一种热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能系统及方法与流程

本发明涉及暖通的，尤其是指一种热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能系统及方法。

背景技术：

1、对于公用建筑、民用建筑等，传统用能形式有冷水机组加燃气锅炉、空气源热泵、地源热泵、溴化锂机组，其中对于冷水机组加锅炉的方案，在冬季时冷水机组闲置，锅炉燃烧油或天然气一次能源利用效率不高、运行经济性较低等不足；空气源热泵夏季制冷效率远小于水冷冷水机组，冬季制热存在室外翅片管换热器不可避免的结霜问题及由此导致的供热量及热舒适性下降等弊端；溴化锂机组能效比低、经济性差，受驱动热源(天然气、蒸汽、烟气、高温热水)的条件限制；地源热泵技术是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，因地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40％，因此要节能和节省运行费用40％左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。故地源热泵目前被广泛应用于建筑的供暖、供冷系统中。

2、但是，由于建筑夏季冷负荷与冬季热负荷并不平衡，现有地源热泵运行一段时间后，冷热失衡问题越发严重，最终地源热泵机组无法正常运行。故需要引入另一种系统平衡冬季热负荷与夏季冷负荷，目前，采用方式最多的是冷却塔耦合地源热泵系统、太阳能耦合地源热泵系统和空气源热泵耦合地源热泵系统。其中冷却塔与太阳能只能增加冷量或者热量的供应，无法同时平衡两者，太阳能集热系统，仅有供热功能，与地源热泵耦合时，若系统冷负荷大于热负荷，此方案无法平衡土壤热平衡且太阳能集热系统受天气影响较大，而空气源热泵在夏季运行效率低，冬季结霜影响运行效果。这些方案均无法维持土壤冷热平衡，且能效低，运行成本高。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中冷水机组加燃气锅炉、空气源热泵与溴化锂机组供能过程中存在缺陷，地源热泵运行一段时间后，冷热失衡问题越发严重，最终地源热泵机组无法正常运行，且地源热泵系统分别与冷却塔耦合、太阳能耦合和空气源热泵耦合，这些方案均无法维持土壤冷热平衡，且能效低，运行成本高的缺陷。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能系统，包括热源塔热泵环路、地源热泵环路、蓄能环路和载能环路；

3、所述热源塔热泵环路包括第一热源塔热泵主机、第二热源塔热泵主机、第一热源塔和第二热源塔，第一热源塔与第二热源塔相连，所述第一热源塔热泵主机和所述第二热源塔热泵主机均连接有冷热变换阀组，所述第一热源塔热泵主机一侧与第一热源塔相连形成回路，另一侧通过控制组件分别连接所述蓄能环路和第一热交换元件，第一热交换元件连接用于传输用户端能量的载能环路，所述第二热源塔热泵主机一侧与第二热源塔相连形成回路，另一侧通过载能环路与用户端相连；

4、所述地源热泵环路包括地源热泵主机、地埋管组件、分水器、集水器，所述地源热泵主机一侧依次连接分水器、地埋管组件和集水器形成回路，另一侧通过载能环路与用户端相连，所述地源热泵主机连接有冷热变换阀组；

5、所述蓄能环路包括第二热交换元件和水蓄能元件，所述水蓄能元件一端与所述热源塔热泵主机相连，另一端与所述第二热交换元件相连，所述第二热交换元件通过载能环路与用户端相连。

6、在本发明的一个实施例中，所述控制组件包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，所述第一热交换元件的输入端连接所述第二控制阀，所述第一热交换元件的输出端连接所述第三控制阀，所述水蓄能元件的输入端安装所述第一控制阀，所述水蓄能元件输出端安装所述第四控制阀。

7、在本发明的一个实施例中，当关闭第二控制阀和第三控制阀，开启第一控制阀和第四控制阀时，第一热源塔热泵主机与所述蓄能环路连接形成回路；

8、当关闭第一控制阀和第四控制阀，开启第二控制阀和第三控制阀时，第一热源塔热泵主机与所述第二热交换组件相连接。

9、在本发明的一个实施例中，所述地埋管组件设置在土壤内，所述土壤内设置有多个安装孔，所述地埋管组件包括多组设置在安装孔内的双u型埋管，所述双u型埋管包括呈u型的弯头和波纹状的换热管，所述弯头的端部均设置所述换热管，所述换热管和安装孔的孔壁之间填设有填料。

10、在本发明的一个实施例中，所述填料材料的导热系数大于等于所述土壤的导热系数。

11、在本发明的一个实施例中，所述热源塔热泵环路还包括溶液再生组件，所述溶液再生组件分别与第一热源塔和第二热源塔连接。

12、在本发明的一个实施例中，所述第一热源塔热泵主机和第二热源塔热泵主机均连接有胶球清洗组件，所述第一热源塔热泵主机通过第一水泵连接所述第一热源塔，第二热源塔热泵主机通过第二水泵连接所述第二热源塔，所述第一热交换元件通过第四水泵连接用户端。

13、在本发明的一个实施例中，所述地源热泵主机连接有地源热泵定压补水装置和胶球清洗组件，所述地源热泵主机通过第三水泵连接所述分水器。

14、一种热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能方法，采用如上述实施例中任一项所述的热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能系统进行供能蓄能，运行工况包括蓄能工况、第一运行工况、第二运行工况、第三运行工况和第四运行工况；

15、在蓄能工况时，控制控制模块和冷热变换阀组，使得第一热源塔热泵主机与蓄能环路连接形成回路进行蓄能，待水蓄能元件中水温达到设定温度时，第一热源塔热泵主机停止作业；

16、在第一运行工况时，水蓄能元件中的水进入第二热交换元件，并与载能环路中的水交换能量，再回到水蓄能元件中进入下一循环，用户端的回水经过第二热交换元件，吸收水蓄能元件中的冷量/热量后，进入用户端；

17、在第二运行工况时，控制冷热变换阀组，水蓄能元件中的水进入第二热交换元件，并与载能环路中的水交换能量，再回到水蓄能元件中进入下一循环，用户端的回水经过第二热交换元件，吸收水蓄能元件中的冷量/热量后，进入用户端；地源热泵主机一侧通过载能环路进入用户端，另一侧经分水器进入地埋管组件，释放热量/吸收热量后，进入集水器，并重新回到地源热泵主机一侧进行下一循环；

18、在第三运行工况时，控制冷热变换阀组，水蓄能元件中的水进入第二热交换元件，并与载能环路中的水交换能量，再回到水蓄能元件中进入下一循环，用户端的回水经过第二热交换元件，吸收水蓄能元件中的冷量/热量后，进入用户端；地源热泵主机一侧通过载能环路进入用户端，另一侧经分水器进入地埋管组件，释放热量/吸收热量后，进入集水器，并重新回到地源热泵主机一侧进行下一循环；第二热源塔热泵主机一侧通过载能环路进入用户端，另一侧进入第一热源塔和第二热源塔，与环境换热后再重新进入第二热源塔热泵主机的另一侧进行下一循环；

19、在第四运行工况时，控制控制组件和冷热变换阀组，水蓄能元件中的水进入第二热交换元件，并与载能环路中的水交换能量，再回到水蓄能元件中进入下一循环，用户端的回水经过第二热交换元件，吸收水蓄能元件中的冷量/热量后，进入用户端；地源热泵主机一侧通过载能环路进入用户端，另一侧经分水器进入地埋管组件，释放热量/吸收热量后，进入集水器，并重新回到地源热泵主机一侧进行下一循环；第二热源塔热泵主机一侧通过载能环路进入用户端，另一侧进入第一热源塔和第二热源塔，与环境换热后再重新进入第二热源塔热泵主机的另一侧进行下一循环；控制控制组件，第一热源塔热泵主机一侧进入第一热交换元件换热后回到第一热源塔热泵主机一侧进行下一循环，用户端回水进入第一热交换元件，释放热量/吸收热量至设定温度后，重新回到用户端，第一热源塔热泵主机另一侧进入第一热源塔和第二热源塔，与环境换热后再重新进入第一热源塔热泵主机的另一侧进行下一循环。

20、在本发明的一个实施例中，所述蓄能工况为夜间谷段运行，所述第一运行工况为用户端使用负荷小于等于系统总负荷的第一设定值运行，所述第二运行工况为用户端使用负荷大于系统总负荷的第一设定值且小于等于系统总负荷的第二设定值运行，所述第三运行工况为用户端使用负荷大于系统总负荷的第二设定值且小于等于系统总负荷的第三设定值运行，所述第四运行工况为用户端使用负荷大于系统总负荷的第三设定值运行。

21、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

22、本发明所述的热源塔热泵与地源热泵耦合的供能蓄能系统及方法，通过蓄能环路、热源塔热泵环路和地源热泵环路多种形式耦合运行，提供了该系统稳定性和能源利用效率，蓄能环路的使用一方面对系统供能进行削峰，减少系统装机量，降低项目总投资，另一方面利用夜间低谷电，减少运行成本，在用户使用情况为第一运行工况时，仅运行蓄能环路和第二热交换元件即可对应用户端实现供能，该运行工况中使用的是夜间蓄能的能量，无需长时间使用地源热泵环路进行供能。在用户使用情况为第二运行工况时，运行的是蓄能环路和第二热交换元件、地源热泵环路，在用户使用情况为第三运行工况时，运行的是蓄能环路和第二热交换元件、地源热泵环路、第二热源塔热泵主机及相关元件，三者共同对用户端进行供能，在用户使用情况为第四运行工况时，运行的是蓄能环路和第二热交换元件、地源热泵环路、第二热源塔热泵主机及相关元件、第一热源塔热泵主机及相关元件，共同对用户端进行供能。该系统采用地源热泵和热源塔热泵用能形式耦合，并通过控制组件连接蓄能环路，多种形式对用户端供能，避免长时间使用地源热泵导致冷热失衡，且无论是在夏季还是在冬季，均为高效能，冬季无结霜的问题，不受天气条件的影响，可以稳定输出热量，蓄能环路的使用可减少系统装机量、利用夜间低谷电，同时减少运行成本。