CN204345836U - 高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，属于地源热泵技术领域。它解决了现有技术节能效果差且空气品质低技术问题。本高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统包括地源侧换热机构和连接在地源侧换热机构上的空调子系统，在空调子系统上连接有电极除湿新风机构，在地源侧换热机构上连接有第一热泵机组，在第一热泵机组上连接有能与空调子系统相连的高温蓄能机构，在地源侧换热机构上还连接有与第一热泵机组并联设置且与空调子系统相连的第二热泵机组。本实用新型优点在于：节能效果显著且空气品质好。

Description

高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统

技术领域

本实用新型属于地源热泵技术领域，尤其涉及一种高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统。

背景技术

冰蓄冷空调由于蓄的是冰，空调机组的能效比较低，且冰蓄冷空调初投资较高，相比于常规空调只起到的削峰填谷作用，只节省费用，不节能，相反要比常规空调的耗电量要大；其次，水蓄冷系统较冰蓄冷系统节能，但是相比于常规空调系统，并没用什么节能优势，不能响应国家绿色建筑的号召。上述的两种结构的空调系统其室内空气品质较差。

而产生上述的这些技术问题的原因在于：①这些空调系统使用的都是温湿度耦合控制，可以使用高温冷源处理的显热负荷也让低温冷源承担，造成机组的能效比较低；②由于温湿度耦合控制都是在牺牲湿度控制的情况下以满足室内的温度控制，造成室内控制品质差；③这两种空调系统较成熟的方案都是使用的冷却塔散热，相比于地源热泵机组冷凝温度较高，这也是影响系统性能的一大因素。

为了能保证室内的空气品质和提高了机组的能效比，达到节能的目的，从而实现削峰填谷从而调节政府供电能力，又能节约能源响应政府可持续发展的号召，例如，中国专利文献公开了一种融合水蓄冷、蓄热、热回收的温湿度独立控制空调系统,[申请号：200920131331.3]，空调系统包括冷机、热交换器、风柜,冷机输出接口通过水管连接至热交换器的冷水输入接口,热交换器 的冷水输出接口通过水管与风柜输入接口连接,风柜输出接口与热交换器的热水输入口连接,热交换器的热水输出接口通过水管与冷机的输入接口连接,风柜前端或后端连接有溶液调湿新风机组,或者风柜采用溶液调湿空气处理机组。该方案可将空调的耗电量节省现有技术中的40％以上。可错开用电高峰期,以减少电网的压力；另一方面采用“移峰填谷”法,利用低峰期电价低的优势,极大的节省了系统电费。同时,该方案还可使可使空气品质和舒适度大大提高。

上述的方案在一定程度上改进了现有技术的部分问题，但是，该方案还至少存在以下缺陷：节能效果不显著且空气品质还是较低，实用性差。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计更合理、节能效果显著且能提高空气品质的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统包括地源侧换热机构和连接在地源侧换热机构上的空调子系统，在空调子系统上连接有电极除湿新风机构，在地源侧换热机构上连接有第一热泵机组，在第一热泵机组上连接有能与空调子系统相连的高温蓄能机构，在地源侧换热机构上还连接有与第一热泵机组并联设置且与空调子系统相连的第二热泵机组。空调子系统包括若干空调终端。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的地源侧换热机构、第一热泵机组和高温蓄能机构之间通过第一循环换热机构相连，高温蓄能机构和空调子系统之间通过第二循环换热机构相连；所述的第二热泵机组通过第三循环换热机 构与地源侧换热机构相连，第二热泵机组和空调子系统之间通过第四循环换热机构相连；所述的地源侧换热机构和空调子系统之间通过第五循环换热机构相连。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的第一循环换热机构包括连接在地源侧换热机构和第一热泵机组之间的第一出水管，在第一热泵机组和高温蓄能机构之间连接有第一出水子管，在高温蓄能机构和地源侧换热机构之间连接有第一回水管，在高温蓄能机构内设有连接在第一出水子管和第一回水管上的第一换热器。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的第一出水管和第一回水管之间设有第二换热器，在第一出水管和第一回水管之间还设有生活热水加热机构。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的生活热水加热机构包括连接在第一出水管和第一回水管之间的第三换热器，在第三换热器上连接有能与热水蓄水罐相连的热水循环换热管。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的第二循环换热机构包括连接在高温蓄能机构和空调子系统之间的第二循环换热管；所述的第三循环换热机构包括连接在第二热泵机组和地源侧换热机构之间的第三出水管与第三回水管；所述的第四循环换热机构包括连接在第二热泵机组和空调子系统之间的第四循环换热管；所述的第五循环换热机构包括连接在地源侧换热机构和空调子系统之间的第五出水管与第五回水管。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的高温蓄能机构为消防水池。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的消防水池池壁和池底分别设有保温层。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的电极除湿新风机构为至少一个电极再生溶液除湿新风机。

在上述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统中，所述的地源侧换热机构包括地源侧集水器和地源侧分水器，在地源侧集水器和地源侧分水器之间设有若干两端分别与地源侧集水器和地源侧分水器相连的地埋管。

与现有的技术相比，本高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统的优点在于：1、设计更合理，通过温湿度独立控制系统，通过溶液除湿承担室内的湿负荷，通过晚上蓄能作用的高温冷水承担室内的显热负荷，既能提供良好的室内空气品质，且提高了机组的能效比，达到节能的目的；2、通过使用可再生能源——地源，夏季提供较好的机组冷却效果，冬季提供较高品位的热源，不仅实现冬夏季两用，且能进一步提高机组的能效比，达到节能的目的；3、回收机组的部分或全部冷凝热用于提供部分生活用水，更进一步实现节能的目的；4、使用电极除湿，更突出此系统的节能效果；5、实用性强。

附图说明

图1是本实用新型提供的系统结构示意图。

图中，地源侧换热机构1、地源侧集水器11、地源侧分水器12、地埋管13、空调子系统2、电极除湿新风机构3、高温蓄能机构4、第一循环换热机构5、第一出水管51、第一出水子管52、第一回水管53、第一换热器54、第二换热器55、生活热水加热机构56、第三换热器56a、热水循环换热管56b、第二循环换热机构6、第二循环换热管61、第三循环换热机构7、第三出水管71、第三回水管72、第四循环换热机构8、第四循环换热管81、第五循环换热机构9、第五出水管91、第五回水管92、第一热泵 机组a、第二热泵机组b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统包括地源侧换热机构1和连接在地源侧换热机构1上的空调子系统2，地源侧换热机构1包括地源侧集水器11和地源侧分水器12，在地源侧集水器11和地源侧分水器12之间设有若干两端分别与地源侧集水器11和地源侧分水器12相连的地埋管13；空调子系统2包括若干空调终端。

空调子系统2上连接有电极除湿新风机构3，该电极除湿新风机构3为至少一个电极再生溶液除湿新风机，电极再生溶液除湿新风机承担湿负荷，在地源侧换热机构1上连接有第一热泵机组a，在第一热泵机组a上连接有能与空调子系统2相连的高温蓄能机构4,本实施例的高温蓄能机构4为消防水池，为了防止热量散失，在消防水池池壁和池底分别设有保温层。

其次，在地源侧换热机构1上还连接有与第一热泵机组a并联设置且与空调子系统2相连的第二热泵机组b。第二热泵机组b为基载高温地源热泵机组。

具体地，本实施例的详细方案如下：在地源侧换热机构1、第一热泵机组a和高温蓄能机构4之间通过第一循环换热机构5相连，优化方案，本实施例的第一循环换热机构5包括连接在地源侧换热机构1和第一热泵机组a之间的第一出水管51，在第一热泵机组a和高温蓄能机构4之间连接有第一出水子管52，在高温蓄能机构4和地源侧换热机构1之间连接有第一回水管53，在高温蓄能机构4内设有连接在第一出水子管52和第一回水管53 上的第一换热器54。在第一出水管51上设有阀门V11，在第一回水管53上设有阀门V10和动力水泵D2。

第一出水管51和第一回水管53之间设有第二换热器55，在第一出水管51和第一回水管53之间还设有生活热水加热机构56。这里的生活热水加热机构56包括连接在第一出水管51和第一回水管53之间的第三换热器56a，在第三换热器56a上连接有能与热水蓄水罐相连的热水循环换热管56b。第三换热器56a可以回收第一热泵机组a的热能，从而提供部分生活热水。第三换热器56a通过第一连接子管与第一出水管51相连，在第一连接子管上设有阀门V5，第三换热器56a通过第二连接子管与第一回水管53相连，在第二连接子管上连接有阀门V4。

高温蓄能机构4和空调子系统2之间通过第二循环换热机构6相连；第二循环换热机构6包括连接在高温蓄能机构4和空调子系统2之间的第二循环换热管61；在第二循环换热管61上设有动力水泵D1。第二热泵机组b通过第三循环换热机构7与地源侧换热机构1相连，第三循环换热机构7包括设置在第二热泵机组b和地源侧换热机构1之间的第三出水管71与第三回水管72；在第三出水管71上设有动力水泵D3和阀门V1，在第三回水管72上设有阀门V2。

第二热泵机组b和空调子系统2之间通过第四循环换热机构8相连；第四循环换热机构8包括连接在第二热泵机组b和空调子系统2之间的第四循环换热管81，第四循环换热管81连接在第二循环换热管61上；在第四循环换热管81的出水侧上设有阀门V8，在第四循环换热管81的回水侧上设有阀门V9。

地源侧换热机构1和空调子系统2之间通过第五循环换热机构9相连。第五循环换热机构9包括连接在地源侧换热机构1和空调子系统2之间的第五出水管91与第五回水管92，第五出水 管91与第五回水管92分别连接在第二循环换热管61的出水侧和回水侧上。在第五出水管91上设有阀门V6，在第五回水管92上设有阀门V7。

本实施例的工作原理如下：

一、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区；

1.夏季工况； 

1.1夜晚蓄冷工况；

(1)当使用于间歇供冷建筑(如办公楼) ；

第一热泵机组a开启，第二热泵机组b关闭，动力水泵D2开启，动力水泵D1、D3关闭，阀门V8、V9、V1、V2、V6、V7、V12、V13关闭，V4、V5、V10、V11开启，通过第一换热器54在消防水池蓄17℃左右的高温冷水，冷凝热一部分通过第二换热器55进入土壤散失，另一部分通过第三换热器56a接生活蓄热水箱提供生活热水，既节约了能量，又可以实现土壤的热平衡；

(2)当使用建筑是连续供冷建筑；

第一热泵机组a开启，第二热泵机组b开启，动力水泵D1、D2、D3全部开启，阀门V1、V2、V8、V9、V4、V5、V10、V11开启，阀门V6、V7、V12、V13关闭，第二热泵机组b提供夜间所需要的冷量，通过顶板辐射实现和溶液除湿新风机组的开启实现室内的热舒适要求。第一热泵机组a实现高温水蓄冷和生活热水制备。

1.2白天供冷工况；

当蓄冷量满足白天的冷负荷需求时，第一热泵机组a关闭，第二热泵机组b关闭，动力水泵D1开启，动力水泵D2、D3关闭，阀门V1、V2、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11关闭，V12、V13开启。通过动力水泵D1循环消防水池的高温冷水，实现释冷过程以承担室内显热负荷，新风机组承担室内新风负荷，实现温 湿度独立控制，满足室内的热舒适要求。

当蓄冷量不能满足白天的冷敷和需求时，第一热泵机组a开启，第二热泵机组b开启，动力水泵D1、D3开启，D2关闭；阀门V1、V2、V8、V9、V12、V13开启，V4、V5、V6、V7、V10、V11关闭；通过蓄冷水和空调第二热泵机组b共同承担室内的热湿负荷，其次，本申请中的动力水泵都是变频的，当第二热泵机组b白天供冷时，由于不需要释放太多的热量，可以通过减少地缘侧分集水器上面的管道流通数量调节地埋侧参与放热的数量。

2.过渡期工况； 

由于过渡期室内对冷量的需求较少，我们可以不使用机组来实现室内温湿度的控制，即不论白天和晚上，第一热泵机组a和第二热泵机组b都是关闭的，动力水泵D1开启，D2、D3关闭，阀门除了V6、V7开启，其他阀门都是关闭的。我们通过地埋侧换取的高温冷水直接用来承担室内的显热负荷，通过新风机组承担室内的湿负荷，实现室内热舒适要求，达到运行节能的目的。当然如果室外温湿度适宜，可以不开任何设备，通过开窗等自然通风措施来实现室内的热舒适性。

3.冬季工况； 

3.1夜间蓄热工况；

第二热泵机组b的四通换向阀换向，第一热泵机组a通过四通换向阀或者管道切换系统实现冬夏季切换。

(1)间歇供热情况下；

第一热泵机组a开启，第二热泵机组b关闭，动力水泵D2开启，动力水泵D1、D3关闭，阀门V8、V9、V1、V2、V6、V7、V12、V13、V4、V5关闭，V10、V11开启，通过机组第二换热器55从土壤中吸取热量然后通过第一换热器54在消防水池蓄40℃左右的热水。

(2)连续供热情况下；

第一热泵机组a开启，第二热泵机组b开启，动力水泵D1、D2、D3全部开启，阀门V1、V2、V8、V9、V10、V11开启，阀门V4、V5、V6、V7、V12、V13关闭，第二热泵机组b提供夜间所需要的热量，通过顶板辐射实现和新风机组加湿(冬季盐溶液换为水)实现室内的热舒适要求。第一热泵机组a实现40℃的蓄热。

3.2白天的释热工况；

当蓄冷量满足白天的热量需求时，第一热泵机组a关闭，第二热泵机组b关闭，动力水泵D1开启，动力水泵D2、D3关闭，阀门V1、V2、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11关闭，V12、V13开启。通过动力水泵D1循环消防水池的40℃左右的热水，实现释热过程以承担室内负荷，新风机组对新风进行加湿处理，实现温湿度独立控制，满足室内的热舒适要求。

当蓄冷量不能满足白天的冷敷和需求时，第一热泵机组a开启，第二热泵机组b开启，动力水泵D1、D3开启，D2关闭；阀门V1、V2、V8、V9、V12、V13开启，V4、V5、V6、V7、V10、V11关闭；通过蓄热水和空调第二热泵机组b共同承担室内的热负荷，当第二热泵机组b白天供热时，由于不需要释放从地源侧吸取太多的热量，可以通过减少地源侧分集水器上面的管道流通数量调节地埋侧参与热交换管道的数量。

二、寒冷地区；

相比于夏热冬冷地区，寒冷地区的供热期要长于供冷期，因此如果此系统使用在寒冷地区，为了实现土壤的热平衡冬季需要锅炉或者太阳能辅助供热，不能有第三换热器56a这一部分，其他的工况和夏热冬冷地区类似，在此就不在叙述了。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体 实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了地源侧换热机构1、地源侧集水器11、地源侧分水器12、地埋管13、空调子系统2、电极除湿新风机构3、高温蓄能机构4、第一循环换热机构5、第一出水管51、第一出水子管52、第一回水管53、第一换热器54、第二换热器55、生活热水加热机构56、第三换热器56a、热水循环换热管56b、第二循环换热机构6、第二循环换热管61、第三循环换热机构7、第三出水管71、第三回水管72、第四循环换热机构8、第四循环换热管81、第五循环换热机构9、第五出水管91、第五回水管92、第一热泵机组a、第二热泵机组b等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，包括地源侧换热机构(1)和连接在地源侧换热机构(1)上的空调子系统(2)，其特征在于，所述的空调子系统(2)上连接有电极除湿新风机构(3)，在地源侧换热机构(1)上连接有第一热泵机组(a)，在第一热泵机组(a)上连接有能与空调子系统(2)相连的高温蓄能机构(4)，在地源侧换热机构(1)上还连接有与第一热泵机组(a)并联设置且与空调子系统(2)相连的第二热泵机组(b)。

2.根据权利要求1所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的地源侧换热机构(1)、第一热泵机组(a)和高温蓄能机构(4)之间通过第一循环换热机构(5)相连，高温蓄能机构(4)和空调子系统(2)之间通过第二循环换热机构(6)相连；所述的第二热泵机组(b)通过第三循环换热机构(7)与地源侧换热机构(1)相连，第二热泵机组(b)和空调子系统(2)之间通过第四循环换热机构(8)相连；所述的地源侧换热机构(1)和空调子系统(2)之间通过第五循环换热机构(9)相连。

3.根据权利要求2所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的第一循环换热机构(5)包括连接在地源侧换热机构(1)和第一热泵机组(a)之间的第一出水管(51)，在第一热泵机组(a)和高温蓄能机构(4)之间连接有第一出水子管(52)，在高温蓄能机构(4)和地源侧换热机构(1)之间连接有第一回水管(53)，在高温蓄能机构(4)内设有连接在第一出水子管(52)和第一回水管(53)上的第一换热器(54)。

4.根据权利要求3所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的第一出水管(51)和第一回水管(53)之间设有第二换热器(55)，在第一出水管(51)和第一回水管(53)之间还设有生活热水加热机构(56)。

5.根据权利要求4所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的生活热水加热机构(56)包括连接在第一出水管(51)和第一回水管(53)之间的第三换热器(56a)，在第三换热器(56a)上连接有能与热水蓄水罐相连的热水循环换热管(56b)。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的第二循环换热机构(6)包括连接在高温蓄能机构(4)和空调子系统(2)之间的第二循环换热管(61)；所述的第三循环换热机构(7)包括连接在第二热泵机组(b)和地源侧换热机构(1)之间的第三出水管(71)与第三回水管(72)；所述的第四循环换热机构(8)包括连接在第二热泵机组(b)和空调子系统(2)之间的第四循环换热管(81)；所述的第五循环换热机构(9)包括连接在地源侧换热机构(1)和空调子系统(2)之间的第五出水管(91)与第五回水管(92)。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的高温蓄能机构(4)为消防水池。

8.根据权利要求7所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的消防水池池壁和池底分别设有保温层。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的电极除湿新风机构(3)为至少一个电极再生溶液除湿新风机。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的高温蓄水温湿度独立控制的地源热泵空调系统，其特征在于，所述的地源侧换热机构(1)包括地源侧集水器(11)和地源侧分水器(12)，在地源侧集水器(11)和地源侧分水器(12)之间设有若干两端分别与地源侧集水器(11)和地源侧分水器(12)相连的地埋管(13)。