本实用新型涉及一种基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统，属于舒适性空调系统设计领域与浅层地温能开发利用领域。
背景技术：
当前，我国建筑总能耗不断攀升是一个不可规避的事实，2000年至2010年，我国仅建筑年运行商品用能从2.89亿tec增至4.77亿tec。世界能源组织(IEA)指出，我国能源总需求到2020年将达到23.2～31.0亿tec之间，建筑能耗在4.7-6.4亿tec之间。在不断提高的建筑耗能中，采暖空调系统所占比例逐渐增大，以设备完善的办公建筑为例，空调系统用能已占其总能耗的45％以上。因此，有效降低空调采暖系统能耗是缓解我国用能持续高速增长，减小碳排放的重要途径。
辐射盘管置换通风复合空调系统在供冷工况下，将以去除显热负荷为目的的辐射盘管与以去除潜热负荷、湿负荷、污染物负荷的置换通风系统相结合分别控制建筑内的温度与湿度。复合空调系统不仅提高通风效率，避免吹风感，改善室内空气品质；而且有效降低了室内垂直温度梯度，提高人体热舒适性。同时，由于供冷工况下辐射盘管采用高温冷水(16-20℃)供冷，供热工况下辐射盘管采用低温热水(35-45℃)供暖，相比传统空调系统，复合空调运行能耗则显著降低。
由于复合空调系统采用高温冷源供冷，为天然冷源的合理利用提供了可能。在空调负荷较低的过渡季节，关闭制冷机组，采用天然冷源直接供冷，节能减排效益显著提高，同时也不必设置冷却塔，降低初投费用，缓解建筑节能用地紧张的现状。因此确定适宜的天然冷源是空调系统长期、高效、稳定运行的前提保障。我国华北平原环渤海地区地下浅层具有丰富的咸水资源，其总量预计为2500×108m3，咸水区年补给量为6.93亿m3。根据勘察结果，浅层咸水层厚度以5～20m分布最广，温度稳定在13～15℃。由于浅层咸水资源具有分布广泛，储量丰富，开采便捷的特点，满足作为复合空调系统天然冷源长期、稳定、持续利用的标准。
因此，将辐射盘管、置换通风系统与丰富的浅层咸水资源结合，探索一种高效、节能的基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统。实现在过渡节充分利用浅层咸水资源向空调房间直接供冷，冬夏季有效满足房间空调负荷，达到提高人体热舒适性的同时，降低空调系统运行能耗的要求。通过检索已经公开的中国专利文件，尚未发现相关专利文献。
技术实现要素：
本实用新型目的是提供一种基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统，是实现利用地下浅层储量丰富的咸水资源，通过辐射盘管向空调房间直接供冷，并且有效提高热泵机组运行效率；该复合空调系统在提高室内热舒适性、改善室内空气品质的同时，开拓了浅层咸水资源作为可再生天然冷源的利用领域，有效减少二氧化碳与其他污染物的排放，以利于建筑节能的可持续发展。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统，该系统置于地下底界埋深40-150m咸水层中，其中：该系统包括相互连接的浅层地下咸水循环回路、热泵机组及换热器循环回路、空调末端装置循环回路；所述浅层地下咸水循环回路包括有抽水井群，抽水井群与变频潜水泵的连接管道出口处分成二路，第一路通过第一电磁阀与板式换热器的第一输入端连接，第二路通过第二电磁阀与热泵机组的第一输入端连接，板式换热器的第一输出端与热泵机组的第一输出端连接，二路汇合后通过连接管道依次与回灌井群加压泵、回灌井群相连接。
所述热泵机组及换热器循环回路包括有集水器，集水器与循环水泵相连接的连接管道出口分成二路，一路通过第三电磁阀与板式换热器的第二输入端连接，另一路通过第四电磁阀与板式换热器的第二输出端连接，二路汇合后通过连接管道分成二路，一路通过第五电磁阀与热泵机组的第二输入端相连接，另一路通过第六电磁阀与热泵机组的第二输出端连接，二路汇合后通过连接管道与电动三通阀第二输出端连接为一路，同时电动三通阀的第一输出端通过连接管道与表冷器的第一输入端、第一输出端相连接为另一路，二路汇合后通过连接管道与分水器连接。
所述空调末端装置循环回路包括有顶板盘管、地板盘管与置换通风装置，所述顶板盘管与地板盘管分别通过第七电磁阀、第八电磁阀通过供水管道与分水器连接，顶板盘管与地板盘管通过回水管道与集水器连接，形成辐射盘管循环回路；表冷器的第二输入端依次连接新风送风机气-气换热器、排气风机连接，表冷器的第二输出端与置换通风装置相连接，气-气换热器与排风装置相连接，形成置换通风循环回路。
本实用新型的效果是基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统具有以下显著优势：
1、复合空调系统末端装置采用顶板辐射盘管与地板辐射盘管共同承担空调房间主要冷、热负荷，保障室内垂直温度梯度在3℃以内，提高人体热舒适性；采用置换通风形式承担空调房间污染物负荷、湿负荷以及部分冷、热负荷，相比传统的混合送风形式，提高通风效率，改善室内空气品质。
2、由于供冷工况下辐射盘管采用高温冷水(16-20℃)供冷，供热工况下采用低温热水(35-45℃)供暖，相比传统空调系统，复合空调运行能耗则降低25％以上。同时为利用华北平原环渤海地区地下浅层储量丰富的咸水资源作为天然冷源提供了可能。
3、复合空调系统根据建筑冷、热负荷以及湿负荷与污染物负荷的大小，可实现多种运行模式；同时在机组系统中仅增加了板式换热器及相关附件，且管道连接形式简单，即可实现在过渡季节，关闭热泵机组，采用地下浅层咸水直接供冷，提高空调系统运行效率30％～45％，节能减排效益显著增加。
附图说明
图1是本实用新型基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统示意图。
图中：
1.抽水井群 2.变频潜水泵 3.第一电磁阀 4.板式换热器 5.第二电磁阀
6.热泵机组 7.回灌井群加压泵 8.回灌井群 9.集水器 10循环水泵
11.第三电磁阀 12.第四电磁阀 13.第五电磁阀 14.第六电磁阀
15.电动三通阀 16.表冷器 17.置换通风装置 18.顶板辐射盘管
19.地板辐射盘管 20.排风装置 21新风送风机 22.气-气换热器
23.排气风机 24.分水器 25.第七电磁阀 26.第八电磁阀
具体实施方式
结合附图对本实用新型的基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统的结构加以说明。
本实用新型的基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统设计思想是基于对我国华北平原环渤海地区的储量丰富、抽灌便捷的咸水资源的开发利用，在常规水源热泵系统的基础上增加换热系统及其附件，采用辐射盘管与置换通风作为末端设备，根据建筑空调负荷特征变化，可实现多种运行模式。
如图1所示，本实用新型的基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统的结构是，该结构一种基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统，该系统置于地下底界埋深40-150m咸水层中，该系统包括相互连接的浅层地下咸水循环回路、热泵机组及换热器循环回路、空调末端装置循环回路；所述浅层地下咸水循环回路包括有抽水井群1，抽水井群1的连接管道出口处分成二路，第一路通过第一电磁阀3与板式换热器4的第一输入端4a连接，第二路通过第二电磁阀5与热泵机组6的第一输入端6a连接，板式换热器4的第一输出端4c与热泵机组6的第一输出端6c连接，二路汇合后通过连接管道依次与回灌井群加压泵7、回灌井群8相连接。
所述热泵机组及换热器循环回路包括有集水器9，集水器9与循环水泵10相连接的连接管道出口分成二路，一路通过第三电磁阀11与板式换热器4的第二输入端4b连接，另一路通过第四电磁阀12与板式换热器4的第二输出端4d连接，二路汇合后通过连接管道分成二路，一路通过第五电磁阀13与热泵机组6的第二输入端6b相连接，另一路通过第六电磁阀14与热泵机组6的第二输出端6d连接，二路汇合后通过连接管道与电动三通阀第二输出端15b连接为一路，同时电动三通阀15的第一输出端15a通过连接管道与表冷器16的第一输入端16a、第一输出端16b相连接为另一路，二路汇合后通过连接管道与分水器24连接。
所述空调末端装置循环回路包括有顶板盘管18、地板盘管19与置换通风装置17，所述顶板盘管18与地板盘管19分别通过第七电磁阀25、第八电磁阀26通过供水管道与分水器24连接，顶板盘管18与地板盘管通过回水管道与集水器9连接，形成辐射盘管循环回路；表冷器16的第二输入端16c依次连接新风送风机21气-气换热器22、排气风机23连接，表冷器16的第二输出端16d与置换通风装置17相连接，气-气换热器22与排风装置20相连接，形成置换通风循环回路。
所述抽水井群1连接有变频潜水泵2；所述抽水井群1、回灌井群8均置于地下底界埋深40-150m咸水层中。
所述空调末端装置循环回路中的顶板辐射盘管18与地板辐射盘管19分别安装在空调房间的天花板及地板区域；所述置换通风装置17安装在空调房间的下部或底部。
本实用新型的基于浅层咸水源热泵的辐射盘管与置换通风复合空调系统可实现三种运行模式：浅层咸水直接供冷模式，热泵机组联合供冷模式，热泵机组单一供热模式。
所述浅层咸水直接供冷模式，在春、秋过渡季节，空调房间热负荷与湿负荷较小时，浅层地下咸水循环回路中关闭第二电磁阀5，水源热泵机组6停止工作，地下浅层咸水在变频潜水泵2作用下由抽水井1通过第一电磁阀3，作为冷却水进入板式换热器4，吸收空调末端冷冻水热量，地下咸水换热后在回灌加压泵7作用下进入回灌井，在地下咸水层进行强制对流换热后，恢复至地下初始温度，再次通过抽水井1进入循环回路；热泵机组及换热器循环回路中，开启第三电磁阀11、第六电磁阀14，关闭第四电磁阀12、第五电磁阀13，由集水器9流出的冷冻水在循环水泵10作用下，通过第三电磁阀11，进入板式换热器4与地下浅层咸水换热，降温后通过第六电磁阀14进入电动三通阀15，通过电动三通阀15的冷冻水分为二路，一路进入表冷器16，在表冷器16中冷冻水对已被置换通风回风预冷的新风进行降温、除湿，换热后的冷冻水与通过三通阀的另一路混合后进入分水器24；空调末端装置循环回路中，冷冻水由分水器24通过第七电磁阀25、第八电磁阀26分别进入顶板盘管18与地板盘管19进行辐射供冷，承担空调房间内的全部显热负荷，换热升温后的冷冻水通过集水器9再次循环冷却；室外新风则首先通过气-气换热器22与空调房间排气换热预冷，经过初步降温的新风进入表冷器16后除湿、降温，最后采用置换通风的形式以低流速状态从空调房间底部送入，在房间内热源热浮升力作用下，缓慢上升至房间上部区域，由排风装置20送出室外，承担房间潜热负荷、湿负荷与污染物负荷。
所述热泵机组联合供冷模式，在夏季供冷工况下，浅层地下咸水循环回路中第一电磁阀3与第二电磁阀5均打开，地下咸水在变频潜水泵2作用下由抽水井1提取后分成二路，一路进入板式换热器4与冷冻水换热，为冷冻水预冷后流出板式换热器4，另一路进入水源热泵机组6冷却制冷剂，地下咸水吸收热量后流出热泵机组6与第一路汇合通过加压泵7返回回灌井8；热泵机组及换热器用户侧循环回路中，开启第三电磁阀11、第五电磁阀13，关闭第四电磁阀12、第六电磁阀14，由集水器9流出的冷冻水在循环水泵10作用下，首先通过第三电磁阀11进入板式换热器4与地下咸水换热，预冷降温后的冷冻水流出板式换热4，通过第五电磁阀13进入热泵机组6与制冷剂换热，冷冻水温度进一步降低后流出热泵机组6，进入电动三通阀15，通过电动三通阀15的冷冻水分为二路，一路进入表冷器16，在表冷器16中冷冻水对已被置换通风回风预冷的新风进行降温、除湿，换热后的冷冻水与通过电动三通阀15的另一路混合后进入分水器24；空调末端装置循环回路中，冷冻水由分水器24通过第七电磁阀25、第八电磁阀26分别进入顶板盘管18与地板盘管19进行辐射供冷，承担空调房间内的全部显热负荷，换热升温后的冷冻水通过集水器9再次循环冷却；室外新风则首先通过气-气换热器22与空调房间排气换热预冷，经过初步降温的新风进入表冷器16后除湿、降温，最后采用置换通风的形式以低流速状态从空调房间底部送入，在房间内热源热浮升力作用下，缓慢上升至房间上部区域，由排风装置20送出室外，承担房间潜热负荷、湿负荷与污染物负荷。在上述夏季供冷工况中，当空调房间热负荷与湿负荷超过某一范围，通过系统测温装置判断冷冻水回水温度与地下咸水温差低于2℃时，地下咸水无法起到预冷冷冻水的作用，则关闭第一电磁阀3、第三电磁阀11、第六电磁阀14，单独使用水源热泵机组制冷。
所述热泵机组单一供热模式，在冬季供热工况下，浅层地下咸水循环回路中开启第二电磁阀5，关闭第一电磁阀3，地下咸水在变频潜水泵2作用下由抽水井1提取通过第二电磁阀5进入水源热泵机组6与制冷剂换热，地下咸水放出热量后流出热泵机组6，通过加压泵7返回回灌井8；热泵机组及换热器用户侧循环回路中，开启第四电磁阀12、第五电磁阀13，关闭第三电磁阀11、第六电磁阀14，由集水器9流出的供暖热水在循环水泵10作用下，首先通过第四电磁阀12、第五电磁阀13进入热泵机组6与制冷剂换热，温度升高后的供暖热水流出水源热泵机组6，进入电动三通阀15，通过电动三通阀15的供暖热水分为二路，一路进入表冷器16，在表冷器16中供暖热水对已被置换通风回风预热的新风进行加热，换热后的供暖热水与通过三通阀15的另一路混合后进入分水器；空调末端装置循环回路中，供暖热水由分水器24通过第七电磁阀25、第八电磁阀26分别进入顶板盘管18与地板盘管19进行辐射供暖，承担空调房间内的大部分冷负荷，换热降温后的供暖热水通过集水器9再次循环加热；室外新风则首先通过气-气换热器22与空调房间排气换热预热，经过初步升温的新风进入表冷器16后加热，最后采用置换通风的形式以低流速状态从空调房间底部送入，由排风装置20送出室外，承担房间部分冷负荷与污染物负荷。
在冬季供热工况下，空调系统开启初期以及房间污染物负荷较高时，需要开启置换通风供暖循环回路，在有效除去室内污染物负荷的同时，起到快速提高房间温度的作用。在空调房间温度稳定后，可以根据实际情况关闭电动三通阀第一出口15a与新风送风机21，置换通风装置17停止工作，单独使用辐射盘管供热，在保证空调房间供暖要求的基础上，提高复合空调系统运行效率。