熱泵反季節蓄能裝置及其蓄能方法

2023-07-29 09:07:21

專利名稱：熱泵反季節蓄能裝置及其蓄能方法
技術領域：
本發明涉及一種熱泵反季節蓄能裝置及其蓄能方法，屬於地下水供熱技術領域。
背景技術：
水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，採用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移的 一種技術。目前利用地下蓄能水池的空調系統，主要由地下蓄水池、電鍋爐以及水源熱泵構 成，在夜間低谷電時段將電能轉化為熱能，儲存在蓄能水池中，解決24小時建築採暖。但地下蓄能水池將承重地樁打在地下巖石層上，蓄能水池各面都採用鋼筋混凝土 結構，池內四周及底板內側敷設防水保溫層，頂板下方採用承重梁保證上方的覆土承重要 求，因此種結構的地下蓄能水池存在以下問題。1)、受力點多、結構複雜。由於蓄能水池建於地下，並採用鋼筋混凝土的剛性結構，受到地下水浮力、自身重 力、承重地樁支撐力、四周立面外側土壤壓力、內側池內水壓力、地面覆土壓力以及由於不 同點沉降速度不同形成的剪切力、地震波影響所形成的橫向及縱向剪切力等，使得地下蓄 能水池的受力計算非常複雜，考慮的安全因素很多，安全係數較大，結構和配筋要求都很
尚ο2)、單位體積蓄能水池造價高昂。由於地下蓄能水池複雜的結構及受力特點，導致蓄能水池的建設費用居高不下， 通常情況下，地下蓄能水池的造價在450元/m3 580元/m3左右，如果遇到特殊的地質結 構，則地下蓄能水池的建設成本還會不斷增加。3)、受地形及結構所限，蓄能水池體積受限。受工程用地及蓄能水池自身特點的限制，地下蓄能水池的體積一般為數千立方 米，所能提供的空調系統蓄能量極為有限，一般只能滿足一棟建築或相鄰的幾棟建築的能 量供應需求，無法滿足區域化供能的要求。4)、循環周期短、省錢不節能。地下蓄能水池的供能方式一般以一天為一個循環周期，利用夜間的低谷電價蓄能 運行，使得運行電費有所節約，而運行耗電量卻比常規系統更多，是一個節錢但不節電的系 統。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、受力易平衡，水體造價低廉，循環周期長、節 電節能的熱泵反季節蓄能裝置及其蓄能方法。本發明為達到上述目的技術方案是一種熱泵反季節蓄能裝置，包括蓄能水池，水 源熱泵和空調器，水源熱泵一端的進水口和出水口分別連接有進水管和出水管，水源熱泵 另一端的供水口和回水口分別與供水管和回水管連接，空調器接在供水管和回水管之間，其特徵在於所述蓄能水池的池底和池壁鋪設有柔性防水保溫層，工質水體存儲在蓄能水 池內，工質水體的頂部具有懸浮的絕熱保溫板，絕熱保溫板上面與蓄能水池上部的池壁構 成表面平衡水池，平衡水體存儲在表面平衡水池內，且蓄能水池上具有使工質水體壓力與 平衡水體壓力相等的平衡機構，進水管和出水管的一端與工質水體相通，水源熱泵的進水 口與進水管之間以其回水口與回水管之間連接有循環水泵。本發明的熱泵反季節蓄能方法，其特徵在於將工質水體存儲於地表具有柔性防水保溫層的蓄能水池內，絕熱保溫板懸浮於工質水體上，平衡水體存儲於絕熱保溫板上面 與蓄能水池上部構成的表面平衡水池內，工質水體的壓力與平衡水體的壓力保持相等，工 質水體通過進水管和出水管以及空調系統中的循環水通過供水管和回水管分別與水源熱 泵相通，在夏季供冷時，通過水源熱泵在製冷同時，向蓄能水池中排放大於55°C的冷凝熱水 並存儲，作為冬季水源熱泵的熱源使用；在冬季供熱時，通過水源熱泵在供熱的同時，將蒸 發器中低於5°C的冷水存儲於蓄能水池中，待夏季時作為水源熱泵的冷卻水使用或作為冷 凍水直接使用。本發明採用上述技術方案具有以下優點1)、受力易平衡、結構非常簡單。本發明將絕熱保溫板懸浮於工質水體和平衡水體之間，由於工質水體的壓力與平 衡水體的壓力保持相等，使得絕熱保溫板能夠懸浮於水中，達到受力平衡，加之蓄能水池的 地表鋪設有柔性防水保溫層，故蓄能水池內的工質水體的壓力與周圍土壤的支持力均能達 到平衡，無需任何固定裝置，不存在沉降及其它力學不平衡問題，即使地震對此蓄能裝置也 沒有很大影響。2)、單位蓄能水池造價低廉。本發明蓄能水池通過絕熱保溫板將水分為工質水體和平衡水體，其主為費用為開 挖土方費用、絕熱保溫板以及蓄能水池池壁的柔性防水保溫層費用，經初步測算每立方米 蓄能水體的造價約為50元，大大低於地下蓄能水池500元/m3的施工費用。3)、蓄能水體體積不受限制，可實現大面積建築的空調使用。本發明能採用開放蓄能水池，上部的平衡水體可作為景觀湖，由於絕熱保溫板下 部的工質水體的體積可達數十萬至數百萬立方，能為100萬m2以上的建築提供夏季供冷和 冬季採暖。4)、循環周期長、節能減排效益明顯。本發明的工質水體通過絕熱保溫板和平衡水體以及柔性防水保溫層進行保溫，而 且工質水體的冷熱交換以一年為循環周期，故能將夏季的熱量蓄存至冬季使用，而冬季換 熱後的冷量蓄存至夏季釋放，實現了建築冬夏季的冷熱平衡，水源熱泵的綜合能效比COP 值提高到5以上，可實現全年均勻節電80%以上。尤其本發明的工質水體蓄存的蓄能水池 的溫度遠高於常規的地下水溫，故能大大提高水源熱泵的供冷供熱的性能係數，不僅可降 低機組能耗，節省運行費用，而且可減少機組尺寸、降低設備投資，節能減排效益明顯。


下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。圖1是本發明的結構示意圖。
中1-平衡水體，2-蓄能水池，3-柔性防水保溫層，4-進水管，5-出水管，6_工質 水體，7-絕熱保溫板，8-對流孔，9-循環水泵，10-水源熱泵，11-回水管，12-空調器，13-供水管。
具體實施例方式見圖1所示，本發明的熱泵反季節蓄能裝置，包括蓄能水池2，水源熱泵10、循環水泵9和空調器12，蓄能水池2的池底和池壁鋪設有柔性防水保溫層3，柔性防水保溫層3由 抽氈、玻璃布等纖維織物做胎層的卷材，並噴覆有聚氨酯，或噴塗有聚氨酯的防水防滲高密 度聚乙烯土工膜，施工方便，造價低。本發明的工質水體6存儲在蓄能水池2內，工質水體6 的頂部具有懸浮的絕熱保溫板7，該絕熱保溫板7的密度與水密度基本相同，如採用ABS樹 脂板等，絕熱保溫板7上面與蓄能水池2上部的池壁構成表面平衡水池，平衡水體1存儲在 表面平衡水池內，通過平衡水體1和絕熱保溫板7對工質水體6進行保溫，同時該平衡水體 1可作為景觀湖，本發明的蓄能水池2上具有使工質水體6壓力與平衡水體1壓力相等的平 衡機構，可如圖1所示，該平衡機構為設置在絕熱保溫板7上至少一個使平衡水體1與工質 水體6相通的對流孔8，通過絕熱保溫板7上的對流孔8，使工質水體6的壓力與平衡水體 1的壓力保持平衡，本發明的平衡機構為兩個獨立與大氣相通的氣管，且兩氣管的另一端分 別與表面平衡水池內的平衡水體1和蓄能水池2內的工質水體6相通，也可保持使工質水 體6的壓力與平衡水體1的壓力保持平衡。見圖1所示，本發明水源熱泵10 —端的進水口 和出水口分別連接有進水管4和出水管5，其進水管4位於蓄能水池2的下部，而出水管5位 於蓄能水池2的上部，進水管4和出水管5的一端與工質水體6相通，使工質水體6充分循 環和利用，水源熱泵10另一端的供水口和回水口分別與供水管13和回水管11連接，空調 器12接在供水管13和回水管11之間，使空調系統中的循環水與水源熱泵相通，本發明的 水源熱泵10為現有的熱泵機組，由蒸發器、壓縮機、膨脹閥以及冷凝器等構成，蒸發器分別 通過壓縮機和膨脹閥與冷凝器相連接，即水源熱泵10的兩端的蒸發器和冷凝器與進水管4 和出水管5以及供水管13和回水管11連接。當水源熱泵10製冷時，與工質水體6相通的 進水管4和出水管5與冷凝器相連接，作為水源熱泵的冷卻水，而與空調系統中的循環水相 通的供水管13和回水管11與蒸發器相連接，當水源熱泵10高溫高壓的製冷劑氣體從壓縮 機出來進入冷凝器，製冷劑向工質水體6放出熱量，形成高溫高壓液體，使工質水體6水溫 升高，將溫度大於55°C的工質水體6通過出水管5存儲在蓄能水池2內，製冷劑再經過膨脹 閥膨脹成低溫低壓液體，進入蒸發器吸收空調系統中的循環水的熱量，此時的循環水為冷 凍水，蒸發成低壓蒸汽，使空調系統中冷凍水的水溫降低，並通過空調器12給建築物供冷， 如此循環在蒸發器中獲得空調系統中的循環水即冷凍水通過空調器12進行製冷。當水源 熱泵10制熱時，與工質水體6相通的進水管4和出水管5與蒸發器相連接，作為水源熱泵的 熱源，而與空調系統中的循環水相通的供水管13和回水管11與冷凝器相接連接，水源熱泵 10高溫高壓的製冷劑氣體從壓縮機出來進入冷凝器，製冷劑向空調系統中的循環水放出熱 量而冷卻成高壓液體，此時的循環水為供熱水，由於供熱水吸熱而使水溫升高，給建築提供 冬季採暖，製冷劑再經過膨脹閥膨脹成低溫低壓液體，進入蒸發器吸收工質水體6中的熱 量，蒸發成低壓蒸汽使工質水體6水溫降至5°C以下，低溫的工質水體通過出水管5存儲在 蓄能水池2內，低壓製冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，如此循環在冷凝器中獲得供熱水。本發明在水源熱泵10 —端的進水口與進水管4之間以其出水口與回水管11之間連接有循環水泵9，通過循環水泵9分別使工質水體6和空調系統中的循環水即冷凍水 或供熱水充分循環進行冷熱交換。 本發明熱泵反季節蓄能方法，將工質水體6存儲於地表具有柔性防水保溫層3的 蓄能水池2內，絕熱保溫板7懸浮於工質水體6上，平衡水體1存儲於絕熱保溫板7上面與 蓄能水池2上部構成的表面平衡水池內，工質水體6的壓力與平衡水體1的壓力保持相等， 工質水體6通過進水管4和出水管5以及空調系統中的循環水通過供水管13和回水管11 分別與水源熱泵10相通，在夏季供冷時，通過水源熱泵10在製冷同時，向蓄能水池2中排 放55°C以上的冷凝熱水並存儲，通常該冷凝熱水的溫度可達60°C，其工質水體6作為冬季 水源熱泵10的熱源使用；在冬季供熱時，通過水源熱泵10在供熱的同時，將蒸發器中低於 5°C的冷水存儲於蓄能水池2中，其工質水體6可達2°C左右，待夏季時作為水源熱泵10的 冷卻水使用，還可以作為冷凍水直接提供給空調系統中的循環水使用。
權利要求
一種熱泵反季節蓄能裝置，包括蓄能水池(2)，水源熱泵(10)和空調器(12)，水源熱泵(10)一端的進水口和出水口分別連接有進水管(4)和出水管(5)，水源熱泵(10)另一端的供水口和回水口分別與供水管(13)和回水管(11)連接，空調器(12)接在供水管(13)和回水管(11)之間，其特徵在於所述蓄能水池(2)的池底和池壁鋪設有柔性防水保溫層(3)，工質水體(6)存儲在蓄能水池(2)內，工質水體(6)的頂部具有懸浮的絕熱保溫板(7)，絕熱保溫板(7)上面與蓄能水池(2)上部的池壁構成表面平衡水池，平衡水體(1)存儲在表面平衡水池內，且蓄能水池(2)上具有使工質水體(6)壓力與平衡水體(1)壓力相等的平衡機構，進水管(4)和出水管(5)的一端與工質水體(6)相通，水源熱泵(10)的進水口與進水管(4)之間以其回水口與回水管(11)之間連接有循環水泵(9)。
2.根據權利要求1所述的熱泵反季節蓄能裝置，其特徵在於所述的進水管(4)位於 蓄能水池(2)的下部，而出水管(5)位於蓄能水池(2)的上部。
3.根據權利要求1所述的熱泵反季節蓄能裝置，其特徵在於所述平衡機構為設置在 絕熱保溫板(7)上至少一個使平衡水體(1)與工質水體(6)相通的對流孔(8)。
4.根據權利要求1所述的熱泵反季節蓄能裝置，其特徵在於所述平衡機構為兩個獨 立與大氣相通的氣管，且各氣管的另一端分別與表面平衡水池內的平衡水體(1)和蓄能水 池(2)內的工質水體(6)相通。
5.一種如權利要求1所述的熱泵反季節蓄能方法，其特徵在於將工質水體存儲於地 表具有柔性防水保溫層的蓄能水池內，絕熱保溫板懸浮於工質水體上，平衡水體存儲於絕 熱保溫板上面與蓄能水池上部構成的表面平衡水池內，工質水體的壓力與平衡水體的壓力 保持相等，工質水體通過進水管和出水管以及空調系統中的循環水通過供水管和回水管分 別與水源熱泵相通，在夏季供冷時，通過水源熱泵在製冷同時，向蓄能水池中排放大於55°C 的冷凝熱水並存儲，作為冬季水源熱泵的熱源使用；在冬季供熱時，通過水源熱泵在供熱的 同時，將蒸發器中低於5°C的冷水存儲於蓄能水池中，待夏季時作為水源熱泵的冷卻水使用 或作為冷凍水直接使用。
全文摘要
本發明涉及一種熱泵反季節蓄能裝置，包括蓄能水池，水源熱泵和空調器，水源熱泵一端連接有進水管和出水管，水源熱泵另一端與供水管和回水管連接，空調器接在供水管和回水管之間，蓄能水池的池底和池壁鋪設有柔性防水保溫層，工質水體存儲在蓄能水池內，工質水體的頂部具有懸浮的絕熱保溫板，絕熱保溫板上面與蓄能水池上部的池壁構成表面平衡水池，平衡水體存儲在表面平衡水池內，且蓄能水池上具有使工質水體壓力與平衡水體壓力相等的平衡機構，進水管和出水管的一端與工質水體相通，水源熱泵的進水口與進水管之間以其回水口與回水管之間連接有循環水泵。本發明具有結構簡單、受力易平衡，水體造價低廉，循環周期長、節電節能的特點。
文檔編號F24F5/00GK101825320SQ20101015972
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者楊家華 申請人:楊家華