缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵系统及方法与流程

本发明涉及一种地源热泵技术，尤其涉及一种缓解土壤热堆积问题的地源热泵系统。

背景技术：

近年来，由于能源问题日益严重，地源热泵(groundsourceheatpumpsystem,gshps)作为可再生能源技术，具有绿色环保、系统性能及可靠性较高，并且可灵活联合多种辅助装置等特点，在建筑供暖与制冷空调中的应用越来越多，复合的功能也在不断增加。随着地源热泵系统的快速发展，长期运行所出现的问题也日益明显，由于年排热量和吸热量不均的问题，会造成土壤的热堆积或冷堆积，进而影响热泵机组的工作效率。

针对热负荷大于冷负荷地区，温湿独立控制的地源热泵系统作为一种新型热泵系统形式，是在传统地源热泵空调基础上，附加了一套溶液除湿装置，其空调末端和除湿装置分别调节建筑室内的温度及湿度，这种方式除了可以更好地实现对室内温度和湿度的调节外，还可以通过夏季夜晚运行冬季工况(即逆工况)的方式来提取白天向土壤中释放的多余热量用于溶液的再生，有效缓解土壤热堆积问题。温湿独立控制的地源热泵系统是将温度和湿度分开处理，通过送入经溶液除湿装置处理后的干燥空气来控制湿度，通过高温冷源(18℃)控制室内温度，这种方式不仅提高了室内的舒适性，还具有很好的节能效果。

为此，针对土壤热堆积缓解问题，提出一种采用埋管换热器、热泵机组、空调末端、溶液除湿装置相连组成的温湿度独立控制的地源热泵系统来缓解土壤热堆积问题，满足节能降耗要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对传统地源热泵系统长期运行所造成的热堆积问题，提供了一种缓解土壤热堆积问题的温湿独立控制的地源热泵系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵系统，包括埋管换热器、热泵机组、空调末端、溶液除湿装置，所述埋管换热器连接热泵机组，所述埋管换热器通过管内循环水经管壁直接与土壤进行热交换，夏季工况时循环水将热泵机组吸收的热量向土壤中释放，冬季工况时，从土壤中吸热并将热量经热泵机组传递到室内；所述溶液除湿装置包括除湿单元和再生单元，用于区域空气中的除湿以及溶液的再生，白天新风通过除湿单元进行除湿，浓溶液变为稀溶液存储在溶液罐中，夜晚运行逆工况，热泵机组产生高温热源通过再生单元再生浓溶液，以备后续循环使用；所述热泵机组和溶液除湿装置分别连接空调末端，由空调末端将冷冻水变为冷风作用于建筑物内来降低室内温度。

进一步，所述热泵机组包括依次连接的蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀，所述蒸发器从周围环境中吸取热量，蒸汽经压缩机后温度和压力上升，进入冷凝器释放热量，使其液化达到制热的效果，然后通过节流阀节流降压返回蒸发器。

进一步，所述埋管换热器为单u型埋管。

进一步，所述热泵机组采用水-水式热泵机组。

进一步，所述溶液除湿装置为marco溶液除湿组合模块。

进一步，所述地源热泵系统中分别输入埋管换热器的形状参数、导热系数，钻孔间距、深度、数量，建筑物逐时湿负荷，热泵的额定制热、制冷量以及热泵的数量参数，并依据热量的流动关系、质量的流动关系或启停时间来控制热泵机组工作。

一种缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵的方法，采用缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵系统，包括以下步骤：

步骤1：夏季运行时，热泵机组白天运行夏季工况，向空调末端和溶液除湿装置提供冷负荷用于制冷和除湿，此过程中溶液变稀；

步骤2：夜晚在低电价时段运行冬季工况，热泵机组通过埋管换热器吸收土壤中多余的热量，产生高温热源用于溶液除湿装置中的除湿剂稀溶液再生为浓溶液，以备后续循环使用。

本发明的有益效果为：

1.热缓解能力强。本发明所涉及的一种缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵系统可通过夏季夜晚运行冬季工况，吸收土壤中多余的热量；

2.系统cop高。本发明所涉及的一种缓解土壤热堆积问题的温湿独立控制的地源热泵系统只需排除建筑物内的显热负荷，可以利用高温冷源传统地源热泵系统所需的低温冷源；

3.热泵机组能耗低。本发明所涉及的一种缓解土壤热堆积问题的温湿独立控制的地源热泵系统的系统性能系数高，热泵机组的运行效率得到提高。

附图说明

图1为温湿独立控制地源热泵系统土壤热堆积缓解结构图；

图中：连接虚线为白天运行夏季工况；连接实线代表夜晚运行冬季工况；

图2为温湿独立控制地源热泵系统的结构图；

图3为温湿独立控制地源热泵系统的仿真图；

图4为机组运行10年土壤温度仿真结果。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵系统，包括埋管换热器2、热泵机组1、空调末端3、溶液除湿装置。

如图2所示，热泵机组1包括蒸发器1-1、冷凝器1-2、压缩机1-3、节流阀1-4，蒸发器1-1从周围环境中吸取热量使制冷机气化以达到制冷的，蒸汽经压缩机1-3后温度和压力上升，进入冷凝器1-2释放热量，使其液化达到制热的效果，然后通过节流阀1-4节流降压返回蒸发器1-1.

本发明中，热泵机组采用水-水式热泵机组，额定工况下制冷量为379kw，功率为70.7kw，eer值为5.36，额定工况下制热量为389.2kw，功率为93.7kw，cop值为4.15。

如图3所示，埋管换热器、热泵机组、空调末端、溶液除湿装置通过输入埋管换热器的形状参数、导热系数，钻孔间距、深度、数量，建筑物逐时湿负荷，热泵的额定制热、制冷量以及热泵的数量等参数，依据热量的流动关系、质量的流动关系或时间启停装置等进行连接。

埋管换热器2是通过管内循环水经管壁直接与土壤进行热交换，夏季工况时循环水将制冷机组吸收的热量向土壤中释放，冬季工况(逆工况)时，从土壤中吸热并将热量经热泵机组传递到室内。其中，埋管换热器为单u型埋管，传热系数为0.512w/m﹒k，管外径32mm,管内径26mm，长度为120m，管内循环液为水，管内设计流速为1m/s。

热泵机组1采用水-水式热泵机组的定流量系统，连接负荷侧水环路与埋管换热器侧水环路来进行环路间的热量传递；溶液除湿装置采用marco组合模块，根据湿负荷和新风量确定溶液系统的供热量，主要用于区域空气中的除湿以及溶液的再生。

溶液除湿装置包括除湿单元4和再生单元5，主要用于区域空气中的除湿以及溶液的再生。白天新风通过溶液除湿装置进行除湿，此时浓溶液变为稀溶液存储在溶液罐中，夜晚运行逆工况，热泵机组1产生高温热源用于浓溶液的再生，以备后续循环使用。

空调末端3是通过将冷冻水变为冷风作用于建筑物内，以此来降低室内温度。

土壤初始温度为17.5℃，如图4所示，由温湿独立控制地源热泵系统得到的仿真结果表明：该系统在运行10年后的温度为17.433℃，10年内温降0.067℃，明显小于3℃，在规定限制范围内，该系统可有效缓解土壤中的热堆积问题。

一种缓解土壤热堆积的温湿独立控制的地源热泵的方法，包括以下步骤：

步骤1：以夏季运行为例，热泵机组白天运行夏季工况，向空调末端和除湿装置提供冷负荷用于制冷和除湿，此过程中溶液变稀；

步骤2：夜晚在低电价时段运行冬季工况(即逆工况)，机组通过埋管换热器吸收土壤中多余的热量，产生高温热源用于除湿剂稀溶液再生为浓溶液，以备后续循环使用；

以上具体实施方式的描述，对本发明的目的、发明内容和有益效益做了进一步详细说明。但本发明并不局限于该具体实施方式，凡在本发明基础上做的修改和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。