CN101603716B - 一种地源热泵辐射空调***及其新风处理方法 - Google Patents

一种地源热泵辐射空调***及其新风处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地源热泵辐射空调***及其新风处理方法，包括地源热泵机组、地源换热器、新风机组、辐射采暖地盘管、冷辐射吊顶装置，地源换热器的出口端一路接入通过夏开冬闭阀门控制的冷辐射吊顶装置，另一路接入第一热质交换设备，两者出口均接至地源热泵机组的外换热器，外换热器出口通过第一循环泵接回到地源换热器的入口；地源热泵机组的内换热器的出口端分出两路，一路接入通过冬开夏闭阀门控制的辐射采暖地盘管，另一路接入第二热质交换设备，两者通过第二循环泵接回到地源热泵机组的内换热器。本发明节能效果显著，***运行稳定可靠，清洁卫生，地下水不受污染，在地下水资源丰富的冬冷夏热地区应用前景广阔。

Description

一种地源热泵辐射空调***及其新风处理方法
技术领域
本发明涉及种空调制冷技术领域。
背景技术
现有技术中，以“辐射末端装置”加“独立新风***”的辐射空调形式越来越受到行业的关注。其辐射末端装置可采用辐射吊顶或辐射地埋管，辐射末端可带走室内的显热负荷，其独立新风***可带走新风的全热负荷和室内潜热负荷，为空调房间提供冷/热新鲜空气而使室内环境非常舒适。这类辐射空调的新风机组均采用热泵机组制取的冷/热水对新风进行处理，由于室外新风的全热负荷由热泵机组承担，当室内外温差较大时，热泵机组的负载较大而导致能耗较高。
随着全球性的能源危机、环境问题和充分利用可再生能源的可持续发展的大趋势下，地源热泵供冷供热技术逐渐兴起并得到极大的重视和发展。地源热泵***是一种利用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***。地源热泵***从浅层地热资源中吸热或向其排热，浅层地热资源来源于太阳能，它永无枯竭，是一种可再生能源。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，夏季比环境温度低，是最好的热泵热源和空调冷源。地能具有温度较恒定的特性使得地源热泵机组运行更稳定可靠，也保证了***的高效性和经济性。
现有的地下水地源热泵都是利用地下水来直接冷却地源热泵机组的冷凝器或加热地源热泵机组的蒸发器，虽然地源热泵机组制冷效率或制热效率较空气源热泵机组或其他冷水机组（如采用冷却塔冷却方式）都有较大提高，然而，就现有技术的地下水地源热泵而言，地下水所储存天热冷量或热能并没有被直接用于冷却高温室外新风或加热低温室外新风，这样就造成原本可直接用于供冷或供热的地下水的冷量/热能损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种地能利用的能效比较高的地源热泵辐射空调***及其新风处理方法。
为实现上述目的，本发明的地源热泵辐射空调***采用如下技术方案：一种地源热泵辐射空调***，包括地源热泵机组、以地下水为冷/热源的地源换热器、新风机组、辐射采暖地盘管、冷辐射吊顶装置，所述新风机组的风道中在送风方向上先后设有第一热质交换设备、第二热质交换设备、新风风机，所述地源热泵机组具有内、外换热器；地源换热器的出口端分出两路，一路接入通过夏开冬闭阀门控制的冷辐射吊顶装置，另一路接入第一热质交换设备，冷辐射吊顶装置和第一热质交换设备的出口均接至地源热泵机组的外换热器，外换热器出口通过第一循环泵接回到地源换热器的入口；地源热泵机组的内换热器的出口端分出两路，一路接入通过冬开夏闭阀门控制的辐射采暖地盘管，另一路接入第二热质交换设备，然后辐射采暖地盘管和第二热质交换设备通过第二循环泵接回到地源热泵机组的内换热器。
所述冷辐射吊顶装置由混合箱、冷辐射吊顶板通过管道及第三循环泵连接成的循环装置，所述地源换热器的出口端接至混合箱的进口端，冷辐射吊顶板的出口端分成两路，一路接混合箱的进口端，另一路通过夏开冬闭阀接地源热泵机组外换热器的进口端。
所述新风机组的第二热质交换设备与新风风机之间设有加湿器。
所述第一热质交换设备和第二热质交换设备为直接接触式热质交换设备或间接接触式热质交换设备。
本发明的地源热泵辐射空调***的新风处理方法的技术方案是，在新风机组风道中的依次设置由地下水提供冷/热源的第一热质交换设备、由地源热泵机组提供冷/热源的第二热质交换设备，新风经第一、二热质交换设备依次处理后经风机加压送入空调房间内。
本发明利用第一介质与地下水之间间接换热所获得冷量/热能首先向室外新风供冷或供热，然后再用于冷却或加热地源热泵机组的外换热器，制冷工况下，与地下水换热后的第一介质还是冷辐射吊顶的冷源，所储存天热冷量直接用于承担室外新风全部负荷及大部分房间显热负荷，地源热泵机组仅需承担室内湿负荷，从而大大节省地源热泵机组制冷量和压缩机的耗电量；供热工况下，地下水所储存天然热量直接用于承担室外新风部分显热负荷，也节省了地源热泵机组的制热量和压缩机的耗电量。本发明具有利用低品位地下水所储存的冷量/热能的优点，高效节能，***运行稳定可靠，清洁卫生，地下水不受污染，在地下水资源丰富的冬冷夏热地区应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明提供的一种地源热泵辐射空调***原理图。
图2是本发明提供的一种地源热泵辐射空调***供冷工况新风处理过程在焓湿图上表示（h-d图）。
图3是本发明提供的一种地源热泵辐射空调***供热工况新风处理过程在焓湿图上表示（h-d图）。
图1中，1、地源换热器，2、第一热质交换设备，3、混合箱，4、第三循环泵，5、冷辐射吊顶，6、夏开冬闭阀，7、地源热泵机组外换热器，8、地源热泵机组，9、第一循环泵，10、地源热泵机组内换热器，11、蒸汽加湿器，12、第二热质交换设备，13、第二循环泵，14、冬开夏闭阀，15、辐射采暖地盘管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，是本发明提供的地源热泵辐射空调***的实施例，包括有地源换热器1、第一热质交换设备2、混合箱3、第三循环泵4、冷辐射吊顶板5、地源热泵机组8的外换热器7、地源热泵机组8内换热器10、第一循环泵9、蒸汽加湿器11、第二热质交换设备12、第二循环泵13、辐射采暖地盘管15和新风风机16，第一热质交换设备2、第二热质交换设备12、加湿器11、新风风机16依次连接组成新风处理机组；所述地源换热器1上设有一对供循环地下水进出的进、出水管，地源换热器1的第一介质的出口分为两支，一支连接到第一热质交换设备2的第一介质入口，另一支连接到混合箱3，混合箱3的出口与第三循环泵4的入口连接，第三循环泵4的出口连接到冷辐射吊顶5的第一介质入口，冷辐射吊顶5的第一介质出口分为两支，一支连接到混合箱3，另一支连接到夏开冬闭阀6的入口，夏开冬闭阀6的出口与第一热质交换设备2的第一介质出口汇合后连接到地源热泵机组8的外换热器7的入口，外换热器7的出口与第一循环泵9的入口连接，第一循环泵9的出口与地源换热器1的第一介质入口连接；地源热泵机组8的内换热器10的第二介质出口分为两支，一支与冬开夏闭阀14入口连接，冬开夏闭阀14的出口与辐射采暖地盘管15的第二介质的入口连接，另一支与第二热质交换设备12的第二介质的入口连接，第二热质交换设备12的第二介质出口与辐射采暖地盘管15的第二介质的出口汇合后连接到第二循环泵13的入口，第二循环泵13的出口与地源热泵机组8的内换热器10的第二介质入口连接。第一热质交换设备2和第二热质交换设备12为直接接触式热质交换设备如喷水室或间接接触式热质交换设备如表面式冷却器。
下面就供热和供冷两种工况下分别叙述上述的地源热泵辐射空调***的工作过程。
供冷工况下，夏开冬闭阀6开启、第三循环泵4工作，冬开夏闭阀14关闭；由地下水提供冷源，地源换热器1的出口为较低温度的第一介质，该较低温度的第一介质分为两支，一支进入混合箱3与一部分来自冷辐射吊顶5的第一介质混合后再经第三循环泵4送入冷辐射吊顶5与室内空气进行显热交换以承担室内大部分显热负荷，另一支进入第一热质交换设备2与新风进行热质交换，经热质交换后温度升高的第一介质和另一部分来自冷辐射吊顶5的第一介质混合后进入地源热泵机组8的外换热器7继续吸收热量，在地源热泵机组8的外换热器7出口变成较高温度的第一介质，较高温度的第一介质经第一循环泵9送至地源换热器1与地下水换热后重新成为较低温度的第一介质；同时地源热泵机组工作，地源热泵内换热器出口为较低温度的第二介质，低温的第二介质在第二热质交换设备12内与新风进行热质交换，新风被进一步冷却减湿，第二介质经第二热质交换设备12后温度升高，然后经第二循环泵13进入地源热泵机组8的内换热器10换热后重新冷却为低温的第二介质。
供热工况下，第三循环泵4停止工作、夏开冬闭阀6关闭，冬开夏闭阀14开启；由地下水提供热源，地源换热器1的出口为较高温度的第一介质，该较高温度的第一介质进入第一热质交换设备2与新风进行热质交换后进入地源热泵机组8的外换热器7继续放出热量，经第一循环泵9送至地源换热器1与地下水进行换热后重新成为较高温度的第一介质；同时地源热泵机组工作，地源热泵机组8的内换热器10出口为高温的第二介质，高温的第二介质分为两支，一支进入第二热质交换设备12与新风进行热质交换，另一支进入辐射采暖地盘管15加热室内空气以承担室内大部分显热负荷，第二热质交换设备12出口的第二介质与辐射采暖地盘管15出口的第二介质混合后被第二循环泵13送回地源热泵机组8的内换热器10换热后被重新加热为高温的第二介质。
本发明的空调***在工作时的新风处理方法是：供冷工况下，室外新风经第一热质交换设备2冷却减湿后，进入第二热质交换设备12进一步冷却减湿，处理后新风经风机送入空调房间内，第一热质交换设备2承担全部新风冷负荷和部分室内显热负荷，第一热质交换设备2所需冷量全部由地下水提供，第二热质交换设备12承担室内全部潜热负荷和新风部分潜热负荷，第二热质交换设备12所需冷量由地源热泵机组8提供；供热工况下，室外新风经第一热质交换设备2等湿加热或加湿加热后，进入第二热质交换设备12进一步等湿加热或加湿加热，再进入蒸汽加湿器11等温加湿后送入空调房间，第一热质交换设备2承担新风部分显热负荷，第一热质交换设备2所需热量由地下水提供，第二热质交换设备12承担新风部分显热负荷和室内部分显热负荷，第二热质交换设备所需热量12由地源热泵机组8提供。
这里以第一热质交换设备2和第二热质交换设备12均为间接接触式热质交换设备为例，说明新风处理过程为：供冷工况下，室外新风先经第一热质交换设备2冷却减湿至机械露点（如图2中所示新风状态点O到状态点L 1 过程），冷却减湿后的新风再经过第二热质交换设备（12）冷却减湿至更低温度的机械露点（如图2中所示状态点L 1 到状态点L 3 过程），处理后新风经风机送入室内消除房间部分显热负荷和全部潜热负荷（如图2中所示空气状态点L 3 到状态点R过程），房间其余显热负荷由冷辐射吊顶4承担（如图2中所示冷辐射吊顶将状态点R室内空气等湿冷却至状态点M过程）从而维持房间温度和湿度稳定（如图2中所示室内空气状态点R）；供热工况下，室外新风先经第一热质交换设备2等湿加热（如图3中所示新风状态点O′到状态点O”过程），再经第二热质交换设备12等湿加热（如图3中所示新风状态O”点到状态点O’’’过程），加热后的新风经加湿器11加湿（如图3中所示状态点O’’’到状态点s过程），加湿处理后新风经风机16送入空调房间以承担室内全部湿负荷和部分显热负荷，其余室内显热负荷由辐射采暖地盘管15承担（如图3中所示辐射采暖地盘管将状态点R室内空气等湿加热至状态点R ’ 过程），从而维持房间温度和湿度稳定（如图3中所示空气状态点R）。

Claims (5)

1.一种地源热泵辐射空调***，其特征在于：包括地源热泵机组、以地下水为冷/热源的地源换热器、新风机组、辐射采暖地盘管、冷辐射吊顶装置，所述新风机组的风道中在送风方向上先后设有第一热质交换设备、第二热质交换设备、新风风机，所述地源热泵机组具有内、外换热器；地源换热器的出口端分出两路，一路接入通过夏开冬闭阀门控制的冷辐射吊顶装置，另一路接入第一热质交换设备，冷辐射吊顶装置和第一热质交换设备的出口均接至地源热泵机组的外换热器，外换热器出口通过第一循环泵接回到地源换热器的入口；地源热泵机组的内换热器的出口端分出两路，一路接入通过冬开夏闭阀门控制的辐射采暖地盘管，另一路接入第二热质交换设备，然后辐射采暖地盘管和第二热质交换设备通过第二循环泵接回到地源热泵机组的内换热器。
2.根据权利要求1所述的地源热泵辐射空调***，其特征在于：所述冷辐射吊顶装置由混合箱、冷辐射吊顶板通过管道及第三循环泵连接成的循环装置，所述地源换热器的出口端接至混合箱的进口端，冷辐射吊顶板的出口端分成两路，一路接混合箱的进口端，另一路通过夏开冬闭阀接地源热泵机组外换热器的进口端。
3.根据权利要求1所述的地源热泵辐射空调***，其特征在于：所述新风机组的第二热质交换设备与新风风机之间设有加湿器。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的地源热泵辐射空调***，其特征在于：所述第一热质交换设备和第二热质交换设备为直接接触式热质交换设备或间接接触式热质交换设备。
5.地源热泵辐射空调***的新风处理方法，其特征在于：在新风机组风道中的依次设置由地下水提供冷/热源的第一热质交换设备、由地源热泵机组提供冷/热源的第二热质交换设备，新风经第一、二热质交换设备依次处理后经风机加压送入空调房间内；所述第一热质交换设备经管道连接有用于获得地下水所提供的冷/热源的地源换热器；所述地源热泵机组具有内、外换热器；地源换热器的出口端分出两路，一路接入通过夏开冬闭阀门控制的冷辐射吊顶装置，另一路接入第一热质交换设备，冷辐射吊顶装置和第一热质交换设备的出口均接至地源热泵机组的外换热器，外换热器出口通过第一循环泵接回到地源换热器的入口；地源热泵机组的内换热器的出口端分出两路，一路接入通过冬开夏闭阀门控制的辐射采暖地盘管，另一路接入第二热质交换设备，然后辐射采暖地盘管和第二热质交换设备通过第二循环泵接回到地源热泵机组的内换热器。 
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