專利名稱：利用低谷電力蓄能的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在電力低谷時間段上利用地下單元蓄能的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，屬于機械類供暖(F24)和制冷設(shè)備(F25)領(lǐng)域。
地源熱泵系統(tǒng)利用了地下溫度的穩(wěn)定，達到了一機冷暖兩用并穩(wěn)定運行的目的，無需除霜和輔助熱源。同時，由于降低了冷凝蒸發(fā)溫差，大量節(jié)約了能源。由于系統(tǒng)運行在良好的工況下面，設(shè)備壽命長，極少需要維護。地源熱泵在大部分場合可完全取代燃料鍋爐，節(jié)約了建筑空間，減少了管理費用，極大地減輕了燃料供暖對城市環(huán)境的污染。但另一方面，由于涉及較大的地下系統(tǒng)的施工，系統(tǒng)前期投資增加。
世界范圍幾乎所有的電網(wǎng)電力都面臨電力不平衡，峰谷用電差別極大的問題。在中國，迅猛發(fā)展的空調(diào)是造成這一局面的重要因素。在某些城市，建筑中空調(diào)用電已占總用電量的50％以上。目前中國各電網(wǎng)除極個別省外，均實行峰谷分時電價，執(zhí)行峰谷銷售電量約3500億千瓦時，占全國總銷售電量的40％。這個趨勢還在增加之中。
在空調(diào)工業(yè)中，蓄冷調(diào)峰技術(shù)得到鼓勵。其中應(yīng)用最廣泛的是冰蓄冷技術(shù)。在中國已有蓄冷空調(diào)系統(tǒng)數(shù)十座，在美國超過4000座，在日本超過2000座。
由于大量節(jié)約了高峰季節(jié)(夏季)的空調(diào)用電量，地源熱泵在某種程度上起到了調(diào)峰的作用，但并未避開一日之內(nèi)的高峰用電時間。本發(fā)明所提出的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，是在地源熱泵的基礎(chǔ)上，利用其地下?lián)Q熱系統(tǒng)來在土壤中儲存能量。目的是在不增加成本的基礎(chǔ)上，利用峰谷時間的電力差價，減少空調(diào)和取暖系統(tǒng)的運行費用，增加電力系統(tǒng)的運行效率，同時提高地源空調(diào)系統(tǒng)的可靠性并減少初期投資。
調(diào)峰地源熱泵主要由壓縮機(1)、電動或手動四通閥(2)、冷凝器(3)、膨脹閥(4)、蒸發(fā)器(5)、冷卻塔(7)、閉式地下?lián)Q熱單元(8)、室內(nèi)單元(9)、用于循環(huán)水路切換的電動四通閥(10，11)、循環(huán)水泵(12，13，14)、溫度傳感器以及控制單元等組成。如需生活熱水供應(yīng)，可在壓縮機出口處接入換熱器(6)。如果冬季的室外空氣溫度太低，可在換熱器(3)和換熱器(7)之間接入輔助熱源(15)。輔助熱源可以由電熱提供。在供熱模式下，冷凝器(3)和蒸發(fā)器(5)的功能與其在制冷模式下完全相反，故均被稱為換熱器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是制冷劑循環(huán)通道上設(shè)有四通閥(2)使系統(tǒng)可在季節(jié)間切換制冷或制熱模式，同時，通過聯(lián)接冷卻塔、地下單元和室內(nèi)單元的四通閥(10，11)的切換，可將地下?lián)Q熱單元聯(lián)接在冷凝器上，作為夏季制冷的散熱單元，或者在夜間電力低谷時間段上，將其聯(lián)接于蒸發(fā)器上，以降低土壤溫度，作為儲存冷量單元。通過四通閥的操作由控制單元自動完成。
與常規(guī)的地源熱泵相比，調(diào)峰蓄能地源熱泵系統(tǒng)的主要特點是使用低谷時間段的低廉電力，可更進一步顯著地降低空調(diào)運行成本。同時，通過反向蓄能，保持地下土壤的適當溫度，極大地提高了空調(diào)和供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于避免了能量積累，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)對地下土壤容積的需求大大減少，從而節(jié)省地下空間，降低地下?lián)Q熱單元的成本。
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步的說明

圖1是一個典型的水-水式調(diào)峰地源熱泵的實施案例示意圖。壓縮機(1)、電動或手動四通閥(2)、冷凝器(3)、膨脹閥(4)和蒸發(fā)器(5)組成封閉的制冷循環(huán)系統(tǒng)。冷凝器(3)和蒸發(fā)器(5)均采用水冷換熱器，其進出口水管與冷卻塔(7)、地下循環(huán)換熱單元(8)以及室內(nèi)單元(9)聯(lián)接。后三者內(nèi)的循環(huán)液均由獨立的水泵(12，13，14)驅(qū)動。系統(tǒng)中接入電熱輔助熱源(15)已備在寒冷地區(qū)使用。
圖2是夏季用電峰高峰期間的系統(tǒng)聯(lián)接示意圖。四通閥(2)設(shè)定制冷循環(huán)方向，使系統(tǒng)處在制冷循環(huán)模式上。冷凝水經(jīng)過水泵進入冷卻塔(7)，四通閥(10)聯(lián)接冷卻塔出口和地下?lián)Q熱單元(8)的入口，再經(jīng)過四通閥(11)和四通閥(10)回冷凝器。冷卻塔和地下?lián)Q熱單元以串聯(lián)的方式共同承擔了散熱任務(wù)。在蒸發(fā)器上，機組冷水經(jīng)過水泵(14)運至室內(nèi)，流經(jīng)末端設(shè)備給空間提供冷量。如有需要，可在壓縮機出口端接入換熱器(6)，并以此向外部提供生活熱水。該熱水部分不受系統(tǒng)循環(huán)方向之影響，在冬、夏季均處在供熱狀態(tài)。系統(tǒng)中輔助熱源處于斷開狀態(tài)。
圖3是夏季用電峰低谷期間的系統(tǒng)聯(lián)接示意圖。四通閥(2)仍然處在制冷模式上。但四通閥(10)使冷卻塔和地下?lián)Q熱單元處于分離狀態(tài)，冷卻塔回水直接進入冷凝器。四通閥(11)接通地下?lián)Q熱單元和蒸發(fā)器，使其和室內(nèi)單元一起，串聯(lián)向蒸發(fā)器散熱。在空間因此獲得冷量的同時，地下土壤溫度也因此而降低。輔助熱源(15)仍然斷開。
圖4是冬季用電峰高峰期間系統(tǒng)的聯(lián)接示意圖。四通閥(2)反向設(shè)置，系統(tǒng)處在供熱狀態(tài)。四通閥(11)將室內(nèi)單元和地下?lián)Q熱單元分離。僅室內(nèi)單元中的循環(huán)水從換熱器(5)中吸收熱量，給空間供暖。同時四通閥(10)將冷卻塔和地下?lián)Q熱系統(tǒng)串聯(lián)接入換熱器(3)。節(jié)流降溫后的制冷液通過地下冷卻塔和換熱單元從空氣和土壤中吸收熱量，而使溫度得到提升。如果室外溫度太低，可避開冷卻塔(7)而僅使用地下?lián)Q熱系統(tǒng)來吸收地下熱量，但輔助熱源仍然斷開，土壤為唯一外部能量來源。
圖5是冬季用電低谷期間系統(tǒng)的聯(lián)接示意圖。四通閥(2)仍反向設(shè)置，系統(tǒng)處在供熱狀態(tài)。四通閥(11)將室內(nèi)單元和地下?lián)Q熱單元串聯(lián)。從換熱器(5)吸收熱量后的循環(huán)水通過室內(nèi)單元向空間供熱。經(jīng)過室內(nèi)單元的循環(huán)水再進入地下?lián)Q熱單元，為土壤加溫，儲蓄能量。節(jié)流降溫后的制冷液通過冷卻塔從空氣中吸收能量而恢復(fù)。此時，如果室外空氣溫度太低，輔助熱源(15)將自動接通。輔助熱源是利用此時廉價的電力產(chǎn)生的。
四通閥(10，11)、循環(huán)水泵(12，13，14)、輔助熱源(15)等均由相應(yīng)的控制單元來操作。控制單元接入時鐘、溫度傳感器(可包括，但不限于，進出口水溫、地下土壤溫度、室內(nèi)外空氣溫度等)?？刂茊卧鶕?jù)采集的溫度數(shù)據(jù)，以及峰谷分時電費價格，在適當?shù)哪Ｐ蜕蟻聿僮鞲鞑考膭幼鳌?br> 權(quán)利要求
一種在電力低谷時間上利用地下單元蓄能的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，主要由壓縮機(1)、電動或手動四通閥(2)、冷凝器(3)、膨脹閥(4)、蒸發(fā)器(5)、冷卻塔(7)、閉式地下?lián)Q熱單元(8)、室內(nèi)單元(9)、用于循環(huán)水路切換的電動四通閥(10，11)、循環(huán)水泵(12，13，14)、溫度傳感器以及控制單元等組成。其特征在于1、在制冷劑循環(huán)通道上設(shè)有手動或電動的四通閥(2)，分別聯(lián)接壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器，切換四通閥(2)使系統(tǒng)在季節(jié)間轉(zhuǎn)換制冷或制熱模式。同時在冷卻塔、地下?lián)Q熱單元和冷凝器之間設(shè)有電動四通閥(10)，在地下?lián)Q熱單元和冷凝器之間設(shè)有電動四通閥(11)。通過四通閥(10，11)的位置切換，分別將地下?lián)Q熱單元聯(lián)接在冷凝器上，或者將其聯(lián)接于蒸發(fā)器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于在冷卻塔和/或地下?lián)Q熱單元回路上設(shè)有輔助熱源。其熱源可以是電熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于在壓縮機出口處可聯(lián)接換熱器并與外部水源聯(lián)接，以提供熱生活熱水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于地下?lián)Q熱單元為封閉循環(huán)系統(tǒng)。垂直或水平埋置于地下的管道內(nèi)填充循環(huán)液體，并以水泵驅(qū)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)設(shè)有與多個與溫度傳感器相聯(lián)的控制單元?？刂茊卧?lián)接并操作電動四通閥(10，11)，以及循環(huán)水泵、輔助熱源等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng)，其特點在于四通閥也可以由分離的電動閥門取代。
全文摘要
一種在電力低谷時間上利用地下單元蓄能的調(diào)峰地源熱泵系統(tǒng),主要由壓縮機(1)、電動或手動四通閥(2)、冷凝器(3)、膨脹閥(4)、蒸發(fā)器(5)、冷卻塔(7)、閉式地下?lián)Q熱單元(8)、室內(nèi)單元(9)、用于循環(huán)水路切換的電動四通閥(10,11)、循環(huán)水泵(12,13,14)、溫度傳感器以及控制單元等組成。通過四通閥(10,11)的切換,可將地下?lián)Q熱單元聯(lián)接在冷凝器上,作為夏季制冷的散熱單元,也可在夜間電力低谷時間段上,將其聯(lián)接于蒸發(fā)器,以降低土壤溫度,儲存冷量。與常規(guī)地源熱泵相比,調(diào)峰蓄能地源熱泵系統(tǒng)可更進一步降低運行成本。同時,通過反向蓄能,避免地下的能量積累,保持適當?shù)耐寥罍囟?極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并使所需要的地下容積和管道長度大大減少,從而節(jié)省了空間,降低了地下單元的成本。
文檔編號F25B25/00GK1389689SQ0111855
公開日2003年1月8日 申請日期2001年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者徐云生 申請人:徐云生