流過排風換熱器，把熱量帶到新風換熱器，加熱新風，提高系統的能量綜合利用率。
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 優先權日2008年3月11日
發明者周亞素 申請人:東華大學