CN201368551Y - 地源热泵结合冰蓄冷的空调装置 - Google Patents

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石翔
张力峰
吕佳佳
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Abstract

本实用新型涉及中央空调领域，具体涉及一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，该装置通过对各结构组成的合理连接，使载冷剂运行在独立的循环回路中，避免了载冷剂对末端管道的腐蚀，同时当装置由供冷工况转入供热工况时，不需对载冷剂进行其他处理，减少了运行中的操作；装置中还增设了电热锅炉和冷却塔来平衡地埋管的负荷，以减少冷热不平衡对地下温度场的影响，从而增强地热换热器的能效比，增加了地埋管使用寿命，并可有效降低***初投资；并通过可编程逻辑控制器PLC的合理安排运行模式及对蓄冰量的合理分配，提高了装置运行效率。

Description

地源热泵结合冰蓄冷的空调装置
技术领域
本实用新型涉及中央空调领域，特别是涉及一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置。
背景技术
地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、地表水或土壤等)的既可供热又可制冷的高效节能的空调技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低位能源向高位能源转移。由于全年地温波动小，冬暖夏凉，其季节性性能系数有着恒温热源热泵的特性，季节性平均性能***较高。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
冰蓄冷空调是利用电网低负荷期的廉价电力通过制冷机制冷，将冷量以潜热的形式储藏于冰中，在电价昂贵的用电高峰期，将冰融化释放出冷量来满足空调冷负荷的要求，冰蓄冷空调一方面可以平衡电网负荷，另一方面可以为用户节省空调运行费用，因此具有良好的社会效益和经济效益。
但是目前地源热泵空调***中完全依靠埋地换热器来散热，不但所需地下埋管换热器较多，导致***初投资较高，而且夏冬季的冷热负荷不平衡导致强地埋管换热器的能效比降低，同时对于地源热泵***的运行稳定性及寿命也有较大影响。而冰蓄冷空调***大多是经冷却塔将热量排至大气中，增加了城市局部区域的热岛效应。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，该装置通过对各结构组成的合理连接，使载冷剂(乙二醇溶液)运行在独立的循环回路中；装置中还增设了电热锅炉和冷却塔来平衡地埋管的负荷；并通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)PLC的合理安排运行模式及对蓄冰量的合理分配，提高了装置运行效率。
本实用新型目的实现由以下技术方案完成：
一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，其特征在于该装置包括地源热泵、蓄冰槽、换热器、末端用户***、地埋管***，所述地源热泵包括冷凝器和蒸发器，其中蒸发器分别与蓄冰槽和换热器一次侧连接，所述的蒸发器、蓄冰槽和换热器一次侧构成独立的载冷剂循环回路，所述载冷剂为乙二醇溶液；所述的冷凝器通过调节阀门分别与地埋管***和末端用户***连接，换热器的二次侧通过调节阀门连接地埋管***和末端用户***。
所述的地埋管***由地埋管与电热锅炉、冷却塔三者之间并联连接构成，并联连接的地埋管和电热锅炉连接换热器二次侧，并联连接的地埋管和冷却塔连接冷凝器。
所述空调装置还包括PLC，所述PLC控制连接所述空调装置中各结构组成部分。
所述的末端用户***包括冷热水分水器、冷热水集水器和用户端空调。
本实用新型的优点是：载冷剂(乙二醇溶液)运行在独立的循环回路中，避免了载冷剂对末端管道的腐蚀，同时当装置由供冷工况转入供热工况时，不需对载冷剂进行其他处理，减少了运行中的操作；装置中增设电热锅炉和冷却塔，以减少冷热不平衡对地下温度场的影响，从而增强地热换热器的能效比，增加了地埋管使用寿命，并可有效降低***初投资；本装置还通过PLC的合理安排运行模式及对蓄冰量的合理分配，提高了装置的运行效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例的***原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1所示，标号1-17分别表示：地源热泵1、电热锅炉2、蓄冰槽3、板式换热器4、乙二醇泵5、冷热水泵6、冷却水循环泵7、冷却塔8、冷热水分水器9、冷热水集水器10、蒸发器11、地埋管段分水器12、地埋管段集水器13、地埋管14、冷凝器15，标号：流量传感器Fi；阀门：Vi0、Vi1、Vi2、Vi3、Vi4、Vi5、Vi6、Vi7a、Vi7b、Vi8a、Vi8b、Vi8c、Vi8d、A1a、A1b、A2a、A2b、A3a、A3b、A4a、A4b；温度传感器：Ti1、Ti2、Ti3、Ti4、Ti5、Ti6、Ti7；压力传感器：Pi0、Pi1。
地源热泵1由冷凝器15和蒸发器11构成。
PLC是本实施例的控制装置，其可接受压力传感器(Pi0和Pi1)、流量传感器Fi、温度传感器(Ti1、Ti2、Ti3、Ti4、Ti5、Ti6和Ti7)所监测的数据，并根据实施例的种运行状态来调节运行程序。
对于地埋管***中的电热锅炉2和冷却塔8，PLC可根据不同项目的年吸散热量不平衡情况设定相应的运行程序来平衡地埋管14，以下为两种运行策略：
策略A：PLC通过温度传感器Ti6和Ti7监测地埋管***入口和出口的水温，并根据季节和所监测的地埋管***运行状态来启动阀门Vi7a和Vi7b。具体的说，PLC监测到温度传感器Ti6、Ti7的温度超出设定温度域时，即地埋管14的运行效率降低，夏季开启阀门Vi7b，利用冷却塔8来平衡地埋管14的负荷；冬季开启阀门Vi7a，利用电热锅炉2来平衡地埋管14的负荷。
策略B：PLC设定运行时间，并在规定的时间域内启动阀门Vi7a和Vi7b。即夏季时在规定时间域开启阀门Vi7b，利用冷却塔8来平衡地埋管14的负荷；冬季时在规定时间域开启阀门Vi7a，利用电热锅炉2来平衡地埋管14的负荷。
对于用户端***来，PLC通过流量传感器Fi监测冷热水集水器10出口管道的水流量，并根据用户端***的负荷来调节冷热水泵6的运行；根据压力传感器Pi0监测实施例用户端***的水管压力变化，来调节阀门Vi0的开度。
对于载冷剂循环，在夏季时，PLC通过温度传感器Ti1、Ti2、Ti3、Ti4和Ti5监测载冷剂循环回路中各处的水温、换热器二次侧出口水温和入口水温，并根据其运行状态调节阀门Vi2、Vi3、Vi4和Vi5的开度。以此来合理调配蓄冰槽3中蓄冰量。
装置有三种运行状态：蓄冰工况、空调工况、供热工况，其中蓄冰工况和空调工况为夏季运行状态，供热工况为冬季运行状态。
1、蓄冰工况：夏季夜间低谷电时段***运行在制冰模式。
载冷剂回路中，乙二醇溶液从蓄冰槽3出来后，经乙二醇溶液泵5输送至地源热泵1的蒸发器11中换热，之后回到蓄冰槽3中将冷量传给蓄冰槽内的水使其在盘管外结冰，进入下一循环。
冷却水回路中，冷却水从地源热泵主机1的冷凝器15中出来后，经冷却水循环泵7输送至地埋管14以或冷却塔8来排放热量，之后回到冷凝器15中进行换热，进入下一循环。
2、空调工况：夏季日间平峰电时段***运行在融冰制冷模式。
载冷剂回路中，乙二醇溶液从板式换热器4一次侧出来后，由乙二醇泵5输送经由蒸发器11到达蓄冰槽3，在蓄冰槽3内取得冷量后回到板式换热器4一次侧换热，进入下一循环。本循环回路中，在蓄冰槽3中的冰块融尽后，乙二醇溶液依靠蒸发器11来进行冷却。
冷冻水回路中，冷冻水从板式换热器4二次侧出来后，经冷热水泵6输送至末端用户***，在末端用户***中，冷冻水先经过冷热水分水器9进行分流，然后经过用户端空调向末端输送冷量，通过冷热水集水器10合流，之后经冷热水泵6输送至板式换热器4二次侧换热，进入下一循环。
冷却水回路中，冷却水从冷凝器15中出来后，经冷却水循环泵7输送至地埋管14或冷却塔8来排放热量，之后回到冷凝器15中进行换热，进入下一循环。本循环和蓄冰工况的冷却水循环过程相同，因本实施例采用了冰蓄冷供冷技术，夜间地源热泵机组制冰时，排热负荷相对较大且连续运行，并且制冰结束时间与开始供冷时间直接相连续，会对日间供冷运行的冷却水温度产生一定的影响。考虑到地埋管的运行效率和使用寿命，本实施例在夏季的冷却水回路中采取冷却塔8来辅助地埋管14进行散热，本循环回路中冷却塔8可以通过PLC设定的策略来开启或关闭。
3、供热工况：冬季供热期间***运行在供热模式。
载冷剂回路中，乙二醇溶液从板式换热器4一次侧出来后，经乙二醇泵5输送至蒸发器11中换热，之后回到板式换热器4一次侧换热，进入下一供热循环。
热水回路中，热水从冷凝器15出来后，经冷热水泵6输送至末端用户***，热水先先经过冷热水分水器9进行分流，然后经过用户端空调向末端输送热量，通过冷热水集水器10合流，之后经冷热水泵6输送回到冷凝器15中加热，进入下一供热循环。
冷却水回路中，冷却水从板式换热器4二次侧经冷却水泵7输送至地埋管14以及电锅炉2来吸收热量，之后回到板式换热器4二次侧换热，进入下一循环。在冬季地埋管14换热运行效率不高的时候，可以通过电锅炉2来辅助加热，本循环回路中电锅炉2可以通过PLC设定的策略来开启或关闭。

Claims (4)

1.一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，其特征在于该装置包括地源热泵、蓄冰槽、换热器、末端用户***、地埋管***，所述地源热泵包括冷凝器和蒸发器，其中蒸发器分别与蓄冰槽和换热器一次侧连接，所述的蒸发器、蓄冰槽和换热器一次侧构成独立的载冷剂循环回路，所述载冷剂为乙二醇溶液；所述的冷凝器通过调节阀门分别与地埋管***和末端用户***连接，换热器的二次侧通过调节阀门连接地埋管***和末端用户***。
2.根据权利要求1所述的一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，其特征在于所述的地埋管***由地埋管与电热锅炉、冷却塔三者之间并联连接构成，并联连接的地埋管和电热锅炉连接换热器二次侧，并联连接的地埋管和冷却塔连接冷凝器。
3.根据权利要求1所述的一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，其特征在于所述空调装置还包括PLC，所述PLC控制连接所述空调装置中各结构组成部分。
4.根据权利要求1所述的一种地源热泵结合冰蓄冷的空调装置，其特征在于所述的末端用户***包括冷热水分水器、冷热水集水器和用户端空调。
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