利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统及方法，地埋管换热器、地源热泵机组构成冷/热源侧环路I,地源热泵机组的蒸发器、换热器I的一次侧构成换热环路II,换热器I的二次侧与用户端形成环路III；地源热泵机组的蒸发器、蓄能水箱构成蓄冷环路IV；蓄能水箱、换热器II的一次侧构成放冷/放热环路V；换热器II的二次侧与用户端形成环路VI；电加热装置和蓄能水箱构成热源侧环路VII；地源热泵机组的冷凝器和地暖管道构成用户侧环路VIII。该系统充分利用浅层地热能、谷电、电蓄能技术，实现最经济的空调运行方式。该技术解决北方住宅项目地下岩土体冷热量不平衡问题，可作为单供暖地源热泵项目的补救措施。

【技术实现步骤摘要】
利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统及方法
本专利技术涉及的是一种利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统（以下简称地源热泵），主要用于热负荷占优的单供暖（兼顾供冷）系统的研究及其设计方法，属于建筑环境与能源应用专业工程

技术介绍
近年来由于对建筑节能、CO2减排及改善大气雾霾等环境问题的关注，利用可再生的浅层地热能的地源热泵技术在建筑空调领域得到了迅速发展。其中的地埋管地源热泵技术利用大地热容量巨大且地下岩土体温度相对稳定的特性，通过闭环式地埋管换热器夏季向岩土体释放热量、冬季从岩土体吸收热量，通过地源热泵实现对建筑物供冷供热。我国的地源热泵项目普遍趋于大型化，现在已经出现了利用地源热泵技术解决大型社区集中供热的迫切需求，但也面临埋管用地不足和地下冷热不平衡等突出问题。例如，单一的地源热泵系统应用于以供热为主要需求的北方住宅项目时，由于供暖季从岩土体中吸收的热量常常大于供冷季向其释放的热量，长期来看系统从岩土体中的取热量大于放热量，会引起岩土体温度逐年下降，导致系统冬季运行性能下降甚至无法正常供热。上述问题常常导致地源热泵在北方集中供热的大型住宅项目中效率不佳甚至失效。目前针对由全年冷热量不平衡引起的地源热泵系统性能退化或失效问题进行了大量的研究，开发了多种地源热泵复合系统。以冷却塔为辅助冷源的地源热泵复合系统已成功地应用于夏季冷负荷占优的项目。然而，对于冬季热负荷占优或单供暖的建筑，虽然已经有了以太阳能、工业余热、燃气锅炉为辅助热源的地源热泵复合系统，但是由于种种技术经济条件的制约，这些复合系统未能大规模推广应用。要为我国北方的城镇化提供新的供热途径，并灵活有效地解决应用地源热泵技术时地下岩土体全年冷热量不平衡问题，必须寻求更符合现有资源条件和能源政策、稳定且费用更低的辅助制热方式及更经济的运行策略。
技术实现思路
为了解决现有地源热泵技术在供暖为主的北方地区应用的局限性，本专利技术将可再生的浅层地热能和利用谷电的电力需求侧管理技术、蓄能技术相结合，提出了以地埋管地源热泵为主要冷热源，以谷电时段蓄积的热量为辅助热源，满足以供暖为主的实际工程需求，或实现采用地板辐射等末端形式的地源热泵单供暖（适当兼顾免费供冷）的技术应用。本专利技术采用的技术方案如下：一种利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统，包括地埋管换热器、地源热泵机组和电加热装置、蓄能水箱，所述的地埋管换热器、地源热泵机组的蒸发器/冷凝器构成冷/热源侧环路I,所述的地源热泵机组的蒸发器、换热器I的一次侧构成中间换热环路II,所述的换热器I的二次侧与用户端形成用户侧环路III；地源热泵机组的蒸发器、蓄能水箱的构成蓄冷环路IV；蓄能水箱、换热器II的一次侧构成放冷/放热环路V；换热器II的二次侧与用户端形成循环环路VI；所述的电加热装置和蓄能水箱构成热源侧环路VII；所述的地源热泵机组的冷凝器和地暖管道构成用户侧环路VIII；所述的循环环路I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII上均设有控制其开断的阀门。所述的地埋管换热器串联循环泵后，与地源热泵机组的冷凝器/蒸发器入口连通；地源热泵机组的冷凝器/蒸发器出口通过管道回到地埋管换热器，形成了冷/热源侧环路I。地源热泵机组的出口还通过管路串联第三阀门、循环泵后，经过换热器I的一次侧后，串接第四阀门返回到地埋管换热器，形成中间换热环路II；换热器I的二次侧与用户侧的第五阀门、循环泵、地暖管道、第六阀门串联形成用户侧环路III。所述的地源热泵机组的蒸发器串联第七阀门、第八阀门、中间循环泵后，与蓄能水箱的构成蓄冷环路IV。所述的蓄能水箱串联循环泵后，与换热器II的一次侧形成放冷/放热环路V，换热器II的二次侧位于用户侧，且通过管路串联第十一阀门、第十二阀门后与用户侧的地暖管道形成用户侧环路VI。所述的电加热装置串联一次侧循环泵、第九阀门、第十阀门后，和蓄能水箱构成热源侧环路VII。所述的地源热泵机组的冷凝器串联第一阀门、第二阀门、用户侧循环泵后，和地暖管道构成用户侧环路VIII。所述的换热器I、换热器II位于用户侧的二次侧，其回到二次侧的连接管路与高位水箱III或定压补水装置连通，用于系统定压补水。所述的循环环路I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII上均设有温度传感器、流量传感器和循环泵。一种谷电辅热地源热泵蓄热蓄冷系统的控制方法，如下：采暖季：晚上低谷时段，由电加热装置承担全天或部分热负荷，第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门开启，系统边蓄边供热；白天用电高峰及平段，通过蓄能水箱放热，第十一阀门、第十二阀门开启，系统处于放热阶段；某些严寒天气，夜间蓄热量不足时，白天第一阀门、第二阀门、第十一阀门、第十二阀门开启，地源热泵系统与电蓄能放热系统同时运行。供冷季：冷负荷需求量小或无冷负荷需求时，第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门开启，使用热泵机组直接供冷；晚上低谷时段，由热泵机组承担全天或部分冷负荷，第七阀门、第八阀门、第十一阀门、第十二阀门开启，系统边蓄边供冷；白天用电高峰及平段，通过蓄能水箱放冷，第十一阀门、第十二阀门开启，系统处于放冷阶段；某些严热天气，夜间蓄冷量不足时，白天第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第十一阀门、第十二阀门开启，地源热泵系统与电蓄能放冷系统同时运行。本专利技术的有益效果如下：1）可有效解决在华北的住宅建筑中应用地源热泵技术时遇到的地下全年冷热量不平衡的瓶颈问题，充分利用可再生能源，不需燃气锅炉做备用热源，有助于废除燃煤锅炉房，可向不具备市政管网集中供热条件的区域提供节经济可靠的冬季供暖，为我国的可持续发展和城镇化建设做出贡献。2）积极响应电力需求侧管理相关政策，充分利用夜间谷电作为地源热泵的辅助热源，利用谷电蓄能技术实现更经济的系统运行方式。同时可有效提高电网的供电效率，将系统所服务建筑物的用电效率提升5~10%，实现新型供热系统的经济效益和社会效益的高度统一。3）利用谷电蓄能技术，可按一定比例的冬季热负荷进行地埋管换热器设计计算及热泵机组配置，减少了埋管量及装机容量，系统初投资较传统地源热泵系统显著降低。白天用电高峰段及平段可以仅运行循环泵,由蓄能系统承担全部负荷,极端天气时则同时运行蓄能系统与地源热泵系统.由于谷电电价约为高峰电价的1/3，该系统的总体供冷/供热费用亦明显降低。4）考虑设置板式换热器进行间接换热，以便于水蓄能系统水力调节和温度调节,避免供水温度过低造成地板结露、防止采用闭式蓄能水箱时水箱承压过高或采用开式水箱时回水的重力势能损失。6）该技术可缓解地下冷热不平衡问题，也可用作某些供暖效果不佳的地源热泵系统、尤其是单供暖地源热泵项目的补救措施。附图说明图1谷电辅助蓄冷/蓄热地源热泵系统流程图图中：1地源热泵机组，2电加热装置，3蓄能（蓄冷/蓄热）水箱，4地暖管道，5地埋管换热器，7-1板式换热器I，7-2板式换热器II,8-1高位水箱（或定压补水装置）I,8-2高位水箱（或定压补水装置）II,8-3高位水箱（或定压补水装置）III,V1-V12阀门。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明：本专利技术主要涉及严寒和寒冷地区（尤其是CDD26≤90的寒冷(A)区），地源热泵承担全部夏季制冷负荷和部分冬季供热负荷，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统，其特征在于：包括地埋管换热器、地源热泵机组和电加热装置、蓄能水箱，所述的地埋管换热器、地源热泵机组的蒸发器/冷凝器构成冷/热源侧环路I, 所述的地源热泵机组的蒸发器、换热器I的一次侧构成中间换热环路II,所述的换热器I的二次侧与用户端形成用户侧环路III；地源热泵机组的蒸发器、蓄能水箱的构成蓄冷环路IV；蓄能水箱、换热器II的一次侧构成放冷/放热环路V；换热器II的二次侧与用户端形成循环环路VI；所述的电加热装置和蓄能水箱构成热源侧环路VII；所述的地源热泵机组的冷凝器和地暖管道构成用户侧环路VIII；所述的循环环路I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII上均设有控制其开断的阀门。

【技术特征摘要】
1.一种利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统，其特征在于：包括地埋管换热器、地源热泵机组和电加热装置、蓄能水箱，所述的地埋管换热器、地源热泵机组的蒸发器/冷凝器构成冷/热源侧环路I,所述的地源热泵机组的蒸发器、换热器I的一次侧构成中间换热环路II,所述的换热器I的二次侧与用户端形成用户侧环路III；地源热泵机组的蒸发器、蓄能水箱构成蓄冷环路IV；蓄能水箱、换热器II的一次侧构成放冷/放热环路V；换热器II的二次侧与用户端形成循环环路VI；所述的电加热装置和蓄能水箱构成热源侧环路VII；所述的地源热泵机组的冷凝器和地暖管道构成用户侧环路VIII；所述的循环环路I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII上均设有控制其开断的阀门；所述的地埋管换热器串联循环水泵后，与地源热泵机组的冷凝器/蒸发器入口连通；地源热泵机组的冷凝器/蒸发器出口通过管道回到地埋管换热器，形成了冷/热源侧环路I；地源热泵机组的出口还通过管路串联第三阀门、循环水泵后，经过换热器I的一次侧后，串接第四阀门返回到地埋管换热器，形成中间换热环路II；换热器I的二次侧与用户侧的第五阀门、循环水泵、地板管道、第六阀门串联形成用户侧环路III。2.如权利要求1所述的利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统，其特征在于：所述的地源热泵机组的蒸发器串联第七阀门、第八阀门、中间循环泵后，与蓄能水箱构成蓄冷环路IV。3.如权利要求2所述的利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热泵系统，其特征在于：所述的蓄能水箱串联循环水泵后，与换热器II的一次侧形成放冷/放热环路V；换热器II的二次侧位于用户侧，且通过管路串联第十一阀门、第十二阀门后与用户侧的地板管道形成用户侧环路VI。4.如权利要求3所述的利用谷电辅助蓄冷/蓄热的地埋管地源热...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文斐，张珊珊，满意，陈恕，方肇洪，
申请(专利权)人：山东中瑞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37