一种严寒地区地源热泵系统高效间歇补热多能互补系统的制作方法

本发明属于严寒地区浅层地源热泵系统间歇补热多能互补系统供热制冷领域，涉及一种严寒地区地源热泵系统高效间歇补热的多能互补系统。

背景技术：

1、21世纪以来，我国建筑业持续发展，现今建筑一般为综合性建筑，所具有的功能也是全方面的，如办公、购物、住宿、餐饮、玩乐等，所需要的耗能主要是电能和冷热能。随着人民生活水平的提髙，人们对建筑的要求也越来越髙，从过去的冬季供暖变为现在的冬暖夏凉。目前，建筑领域能耗一直高居不下，然而由于能源资源的日渐歴乏，人们开始着手于降低功能系统的能耗，同时尽量降低由于冬季采暖所造成的大气污染。因此，需寻找一种可持续的清洁热源作为建筑供暖、制冷的能源，必定可为我国节能减排事业提供有力支持。可再生能源是实现低碳发展的关键，可再生能源是指其原材料可以在短期内再生的能源，其不存在耗竭的可能，如风能、水能、地热能、空气能、太阳能、潮汐能、生物能、氢能等。而其中的地热能相比其他可再生能源，其分布广泛、储量丰富、受外界环境影响小，具有独特的优越性。因此地热能开发利用现已成为清洁能源开发利用的新方向。

2、在地热能的开发利用过程中，在北方严寒及寒冷地区，采暖季时间较长且气温较低，供热需求大；而夏季由于气候凉爽，供冷需求低，存在冷热负荷不平衡问题，所以需要辅助系统对土壤进行辅助补热，以维持土壤的温度平衡。在目前，大部分的技术利用太阳能进行补热，但是由于太阳能受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，使太阳能难以成为成为连续、稳定的能源。而且由于太阳能热流密度值低，在实际项目实施中，需要占用大量的土地面积及大面积的集热器才能满足补热的要求，导致成本极高。因此，需要一种能源稳定，成本低的清洁能源用于补热。

3、在北方地区冬季供热夏季供冷，采用单一的清洁能源，或能源初投资成本低，后期供暖制冷运行成本高；或能源初投资成本高，后期供暖制冷运行成本低，而且无论哪种单一的清洁能源供热，一旦单一能源出现问题，会造成供热及制冷系统瘫痪。因此，急需寻找一种投资适中、综合能效高、运行成本低、使用寿命长多能互补供热及制冷系统。

4、在多能互补供热及制冷系统中，整个系统的动力由系统配备的循环水泵泵组提供，而系统循环水泵泵组一般为3台及以上泵组成。在供热季及制冷运行中，3台泵并联运行，会出现流量上升而扬程下降的工况。使并联后的单台泵不在泵的最优工况下运行而水泵为了克服供热及制冷系统的阻力，确保供热及制冷末端用户的效果，采取提高泵的转速，进而提高泵的扬程，会导致水泵功率增大，进而增加了系统的能耗，使运行成本的增加。因此，急需寻找一种方式在保证供热及制冷系统运行工况的情况下，降低水泵能耗的方式。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种严寒地区地源热泵系统高效间歇补热多能互补系统，以解决现有冷热负荷不平衡、运行成本高等问题，达到使供热及制冷系统投资适中、综合能效高、运行成本低、使用寿命长、多能互补等目的。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种严寒地区地源热泵系统高效间歇补热多能互补系统，包括空气源热泵系统j1、地源热泵系统j2、相变蓄热系统泵组j3、板式换热器j4、相变蓄热单元j5、地源热泵系统泵组j6、热泵机组j7、二次侧供暖制冷循环系统泵组j8、蓄热电锅炉j9；

4、所述空气源热泵系统j1连有供水管道和回水管道；

5、所述地源热泵系统j2与热泵机组j7之间通过相互并联的蒸发侧供水管道和蒸发侧回水管道连通，热泵机组j7另一侧连有相互并联的冷凝侧供水管道和冷凝侧回水管道；所述地源热泵系统泵组j6设在蒸发侧回水管道上；

6、所述蓄热电锅炉j9与板式换热器j4之间通过相互并联的板式换热器一次侧供水管道和板式换热器一次侧回水管道连通，板式换热器j4另一侧连有相互并联的板式换热器二次侧供水管道和板式换热器二次侧回水管道；所述相变蓄热单元j5两端通过出水管道和进水管道并连在板式换热器一次侧回水管道上；所述相变蓄热系统泵组j3设在板式换热器一次侧回水管道上且位于进水管道和板式换热器j4之间；在板式换热器一次侧供水管道和板式换热器一次侧回水管道之间连有蓄热电锅炉旁通管道且位于蓄热电锅炉j9和出水管道之间；

7、所述供水管道、冷凝侧供水管道和板式换热器二次侧供水管道相互并联且均连通供热及制冷总供水管道；所述回水管道、冷凝侧回水管道和板式换热器二次侧回水管道相互并联且均连通供热及制冷总回水管道；所述二次侧供暖制冷循环系统泵组j8设在供热及制冷总回水管道上；上述各管道上均设有控制阀门。

8、本发明还包括如下技术特征：

9、具体的，所述供水管道和回水管道上分别设有供水控制阀v1和回水控制阀门v2。

10、具体的，所述供水管道和蒸发侧回水管道之间连有补热供水管道，且补热供水管道与蒸发侧回水管道的连通处位于地源热泵系统泵组j6和热泵机组j7之间；回水管道和蒸发侧供水管道之间连有补热回水管道。

11、具体的，所述补热回水管道和补热供水管道上分别设有补热回水控制阀门v3和补热供水控制阀门v4；

12、所述蒸发侧供水管道和蒸发侧回水管道上分别设有蒸发侧供水控制阀门v5和蒸发侧回水控制阀门v6，且蒸发侧供水控制阀门v5位于补热回水管道和热泵机组j7之间，蒸发侧回水控制阀门v6位于补热供水管道和热泵机组j7之间；

13、所述冷凝侧供水管道和冷凝侧回水管道上分别设有冷凝侧供水控制阀门v7和冷凝侧回水控制阀门v8。

14、具体的，所述板式换热器一次侧供水管道和板式换热器一次侧回水管道上分别设有板式换热器一次侧供水管道控制阀门v14和板式换热器一次侧回水管道控制阀门v15；且两个阀门均位于蓄热电锅炉j9和蓄热电锅炉旁通管道之间；所述蓄热电锅炉旁通管道上设有蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16。

15、具体的，所述板式换热器一次侧回水管道上设有旁通相变蓄热单元控制阀门v12且该阀门位于出水管道和进水管道之间；所述出水管道和进水管道上分别设有出水管控制阀门v11和进水管控制阀门v13。

16、具体的，所述板式换热器二次侧供水管道和板式换热器二次侧回水管道上分别设有板式换热器二次侧供水管道控制阀门v17和板式换热器二次侧回水管道控制阀门v18。

17、具体的，所述供热及制冷总供水管道和供热及制冷总回水管道上分别设有供热及制冷总供水控制阀门v9和供热及制冷总回水控制阀门v10；供热及制冷总供水管道和供热及制冷总回水管道并联且均连接用户端，制冷总回水控制阀门v10位于二次侧供暖制冷循环系统泵组j8和用户端之间。

18、具体的，所述相变蓄热系统泵组j3、地源热泵系统泵组j6和二次侧供暖制冷循环系统泵组j8均包括三个并联的泵，三个泵的一端通过三个并联的支管接入缓冲导流罐j10，缓冲导流罐j10的出口连有泵组主管出水管道，三个泵的另一端通过另外三个并联的支管接入泵组主管进水管道；相变蓄热系统泵组j3、地源热泵系统泵组j6和二次侧供暖制冷循环系统泵组j8的流量、扬程和泵功率不同。

19、具体的，与所述缓冲导流罐j10相连的三个支管分别为支管i、支管ii和支管iii，其中，支管ii与泵组主管出水管道相对且同轴；支管i和支管iii位于支管ii两侧；

20、所述缓冲导流罐j10内设有导流片dl-1和导流片dl-2，导流片dl-1和导流片dl-2分别设在缓冲导流罐j10与支管i和支管iii的接口处。

21、一种严寒地区地源热泵系统高效间歇补热多能互补方法，该方法通过所述的严寒地区地源热泵系统高效间歇补热多能互补系统实现；该方法包括冬季供热模式、夏季供冷模式和过渡季土壤间歇补热模式的运行；

22、所述冬季供热模式的运行包括：在供热运行前所有阀门处于关闭状态，供热运行时，开启空气源热泵系统j1对应的供水控制阀v1和回水控制阀门v2；开启地源热泵系统j2对应的蒸发侧供水控制阀门v5、蒸发侧回水控制阀门v6、冷凝侧供水控制阀门v7和冷凝侧回水控制阀门v8；开启相变蓄热对应的出水管控制阀门v11、进水管控制阀门v13、蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16、板式换热器二次侧供水管道控制阀门v17和板式换热器二次侧回水管道控制阀门v18；开启供热及制冷总供水控制阀门v9和供热及制冷总回水控制阀门v10，开启相变蓄热系统泵组j3、地源热泵系统泵组j6、二次侧供暖制冷循环系统泵组j8循环供热，其余阀门全部关闭；

23、所述夏季供冷模式的运行包括：在供冷运行前所有阀门处于关闭状态，供冷运行时，开启空气源热泵系统j1对应的供水控制阀v1和回水控制阀门v2；开启地源热泵系统j2对应的蒸发侧供水控制阀门v5、蒸发侧回水控制阀门v6、冷凝侧供水控制阀门v7和冷凝侧回水控制阀门v8；开启供热及制冷总供水控制阀门v9和供热及制冷总回水控制阀门v10，开启地源热泵系统泵组j6和二次侧供暖制冷循环系统泵组j8循环供冷，其余阀门全部关闭；

24、所述过渡季土壤间歇补热模式的运行包括：在补热运行前所有阀门处于关闭状态，间歇补热运行时，利用空气源热泵系统j1进行间歇补热时，打开补热回水控制阀门v3和补热供水控制阀门v4，开启地源热泵系统泵组j6循环补热，其余阀门全部关闭。

25、具体的，所述冬季供热模式下，相变蓄热包括四种模式：

26、模式1：蓄热模式：每天电价谷价时，开启蓄热电锅炉j9进行蓄热，此时关闭旁通相变蓄热单元控制阀门v12、蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16，开启出水管控制阀门v11、进水管控制阀门v13、板式换热器一次侧供水管道控制阀门v14和板式换热器一次侧回水管道控制阀门v15；

27、模式2：锅炉直供模式：利用蓄热电锅炉j9直接供热，此时开启旁通相变蓄热单元控制阀门v12、板式换热器一次侧供水管道控制阀门v14和板式换热器一次侧回水管道控制阀门v15，关闭出水管控制阀门v11、进水管控制阀门v13、蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16；

28、模式3：相变蓄热单元j5放热供热模式：在每天电价峰价时，利用相变蓄热单元j5进行放热供热，此时开启出水管控制阀门v11、进水管控制阀门v13、蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16，关闭旁通相变蓄热单元控制阀门v12、板式换热器一次侧供水管道控制阀门v14和板式换热器一次侧回水管道控制阀门v15；

29、模式4：蓄热电锅炉j9与相变蓄热单元j5放热联供模式，在出现极端天气，室外温度低于设计室外计算温度时，开启蓄热电锅炉j9与相变蓄热单元j5同时供热，开启出水管控制阀门v11、进水管控制阀门v13、板式换热器一次侧供水管道控制阀门v14和板式换热器一次侧回水管道控制阀门v15，关闭关闭旁通相变蓄热单元控制阀门v12、蓄热电锅炉旁通管道控制阀门v16。

30、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

31、本发明在冬季供热模式的情况下，由地源热泵系统、空气源热泵系统、相变蓄热系统三种能源模式供热。地源热泵系统能效最高，最高可达到5.0以上；其次为空气源热泵系统，能够达到2.5以上；由于峰谷电价的存在，相变蓄热系统起到了电力的“移峰填谷”作用，使相变蓄热系统的从费用角度看能效达到3.0以上。在供热运行期间，根据室外温度情况，优先开启能效高的系统进行供热，进而降低多能互补系统在冬季供热时的运行成本(电费)。利用地源热泵系统承担项目冬季供热的基础热负荷，满足供热期间低于平均热负荷的运行时间的供热需求，使多能互补系统在大部分的时间都在高能效比的情况下运行。

32、本发明在夏季供冷模式的情况下由地源热泵系统、空气源热泵系统两种能源模式供冷。地源热泵系统夏季供冷能效最高，最高可达到5.5以上；空气源热泵系统，能够达到2.3以上；在供冷运行期间，根据室外温度情况，优先开启能效高的地源热泵系统进行供冷，进而降低多能互补系统在夏季供冷时的运行成本(电费)。

33、本发明的泵组采用的高效泵组，改变了管道内流体的汇流导致的流量减少及阻力增大的现象，降低了系统的阻力，进而降低泵的功率，减少了运行成本。

34、本发明提供了一种实现投资适中、综合能效高、运行成本低、使用寿命长、多能互补的供热及制冷系统。