專利名稱：混合式地源熱泵系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及建筑環保節能的新型能源技術，尤其是涉及一種利用地源熱泵和 冷卻塔的混合式地源熱泵系統，用于建筑的供熱采暖和中央空調。
背景技術：
建筑能耗以供熱采暖和空調能耗為主，因此，建筑節能的重點應放在采暖和供冷 能耗上。土壤源熱泵是以大地為熱源的熱泵，冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高，對建 筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑內的熱量轉移到地下對建筑進行降 溫，同時蓄存熱量，以備冬用。但是，目前的土壤源熱泵在應用中也存在一些問題(1)設備容量問題由于土壤的導熱系數小，埋地換熱器的面積會比較大，而各地 區由于具體條件的限制，單獨依靠土壤源熱泵空調系統可能無法滿足設計要求。(2)初期投資較大土壤源熱泵的初投資不僅包括傳統空調系統所需的地上管路 和設備的投資，還包括室外鉆井、埋地盤管、埋地盤管敷設和灌漿等投資。(3) 土壤溫度場的恢復問題隨著地源熱泵系統單獨供熱或供冷運行時間的延 長，土壤內的溫度場長期得不到恢復，系統將無法滿足建筑物的冷、熱負荷要求。水源熱泵 技術由于回灌問題和系統長期運行穩定性的問題其推廣也受到一些制約；并且一些業主、 暖通設計師對地源熱泵技術的認識存在誤區，即地源熱泵只能與土壤進行熱交換，不能出 現冷卻塔，出現冷卻塔就不節能。特別是就目前冬暖夏熱地區而言，地源熱泵技術還沒有較多的應用實例，究其原 因，一來是初投資過高，占地面積大。二來是南方空調以制冷為主，埋地換熱器所需的面積 較大，較之北方，系統的初期投資高。三來是空調普偏采用電制冷，沒有環保政策方面的壓 力。如何在冬暖夏熱地區正確合理使用地源熱泵技術成為學術界與工程界需要解決的熱點 問題。
發明內容本實用新型的目的在于提出一種適合冬暖夏熱地區正確合理使用地源熱泵的混 合式地源熱泵系統的技術方案，作為建筑的供熱采暖和中央空調的新型能源，達到環保和 節能的目的。為實現本實用新型的目的，特提出一種混合式地源熱泵系統，該系統包括建筑物 內環路和輔助散熱裝置環路，所述建筑物內環路由換熱器、四通閥門、壓縮機和垂直埋管構 成；所述輔助散熱裝置環路由冷卻塔構成；其中，所述建筑物內環路和輔助散熱裝置環路分開為獨立循環的環路，二者通過 板式換熱器耦合，通過板式換熱器耦合可以進行熱交換。所述輔助散熱裝置環路將冷卻塔作為輔助散熱裝置的冷卻設備，所述輔助散熱裝 置包括冷卻塔啟動裝置，當所述建筑物內環路的換熱器的出水溫度達到25°C 35°C時，所述冷卻塔啟動裝置啟動所述冷卻塔。[oo12] 所述輔助散熱裝置的選型滿足下式[oo13] Q真。1為輔助散熱裝置的設計放熱量(kw)[oo15] 咯。1RCj為設計供冷月散熱總量(k丁)[OO16] QL00D．R。1為通過熱交換器排放到土壤的設計供冷月散熱量(k丁)[OO17] H。urS為設計供冷月的小時數。[oo18] 所述冷卻塔的水流量V1(m‘／h)滿足下式[oo19l 本實用新型的優點[0021] 對于夏季排熱量遠大于冬季吸熱量的南方地區，在某些商用或公共建筑物土壤源熱泵系統應用中，運用輔助散熱裝置(傳統開式冷卻塔加板式換熱器)，與單獨的土壤源熱泵相比，混合式系統具有節省投資和降低運行費用等優點。[0022] 供熱周期與制冷周期比率越小的區域，冷卻塔與地源熱泵聯合的混合型系統比單水源熱泵系統和單地源熱泵系統更具競爭力。
[0023] 圖l是混合式地源熱泵系統整體結構示意圖；[0024] 圖2是板式換熱器示意圖。
具體實施方式
[0025] 在地源熱泵使用方面始終存在土壤的熱平衡問題，土壤源熱泵的自身特點而有其最佳的適用范圍，即夏熱冬冷且冬夏冷熱負荷相當的地區。在炎熱地區由于其夏季供冷負荷大于冬季供熱負荷，使得熱泵夏季向地下土壤排放的熱量大于冬季從土壤吸收的熱量，致使土壤溫度有可能逐漸升高，造成夏季使用時地源熱泵機組的冷凝溫度提高，致使制冷量減少，耗功率上升，制冷系數C。P降低，一般情況下，土壤溫度升高l℃，會使制取同樣冷量的能耗增加3—4％。因此，維持地源熱泵地下埋管換熱器系統吸1排熱平衡是地源熱泵正常1高效運行的可靠保證。對于垂直埋管，一般埋深大多在30—lOOm，若采用單一的地源熱泵系統最終會導致地埋盤管換熱能力下降，進而需要更大容量的地熱換熱器以滿足設計要求，但這樣會使系統的初投資迅猛增加。根據實測和理論計算，建議冬夏向土壤的吸排熱量平衡差不大于20％為好。如果熱平衡性相差較大，就應當采取輔助冷卻(或加熱)方式，這種帶有輔助冷卻(或加熱)的系統稱為混合式地源熱泵系統。[0026] 本實用新型的混合式地源熱泵系統如圖l所示，該系統利用冷卻塔作為地源熱泵輔助散熱裝置。如圖所示本實用新型的系統主要有兩個環路組成，分別為建筑物內環路和散熱裝置環路。由換熱器1四通閥門1壓縮機和垂直埋管構成的建筑物內環路和由冷卻塔構成的散熱裝置環路分開，通過板式換熱器耦合，建筑物內環路可以獨立于冷卻塔運行。[0027] 輔助散熱裝置典型的運行方式是當地熱交換器的出水溫度達到一個確定的上限(通常在25°C 35°C )時，啟動冷卻塔構成的散熱裝置來分擔地熱交換器的負荷。混合式地源熱泵的計算方法包括1)輔助散熱裝置的選型不管室外條件如何，輔助散熱裝置都可以將熱量排放到周圍環境中，可以在設計 供冷月散熱需求的基礎上選型，即， 式中Qltej為輔助散熱裝置的設計放熱量(kW)QTo,EeJ為設計供冷月散熱總量(kj)Qloop. EeJ為通過熱交換器排放到土壤的設計供冷月散熱量(kj)Hours為設計供冷月的小時數；31dX 24h/d (—般按七月或八月)本選型方法中假設設計月50%小時數的室外條件不太惡劣，因此，散熱裝置的散 熱能力具有很大余量。冷卻塔的供回水溫度差為Δ Τ,計算通過冷卻塔側的水流量為V1 (m3/h)。2)地下埋管換熱量圖2所示為板式換熱器的示意圖，圖中，T1表示地下埋管出水溫度(°C)，IV表示 進入熱泵機組溫度CC )，T2表示冷卻塔供水溫度CC )，T2'表示冷卻塔回水溫度CC )。板式換熱器被認為是最好的間接式熱交換器，它具有以下幾個特點優良的導熱 性能，污垢系數低，緊湊且易改變換熱面積或流程組合，末端溫差小從而可以滿足較大的流 量，可以用抗腐蝕的材料制作，且板片厚度薄、重量輕，可拆開進行維護。在設計工況下，熱 泵機組的進出水溫差為ΔΤ。計算循環水側的設計水流量為V2 (m3/h) Qe (kw)為循環水側換熱量，選取地下埋管出水和冷卻塔回水的逼近溫差為1. 70C， 計算=T1 = T2' +1.7由熱泵機組樣本查得熱泵機組的出水溫度，記為Tg(°C )計算地下埋管換熱量 3)冷卻水泵的選擇流量=V1，揚程H= Hz+ht式中HZ表示冷卻塔本身噴水管至水盤的高差，mht表示管路的阻力損失，m選取水 泵時流量、揚程各取10%的富裕量。(1)在冬暖夏熱地區，使用冷卻塔輔助地源熱泵散熱有助于減少聯合系統的初投 資，隨著冷卻塔承擔的冷負荷比例的增加，聯合系統的初投資越來越少。(2)從運行費用方面，冷卻塔占的負荷比例越大，年經營成本越高，當冷卻塔與埋 地換熱器各自承擔50%負荷時，年經營成本比獨立地源熱泵系統增加了 8. 8%。
5[0053] (3)聯合系統的優化依賴于投資回收期的預期值及使用年限。對于不同的投資回 收期的預期值及使用年限，系統的優化配置要做具體分析。
權利要求一種混合式地源熱泵系統，其特征在于，該系統包括建筑物內環路和輔助散熱裝置環路，所述建筑物內環路由換熱器、四通閥門、壓縮機和垂直埋管構成；所述輔助散熱裝置環路由冷卻塔構成；其中，所述建筑物內環路和輔助散熱裝置環路分開為獨立循環的環路，二者通過板式換熱器耦合。
2.根據權利要求1混合式地源熱泵系統，其特征在于，所述輔助散熱裝置包括冷卻塔 啟動裝置，當所述建筑物內環路的換熱器的出水溫度達到25°C 35°C時，所述冷卻塔啟動 裝置啟動所述冷卻塔。
3.根據權利要求1混合式地源熱泵系統，其特征在于，所述輔助散熱裝置的選型滿足 下式 QEeJ為輔助散熱裝置的設計放熱量(kW) QT。t._為設計供冷月散熱總量(kJ)Qloo, EeJ為通過熱交換器排放到土壤的設計供冷月散熱量(kJ) Hours為設計供冷月的小時數。
4.根據權利要求1混合式地源熱泵系統，其特征在于，根據權利要求1混合式地源熱泵 系統，其特征在于，所述冷卻塔的水流量V1(Hi3A)滿足下式
專利摘要本實用新型是一種混合式地源熱泵系統，該系統包括建筑物內環路和輔助散熱裝置環路，所述建筑物內環路由換熱器、四通閥門、壓縮機和垂直埋管構成；所述輔助散熱裝置環路由冷卻塔構成；其中，所述建筑物內環路和輔助散熱裝置環路分開為獨立循環的環路，二者通過板式換熱器耦合，通過板式換熱器進行熱交換。對于夏季排熱量遠大于冬季吸熱量的南方地區，本系統與單獨的土壤源熱泵相比，具有節省投資和降低運行費用等優點。供熱周期與制冷周期比率越小的區域，冷卻塔與地源熱泵聯合的混合型系統比單水源熱泵系統和單地源熱泵系統更具競爭力。
文檔編號F25B29/00GK201652992SQ201020200998
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月19日 優先權日2010年5月19日
發明者劉偉, 蘇存堂 申請人:北京依科瑞德地源科技有限責任公司