本發(fā)明涉及地源熱泵空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。把地源熱泵系統(tǒng)通過地下?lián)Q熱設(shè)備與地表面換熱改為同時(shí)也與地上蓄水設(shè)備的蓄能換熱。地上設(shè)備蓄水在夜間或空余時(shí)間再與地源換熱，從而實(shí)現(xiàn)大幅減少地埋管及各種地下?lián)Q熱設(shè)備的投資，減少地下?lián)Q熱設(shè)備布置所需占用的室外面積，擴(kuò)大推廣地源熱泵這項(xiàng)可再生能源利用技術(shù)的可應(yīng)用范圍。

背景技術(shù)：

地源熱泵技術(shù)利用陸地淺層能源通過輸入少量的電能實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。消耗1kWh的電量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。

蓄冰、蓄水的蓄能技術(shù)是利用峰谷電價(jià)，在夜間用電谷時(shí)，用熱泵制冷( 熱)儲(chǔ)存起來，在白天峰時(shí)使用，進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。

地源熱泵和蓄水、蓄冰技術(shù)都是國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目，但是二者都受到了使用條件的限制。如一個(gè)20000㎡的樓房建筑采用地源熱泵一般需要100米深的地埋管井200口。打井費(fèi)用昂貴，占到總投資的一半以上。各地埋管間距4-5米，需要較大面積布置室外埋管空間，對(duì)于土地緊張的城市建筑往往排布不開。打井投資高和打井面積不允許是熱泵技術(shù)推廣的瓶頸，阻礙了該項(xiàng)國家重點(diǎn)推廣的綠色清潔能源技術(shù)的推廣。

水蓄冷和冰蓄冷技術(shù)的熱短路現(xiàn)象會(huì)降低蓄能效率，對(duì)蓄冷時(shí)間和儲(chǔ)罐最小容積的經(jīng)濟(jì)性都有要求。蓄水設(shè)備需要使用換熱器才能把蓄能用于空調(diào)系統(tǒng)也降低了效率。山東建筑大學(xué)碩士論文《地源熱泵與水蓄能復(fù)合系統(tǒng)的研究》對(duì)各類期刊雜志資料結(jié)論進(jìn)行了匯總供審查參考。如第8頁指出蓄能量超過7000kWh或容積大于760?采用水蓄能才經(jīng)濟(jì)合理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

常用地源熱泵系統(tǒng)熱（冷）量是用循環(huán)水與地下?lián)Q熱設(shè)備與地表換熱得到。本專利是將其改為一部分取自建在地上的蓄水池，一部分還是由地埋管與地表換熱的取水熱能共同完成地源熱泵白天空調(diào)吸（放）熱的需要。在夜間空調(diào)負(fù)荷小或者停用時(shí)，通過一臺(tái)新增的換熱水泵將地上蓄水送入地埋管與地表層吸（放）熱，準(zhǔn)備好第二天系統(tǒng)使用。這樣就發(fā)揮出地埋管夜間的作用，減少地埋管的使用量，大幅降低了投資。更大的優(yōu)點(diǎn)是減少地埋管占地面積，擴(kuò)大了地源熱泵技術(shù)可推廣范圍，而這項(xiàng)技術(shù)的擴(kuò)大推廣會(huì)對(duì)治理霧霾起到作用。

該專利和常見的水蓄冷和冰蓄冷技術(shù)不同之處是將蓄能用于了地源熱泵系統(tǒng)的不同位置。常見技術(shù)是把蓄能直接用于空調(diào)設(shè)備端，部分代替或全部熱泵的輸出能量。而該專利是將蓄能用于熱泵的輸入端部分代替地埋換熱設(shè)備的供能部分。常規(guī)技術(shù)的蓄冷蓄熱對(duì)其容積有最小量的經(jīng)濟(jì)要求的。水蓄能時(shí)，冷熱水分層的熱對(duì)流存在，換熱水流量大和蓄能后時(shí)間長(zhǎng)以及罐體保溫不好，都會(huì)使得上下部的溫差熱短路形成熱對(duì)流失效，設(shè)計(jì)時(shí)要幾倍的增加罐體容量，蓄能罐內(nèi)部要制作折流板和水分布器。由于承受樓體高度的壓力需要，蓄存水不能直接用于空調(diào)設(shè)備需使用熱交換器，就要帶來溫差的浪費(fèi)。而制冷溫度的降低或制熱溫度的提高都會(huì)較大幅度造成熱泵制冷制熱效率的降低。冰蓄冷采用冰球的方法利用相變熱容大節(jié)約了蓄熱罐的體積，但除了上述問題還存在外，需要制冷到-4℃以下，熱泵效率也會(huì)大幅下降。本專利方法中的蓄能重點(diǎn)只是蓄積能量而對(duì)溫度指標(biāo)要求相對(duì)不高。5-30℃水熱源都是熱泵合理和比較高效的工作范圍，允許使用溫度跨度大成倍的增加了容器蓄能能力。本方法在熱泵滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蓄能水與地埋管共同承擔(dān)熱負(fù)荷，蓄能被使用。當(dāng)不滿負(fù)荷時(shí)會(huì)自動(dòng)減少蓄能水供能量，而地埋管的水還是保持正常換熱量，即蓄熱罐的能量只用掉地埋管換熱的不足部分，熱泵沒有用到的熱量還會(huì)返回蓄熱池中。由于空調(diào)全天負(fù)荷波動(dòng)大，熱泵多數(shù)時(shí)間不處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，蓄能水也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷狀態(tài)。任何設(shè)計(jì)都是要必須按照最大負(fù)荷并考慮設(shè)計(jì)余量的，而這些地下?lián)Q熱設(shè)計(jì)的余量和占有大多數(shù)時(shí)間的低負(fù)荷狀態(tài)在本設(shè)計(jì)工作原理下確得到了充分利用，這就對(duì)蓄水容器的熱容量更加降低了要求。而采用蓄水容器的這種低成本方法來綜合減少地埋管設(shè)計(jì)余量也會(huì)帶來極大的節(jié)約。蓄水溫度與環(huán)境溫差小，容器不用特殊保溫也不需要用板式換熱器換熱，又是常壓敞口設(shè)備，可以是水泥結(jié)構(gòu)水池或鋼制水箱，可以利用建筑設(shè)備的消防水箱?？衫媒ㄖ牡叵聦舆吔切藿ǎ胰莘e并不很大，可以被公用建筑接受。

背景說明中只是對(duì)常規(guī)蓄冷技術(shù)的特點(diǎn)和節(jié)能推廣的難點(diǎn)與本專利進(jìn)行比較和進(jìn)行原理上的說明，其目的是為了說明本專利也是用水蓄能，但用能的位置不同而原理不同，二者沒有相互替代的作用。這二種蓄能技術(shù)可在一套地源熱泵系統(tǒng)里同時(shí)應(yīng)用，互不影響。常規(guī)蓄能的效果是在系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)更多節(jié)能；本專利的突出優(yōu)點(diǎn)是讓地下?lián)Q熱全部發(fā)揮效能，節(jié)約投如和擴(kuò)大熱泵技術(shù)可應(yīng)用范圍。本專利原理簡(jiǎn)單，容易得到用戶理解接受，便于推廣。

該方法地埋管使用減少并沒有增加其單位面積最大負(fù)荷，而只是發(fā)揮其低負(fù)荷時(shí)的潛力。由于對(duì)地源側(cè)總放（吸）熱量沒有改變，對(duì)于系統(tǒng)的地?zé)岱e蓄也沒有產(chǎn)生影響。

地埋管系統(tǒng)使用時(shí)往往是上百根并聯(lián)，流量小和分配不好就會(huì)造成某些U型管底部堵塞，這常是地源熱泵系統(tǒng)隨使用時(shí)間延長(zhǎng)性能降低的原因。由于可以合理加大夜間蓄熱流量進(jìn)行換熱，既起到縮短蓄能時(shí)間又對(duì)地下?lián)Q熱管路雜質(zhì)沖刷的良好作用。本發(fā)明中設(shè)計(jì)了反向沖刷同時(shí)實(shí)現(xiàn)換熱起到了提高熱泵系統(tǒng)使用壽命和保持良好運(yùn)行狀態(tài)的作用。

采用本專利后可以按照地埋管打井的需求量減少一半以上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過這種方法，可以解決受到土地面積緊張無法布置打井和打井費(fèi)用高這兩項(xiàng)嚴(yán)重影響熱泵技術(shù)推廣的關(guān)鍵障礙。而為此增加的蓄水池設(shè)備可以利用建筑物地下的消防水池，或利用地下層的角落空間建造接近層高的蓄水池，建造費(fèi)用比打井節(jié)約費(fèi)用要低十倍或更低。由于夜間用電為低谷，電費(fèi)低，地表熱免費(fèi)開采，蓄能水每日換熱費(fèi)用10元以下（20000㎡舉例）。而原理圖介紹的控制蓄熱水量和地源側(cè)水量的方法每天節(jié)電130元以上（20000㎡舉例）。該專利的方法有針對(duì)性解決了地源熱泵的不利缺陷。

該專利還可以在已經(jīng)使用了地源熱泵的建筑擴(kuò)大供冷供熱應(yīng)用。利用已經(jīng)安裝的地埋管設(shè)備，僅需增加地上設(shè)備就可以低投資得到地源熱泵的低運(yùn)行成本和節(jié)能效果，將改造后擴(kuò)大一倍的供應(yīng)能力應(yīng)用到周邊新增的建筑。由于此時(shí)負(fù)荷增大，對(duì)于夏冬季向地表放、吸熱量差值大的地區(qū)需要校核地?zé)釘U(kuò)散能力，防止冷、熱積蓄。

同樣道理，當(dāng)已經(jīng)投用的地源熱泵系統(tǒng)由于地下?lián)Q熱設(shè)備換熱不足或?qū)嶋H供冷供熱無法滿足使用要求的改造項(xiàng)目，采用本方法也可以低投資達(dá)到擴(kuò)容效果。

本專利提到的地埋管是地源熱泵地下?lián)Q熱最常用的形式，采用其它的換熱設(shè)備形式得到的節(jié)約設(shè)備投資效果也是相同的。

本專利適用于晚間有停歇的公共建筑使用。對(duì)于24小時(shí)供熱（冷）民用建筑可以通過程序控制的方法擴(kuò)展使用。

附圖說明

附圖是本發(fā)明工況系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

冬季供熱工作狀態(tài)

地源熱泵21的地源側(cè)供水由二路供給。電動(dòng)閥18、16打開， 19、15關(guān)閉， 10、11打開，地源側(cè)循環(huán)水泵啟動(dòng)。一路來自蓄能水池3，密度稍低的熱水從蓄能水池3上部閥門17流出，經(jīng)電動(dòng)閥18連接熱量表FV1測(cè)量再經(jīng)過調(diào)節(jié)閥20調(diào)節(jié)流量后通過切換電動(dòng)閥10進(jìn)入地源側(cè)給水泵9進(jìn)口與被地埋管1土壤加熱的另一路回水混合；水泵9加壓后經(jīng)冬夏季切換閥F7進(jìn)入地源熱泵放熱后經(jīng)F4流出熱泵，分流部分經(jīng)電動(dòng)閥16和閥14流回蓄水池底部。另一路由地埋管1經(jīng)分水器13，通過電動(dòng)閥11與蓄水并聯(lián)連接后經(jīng)過電動(dòng)閥10進(jìn)入地源側(cè)水泵進(jìn)口，同樣經(jīng)水泵加壓至熱泵放熱后接于接集水器2返回地埋管1的進(jìn)口與地源吸熱。

冬季夜間蓄能過程

蓄熱時(shí)蓄能水池的水流向與白天相反。此時(shí)地源側(cè)循環(huán)水泵為停止?fàn)顟B(tài)。電動(dòng)閥15、19打開，16、18關(guān)閉，電動(dòng)閥10、11關(guān)閉。開啟蓄能水泵12，白天用過的密度稍大冷水自蓄能水池3下端流出進(jìn)入地埋管加熱再由蓄能水池3上部返回。蓄能池水自下管口經(jīng)閥14、15連接熱量表FV1在經(jīng)過調(diào)節(jié)閥20調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入地源側(cè)蓄能水泵12加壓至地埋管，被土壤加熱的水經(jīng)集水器2電動(dòng)閥19和閥17流回蓄水池3頂部。經(jīng)過循環(huán)當(dāng)T4溫度達(dá)到要求時(shí)停止蓄能水泵，程序返回白天正常工作狀態(tài)。

夏季制冷工作狀態(tài)

夏日供冷季節(jié)時(shí)，地源熱泵21的地源側(cè)供水也由二路供給。電動(dòng)閥15、19打開，16、18關(guān)閉，10、11打開。一路來自蓄能水池3，冷水從蓄能水池3下部閥門14流出，蓄能水經(jīng)下管口經(jīng)閥14、15連接熱量表FV1在經(jīng)過調(diào)節(jié)閥20調(diào)節(jié)流量后再通過電動(dòng)閥10進(jìn)入地源側(cè)給水泵9進(jìn)口與被地埋管土壤冷卻的回水混合；水泵加壓后經(jīng)冬夏季切換閥F8進(jìn)入地源熱泵吸熱后經(jīng)F1流出熱泵21，分流部分經(jīng)電動(dòng)閥19和閥17流回蓄水池頂部。另一路由地埋管1經(jīng)分水器13，通過電動(dòng)閥11與蓄水并聯(lián)連接后經(jīng)過電動(dòng)閥10進(jìn)入地源側(cè)水泵進(jìn)口，同樣經(jīng)水泵加壓至熱泵吸熱后接于接集水器2進(jìn)入地埋管1的進(jìn)口與地源放熱。

夏季夜間蓄能過程

蓄冷時(shí)蓄能水池的水流向與白天相反。即已用過的熱水需自蓄能水池3上端流出進(jìn)入地埋管冷卻再由下部返回蓄能水池。電動(dòng)閥18、16打開，19、15關(guān)閉，電動(dòng)閥10、11關(guān)閉，開啟蓄能水泵。蓄能池水自上管口經(jīng)閥17、18連接熱量表FV1再經(jīng)過調(diào)節(jié)閥20調(diào)節(jié)流量后進(jìn)入蓄能水泵12加壓至地埋管1，被土壤冷卻的水經(jīng)集水器2，電動(dòng)閥16和閥14流回蓄能水池底部。經(jīng)過循環(huán)當(dāng)T3溫度達(dá)到要求停蓄能泵，程序返回白天正常工作狀態(tài)。

其它回路的功能

冬夏季切換閥F1-F8每季切換一次，手動(dòng)閥切換比較經(jīng)濟(jì)。

地源側(cè)循環(huán)泵9泵前穩(wěn)壓及地源系統(tǒng)補(bǔ)水由高位水箱4自動(dòng)完成。

上述各電動(dòng)閥門程序工作狀態(tài)以及蓄能水泵夜間的開啟時(shí)間、白天各水泵啟停時(shí)間都通過PLC程序控制器自動(dòng)完成，可實(shí)現(xiàn)無值守全自動(dòng)操作。

通過測(cè)量給回水溫差，調(diào)節(jié)蓄能水流量，可以最大化的發(fā)揮地埋管的作用和蓄水池蓄能的作用和實(shí)現(xiàn)水泵最佳節(jié)能。

通過測(cè)量蓄水池的溫度可以控制蓄能水泵的最短運(yùn)行時(shí)間；通過調(diào)整地埋管出口水溫和調(diào)節(jié)閥控制流量可以減少蓄熱罐內(nèi)熱量的使用和地源側(cè)水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)電的效果。

空調(diào)側(cè)分水包5和集水包8，空調(diào)側(cè)水泵以及空調(diào)負(fù)荷7是典型的使用方法。常見的蓄冷蓄水的節(jié)能方法可以應(yīng)用在這個(gè)回路中。