專利名稱：一種太陽(yáng)能－地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱泵型空調(diào)、熱泵熱水器以及地?zé)崮?、太?yáng)能利用領(lǐng)域，尤其涉及
一種太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用的地源熱泵空調(diào)、熱水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地埋管地源熱泵作為一種高效節(jié)能的新型空調(diào)制冷設(shè)備，在世界各國(guó)得到了越來 越廣泛的應(yīng)用。但是由地源熱泵使用地域差異而造成的土壤吸收熱不平衡，以及由此導(dǎo)致 的效率降低問題乃至無法使用問題也困擾著許多使用者和設(shè)計(jì)者。2009年1月，周學(xué)文 在"地源熱泵豎直地埋管換熱器的熱平衡問題及解決方案"(《建筑節(jié)能》[J].2009. 11， V37(215)， P64 66)中提出了在北方地區(qū)利用太陽(yáng)能輔助加熱和在南方地區(qū)利用冷卻塔 輔助冷卻來有效解決豎直地埋管換熱器取、放熱不平衡的問題[1]。但這種方案沒有脫離傳 統(tǒng)的熱泵的解決方案，在冬季供暖占主要需求的北方地區(qū)，需消耗能量向土壤儲(chǔ)蓄太陽(yáng)熱 能，而在夏季冷負(fù)荷占主要需求的南方地區(qū)，則除冬季可利用地?zé)幔募纠貌糠值責(zé)嵬猓?br> 仍需冷卻塔制冷，效率得不到應(yīng)有的提高，則是犧牲夏季制冷效率來滿足平衡需求，沒有從 根本上解決充分利用可再生能源造成的不平衡問題。 早在2003年，董玉平等的"太陽(yáng)能_地源熱泵綜合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析"(《燃?xì)馀c動(dòng) 力》[J].2003. 12， V23(12)，P734 740)中提出了一種適用于別墅或大面積住宅的新型太 陽(yáng)能-地源熱泵三聯(lián)供綜合戶式中央空調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)供冷、供熱和供生活熱水三聯(lián)供 的太陽(yáng)能-地源熱泵綜合系統(tǒng)。但該系統(tǒng)僅僅從一個(gè)運(yùn)行周期考慮了太陽(yáng)能、地?zé)岬某浞?高效利用僅夏季靠系統(tǒng)制取熱水，冬季熱泵不制取熱水，春秋季沒考慮，其他時(shí)段均靠電 加熱制取熱水。由此可見，該系統(tǒng)沒有充分考慮系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行不平衡問題，以及沒有最大 限度的利用太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉础?2008年Fang Wang， Maoyu Zheng等提出了針對(duì)寒冷地區(qū)輻射供冷、供熱的帶太 陽(yáng)會(huì)g量?jī)?chǔ)存的地源熱泵系統(tǒng)(可參見Numerical Simulation ofheating & Cooling Air Conditioning System of Solar Aided Ground SourceHeat Pump System with Soil
Storage. 2008 Asia Simulation Conference-----7thlntl. Conf. on Sys. Simulation and
Scientific Computing.)。主要目的是提高熱舒適度和能效比，但也沒有解決系統(tǒng)的冬夏 季熱平衡問題。 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200510134371. X提出了平衡冬夏負(fù)荷且克服熱短路的地源熱 泵系統(tǒng)，包括地下埋管換熱器系統(tǒng)、能量提升供給系統(tǒng)，利用反季節(jié)平衡蓄能系統(tǒng)克服了冬 夏兩季的負(fù)荷不平衡，實(shí)現(xiàn)冬夏季完全使用地下冷熱源滿足冷熱負(fù)荷的要求；并且解決了 地埋供回水支管間的熱短路問題。但是該系統(tǒng)全部采用地下冷熱源供冷、供熱，利用能量 提升供給系統(tǒng)將地上冷量和熱量(包括太陽(yáng)能、建筑物、大氣及地表層等所含冷熱量)采 集后送入地下蓄存異季節(jié)利用增加了二次能耗；同時(shí)，該系統(tǒng)沒有考慮能量的調(diào)節(jié)問題。 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200610097401. 9提出了太陽(yáng)能-地源聯(lián)合供暖供熱水供電制冷系統(tǒng)及 其操作方法。系統(tǒng)包括溫差電池、太陽(yáng)能集熱管、溫差繼電器、蓄熱箱、安全閥、輔助加熱器、混合器、房間供暖調(diào)節(jié)器、蓄電池、逆變器、電表、兩向泵、壓縮機(jī)、換向閥、節(jié)流閥、埋地 換熱器、水源熱泵機(jī)組，其特征是太陽(yáng)能集熱管及地源熱泵系統(tǒng)作為供暖部件，溫差電池可 白天和夜間發(fā)電，地源熱泵系統(tǒng)作為制冷部件，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)可采取分 別單獨(dú)、串聯(lián)、并聯(lián)四種供暖方式，地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供暖或制冷兩種功能，并可實(shí)現(xiàn)不
同溫度水的供給，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)巧妙合理，利用可再生能源，無任何污染，太陽(yáng)能_地源相 互補(bǔ)充，能源利用效率高。但該系統(tǒng)沒有考慮解決冬夏季不平衡問題。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng) 200720097109. 7、200710061457. 3和200820021980. 3分別提出了太陽(yáng)能輔助土壤源熱泵 供熱系統(tǒng)的優(yōu)化控制裝置、利用多種自然環(huán)保能源的空調(diào)裝置和多能復(fù)合制冷、采暖熱泵 集成系統(tǒng)。這些系統(tǒng)優(yōu)越性在于地下埋管換熱器循環(huán)水泵和太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)循環(huán)水泵能夠 根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化開啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、空氣能、地?zé)崮艿榷喾N可再生能源的多 能回補(bǔ)、互為備用；節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。但仍然沒有考慮冬夏季不平衡問題和熱水 綜合供給問題。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，滿足冬夏季熱量不
平衡條件下的地源熱泵高效利用，并在建筑能耗中最大程度的利用可再生能源。
—種太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，包括 a)空調(diào)末端系統(tǒng)，帶有用于與外部連通的第一熱水口和第一冷水口 ，第一熱水口 和第一冷水口在空調(diào)末端系統(tǒng)內(nèi)部相連通； b)地源熱泵系統(tǒng)，由地埋管換熱器、壓縮機(jī)、室內(nèi)側(cè)熱交換器和環(huán)境側(cè)熱交換器構(gòu) 成，壓縮機(jī)、室內(nèi)側(cè)熱交換器和環(huán)境側(cè)熱交換器內(nèi)部連通形成制冷劑工作循環(huán) 所述的其中室內(nèi)側(cè)熱交換器帶有用于與外部連通的第二熱水口和第二冷水口，第 二熱水口和第二冷水口在室內(nèi)側(cè)熱交換器內(nèi)部相連通； 所述的環(huán)境側(cè)熱交換器帶有用于與外部連通的第三熱水口和第三冷水口 ，第三熱 水口和第三冷水口在環(huán)境側(cè)熱交換器內(nèi)部相連通； 所述的地埋管換熱器帶有用于與外部連通的第四熱水口和第四冷水口，第四熱水 口和第四冷水口在地埋管換熱器內(nèi)部相連通； c)熱水供應(yīng)系統(tǒng)，所述的熱水供應(yīng)系統(tǒng)帶有用于與外部連通的第五熱水口和第五 冷水口以及第六熱水口 、第六冷水口和第一 自來水口 ，第五熱水口和第五冷水口以及第六 熱水口 、第六冷水口和第一 自來水口在熱水供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部分別相連通； d)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，帶有分別與熱水供應(yīng)系統(tǒng)中第六熱水口、第六冷水口通過管 路及閥門連通的第七熱水口 、第七冷水口 ，和第二自來水口 ，第七熱水口 、第七冷水口和第 二自來水口在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)內(nèi)部相連通； e)自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)中所有 的自動(dòng)設(shè)備； 其中所述的第一熱水口 、第二熱水口 、第三熱水口 、第四熱水口和第五熱水口通過 管路及閥門彼此連通，所述的第一冷水口 、第二冷水口 、第三冷水口 、第四冷水口和第五冷 水口通過管路及閥門彼此連通。 空調(diào)末端系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)與太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)聯(lián)合可以達(dá)到建筑物供熱、供冷
5功能；地源熱泵系統(tǒng)、太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與熱水供應(yīng)系統(tǒng)聯(lián)合可以達(dá)到建筑物供熱水功能； 熱水供應(yīng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)合解決地源熱泵系統(tǒng)淺層地?zé)嵩炊募緹崃坎黄胶鈫栴}。 由于整個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)及各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)均需要形成循環(huán)水的回路，作為各個(gè)系 統(tǒng)而言至少需要兩個(gè)管路接口來形成回路，通常而言，為了利用熱能各個(gè)系統(tǒng)中都有熱交 換存在，所以為形成回路而設(shè)置的熱水口及冷水口中的流體(水)會(huì)有溫度差異，但本實(shí)用 新型中所述的熱水口及冷水口主要為了表示形成回路的兩個(gè)管路接口 ，及相互連接關(guān)系的 明確，并不一定表示溫度的高低。 為了實(shí)現(xiàn)所述的第一熱水口 、第二熱水口 、第三熱水口 、第四熱水口和第五熱水口 通過管路及閥門彼此連通，以及所述的第一冷水口 、第二冷水口 、第三冷水口 、第四冷水口 和第五冷水口通過管路及閥門彼此連通可以采用現(xiàn)有技術(shù)中各種方式實(shí)現(xiàn)，例如設(shè)置熱水 總管和冷水總管，需要連通的所有熱水口通過閥門的控制接入熱水總管，需要連通的所有 冷水口通過閥門的控制接入冷水總管，也可以采用多條支管，各個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備之間分別單獨(dú) 連通。使用時(shí)根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)中需要的循環(huán)水的溫度以及各個(gè)換熱器的情況，開通指定的閥 門實(shí)現(xiàn)定向的熱交換。就各個(gè)系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)的熱水口和冷水口在系統(tǒng)內(nèi)部是連通的，循 環(huán)水通過該系統(tǒng)的熱水口和冷水口流經(jīng)該系統(tǒng)內(nèi)部，可以與該系統(tǒng)內(nèi)部其他介質(zhì)進(jìn)行熱交 換或存儲(chǔ)在該系統(tǒng)中。 為了便于整個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行和控制，根據(jù)需要及設(shè)備特點(diǎn)，可以在管路中
布置必要的泵、閥門、流量計(jì)、壓力或溫度傳感器等，并根據(jù)控制需要接入自動(dòng)控制系統(tǒng)。 當(dāng)設(shè)置必要的泵、閥門后，所述的各熱水口、冷水口既可以是設(shè)備的循環(huán)水進(jìn)、出
口 ，也可以是指相應(yīng)管路上泵、閥門的進(jìn)、出口 。
以下對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作原理分別描述 所述的空調(diào)末端系統(tǒng)中，由空調(diào)末端設(shè)備及冷凍水(或熱水)泵、閥構(gòu)成?？照{(diào)末
端設(shè)備可以是集中式中央空調(diào)機(jī)組，也可以是風(fēng)機(jī)盤管；整個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)中的循環(huán)水通
過第一熱水口和第一冷水口在空調(diào)末端設(shè)備內(nèi)與被調(diào)節(jié)空氣之間進(jìn)行換熱。 通過管路和閥門的切換，空調(diào)末端設(shè)備可以單獨(dú)由地源熱泵系統(tǒng)供冷、供熱，也可
以單獨(dú)由地?zé)嵫h(huán)水(指進(jìn)、出地埋管換熱器中的第四熱水口和第四冷水口的循環(huán)水)直
接供冷、供熱。 所述的地源熱泵系統(tǒng)中室內(nèi)側(cè)熱交換器及環(huán)境側(cè)熱交換器通過四通換向閥與壓 縮機(jī)連通，通過管路形成壓縮機(jī)、室內(nèi)側(cè)熱交換器及環(huán)境側(cè)熱交換器三者之間的內(nèi)循環(huán) (制冷劑循環(huán)回路)。在室內(nèi)側(cè)熱交換器及環(huán)境側(cè)熱交換器之間的管路上設(shè)有干燥過濾器 和節(jié)流閥。 室內(nèi)側(cè)熱交換器及環(huán)境側(cè)熱交換器根據(jù)熱交換時(shí)內(nèi)部和外部的溫度差異，可以認(rèn) 為是冷凝器或蒸發(fā)器，但不影響內(nèi)部和外部之間的熱交換的功能本質(zhì)。本實(shí)用新型中由于 是水循環(huán)系統(tǒng)，所以室內(nèi)側(cè)換熱器及環(huán)境側(cè)換熱器均為水冷的換熱器。 通過管路和閥門的切換，所述的室內(nèi)側(cè)熱交換器可以與空調(diào)末端設(shè)備相連通，也 可以與熱水供應(yīng)系統(tǒng)的水箱相連通。 所述的地埋管換熱器通過閥門切換，可以單獨(dú)與環(huán)境側(cè)熱交換器相連，也可以直 接切換到空調(diào)末端設(shè)備給房間供冷、供熱。 地埋管換熱器采用水管與環(huán)境側(cè)換熱器連接，可以是垂直U形地埋管管換熱器，也可以是水平U形地埋管換熱器，如果有合適的水源，也可以由各種形式的水水換熱器代替。
所述的熱水供應(yīng)系統(tǒng)包括 熱水儲(chǔ)水箱，可根據(jù)建筑場(chǎng)地安裝在地源熱泵系統(tǒng)附近或者屋頂，必要時(shí)加裝水 泵等增壓裝置； 用于加熱熱水儲(chǔ)水箱內(nèi)水的電加熱器； 與熱水儲(chǔ)水箱連通的地?zé)釤崴h(huán)泵及熱水電動(dòng)閥門，并形成所述的第五熱水 □， 與熱水儲(chǔ)水箱連通的冷水電動(dòng)閥門，并形成所述的第五冷水口 ； 為了向熱水儲(chǔ)水箱中補(bǔ)充水，設(shè)有與熱水儲(chǔ)水箱或其管路連通的自來水管路。為
了放出、使用熱水儲(chǔ)水箱內(nèi)的水，熱水儲(chǔ)水箱設(shè)有出水管路，出水管路上根據(jù)需要設(shè)置泵、閥。 所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)為定溫_溫差循環(huán)系統(tǒng)，也可以由定溫產(chǎn)水系統(tǒng)或溫差循 環(huán)系統(tǒng)代替。
本實(shí)用新型中太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)具體包括 太陽(yáng)能集熱器，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的各類采集太陽(yáng)能的設(shè)備以加熱其中的循環(huán) 水，一般安裝于屋頂； 太陽(yáng)能熱水泵及熱水電動(dòng)閥門用于將儲(chǔ)水箱中的熱水輸入集熱器再循環(huán)加熱； 冷水電動(dòng)閥門，用于接收、控制來自熱水供應(yīng)系統(tǒng)的需要加熱的循環(huán)水。 為了向太陽(yáng)能集熱器的管路中補(bǔ)充水，設(shè)有與太陽(yáng)能集熱器的管路連通的自來水管路。 自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)字控制器以及與數(shù)字控制器進(jìn)行信號(hào)交換的管理上位機(jī)組成，
整個(gè)綜合應(yīng)用系統(tǒng)中需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)傳感器、控制的電器部件均接入數(shù)字控制器。 通過自動(dòng)控制系統(tǒng)記錄地源熱泵系統(tǒng)中室內(nèi)側(cè)熱交換器進(jìn)、出口溫度T5、 T3和流
量F可以根據(jù)公式Q二 iT5-T3lXFXC(其中F是流量，C代表比熱)統(tǒng)計(jì)出用冷和用熱量，
從而根據(jù)制冷、制熱系數(shù)推算出地?zé)岬娜〕龊洼斎肓?。并且在冬季熱?fù)荷大于夏季冷負(fù)荷
的情況下，控制不使用地源熱泵系統(tǒng)制取熱水，并通過輸送熱水循環(huán)水在室內(nèi)側(cè)熱交換器、
熱水供應(yīng)系統(tǒng)和地埋管換熱器之間的循環(huán)，在不用空調(diào)的春秋季和夏季通過地埋管換熱器
向土壤蓄熱；在冬季熱負(fù)荷小于夏季冷負(fù)荷的情況下，在春秋和夏季使用地源熱泵系統(tǒng)制
取熱水，取出較大的夏季冷負(fù)荷向土壤多放出的熱量；熱水制取時(shí)間和向土壤蓄熱時(shí)間控
制由直接數(shù)字控制器按照熱量自動(dòng)累計(jì)計(jì)算確定，全年累計(jì)地?zé)醿?chǔ)熱和取熱量相等時(shí)，從
根本上解決了地源熱泵的冷熱量不平衡問題。 本實(shí)用新型可以高效率地實(shí)現(xiàn)冷暖空調(diào)和熱水供應(yīng)功能，最主要的是解決了地源 熱泵冬夏季不平衡問題，同時(shí)最大限度的提高了可再生能源(太陽(yáng)能、地?zé)崮?在建筑用能 中的利用率。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果 1)綠色節(jié)能，本實(shí)用新型制取熱水和空調(diào)供冷、供熱最大限度的利用了可再生能 源，是一種綠色空調(diào)和熱水系統(tǒng)。 2)提高能源利用效率，本實(shí)用新型不但采用地源熱泵和太陽(yáng)能輔助供熱提高了熱泵機(jī)組的能效比，在陰雨天或晚上采用熱泵結(jié)合電加熱制熱水和冬季采用太陽(yáng)能結(jié)合電加 熱制熱水時(shí)，都是利用可再生能源將水預(yù)熱，再利用電加熱器進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)能量的分級(jí)利 用，提高了能源的利用效率。 3)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，本實(shí)用新型將空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)進(jìn)行建筑一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) 了多種使用功能，節(jié)省設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。 4)利用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)結(jié)合合理的控制從根本上解決了地源熱泵冬夏季不平衡 問題，使之可以連續(xù)高效運(yùn)行，運(yùn)行效率比常規(guī)空調(diào)同等條件下運(yùn)行高出30 %左右。 5)使用范圍得到拓展，無論在寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)還是溫暖地區(qū)，利用本實(shí)用 新型，只要改變控制程序的設(shè)定，都可有效地找到適合本地區(qū)的空調(diào)熱水系統(tǒng)解決方案。

圖1是本實(shí)用新型太陽(yáng)能_地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中需要 連通的多個(gè)系統(tǒng)采用總管形式連通(圖中P表示泵，制冷循環(huán)的四通換向閥、節(jié)流閥和干燥 過濾器參照?qǐng)D2); 圖2為本實(shí)用新型太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu) 示意圖(圖中T1 T5表示溫度采集、顯示設(shè)備，F(xiàn)表示流量計(jì)，V表示閥門)。
具體實(shí)施方式參見圖l，本實(shí)用新型太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)包括 空調(diào)末端系統(tǒng)； 地源熱泵系統(tǒng)，由地埋管換熱器6、壓縮機(jī)1、室內(nèi)側(cè)熱交換器3和環(huán)境側(cè)熱交換器
5構(gòu)成，壓縮機(jī)1 、室內(nèi)側(cè)熱交換器3和環(huán)境側(cè)熱交換器5內(nèi)部連通形成工作循環(huán)，在室內(nèi)側(cè)
熱交換器3及環(huán)境側(cè)熱交換器5之間的管路上設(shè)有干燥過濾器18和節(jié)流閥4 ; 熱水供應(yīng)系統(tǒng)，設(shè)有內(nèi)置電加熱器12的熱水儲(chǔ)水箱10，與熱水儲(chǔ)水箱IO連通的自
來水管路A及出水管路B; 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，與熱水供應(yīng)系統(tǒng)之間設(shè)有循環(huán)水管路；還設(shè)有與太陽(yáng)能集熱器 的管路連通的自來水管路A; 自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)中所有的 自動(dòng)設(shè)備。 圖1中僅示意了必要的泵閥，實(shí)際運(yùn)行中可根據(jù)需要增加控制點(diǎn)。 其中空調(diào)末端系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)以及地源熱泵系統(tǒng)中的地埋管換熱器6、室內(nèi)側(cè)
熱交換器3、環(huán)境側(cè)熱交換器5中的循環(huán)水管路通過總管系統(tǒng)形成循環(huán)。 本實(shí)用新型系統(tǒng)中各個(gè)分系統(tǒng)之間通過泵、閥的切換可實(shí)現(xiàn)指定連通和循環(huán)，能
實(shí)現(xiàn)的主要功能有地源熱泵室內(nèi)制熱，太陽(yáng)能熱水輔助室內(nèi)制熱，室內(nèi)制熱兼地源熱泵
制熱水，地源熱泵與電加熱輔助制熱水，地源熱泵室內(nèi)制冷，室內(nèi)制冷兼熱泵與電加熱輔助
制熱水，地?zé)崴苯邮覂?nèi)供冷，地?zé)崴苯邮覂?nèi)供熱，太陽(yáng)能與電加熱輔助制熱水和地源熱
泵、太陽(yáng)能、輔助電加熱聯(lián)合制熱水。以下結(jié)合圖2是這十種功能模式的詳細(xì)工作流程 1)地源熱泵室內(nèi)制熱 在冬季或春秋季需要供熱時(shí)，啟動(dòng)地源熱泵系統(tǒng)為室內(nèi)供熱。具體工作流程制冷
8劑流程，制冷劑從壓縮機(jī)1出來的高溫高壓制冷劑流過四通換向閥2，在室內(nèi)側(cè)換熱器3中 冷凝放熱后，經(jīng)過干燥過濾器18和節(jié)流閥4，在環(huán)境側(cè)換熱器5中蒸發(fā)后，經(jīng)過四通換向閥 2，回到壓縮機(jī)1?？照{(diào)熱水流程，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門V4、閥門V7，空調(diào)用熱水由空調(diào)水 循環(huán)泵9經(jīng)閥門VI 、閥門V8和流量計(jì)F輸送至空調(diào)末端設(shè)備8供熱，經(jīng)閥門V5、閥門V2返 回地源熱泵機(jī)組室內(nèi)側(cè)換熱器3。 2)太陽(yáng)能熱水輔助室內(nèi)制熱 冬季熱負(fù)荷大的情況下，在以上地源熱泵室內(nèi)制熱的基礎(chǔ)上，還可以由閥門V4、閥 門V7、閥門V20、閥門V21回路來的太陽(yáng)能熱水進(jìn)入室內(nèi)側(cè)換熱器3進(jìn)行輔助供熱。制冷劑 流程、空調(diào)熱水流程同上，太陽(yáng)能熱水流程為控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門V4、閥門V7，中間循 環(huán)水采用地?zé)釤崴h(huán)泵11輸送，經(jīng)閥門V21、閥門V3、閥門V13進(jìn)入環(huán)境側(cè)換熱器5向制 冷劑放熱，再經(jīng)閥門V12、閥門V6、閥門V20回路回到熱水儲(chǔ)水箱10重新被太陽(yáng)能加熱。 3)室內(nèi)制熱兼地源熱泵制熱水 春秋季熱負(fù)荷比較小，太陽(yáng)照度很小的情況下，可以開啟地源熱泵，供熱同時(shí)和利 用中間循環(huán)水制熱水。具體工作流程制冷劑流程、空調(diào)熱水流程同上，中間循環(huán)水制取熱 水流程為控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門V3、閥門V6，中間循環(huán)水利用地?zé)釤崴h(huán)泵11輸送，由 熱水儲(chǔ)水箱10經(jīng)閥門V21、閥門V4、閥門V2進(jìn)入室內(nèi)側(cè)換熱器3與空調(diào)水混合加熱，再經(jīng) 閥門VI、閥門V7、閥門V20回到熱水儲(chǔ)水箱10制取熱水。 4)地源熱泵與電加熱輔助制熱水 春秋季不用空調(diào)，太陽(yáng)照度很小的情況下，可以開啟地源熱泵，利用地源熱泵與電 加熱輔助制熱水。具體工作流程制冷劑流程同上，中間循環(huán)水制取熱水流程為控制系統(tǒng) 自動(dòng)關(guān)閉閥門V3、閥門V6，中間循環(huán)水利用地?zé)釤崴h(huán)泵11輸送，由熱水箱10經(jīng)閥門 V21、閥門V4、閥門V2進(jìn)入室內(nèi)側(cè)換熱器3與空調(diào)水混合加熱，再經(jīng)閥門VI、閥門V7、閥門 V20回到熱水儲(chǔ)水箱10制取熱水。 5)地源熱泵室內(nèi)制冷 在夏季或春秋季需要供冷時(shí)，啟動(dòng)地源熱泵系統(tǒng)為室內(nèi)制冷。具體工作流程制冷 劑流程，制冷劑從壓縮機(jī)1出來的高溫高壓制冷劑流過四通換向閥2，在環(huán)境側(cè)換熱器5中 冷凝放熱后，經(jīng)過干燥過濾器18和節(jié)流閥4，在室內(nèi)側(cè)換熱器3中蒸發(fā)后，經(jīng)過四通換向閥 2，回到壓縮機(jī)1。空調(diào)熱水流程，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門V4、閥門V7，空調(diào)用冷凍水由空調(diào) 水循環(huán)泵9經(jīng)閥門VI、閥門V8和流量計(jì)F輸送至空調(diào)末端設(shè)備8供冷，經(jīng)閥門V5、閥門V2 返回地源熱泵機(jī)組室內(nèi)側(cè)換熱器3。 6)室內(nèi)制冷兼地源熱泵與電加熱輔助制熱水 在夏季，太陽(yáng)光照度很小的情況下，地源熱泵在室內(nèi)供冷的同時(shí)可以用來制取熱 水，如果制取的熱水量達(dá)不到需求，采用電加熱器輔助加熱。這種模式不僅利用廢熱滿足了 熱水需求，而且提高了地源熱泵的運(yùn)行效率。具體工作流程制冷劑流程、空調(diào)用冷凍水流 程同上；中間循環(huán)水制取熱水流程為控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門V4、閥門V7、閥門V14、閥門 V15，中間循環(huán)水利用地?zé)釤崴h(huán)泵11輸送，經(jīng)電動(dòng)閥門V21 、閥門V3、閥門V13進(jìn)入環(huán)境 側(cè)換熱器5向吸收制冷劑的熱量，再經(jīng)閥門V12、閥門V6、閥門V20回路回到熱水箱10向水 箱中冷水放熱，制取熱水。 7)地?zé)崴苯邮覂?nèi)供冷[0075] 春秋季冷負(fù)荷比較小的情況下，可以由地下水直接向室內(nèi)供冷。具體工作流程控 制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門VI 、閥門V2、閥門V20、閥門V21 、閥門V18、閥門V19，空調(diào)末端設(shè)備回 水由循環(huán)泵9輸送，經(jīng)電動(dòng)閥門V5、閥門V4、閥門V3、閥門V15到地埋管換熱器6，向土壤放 熱，經(jīng)閥門VI1 、閥門V14、閥門V6、閥門V7、閥門V8回到空調(diào)末端設(shè)備8供冷。 8)地?zé)崴苯邮覂?nèi)供熱 春秋季熱負(fù)荷比較小的情況下，可以由地下水直接向室內(nèi)供熱。具體工作流程控 制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門VI 、閥門V2、閥門V20、閥門V21 、閥門V18、閥門V19，空調(diào)末端設(shè)備8回 水由循環(huán)泵9輸送，經(jīng)閥門V5、閥門V4、閥門V3、閥門V15到地埋管換熱器，吸收淺層地?zé)幔?經(jīng)閥門Vll、閥門V14、閥門V6、閥門V7、閥門V8回到空調(diào)末端設(shè)備8供熱。 9)太陽(yáng)能與電加熱輔助制熱水 在所有運(yùn)行條件下，太陽(yáng)能制取熱水作為零成本獲得熱水的方式都是優(yōu)先選用 的。尤其是冬季熱負(fù)荷比較大，地源熱泵無法參與制取熱水的情況下，太陽(yáng)能制取熱水量不 足時(shí)，由電加熱器12輔助制取熱水。太陽(yáng)能制取熱水的具體工作流程控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉 閥門V16，自來水經(jīng)由電動(dòng)閥門V17進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器14升溫，經(jīng)閥門V10排入熱水儲(chǔ)水箱 IO，溫度達(dá)到設(shè)定值的熱水經(jīng)過太陽(yáng)能熱水泵15再次輸入太陽(yáng)能集熱器14升溫后排入熱 水儲(chǔ)水箱10。 10)地源熱泵、太陽(yáng)能、輔助電加熱聯(lián)合制熱水。 在太陽(yáng)光照度不足的情況下，制取的熱水量不足，在地源熱泵承擔(dān)的空調(diào)熱負(fù)荷 較小時(shí)或整個(gè)制冷季，應(yīng)優(yōu)先選用地源熱泵制取熱水；如果熱水量仍不能滿足要求，則啟用 輔助電加熱器12加熱制取熱水?？照{(diào)熱負(fù)荷較小時(shí)的地源熱泵制熱水工作流程參照室內(nèi) 制熱兼地源熱泵制熱水，整個(gè)制冷季地源熱泵制熱水工作流程參照室內(nèi)制冷兼地源熱泵與 電加熱輔助制熱水。
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權(quán)利要求一種太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，包括a)空調(diào)末端系統(tǒng)，帶有用于與外部連通的第一熱水口和第一冷水口，第一熱水口和第一冷水口在空調(diào)末端系統(tǒng)內(nèi)部相連通；b)地源熱泵系統(tǒng)，由地埋管換熱器(6)、壓縮機(jī)(1)、室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)和環(huán)境側(cè)熱交換器(5)構(gòu)成，壓縮機(jī)(1)、室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)和環(huán)境側(cè)熱交換器(5)內(nèi)部連通形成制冷劑工作循環(huán)所述的其中室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)帶有用于與外部連通的第二熱水口和第二冷水口，第二熱水口和第二冷水口在室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)內(nèi)部相連通；所述的環(huán)境側(cè)熱交換器(5)帶有用于與外部連通的第三熱水口和第三冷水口，第三熱水口和第三冷水口在環(huán)境側(cè)熱交換器(5)內(nèi)部相連通；所述的地埋管換熱器(6)帶有用于與外部連通的第四熱水口和第四冷水口，第四熱水口和第四冷水口在地埋管換熱器(6)內(nèi)部相連通；c)熱水供應(yīng)系統(tǒng)，所述的熱水供應(yīng)系統(tǒng)帶有用于與外部連通的第五熱水口和第五冷水口以及第六熱水口、第六冷水口和第一自來水口，第五熱水口和第五冷水口以及第六熱水口、第六冷水口和第一自來水口在熱水供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部分別相連通；d)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，帶有分別與熱水供應(yīng)系統(tǒng)中第六熱水口、第六冷水口通過管路及閥門連通的第七熱水口、第七冷水口，和第二自來水口，第七熱水口、第七冷水口和第二自來水口在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)內(nèi)部相連通；e)自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)中所有的自動(dòng)設(shè)備；其中所述的第一熱水口、第二熱水口、第三熱水口、第四熱水口和第五熱水口通過管路及閥門彼此連通，所述的第一冷水口、第二冷水口、第三冷水口、第四冷水口和第五冷水口通過管路及閥門彼此連通。
2. 如權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，所述的 地源熱泵系統(tǒng)中室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)及環(huán)境側(cè)熱交換器(5)通過四通換向閥(2)與壓縮 機(jī)(1)連通，在室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)及環(huán)境側(cè)熱交換器(5)之間的管路上設(shè)有干燥過濾器 (18)和節(jié)流閥(4)。
3. 如權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱 水供應(yīng)系統(tǒng)包括帶有自來水管路及出水管路的熱水儲(chǔ)水箱(10); 用于加熱熱水儲(chǔ)水箱(10)內(nèi)水的電加熱器(12);所述的第五熱水口和第五冷水口以及第六熱水口 、第六冷水口和自來水管路的第一 自 來水口均與熱水儲(chǔ)水箱(10)連通。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，所述的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括帶有自來水管路的太陽(yáng)能集熱器(14);太陽(yáng)能熱水泵及熱水電動(dòng)閥門用于將儲(chǔ)水箱(10)中的熱水輸入集熱器再循環(huán)加熱；冷水電動(dòng)閥門，用于接收、控制來自熱水供應(yīng)系統(tǒng)的需要加熱的熱水。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)字控制器(16)以及與數(shù)字控制器(16)進(jìn)行信號(hào)交換的管理上位機(jī)(17) 組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽(yáng)能－地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)，包括空調(diào)末端系統(tǒng)，地源熱泵系統(tǒng)，由地埋管換熱器(6)、壓縮機(jī)(1)、室內(nèi)側(cè)熱交換器(3)和環(huán)境側(cè)熱交換器(5)構(gòu)成；熱水供應(yīng)系統(tǒng)；太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制所述的太陽(yáng)能-地源熱泵自平衡綜合應(yīng)用系統(tǒng)中所有的自動(dòng)設(shè)備。本實(shí)用新型可以高效率地實(shí)現(xiàn)冷暖空調(diào)和熱水供應(yīng)功能，最主要的是通過控制系統(tǒng)自動(dòng)切換地源熱泵和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的工作模式，解決了地源熱泵冬夏季不平衡問題，同時(shí)最大限度的提高了可再生能源(太陽(yáng)能、地?zé)崮?在建筑用能中的利用率。
文檔編號(hào)F25B29/00GK201488394SQ200920192468
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者鞏學(xué)梅, 張順寶, 王勤, 蔡永寧, 陳光明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)