一种地源热泵系统及冷却塔的启停控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地源热泵空调系统及冷却塔的启停控制方法，其中地源热泵空调系统包括地源热泵主机、冷却塔、地埋管、水泵以及一控制器，所述控制器控制所述冷却塔和所述地埋管与所述地源热泵主机的开启与关闭，其特征在于：所述控制器，在地源热泵系统开始运行后，根据设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT控制冷却塔是否开启；在冷却塔开启时，在设定的时间段内关闭地埋管；在地埋管重新开启后，根据设定的地源侧主机进出水温差Δt控制冷却塔是否关闭。本发明专利技术维持了全年土壤热平衡，使得该运行模式下，土壤夏季得热量和冬季排热量大致相等，运行周期后土壤温度几乎维持不变，保证了地源热泵系统运行的高效性和节能性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地源热泵空调
，具体是一种地源热泵系统及冷却塔的启停控制方法。
技术介绍
近年来，地源热泵空调系统由于其利用地热这一可再生能源而在节能方面具有的显著优越性而被越来越多地在工程实际中被应用。然而在长江中下游地区，同一栋建筑的夏季冷负荷通常远大于其冬季热负荷，如果单独使用地源热泵空调系统，势必造成夏季向土壤的排热量远大于冬季从土壤的吸热量，导致土壤平均温度不断上升，影响地下换热器的换热效率，降低系统的能效比，对节能性会造成很大影响。随着科技的进步，研究人员发现在地源热泵系统中加入冷却塔来辅助其夏季散热可以使得系统夏季向土壤的排热量大大减小，能较好地解决土壤热平衡问题，但是现有的最常用的固定时间区间开冷却塔的控制方法不能保证冷却塔一直处于高效的运行状态，也无法较为精确地控制全年向土壤取放热量的热平衡。文献名为冷却塔辅助排热的复合地源热泵系统及其运行控制，该文章介绍了以湿球温度和埋管出水温度之差2℃和1.5℃为冷却塔启用和停用的控制依据，该方法能使冷却塔和整个系统的运行效率维持在比较高的一个状态，但无法较为精确的维持全年土壤热平衡。申请号：CN201110076045.3名为地源热泵自适应热平衡控制系统，该系统利用湿球温度和埋管出水温度之差来控制冷却塔启停，并且计算全年土壤总的取放热量，但是自适应的方法虽然可以解决后期土壤年取放热量大致相同，但是可能导致前几年土壤温升较快。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种使空调系统一直处于效率较高的运行状态，又较好地维持了全年土壤热平衡的基于地源热泵空调系统及全年土壤热平衡的冷却塔启停控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种地源热泵空调系统，包括地源热泵主机、冷却塔、地埋管、水泵以及一控制器，所述冷却塔和地埋管呈并联连接在地源热泵主机的两端，所述控制器控制所述冷却塔和所述地埋管与所述地源热泵主机的开启与关闭，其特征在于：所述控制器，在地源热泵系统开始运行后，根据设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT控制冷却塔是否开启；在冷却塔开启时，在设定的时间段内关闭地埋管；在地埋管重新开启后，根据设定的地源侧
主机进出水温差Δt控制冷却塔是否关闭。设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT为4℃。此温差设定值越高,冷却塔运行时间越短,能耗越少,系统的COP是先增加后减少，在夏热冬冷地区差不多在4℃时取得最大值。而且设定4度温差既可以避免温差设定值过低导致的冷却塔频繁启停，又可以避免温差设定值过高导致的冷却塔运行时间太短达不到较好地维持土壤热平衡的效果。设定的时间段为2小时。地埋管间歇的时间间隔越大，冷却塔运行时间越长，冷却塔能耗越大，而机组的能耗是先减小而后增大，大约在地埋管间歇运行2小时的时候系统能效比最高。因此冷却塔开启后，让地埋管停歇2小时再运行，对于土壤温度的恢复以及系统总体COP的提升最为有利。设定的地源侧主机进出水温差Δt为5℃。地源侧主机进出水温差可以间接反映建筑冷负荷的大小，温差小于5℃时，地埋管可以独自承担全部冷凝散热；但当Δt＞5℃时建筑负荷较大，冷凝器散热较大，地埋管单独承担的话可能影响系统能效，因此此时暂不关闭冷却塔，待冷负荷变小地埋管独自承担冷凝散热无压力时，再关闭冷却塔，既维持了系统高能效，又能避免冷却塔频繁启停。一种基于地源热泵空调系统的冷却塔启停控制方法，步骤为：步骤1、地源热泵系统开始运行后，检测地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT，如果ΔT＜4℃，不开启冷却塔；如果ΔT≥4℃，开启冷却塔进行辅助散热；步骤2、冷却塔开启后，随即关闭地埋管回路，2小时过后重新启用地埋管回路；步骤3、地埋管回路重新投入使用后，检测地源侧主机进出水温差Δt，如果Δt＞5℃，维持冷却塔开启状态与令其与地埋管一同承担散热；如果Δt≤5℃，此时关闭冷却塔，返回步骤1。本专利技术通过研究地埋管间歇运行的最佳时间间隔与室外空气湿球温度对系统能耗的影响，确定了以源侧主机进水温度与湿球温度的差值为冷却塔启动的条件，同时配合地埋管间歇运行的控制方法。有益效果1、保证冷却塔始终处于高效率运行的状态，提升系统性能。2、地下换热器和冷却塔间歇运行，既避免了冷却塔频繁启停，又能使得土壤的热量有时间被稀释，温度得以稳定。3、维持了全年土壤热平衡，使得该运行模式下，土壤夏季得热量和冬季排热量大致相等，运行周期后土壤温度几乎维持不变，保证了地源热泵系统运行的高效性和节能性。附图说明图1是本专利技术地源热泵系统示意图；图2是本专利技术控制方法示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作详细说明：如图1所示，本专利技术一种地源热泵空调系统，包括地源热泵主机1、冷却塔2、地埋管3、水泵4以及一控制器5，冷却塔2和地埋管3呈并联连接在地源热泵主机1的两端。在地源热泵主机1进出口处分别安装温度传感器，并且在当地放置湿球温度计，在地源热泵主机1进口处安装流量计。控制器，在地源热泵系统开始运行后，根据设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT控制冷却塔是否开启；在冷却塔开启时，在设定的时间段内关闭地埋管；在地埋管重新开启后，根据设定的地源侧主机进出水温差Δt控制冷却塔是否关闭。本专利技术一种基于地源热泵空调系统的冷却塔启停控制方法，具体方法是：(1)地源热泵系统开始运行后，冷却塔尚未开启，此时检测出地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT，如果ΔT＜4℃，认为地埋管正常运行，无需开启冷却塔；如果ΔT≥4℃，此时认为地埋管散热负担过重，开启冷却塔进行辅助散热。(2)冷却塔开启后，随即关闭地埋管回路2小时，令其停歇以恢复散热能力。2小时过后重新启用地埋管回路。(3)地埋管回路重新投入使用后，检测地源侧主机进出水温差Δt，如果Δt＞5℃，则认为系统处于大负荷运行状态，维持冷却塔开启状态与令其与地埋管一同承担散热；如果Δt≤5℃，则认为系统处于一般负荷运行状态，此时关闭冷却塔，返回步骤(1)。实施例：该地源热泵系统主机制冷量270kW，制热量300kW,制冷额定电功率51.6W,制热额定电
功率49.1kW，选用一台300kW的闭式冷却塔。机组在一个制冷期内运行的负荷分布为：则该运行模式下，一个制冷期内，冷却塔运行时间为820h，冷却塔辅助散热量为24.6万千瓦时，夏季向土壤排热量约为13.1万千瓦时，冬季向土壤排热量约为11.3万千瓦时，冬夏季土壤取放热量比为0.863，运行一年土壤温升在0.3℃以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地源热泵空调系统，包括地源热泵主机、冷却塔、地埋管、水泵以及一控制器，所述冷却塔和地埋管呈并联连接在地源热泵主机的两端，所述控制器控制所述冷却塔和所述地埋管与所述地源热泵主机的开启与关闭，其特征在于：所述控制器，在地源热泵系统开始运行后，根据设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT控制冷却塔是否开启；在冷却塔开启时，在设定的时间段内关闭地埋管；在地埋管重新开启后，根据设定的地源侧主机进出水温差Δt控制冷却塔是否关闭。

【技术特征摘要】
1.一种地源热泵空调系统，包括地源热泵主机、冷却塔、地埋管、水泵以及一控制器，所述冷却塔和地埋管呈并联连接在地源热泵主机的两端，所述控制器控制所述冷却塔和所述地埋管与所述地源热泵主机的开启与关闭，其特征在于：所述控制器，在地源热泵系统开始运行后，根据设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT控制冷却塔是否开启；在冷却塔开启时，在设定的时间段内关闭地埋管；在地埋管重新开启后，根据设定的地源侧主机进出水温差Δt控制冷却塔是否关闭。2.根据权利要求1所述的地源热泵空调系统，其特征在于：设定的地源侧主机进水温度与室外空气湿球温度之差ΔT为4℃。3.根据权利要求1所述的地源热泵空调系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振乾，王天琦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32