热能系统和操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热能系统和操作热能系统的方法。本发明特别应用在与建筑物(特别是家庭住宅楼或者工业或商业建筑)连接或组合的系统中。本发明在诸如集中制冷和供暖系统以及工业冷藏和/或程序加热等领域也具有广泛应用。
【背景技术】
[0002]许多建筑物具有通过建筑物内的系统产生供暖和/或制冷的需求。例如，供暖、通风和空调(HVAC)系统有时需要增加热量的供应，或者有时候需要制冷，或者两者都需要，即同时供暖和制冷。一些建筑物(例如超市)采用大规模工业冷藏系统，其具有需要恒定冷源的冷凝器，以放出热量。许多这种系统都需要恒定的测温控制以保证有效的运行。无效的运行可能会导致巨大的额外运行成本，尤其对于增大的能源成本。
[0003]使用地源热泵系统将热能传递到具有供暖需求的建筑物是已知的。然而，当建筑物具有制冷需求、或具有可选择的供暖需求、或同时具有制冷需求和供暖需求时，通常需要另外的运行系统来实现制冷需求，例如，额外的制冷机或使热泵系统(例如，具有蒸汽压缩循环)在逆流操作下运行的系统。这种额外的运行系统增大了地源热泵系统的成本和复杂性。
[0004]建筑物中供暖和制冷系统的效率有时可能相当低，因为该系统不能有效地捕获通过使用该建筑物已获得的能量，例如来自人类活动、太阳能、照明和电气设备(如IT系统)的使用的能量。
【发明内容】
[0005]本领域中需要可以至少部分解决已知系统的这些问题的热能系统。
[0006]特别地，本领域中需要具有如下特征的热能系统:与已知系统相比其能够降低资金成本和复杂性，却仍然能够提供可以选择性地进行或同时进行的供暖和制冷循环的较高效率，相应地降低了全年向地源热泵系统的压缩泵输入的能量。
[0007]本发明的目的是满足这些需要。
[0008]本发明提供了一种适于与选择性地向建筑物提供供暖和/或制冷的建筑物能量系统连接的热能系统，所述热能系统包括:热泵系统，所述热泵系统具有与所述热能系统的供暖输出管线连接的工作流体用的输出管线；第一地热系统，在使用中工作流体在第一地热系统中循环；第一切换组件，第一切换组件将第一地热系统与所述热能系统的供暖输出管线和所述热泵系统的工作流体用的输入管线中的至少一个选择性地连接；第二地热系统，在使用中工作流体在第二地热系统中循环；和第二切换组件，第二切换组件将第二地热系统与所述热能系统的制冷输出管线和所述热泵系统的输入管线中的至少一个选择性地连接。
[0009]本发明也提供了一种与选择性地向建筑物提供供暖和/或制冷的建筑物能量系统连接的热能系统的操作方法，所述方法包括以下步骤:
[0010](a)提供热泵系统，所述热泵系统具有与所述热能系统的供暖输出管线连接以向所述建筑物提供供暖的工作流体用的输出管线；第一地热系统，工作流体在第一地热系统中循环；和第二地热系统，工作流体在第二地热系统中循环；
[0011](b)将第一地热系统与所述供暖输出管线和所述热泵系统的工作流体用的输入管线中的至少一个选择性地连接，或与所述热泵系统的输出管线连接；和
[0012](c)将第二地热系统与所述热泵系统的输入管线和所述热能系统的制冷输出管线中的至少一个选择性地连接以向所述建筑物提供制冷。
[0013]本发明还提供了一种热能系统，包括:热泵系统，所述热泵系统具有工作流体用的主输入侧和工作流体用的次输出侧；第一地热系统，在使用中工作流体在第一地热系统中循环；第二地热系统，在使用中工作流体在第二地热系统中循环；第一切换组件，第一切换组件将第一地热系统选择性地与所述主输入侧连接或与所述次输出侧连接；和第二切换组件，第二切换组件将第二地热系统选择性地与所述主输入侧连接，第一和第二切换组件选择性地切换以将第一和第二地热系统在所述主输入侧或在所述次输出侧互相连接。
[0014]本发明还提供了一种热能系统的操作方法，所述方法包括以下步骤:
[0015](a)提供热泵系统，所述热泵系统具有工作流体用的主输入侧和工作流体用的次输出侧；第一地热系统，工作流体在第一地热系统中循环；和第二地热系统，工作流体在第二地热系统中循环；
[0016](b)将第一地热系统选择性地与所述主输入侧连接或与所述次输出侧连接；和
[0017](c)将第二地热系统选择性地与所述主输入侧连接；
[0018]其中第一和第二地热系统在所述主输入侧或在所述次输出侧互相连接。
[0019]本发明在诸如集中制冷和供暖系统以及工业冷藏和/或程序加热需求等领域也具有广泛应用。
[0020]在从属权利要求中限定了优选的特征。
【附图说明】
[0021]下面参照附图仅通过举例的方式说明本发明的实施方案，其中:
[0022]图1是根据本发明实施方案的与建筑物连接的热能系统的示意图；
[0023]图2是图1的热能系统在第一操作模式下的示意图；
[0024]图3是图1的热能系统在第二操作模式下的示意图；
[0025]图4是图1的热能系统在第三操作模式下的示意图；
[0026]图5是图1的热能系统在第四操作模式下的示意图；和
[0027]图6是图1的热能系统在第五操作模式下的示意图。
【具体实施方式】
[0028]本发明的优选实施方案涉及到与具有通过建筑物内的系统产生供暖和/或制冷需求的任意建筑系统(例如供暖、通风和空调(HVAC)系统)接口的热能系统和/或冷藏系统，可能需要增加供暖和/或制冷的供应，或者减少热量的供应。这种系统中的很多系统需要非常小心、恒定的测温控制以保证有效运行。
[0029]参照图1，示意性示出了与建筑物4连接的热能系统2。建筑物4包括建筑系统6，该建筑系统选择性地需要(a)增加能量的供应以提供供暖、(b)减少能量的供应以提供制冷或(C)增加能量的供应以提供供暖和减少能量的供应以提供制冷以任意所需的比例的组合，该组合具有净增加、净减少或中性能量需求。
[0030]热能系统2包括热泵系统8，该热泵系统可以包括如图所示的一个热泵或多个热泵的组件。热泵系统8通常利用蒸汽压缩卡诺循环并包括连接在一起以限定工作流体围绕其循环的环路的主输入侧10、膨胀阀12、次输出侧14和压缩机16。热泵系统8可以使用各种不同的制冷剂，其本身是本领域已知的。制冷剂可以是通常用于商业制冷设备中的冷凝制冷剂或非冷凝制冷剂。
[0031]在输入侧10，接收热能并使该热能加热液体形式的工作流体，该工作流体然后在膨胀阀12中蒸发。所产生的蒸发的工作流体在输出侧14输出热能，然后通过压缩机16将所产生的蒸发的工作流体压缩以形成液体。在输入侧10的与电能形式的能量E结合以驱动压缩机16的热能输入I基本上包括在输出侧14的总热能输出O。在输出侧14的总热能输出可以向建筑系统6提供供暖。
[0032]输入侧10经由换热器18与输入管线20和输出管线22连接。如下文所述，输入管线20和输出管线22在一个或多个工作流体环路内与一个或多个热能源选择性地连接。
[0033]输出侧14经由换热器24与输入管线26和输出管线28连接。输入管线26和输出管线28在延伸到建筑物4中以向建筑系统6提供热能的热能工作流体环路30内连接。
[0034]第一埋管换热器系统32基本上位于地平面G的下面。第一埋管换热器系统32包括任意合适的埋管换热器，该任意合适的埋管换热器当作为热源在吸取模式下操作时能够从地下吸取热能，反之，当选择性地作为冷源在再次补充模式下操作时，能够将热能再次补充回地下。例如，如申请人较早的作为GB-A-2450754或GB-A-2450755公布的专利说明书中所公开的，第一埋管换热器系统32通常包括一个或多个同轴埋管换热器。然而，可以采用任意合适的埋管换热器结构或组件。
[0035]第一埋管换热器系统32包括抽取围绕包括第一埋管换热器系统32的环路的工作流体