一种土壤源-空气源风能热泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风能热泵系统，特别涉及一种土壤源-空气源复合热源风能热泵供热供冷系统。
【背景技术】
[0002]我国风能资源丰富，随着近几年风电产业迅速发展，我国已成为全球风电装机最多的国家，风电在能源供应中发挥着重要作用，但由于受电网运行等因素的影响，特别是在冬季供暖期间，风电机组运行与热电联产机组运行矛盾突出，致使北方地区的风电机组被迫大量弃风，而推广风能与热泵机组联合供热技术是消纳低谷风电的重要措施，可以有效解决风电弃风问题，减少消费和环境污染，促进能源结构调整。
[0003]目前，已存在利用风能驱动热泵进行供热的现有技术。主要是利用风能系统将风能转换为机械能，通过致热器将机械能转换为热能，送入储热系统，当热能不足时启动辅助加热系统满足热量供应，致热器一般是通过搅拌叶片与容器中的水摩擦产生热，将机械能转换为热能，转换效率低，不符合“温度对口、梯级利用”的科学用能原则。或者是利用风能直接驱动热泵机组的压缩机，省去了发电中间环节，但室外机制冷剂-空气换热器通过冷却塔与室外空气间接换热，当环境温度较低时，热泵机组制热效率偏低。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的缺点和不足，本实用新型为提高风能热泵供热系统的效率并且解决风能热泵使用地区土壤吸排热不平衡问题，而提供一种新型的土壤源-空气源风能热泵供热供冷系统。此系统以风能发电作为驱动电源，以土壤和空气作为低温热源，利用蓄热/蓄冷水箱来应对风力负荷的变化并保证热水/冷水的稳定输出，在供热低峰时段以空气作为低温热源，在供热高峰时段以土壤作为低温热源，并在夏季启动地源热泵制冷模式，从而保证土壤吸排、热量基本平衡，并保证热泵机组高效运行。
[0005]本实用新型所述问题是由以下方案解决的:
[0006]一种新型的土壤源-空气源风能热泵系统，包括风力发电子系统、喷气增焓低温空气源热泵子系统、大温差高温水源热泵子系统和蓄热蓄冷子系统，其特征在于，
[0007]-所述喷气增焓低温空气源热泵子系统包括喷气增焓压缩机、制冷剂-水换热器、膨胀阀1、膨胀阀I1、经济器和制冷剂-空气换热器；所述喷气增焓压缩机包括吸气口
1、吸气口 II和排气口 ；所述制冷剂-水换热器I包括制冷剂侧部分和冷却水部分；所述经济器包括顺流制冷剂侧部分和逆流制冷剂侧部分，在所述顺流制冷剂侧部分和逆流制冷剂侧部分中制冷剂流动方向相反；所述制冷剂-空气换热器包括制冷剂侧部分和空气侧部分，经所述喷气增焓压缩机的排气口排出的制冷剂气体经所述制冷剂-水换热器I的制冷剂侧部分换热降温后分为两路，一路经所述膨胀阀1、所述经济器的逆流制冷剂侧部分进入所述喷气增焓压缩机的吸气口 II，另一路依次经所述经济器的顺流制冷剂侧部分、膨胀阀I1、所述制冷剂-空气换热器的制冷剂侧部分进入所述喷气增焓压缩机的吸气口 I ;
[0008]-所述大温差高温水源热泵子系统包括压缩机、四通换向阀、制冷剂-水换热器
I1、膨胀阀III和制冷剂-地源水换热器；所述制冷剂-水换热器II包括制冷剂侧部分和冷却水部分；所述制冷剂-地源水换热器包括制冷剂侧部分和地源水部分；所述四通换向阀包括四个接口，分别为接口 1、接口 I1、接口III和接口IV，接口 1、接口 II分别与所述压缩机的吸气口、排气口连通，接口III经制冷剂管路与所述制冷剂-水换热器II的制冷剂侧部分的一端连通，接口IV经制冷剂管路与所述制冷剂-地源水换热器的制冷剂侧部分的一端连通；所述制冷剂-水换热器II的制冷剂侧部分的另一端经所述膨胀阀III与所述制冷剂-地源水换热器的制冷剂侧部分的另一端连通；
[0009]--所述蓄热蓄冷子系统包括蓄热/蓄冷水箱、水泵1、水泵II，其中，所述蓄热/蓄冷水箱包括蓄能侧部分和用户循环水部分；所述制冷剂-水换热器I的冷却水部分的上端口通过管路经开关阀1、水泵I与所述蓄热/蓄冷水箱的蓄能侧部分的上端口连接，所述水泵I的两端并联一开关阀II ;所述制冷剂-水换热器I的冷却水部分的下端口通过管路经开关阀II1、开关阀IV、水泵II与所述蓄热/蓄冷水箱的蓄能侧部分的下端口连接，所述水泵II的两端并联一开关阀V ;所述制冷剂-水换热器II的冷却水部分的上端口通过管路经开关阀V1、开关阀νπ与所述开关阀I和水泵I之间的管路连通；所述制冷剂-水换热器II的冷却水部分的下端口通过管路经开关阀VID与所述开关阀IV和水泵II之间的管路连通；所述水泵I工作时将水从所述蓄热/蓄冷水箱的蓄能侧部分的上端口抽出，所述水泵II工作时向所述蓄热/蓄冷水箱的蓄能侧部分的上端口供水。
[0010]优选地，所述制冷剂-地源水换热器的地源水侧部分包括端口 1、11，其中端口 I靠近所述膨胀阀III一侧，所述端口 I所连接的地源水循环管路包括并联的地源水管路1、II，地源水管路I上设置有开关阀和水泵III，地源水管路II上设置有和水泵IV，所述水泵III工作时将地源水从所述制冷剂-地源水换热器的地源水侧部分的端口 I抽出，所述水泵IV工作时向所述制冷剂-地源水换热器的地源水侧部分的端口I供入地源水。
[0011]优选地，所述风力发电子系统包括风力机涡轮、塔架和风力发电机组。优选地，所述风力发电子系统为水平轴式风力机或垂直轴式风力机。
[0012]优选地，所述喷气增焓压缩机由电动机驱动，所述电动机由所述风力发电子系统电驱动。
[0013]优选地，所述大温差高温水源热泵子系统中的压缩机由电动机驱动，该电动机由所述风力发电子系统电驱动。
[0014]优选地，本实用新型的土壤源-空气源风能热泵系统，包括空气源热泵供热模式、地源热泵供热模式和地源热泵供冷模式。
[0015]进一步地，当所述土壤源-空气源风能热泵系统处于空气源热泵供热模式时，所述喷气增焓低温空气源热泵子系统启动，所述大温差高温水源热泵子系统停止，所述水泵II运行，所述水泵I停止，所述开关阀IV、开关阀1、开关阀II1、开关阀II开启，所述开关阀IX、开关阀X、开关阀VI1、开关阀V1、开关阀麗、开关阀V关闭，所述喷气增焓低温空气源热泵子系统通过制冷剂-空气换热器吸收空气中的热量，产生的热水从制冷剂-水换热器I输出，并在水泵II的驱动下进入所述蓄热/蓄冷水箱的上部蓄存，用户循环水部分的供水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的上部，用户循环水部分的回水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的下部。
[0016]进一步地，当所述土壤源-空气源风能热泵系统处于地源热泵供热模式时，所述大温差高温水源热泵子系统启动，所述喷气增焓低温空气源热泵子系统停止，所述四通换向阀的接口 II与接口III连通，所述四通换向阀的接口 I与接口 IV连通，所述开关阀X关闭，水泵IV停止，开关阀IX开启，水泵III运行并驱动地源水将土壤中的热量输送至所述大温差高温水源热泵子系统，所述大温差高温水源热泵子系统产生的热水从制冷剂-水换热器II输出，所述水泵II运行，所述水泵I停止，所述开关阀VI1、开关阀I1、开关阀V1、开关阀VID开启，所述开关阀1、开关阀II1、开关阀IV、开关阀V关闭，所述大温差高温水源热泵子系统产生的热水在水泵II的驱动下进入所述蓄热/蓄冷水箱的上部蓄存，用户循环水部分的供水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的上部，用户循环水部分的回水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的下部。
[0017]进一步地，当所述土壤源-空气源风能热泵系统处于供冷模式时，所述大温差高温水源热泵子系统启动，所述喷气增焓低温空气源热泵子系统停止，所述四通换向阀的接口 II与接口IV连通，所述四通换向阀的接口 I与接口III连通，所述开关阀IX关闭，水泵III停止，开关阀X开启，水泵IV运行并驱动水路将制冷剂-地源水换热器中的热量排放至土壤，所述大温差高温水源热泵子系统产生的冷水从制冷剂-水换热器II输出，水泵II停止，所述水泵I运行，所述开关阀VI1、开关阀V1、开关阀麗、开关阀V开启，所述开关阀1、开关阀
II1、开关阀I1、开关阀IV关闭，所述大温差高温水源热泵子系统产生的冷水在水泵I的驱动下进入所述蓄热/蓄冷水箱的下部蓄存，用户循环水部分的供水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的下部，用户循环水部分的回水管位于所述蓄热/蓄冷水箱的上部。
[0018]本实用新型的风力发电子系统通过叶片、风力发电机以及控制等将风能转换为电能，并作为风能热泵系统的驱动电源，通过计算夏季累计冷负荷和冬季不同时段累计热负荷，考虑土壤吸排、热量基本平衡，选择合适的低温空气源热泵和高温水源热泵，考虑到冬季天气恶劣等条件下，空气源热泵效率低甚至无法正常工作，在供暖期初期和末期气温较高时运行低温空气源热泵机组，在