专利名称：地源热泵中央空调能量补偿系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地源热泵供热系统，特别是涉及一种地源热泵中央空调能量 补偿系统。
背景技术：
由于将地热作为能源，用于提供生活用热水，以及用于中央空调的供暖供热，具有 无污染，占地面积小的特点。目前不少采用地热作为能源用于中央空调的制冷供热系统。如 图1所示的一种现有的地热制冷供热系统，有地热循环部分和内网循环部分。其中，所述 的地热循环部分包括有地源侧循环泵组1和蒸发器组3，从地源侧回水端H来的水经地源侧 循环泵组1送入蒸发器组3，通过压缩机做功将蒸发器组3与内网循环部分的冷凝器组4进 行热交换，然后再经地源侧进水端流回地下。所述的内网循环部分包括冷冻循环泵组2、冷 凝器组4、内网分水器5、内网集水器6和膨胀水箱8。其中，内网水经冷冻循环泵组2送入 冷凝器组4与地热循环部分的蒸发器组3进行热交换后进入内网分水器5，由内网分水器5 将热交换后的水分配到取暖单元7 (如教学楼和实训楼)，然后再流入到内网集水器6，从内 网集水器6再次流到冷冻循环泵组2进行下一次循环。但是上述的系统，由于地埋井数量设计少，引起冬季制热时主机蒸发器出口温度 过低而不能正常运转的现象发生。其主要是冷冻水出口温度太低导致地源热泵机组防冻报 警。造成该系统不能正常运行。为了解决上述的问题，可以采用下面的几种方法1、在地源侧增加电辅热；2、±曾 加打井数量；3、增加太阳能辅助加热；4、增加燃气锅炉；5、在地源侧循环系统中增加防冻 液；6、增加蓄热水箱；7、末端增加电辅热。但是，对于在地源侧增加电辅热，需要电容量足够大，因此无法实现。其它几种方 式，由于投资成本大与场地的限制，也难以实现。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以有效的解决由于原地下供热系 统所存在的地埋管数量少，或由于长时间运行换热效率降低导致地埋管系统低端热能不足 问题的地源热泵中央空调能量补偿系统。本实用新型所采用的技术方案是一种地源热泵中央空调能量补偿系统，是由地 热循环系统和内网循环系统组成，其中，所述的地热循环系统包括通过管路相连通的地源 侧循环泵组和地源热泵机组的蒸发器组，从地源侧回水端流入的地热水依次流入地源侧循 环泵组、蒸发器组后流回地源侧进水端；所述的内网循环系统包括通过管路依次循环连通 的冷冻水循环泵组、地源热泵机组的冷凝器组、内网分水器、取暖单元、内网集水器和冷冻 水循环泵组，所述的冷冻水循环泵组将内网循环用水送入冷凝器组与地热循环系统的蒸发 器组进行热交换后，流入内网分水器，由内网分水器分配给取暖单元，经取暖单元后的水再 经内网集水器送回冷冻水循环泵组，还设置有板式换热器，所述的板式换热器的入水口端分别通过管路连通地热循环系统中的蒸发器组及内网循环系统中的内网分水器，所述的板式换热器的出水口端分别通过管路连通地热循环系统中的地源侧循环泵组1及内网循环 系统中的内网集水器。所述的地热循环系统和内网循环系统中所用的管路采用无缝钢管。所述的板式换热器分别与地热循环系统以及内网循环系统相连通的管路采用镀锌管。所述的地热循环系统与板式换热器的入口端相连的管路上以及内网循环系统与 板式换热器的入口端相连的管路上分别依次设置有第一手动碟阀和Y型过滤器，所述的板 式换热器的出口端与地热循环系统相连的管路上以及板式换热器的出口端与内网循环系 统相连的管路上分别依次设置有直形温度计和第二手动碟阀。所述的蒸发器组中的连接镀锌管的每个蒸发器的出口都设置有一个手动碟阀。所述的蒸发器组中的蒸发器的个数与冷凝器组中的冷凝器的个数相同。还设置有用于自动补水的膨胀水箱，所述的膨胀水箱通过管路分别连通地源侧循 环泵组和冷冻水循环泵组。在地源侧回水端H到蒸发器组的入口端的主管道上设置有温度控制开关。本实用新型的地源热泵中央空调能量补偿系统，不需整体改变原地下供热系统， 只是通过在原有的基础上连接一换热器，就可以有效的解决由于原地下供热系统所存在的 地埋管数量少，或由于长时间运行换热效率降低导致地埋管系统低端热能不足的问题，并 且与传统的电辅热方式相比能够节电70 %以上。
图1是现有的地下供热系统；图2是本实用新型的地下供热系统。其中1 地源侧循环泵组2 冷冻水循环泵组3 蒸发器组4 冷凝器组5:内网分水器6:内网集水器7 取暖单元8 膨胀水箱9 第一手动碟阀10 =Y型过滤器11 直形温度计12 第二手动碟阀13 手动碟阀14 板式换热器
具体实施方式
以下结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的地源热泵中央空调能量 补偿系统是如何实现的。如图2所示，本实用新型的地源热泵中央空调能量补偿系统，是由地源侧循环系 统和内网循环系统组成，其中，所述的地源侧循环系统包括有通过管路相连通的地源侧循 环泵组1和地源热泵机组的蒸发器组3，从地源侧回水端H流入的地热水依次流入地源侧循 环泵组1、蒸发器组3后流回地源侧进水端J ；所述的内网循环系统包括有通过管路依次循环连通的冷冻水循环泵组2、地源热泵机组的冷凝器组4、内网分水器5、取暖单元7、内网 集水器6和冷冻水循环泵组2，所述的冷冻水循环泵组2将内网循环用水送入冷凝器组4， 流经冷凝器组4的水与流经地热循环机组系统的蒸发器组3的水进行热交换后，再流入内 网分水器5，由内网分水器5分配给取暖单元7，本实施例是用于学校的供暖系统，所述的取 暖单元7包括有教学楼和实训楼。经取暖单元7后的水再经内网集水器6送回冷冻水循环 泵组2。所述的蒸发器组3中的蒸发器的个数与冷凝器组4中的冷凝器的个数相同。所述的地热循环系统和内网循环系统中所用的管路采用无缝钢管。还设置有用于 自动补水的膨胀水箱8，所述的膨胀水箱8通过管路分别连通地源侧循环泵组1和冷冻水循 环泵组2。 还设置有板式换热器14，所述的板式换热器14的入水口端分别通过管路连通地 热循环系统中的蒸发器组3及内网循环系统中的内网分水器5，所述的板式换热器14的出 水口端分别通过管路连通地热循环系统中的地源侧循环泵组1及内网循环系统中的内网 集水器6。所述的板式换热器14分别与地热循环系统以及内网循环系统相连通的管路采用
镀锌管。所述的地热循环系统与板式换热器14的入口端相连的管路上以及内网循环系统 与板式换热器14的入口端相连的管路上分别依次设置有第一手动碟阀9和Y型过滤器10， 所述的板式换热器14的出口端与地热循环系统相连的管路上以及板式换热器14的出口端 与内网循环系统相连的管路上分别依次设置有直形温度计11和第二手动碟阀12。在地源侧回水端H到蒸发器组3的入口端的主管道上设置有温度控制开关。所述的蒸发器组3中的每个连接镀锌管的蒸发器的出口都设置有一个手动碟阀 13。本实用新型的地源热泵中央空调能量补偿系统，在原有系统的基础上增加的板式 换热器相当于在末端增加负荷。通过计算，增加换热器的负荷只相当于原来负荷的15%，因 此选择与末端同步进行换热，是完全可以的。因为只要有效提高地源侧系统温度，按现有配 备的机组能量，完全可以实现连续运转，而无需人为控制。本实用新型在系统蒸发器入口增 加温度控制开关，防止温度过高，由它控制板式换热器负载侧管路的开启。实现温度可控。 以使机组达到最佳运行状态。同时本实用新型在夏季同样可以对地源侧供水温度进行有效 降低。预期结果本实用新型可以用IKW的电能生产4. 5KW的热能。是电加热不具备的。同时无需 额外增加电负荷，投资少，施工容易。理论依据根据热力学第一定律，如不计压缩机向环境的散热，则热泵制热量Qh等于从低温 热源吸取热量(也可视为制冷机的制冷量)Qc与输入功率P之和。由于Qc与P的比值为制 冷系数C0P。，故COPh也可写成COPh = (P+Qc) /P = l+C0Pc可见COPh值恒大于1。这就从理论上讲，只要将热泵机组的热量转移到低端系统，其温度必将得到提升。[0042]1.计算过程参数设定内网循环水泵流量为Q1 = 150m3/h,设流速为V1 ；地埋管侧流量Q2 = 120m3/h ；设 流速为V2 ；水泵出口管径D = 125mm = 0. 125m。换热器的出口和入口管径为d = 50mm = 0. 05m ；因此原有内网(热水端)的流量从分水器出来分成Qia(从主管直接返回集水器) 和Ab(通过板式换热器流回集水器)；地埋系统(冷水端)的流量从主机蒸发器出来分 成Q2a(直接回到循环系统的回水管道)和Q2b (通过板式换热器流回循环水泵的入口主管 道)。因此在热水循环系统中因为=Q1= Q^+QibQ1 = D2 X π XVi/4 = 150V1 = 150X4/0. 1252Χ π X 3600 = 3. 4m/s所以⑷…=d2Xπ XVi/4 = 0 . 052 X 3. 14 X 3 . 4 X 36 00/4 = 24m3/hQ1B = Q1-Qib = 150-24 = 126m3/h同理；Q2 = Q2a+Q2bQ2 = D2 X π XV2/4 = 150V2 = 120X4/0. 1252X π X 3600 = 2. 7m/sQ2b = d2X π XV2/4 = 0 . 052 X 3. 14 X 2 . 7 X 36 00/4 = 19. lm3/hQ2a = Q2-Q2b = 120—19. 1 = 100. 9m3/h按机组冷凝器出口温度(板式换热器高温端设计入口温度)T1 = 45°C，T1B = 320C 为板式换热器高温端出口设计温度，I\b = 40°C为用户出口进入集水器的温度；蒸发器出口 温度(板式换热器低温端设计入口温度)T2 = 4°C,T2a = 19°C为板式换热器低温端设计出 口设计温度。T2b = 8°C为地埋系统回水进入蒸发器的入口温度；T3为 >和I\b混合后进 入冷凝器循环泵的入口温度；T4为T2a和T2b混合后进入蒸发器循环泵的入口温度。本实用 新型的目的就是要通过提高T4来达到提高T2之目标。计算如下
=19.19.1+8*100.9=9. 75°C计算结果显示，通过增加板式换热器进行热能交换，将有效同步提升地埋系统入 口温度，理论上所提高的温度用At(理论)表示。Δ t (理论)=T4-T2b = 9. 75-8 = 1. 75V .因此在标准工况下，相当于提升地源侧能量W = IOOOXQ2X At(理论)/0· 86= 1000 X 120 X 1. 75/0. 86= 244186 (w) = 244Kw换句话说，在配电容量不增加的情况下，把提升的能量按电能100%转换成热能的 话，相当于在地源侧回水增加了 244Kw的电辅热。1、实际验证从元月2日至10日对机组进行了各种温度的记录对比，得到如下数据Tlb = 40. 360C，T1B = 27. 82°C ；T2a = 23. 64°C，T2b = 9. 46°C
=11.86。C实际结果显示，通过增加板式换热器进行热能交换，将有效同步提升地埋系统入 口温度Δ t (实际)=T4' -T2b = 11. 86-9. 46 = 2. 40°C .因此本实用新型实际结果，相当于提升地源侧能量
W= 1000 X Q2X I t / 0. 86=1000>c 120X 2. 40 / 0. 86= 334883 (w) 二334. 8Kw我们将上述结果乘以流量误差系数0. 9，保守提高地源侧能量Wl = 0. 9 X 334. 8 = 300Kw在配电容量不增加的情况下，把提升的能量按电能100%转换成热能的话，相当于在地源侧回水增加了 300Kw的电辅热。2、理论与实际误差值；从温度来看，提升地源侧入口温度误差为At = At(实际)_At(计算) = 2. 4-1. 75= 0. 65 "C3、增加换热系统带来的耗电分析由于换热器的换热负荷与实际流量及换热温差有直接关系，我们暂按换热系统的 能量消耗为300KW计算，其耗电情况如下我们按地源热泵机组的制热能效比为1 4. 5(—般情况在4 4. 5之间)，因此获 得300KW热量需消耗的电功率为300 + 4. 75 = 63. 15KW。假设机组运行时间为(11月5日-3 月25日)平均每日运行时间12小时，机组总运行时间140X12 = 1680小时。期间，考虑到 放假时间30天，换热系统在此期间由于系统负荷减小无需工作，换热系统实际工作时间为 1680-30X12 = 1320小时。因此换热系统制冷季节消耗的电能为1320X63. 15 = 83358KW。 按全国主要地区工业用电平均价格0. 75元/KW. h计算，总计耗电费用为83358X0. 75 = 62518元。和300KW电辅热比较，节电(300-63. 15) X 1320X0. 75 = 234481元。节电率为 234481X100% /(234481+62518) = 79%效果十分明显。4、本实用新型与原有系统的对比1)原有系统冷冻水进水平均温度7. 56°C，本实用新型冷冻水进水平均温度为 9. 46°C，提高了 1.9°C ；原有系统冷冻水出水平均温度4. 15°C，本实用新型冷冻水出水平均 为5.43°C，提高了 1.28°C。因此，完全达到了通过提升冷冻水进水温度来提高冷冻水出水 温度之目的。2)设备运行状态原有系统只能开一台主机，一台内网循环泵，(在室外温度_8°C以上)并且我们采 取了末端负荷的调峰措施。在负荷高峰期，主机频繁出现冷冻水出水温度过低报警，导致设 备停机。设备处于不正常状态。本实用新型实施后开2台主机，2台内网循环泵，(在室外温度-15°c以上)，而且 是末端全天满负荷，设备运行状态稳定。通过实际运行，从2010年元月1日开始，至2010年2月9日，系统各项指标正常， 完全符合设备运行工况，未发生停机现象。本实用新型具备很强的实用性，达到或超过预期 目标。
权利要求一种地源热泵中央空调能量补偿系统，是由地热循环系统和内网循环系统组成，其中，所述的地热循环系统包括通过管路相连通的地源侧循环泵组(1)和地源热泵机组的蒸发器组(3)，从地源侧回水端(H)流入的地热水依次流入地源侧循环泵组(1)、蒸发器组(3)后流回地源侧进水端(J)；所述的内网循环系统包括通过管路依次循环连通的冷冻水循环泵组(2)、地源热泵机组的冷凝器组(4)、内网分水器(5)、取暖单元(7)、内网集水器(6)和冷冻水循环泵组(2)，所述的冷冻水循环泵组(2)将内网循环用水送入冷凝器组(4)与地热循环系统的蒸发器组(3)进行热交换后，流入内网分水器(5)，由内网分水器(5)分配给取暖单元(7)，经取暖单元(7)后的水再经内网集水器(6)送回冷冻水循环泵组(2)，其特征在于，还设置有板式换热器(14)，所述的板式换热器(14)的入水口端分别通过管路连通地热循环系统中的蒸发器组(3)及内网循环系统中的内网分水器(5)，所述的板式换热器(14)的出水口端分别通过管路连通地热循环系统中的地源侧循环泵组(1)及内网循环系统中的内网集水器(6)。
2.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，所述的地热 循环系统和内网循环系统中所用的管路采用无缝钢管。
3.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，所述的板式 换热器(14)分别与地热循环系统以及内网循环系统相连通的管路采用镀锌管。
4.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，所述的地热 循环系统与板式换热器(14)的入口端相连的管路上以及内网循环系统与板式换热器(14) 的入口端相连的管路上分别依次设置有第一手动碟阀(9)和Y型过滤器(10)，所述的板式 换热器(14)的出口端与地热循环系统相连的管路上以及板式换热器(14)的出口端与内网 循环系统相连的管路上分别依次设置有直形温度计(11)和第二手动碟阀(12)。
5.根据权利要求3所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，所述的蒸发 器组(3)中的连接镀锌管的每个蒸发器的出口都设置有一个手动碟阀(13)。
6.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，所述的蒸发 器组(3)中的蒸发器的个数与冷凝器组(4)中的冷凝器的个数相同。
7.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，还设置有用 于自动补水的膨胀水箱(8)，所述的膨胀水箱(8)通过管路分别连通地源侧循环泵组(1)和 冷冻水循环泵组(2)。
8.根据权利要求1所述的地源热泵中央空调能量补偿系统，其特征在于，在地源侧回 水端(H)到蒸发器组(3)的入口端的主管道上设置有温度控制开关。
专利摘要一种地源热泵中央空调能量补偿系统，地热循环系统有从地源侧回水端流入的地热水依次流入地源侧循环泵组、地源热泵机组的蒸发器组后流回地源侧进水端；内网循环系统有通过管路依次循环连通的冷冻水循环泵组、地源热泵机组的冷凝器组、内网分水器、取暖单元、内网集水器和冷冻水循环泵组，板式换热器的入水口端分别通过管路连通地热循环系统中的蒸发器组及内网循环系统中的内网分水器，板式换热器的出水口端分别通过管路连通地热循环系统中的地源侧循环泵组及内网循环系统中的内网集水器。本实用新型只是通过在现有技术上连接一换热器，就解决了由于原地下供热系统所存在的地埋管数量少，或由于长时间运行换热效率降低导致地埋管系统低端热能不足的问题。
文档编号F24F5/00GK201593839SQ201020117950
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月25日 优先权日2010年2月25日
发明者张跃, 李根旺 申请人:天津市金硕科技投资集团有限公司