本发明专利技术公开了一种地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统及其调控方法，涉及可再生能源技术领域，解决了因岩土热不平衡问题而产生的地源热泵系统效率偏低的技术问题，其技术方案要点是在供冷工况时，优先采用含水层储能系统直接供冷，余量由地源热泵系统承担；在供热工况时，通过热泵机组以及含水层储能系统进行联合供热；同时，在安全范围允许的条件下，增大抽灌水流量，在抽灌对井间部分的含水层中形成有效渗流，用于强化地埋管群与周围渗流岩土间的换热。本申请通过将浅层地源热泵与含水层储能系统相结合，有效平衡建筑负荷需求与地热供能，实现高效的跨季节地热能建筑应用。实现高效的跨季节地热能建筑应用。实现高效的跨季节地热能建筑应用。
【技术实现步骤摘要】
地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统及其调控方法
[0001]本申请涉及可再生能源
，尤其涉及一种地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统及其调控方法。
技术介绍
[0002]地源热泵系统作为供暖供冷的可再生能源技术之一，具有环境友好性且可持续性，在市场上有很大的发展潜力。
[0003]地源热泵系统是以土壤源作为低温热源，在项目设计和应用过程中必须考虑土壤体冷热平衡，否则会导致地下能量堆积效应，进而影响机组运行。在计算周期内，地源热泵地埋管系统的全年总释热量和总吸热量应基本平衡，两者的比值宜在0.8～1.25之间。
[0004]对于我国夏热冬冷地区、以制冷为主的建筑，由于供冷热负荷和时长远大于供热负荷和时长，地源侧长期运行在冷热失衡的条件下，会产生“热堆积”现象，导致地源热泵系统性能逐渐下降，乃至不能使用。若为缓解热不平衡问题而盲目增加辅助系统，势必会增加系统的初投资、运行费用以及系统的控制复杂度。
[0005]针对建筑冷热负荷不平衡所导致的地源热泵系统热不平衡问题，可通过季节性储能来缓解，其中一种为地下含水层储能系统。含水层储能系统成本较低，存储容量高，储冷/热效率在68％
‑
87％之间。低温含水层储能系统的储水温度通常不超过25℃，因而较低的储水温度可实现系统的免费供冷，系统能效也较高。但同时，含水层储能系统也会存在热不平衡问题，使得抽灌对井间的热突破逐年扩张，系统性能下降。
技术实现思路
[0006]本申请提供了一种地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统及其调控方法，其技术目的是解决因地源热泵系统的热不平衡问题所引起的地源热泵性能系数下降乃至停机的问题。
[0007]本申请的上述技术目的具体通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一种地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统，包括冷井、热井、地埋管、冷井侧循环泵、冷井侧循环泵旁通阀门、板式换热器、板式换热器侧旁通阀门、热井侧循环泵、热井侧循环泵旁通阀门、换热器至热泵机组阀门、换热器至末端盘管阀门、地埋管侧循环泵、地埋管侧阀门、热泵机组和末端盘管；
[0009]冷井侧循环泵与冷井侧循环泵旁通阀门并联；板式换热器与板式换热器侧旁通阀门并联；热井侧循环泵与热井侧循环泵旁通阀门并联；
[0010]所述冷井依次通过冷井侧循环泵、板式换热器、换热器至热泵机组阀门和热泵机组与末端盘管相连；或依次通过冷井侧循环泵、换热器至末端盘管阀门与末端盘管相连；
[0011]所述热井依次通过热井侧循环泵、板式换热器、换热器至热泵机组阀门和热泵机组与末端盘管相连；
[0012]所述地埋管依次通过地埋管侧循环泵、地埋管侧阀门和热泵机组与末端盘管相
连。
[0013]在供冷工况时，当冷井冷负荷能够完全满足所需冷量时，建筑冷负荷全部由冷井提供；当冷井冷负荷未满足所需冷量且冷量充足时，建筑冷负荷以冷井为主，地埋管辅助供冷；当冷井冷负荷未满足所需冷量且冷量耗尽时，建筑冷负荷由地埋管提供。在供热工况时，当建筑热负荷需求较小时，建筑热负荷所需热量由热井提供；当建筑热负荷较大时，建筑热负荷所需热量由热井和地埋管联合提供。
[0014]一种基于如上述的地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统的调控方法，在供冷工况时，作为抽水井的冷井将冷负荷所需冷量直接通过板式换热器供给末端盘管，当冷井无法满足冷负荷所需冷量时，余量冷量由地埋管通过热泵机组来供给末端盘管；若作为抽水井的冷井内冷量耗尽，则单独由地埋管通过热泵机组供给末端盘管；
[0015]在供热工况时，当热负荷需求较小时，利用作为回灌井的热井将热负荷所需热量通过板式换热器和热泵机组供给末端盘管；当热负荷需求较大时，由板式换热器和地埋管向末端盘管联合供热，余量热量由地埋管通过热泵机组来供给末端盘管。
[0016]本申请的有益效果在于：
[0017](1)本申请解决了因岩土热不平衡问题而产生的地源热泵系统效率偏低的技术难题，可有效缓解地源热泵和含水层储能系统的热不平衡问题；
[0018](2)本申请在供冷工况时，优先利用含水层储能系统中冷井的冷量，得到含水层储能系统的免费供冷，为以供冷为主的地源热泵系统提供辅助冷源，减少地源热泵系统中地埋管附近的热堆积；
[0019](3)本申请在供热工况时，优先利用含水层储能系统中热井的热量，若建筑热负荷较大则所需热负荷由热井和地源热泵系统联合提供，减少运行费用；
[0020](4)本申请在冷井或热井不能满足建筑所需的冷负荷或热负荷，需开启地源热泵系统时，通过增大抽灌水流量来强化埋管传热，在热井与冷井之间形成有效渗流以提高井间的地埋管换热性能，提高系统运行效率；
[0021](5)本申请所述系统可实现系统供能与储能的协同作用，灵活性高，多种调控方式可满足以制冷为主的系统的不同冷热负荷平衡需求；
[0022](6)本申请所述系统不仅可应用于设计之初，亦可应用于既有系统的节能改造；通过在既有地埋管地源热泵系统的两侧增加抽灌对井，来缓解既有系统埋管周围的热堆积，进而提升系统性能。
附图说明
[0023]图1为本申请所述地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统的结构示意图；
[0024]图中：1
‑
冷井、2
‑
热井、3
‑
地埋管、4
‑
冷井侧循环泵、5
‑
冷井侧循环泵旁通阀门、6
‑
板式换热器、7
‑
板式换热器侧旁通阀门、8
‑
热井侧循环泵、9
‑
热井侧循环泵旁通阀门、10
‑
换热器至热泵机组阀门、11
‑
换热器至末端盘管阀门、12
‑
地埋管侧循环泵、13
‑
地埋管侧阀门、14
‑
热泵机组、15
‑
末端盘管。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情
况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0026]如图1所示，本申请所述的地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统，包括冷井1、热井2、地埋管3、冷井侧循环泵4、冷井侧循环泵旁通阀门5、板式换热器6、板式换热器侧旁通阀门7、热井侧循环泵8、热井侧循环泵旁通阀门9、换热器至热泵机组阀门10、换热器至末端盘管阀门11、地埋管侧循环泵12、地埋管侧阀门13、热泵机组14和末端盘管15。
[0027]冷井侧循环泵4与冷井侧循环泵旁通阀门5并联；板式换热器6与板式换热器侧旁通阀门7并联；热井侧循环泵8与热井侧循环泵旁通阀门9并联。
[0028]所述冷井1依次通过冷井侧循环泵4、板式换热器6、换热器至热泵机组阀门10和热泵机组14与末端盘管15相连；或依次通过冷井侧循环泵4、换热器至末端盘管阀本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统，其特征在于，包括冷井(1)、热井(2)、地埋管(3)、冷井侧循环泵(4)、冷井侧循环泵旁通阀门(5)、板式换热器(6)、板式换热器侧旁通阀门(7)、热井侧循环泵(8)、热井侧循环泵旁通阀门(9)、换热器至热泵机组阀门(10)、换热器至末端盘管阀门(11)、地埋管侧循环泵(12)、地埋管侧阀门(13)、热泵机组(14)和末端盘管(15)；冷井侧循环泵(4)与冷井侧循环泵旁通阀门(5)并联；板式换热器(6)与板式换热器侧旁通阀门(7)并联；热井侧循环泵(8)与热井侧循环泵旁通阀门(9)并联；所述冷井(1)依次通过冷井侧循环泵(4)、板式换热器(6)、换热器至热泵机组阀门(10)和热泵机组(14)与末端盘管(15)相连；或依次通过冷井侧循环泵(4)、换热器至末端盘管阀门(11)与末端盘管(15)相连；所述热井(2)依次通过热井侧循环泵(8)、板式换热器(6)、换热器至热泵机组阀门(10)和热泵机组(14)与末端盘管(15)相连；所述地埋管(3)依次通过地埋管侧循环泵(12)、地埋管侧阀门(13)和热泵机组(14)与末端盘管(15)相连。2.如权利要求1所述的调控方法，其特征在于，地埋管(3)的选型和数量以热负荷所需热量为主进行设计，冷井(1)和热井(2)的选型和数量以建筑冷负荷所需冷量与地埋管(3)设计条件下可提供冷负荷所需冷量之差进行设计。3.一种基于如权利要求1
‑
2任一所述的地源热泵与含水层储能耦合的冷热源系统的调控方法，其特征在于，在供冷工况时，作为抽水井的冷井(1)将冷负荷所需冷量直接通过板式换热器(6)供给末端盘管(15)，当冷井(1)无法满足冷负荷所需冷量时，余量冷量由地埋管(3)通过热泵机组(14)来供给末端盘管(15)；若作为抽水井的冷井(1)内冷量耗尽，则单独由地埋管(3)通过热泵机组(14)供给末端盘管(15)；在供热工况时，当热负荷需求较小时，利用作为回灌井的热井(2)将热负荷所需热量通过板式换热器(6)和热泵机组(14)供给末端盘管(15)；当热负荷需求较大时，由板式换热器(6)和地埋管(3)向末端盘管(15)联合供热，余量热量由地埋管(3)通过热泵机组(14)来供给末端盘管(15)。4.如权利要求3所述的调控方法，其特征在于，在供冷工况下且冷井(1)冷负荷完全满足所需冷量时，冷井侧循环泵(4)、换热器至末端盘管阀门(11)和热井侧循环泵旁通阀门(9)开启，冷井侧循环泵旁通阀门(5)、板式换热器侧旁通阀门(7)、热井侧循环泵(8)、地埋管侧循环泵(12)、地埋管侧阀门(13)和换热器至热泵机组阀门(10)关闭；冷井(1)冷量依次通过冷井侧循环泵(4)、板式换热器(6)和换热器至末端盘管阀门(11)供给末端盘管(15)；同时通过冷井侧循环泵(4)、板式换热器(6)和热井侧循环泵旁通阀门(9)将冷井(1)的冷水抽取到热井(2)，与板式换热器(6)进行换热。5.如权利要求3所述的调控方法，其特征在于，在供冷工况下，冷井冷负荷未满足所需冷量且冷量充足时，冷井侧循环泵(4)、热井侧循环泵旁通阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文欣，徐家奎，陈振乾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。