一種土壤源-空氣源風能熱泵系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種風能熱泵系統，特別涉及一種土壤源-空氣源復合熱源風能熱泵供熱供冷系統。
【背景技術】
[0002]我國風能資源豐富，隨著近幾年風電產業迅速發展，我國已成為全球風電裝機最多的國家，風電在能源供應中發揮著重要作用，但由于受電網運行等因素的影響，特別是在冬季供暖期間，風電機組運行與熱電聯產機組運行矛盾突出，致使北方地區的風電機組被迫大量棄風，而推廣風能與熱泵機組聯合供熱技術是消納低谷風電的重要措施，可以有效解決風電棄風問題，減少消費和環境污染，促進能源結構調整。
[0003]目前，已存在利用風能驅動熱泵進行供熱的現有技術。主要是利用風能系統將風能轉換為機械能，通過致熱器將機械能轉換為熱能，送入儲熱系統，當熱能不足時啟動輔助加熱系統滿足熱量供應，致熱器一般是通過攪拌葉片與容器中的水摩擦產生熱，將機械能轉換為熱能，轉換效率低，不符合“溫度對口、梯級利用”的科學用能原則。或者是利用風能直接驅動熱泵機組的壓縮機，省去了發電中間環節，但室外機制冷劑-空氣換熱器通過冷卻塔與室外空氣間接換熱，當環境溫度較低時，熱泵機組制熱效率偏低。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術的缺點和不足，本實用新型為提高風能熱泵供熱系統的效率并且解決風能熱泵使用地區土壤吸排熱不平衡問題，而提供一種新型的土壤源-空氣源風能熱泵供熱供冷系統。此系統以風能發電作為驅動電源，以土壤和空氣作為低溫熱源，利用蓄熱/蓄冷水箱來應對風力負荷的變化并保證熱水/冷水的穩定輸出，在供熱低峰時段以空氣作為低溫熱源，在供熱高峰時段以土壤作為低溫熱源，并在夏季啟動地源熱泵制冷模式，從而保證土壤吸排、熱量基本平衡，并保證熱泵機組高效運行。
[0005]本實用新型所述問題是由以下方案解決的:
[0006]一種新型的土壤源-空氣源風能熱泵系統，包括風力發電子系統、噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統、大溫差高溫水源熱泵子系統和蓄熱蓄冷子系統，其特征在于，
[0007]-所述噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統包括噴氣增焓壓縮機、制冷劑-水換熱器、膨脹閥1、膨脹閥I1、經濟器和制冷劑-空氣換熱器；所述噴氣增焓壓縮機包括吸氣口
1、吸氣口 II和排氣口 ；所述制冷劑-水換熱器I包括制冷劑側部分和冷卻水部分；所述經濟器包括順流制冷劑側部分和逆流制冷劑側部分，在所述順流制冷劑側部分和逆流制冷劑側部分中制冷劑流動方向相反；所述制冷劑-空氣換熱器包括制冷劑側部分和空氣側部分，經所述噴氣增焓壓縮機的排氣口排出的制冷劑氣體經所述制冷劑-水換熱器I的制冷劑側部分換熱降溫后分為兩路，一路經所述膨脹閥1、所述經濟器的逆流制冷劑側部分進入所述噴氣增焓壓縮機的吸氣口 II，另一路依次經所述經濟器的順流制冷劑側部分、膨脹閥I1、所述制冷劑-空氣換熱器的制冷劑側部分進入所述噴氣增焓壓縮機的吸氣口 I ;
[0008]-所述大溫差高溫水源熱泵子系統包括壓縮機、四通換向閥、制冷劑-水換熱器
I1、膨脹閥III和制冷劑-地源水換熱器；所述制冷劑-水換熱器II包括制冷劑側部分和冷卻水部分；所述制冷劑-地源水換熱器包括制冷劑側部分和地源水部分；所述四通換向閥包括四個接口，分別為接口 1、接口 I1、接口III和接口IV，接口 1、接口 II分別與所述壓縮機的吸氣口、排氣口連通，接口III經制冷劑管路與所述制冷劑-水換熱器II的制冷劑側部分的一端連通，接口IV經制冷劑管路與所述制冷劑-地源水換熱器的制冷劑側部分的一端連通；所述制冷劑-水換熱器II的制冷劑側部分的另一端經所述膨脹閥III與所述制冷劑-地源水換熱器的制冷劑側部分的另一端連通；
[0009]--所述蓄熱蓄冷子系統包括蓄熱/蓄冷水箱、水泵1、水泵II，其中，所述蓄熱/蓄冷水箱包括蓄能側部分和用戶循環水部分；所述制冷劑-水換熱器I的冷卻水部分的上端口通過管路經開關閥1、水泵I與所述蓄熱/蓄冷水箱的蓄能側部分的上端口連接，所述水泵I的兩端并聯一開關閥II ;所述制冷劑-水換熱器I的冷卻水部分的下端口通過管路經開關閥II1、開關閥IV、水泵II與所述蓄熱/蓄冷水箱的蓄能側部分的下端口連接，所述水泵II的兩端并聯一開關閥V ;所述制冷劑-水換熱器II的冷卻水部分的上端口通過管路經開關閥V1、開關閥νπ與所述開關閥I和水泵I之間的管路連通；所述制冷劑-水換熱器II的冷卻水部分的下端口通過管路經開關閥VID與所述開關閥IV和水泵II之間的管路連通；所述水泵I工作時將水從所述蓄熱/蓄冷水箱的蓄能側部分的上端口抽出，所述水泵II工作時向所述蓄熱/蓄冷水箱的蓄能側部分的上端口供水。
[0010]優選地，所述制冷劑-地源水換熱器的地源水側部分包括端口 1、11，其中端口 I靠近所述膨脹閥III一側，所述端口 I所連接的地源水循環管路包括并聯的地源水管路1、II，地源水管路I上設置有開關閥和水泵III，地源水管路II上設置有和水泵IV，所述水泵III工作時將地源水從所述制冷劑-地源水換熱器的地源水側部分的端口 I抽出，所述水泵IV工作時向所述制冷劑-地源水換熱器的地源水側部分的端口I供入地源水。
[0011]優選地，所述風力發電子系統包括風力機渦輪、塔架和風力發電機組。優選地，所述風力發電子系統為水平軸式風力機或垂直軸式風力機。
[0012]優選地，所述噴氣增焓壓縮機由電動機驅動，所述電動機由所述風力發電子系統電驅動。
[0013]優選地，所述大溫差高溫水源熱泵子系統中的壓縮機由電動機驅動，該電動機由所述風力發電子系統電驅動。
[0014]優選地，本實用新型的土壤源-空氣源風能熱泵系統，包括空氣源熱泵供熱模式、地源熱泵供熱模式和地源熱泵供冷模式。
[0015]進一步地，當所述土壤源-空氣源風能熱泵系統處于空氣源熱泵供熱模式時，所述噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統啟動，所述大溫差高溫水源熱泵子系統停止，所述水泵II運行，所述水泵I停止，所述開關閥IV、開關閥1、開關閥II1、開關閥II開啟，所述開關閥IX、開關閥X、開關閥VI1、開關閥V1、開關閥麗、開關閥V關閉，所述噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統通過制冷劑-空氣換熱器吸收空氣中的熱量，產生的熱水從制冷劑-水換熱器I輸出，并在水泵II的驅動下進入所述蓄熱/蓄冷水箱的上部蓄存，用戶循環水部分的供水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的上部，用戶循環水部分的回水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的下部。
[0016]進一步地，當所述土壤源-空氣源風能熱泵系統處于地源熱泵供熱模式時，所述大溫差高溫水源熱泵子系統啟動，所述噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統停止，所述四通換向閥的接口 II與接口III連通，所述四通換向閥的接口 I與接口 IV連通，所述開關閥X關閉，水泵IV停止，開關閥IX開啟，水泵III運行并驅動地源水將土壤中的熱量輸送至所述大溫差高溫水源熱泵子系統，所述大溫差高溫水源熱泵子系統產生的熱水從制冷劑-水換熱器II輸出，所述水泵II運行，所述水泵I停止，所述開關閥VI1、開關閥I1、開關閥V1、開關閥VID開啟，所述開關閥1、開關閥II1、開關閥IV、開關閥V關閉，所述大溫差高溫水源熱泵子系統產生的熱水在水泵II的驅動下進入所述蓄熱/蓄冷水箱的上部蓄存，用戶循環水部分的供水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的上部，用戶循環水部分的回水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的下部。
[0017]進一步地，當所述土壤源-空氣源風能熱泵系統處于供冷模式時，所述大溫差高溫水源熱泵子系統啟動，所述噴氣增焓低溫空氣源熱泵子系統停止，所述四通換向閥的接口 II與接口IV連通，所述四通換向閥的接口 I與接口III連通，所述開關閥IX關閉，水泵III停止，開關閥X開啟，水泵IV運行并驅動水路將制冷劑-地源水換熱器中的熱量排放至土壤，所述大溫差高溫水源熱泵子系統產生的冷水從制冷劑-水換熱器II輸出，水泵II停止，所述水泵I運行，所述開關閥VI1、開關閥V1、開關閥麗、開關閥V開啟，所述開關閥1、開關閥
II1、開關閥I1、開關閥IV關閉，所述大溫差高溫水源熱泵子系統產生的冷水在水泵I的驅動下進入所述蓄熱/蓄冷水箱的下部蓄存，用戶循環水部分的供水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的下部，用戶循環水部分的回水管位于所述蓄熱/蓄冷水箱的上部。
[0018]本實用新型的風力發電子系統通過葉片、風力發電機以及控制等將風能轉換為電能，并作為風能熱泵系統的驅動電源，通過計算夏季累計冷負荷和冬季不同時段累計熱負荷，考慮土壤吸排、熱量基本平衡，選擇合適的低溫空氣源熱泵和高溫水源熱泵，考慮到冬季天氣惡劣等條件下，空氣源熱泵效率低甚至無法正常工作，在供暖期初期和末期氣溫較高時運行低溫空氣源熱泵機組，在