用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的製作方法
2023-12-04 13:01:51 1
專利名稱：用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空調製冷技術領域，尤其涉及一種用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置。
背景技術：
地源熱泵兼有製冷與制熱功能，是通過利用土壤、地下水或地表水所存儲天熱冷量/熱量獲得高能效比的熱泵機組。土壤、地下水或地表水所儲存能量是一種低品位的可再生能源，地源熱泵正是通過回收這種低品位地下儲能而獲得高的能效比，節能效果十分顯著。比如，商業建築中，地源熱泵的年均節能可達17%，而住宅建築中，地源熱泵的年均能耗可減少32%。地源熱泵包括土壤源地源熱泵、地表水地源熱泵和地下水地源熱泵三類。地下水地源熱泵具有結構簡單、技術成熟、施工方便及節能效果好等優點，因此，其得到更為廣泛應用，尤其在夏熱冬冷地區。
現有技術的地下水地源熱泵大多是利用地下水來直接冷卻熱泵機組的冷凝器或加熱熱泵機組的蒸發器，這種地下水地源熱泵的結構和工作原理在中國專利公開號CN1854645A中所公開的"一種地源熱泵系統"中有詳細描述。雖然現有地源熱泵機組製冷效率或制熱效率較空氣源熱泵機組或其他冷水機組(如採用冷卻塔冷卻方式)都有較大提高，然而，就現有技術的地下水地源熱泵而言，特別是在大型建築中的風管空調系統，空氣處理機組需要補充大量的室外新風來攜帶熱泵機組製造的冷量/熱能來調節室內空氣，地下水所儲存天熱冷量或熱能並沒有被直接用於冷卻高溫室外新風或加熱低溫室外新風，就造成原本可直接用於供冷或供熱的地下水的冷量/熱能損失；由於室外新風的全熱負荷由熱泵機組承擔，當室內外溫差較大時，熱泵機組承擔的負荷較大而導致能耗較高。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種提高地能利用而使地源熱泵能耗減小的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置。
為實現上述目的，本實用新型的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的技術方案是用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，包括具有內、外換熱器的熱泵機組、空氣處理機組、用於攝取地能的地源介質系統，所述熱泵機組的外換熱器連接在地源介質系統的循環管路中，所述空氣處理機組的風道中在送風方向上依次設有新風入口、迴風入口、混合空氣熱質交換設備，混合空氣熱質交換設備與熱泵機組的內換熱器通過循環介質實現熱交換，所述空氣處理機組風道中在新風入口與迴風入口之間設有新風熱質交換設備，所述新風熱質交換設備連接在地源介質系統的循環管路中。
所述空氣處理機組的風道中於新風熱質交換設備、混合空氣熱質交換設備之間設有與迴風入口相通的混合室。
所述空氣處理機組風道中在送風方向上的混合空氣熱質交換設備後方設有加溼器、風機
所述地源介質系統包括循環管路及其上串接的地源換熱器、循環泵，地源換熱器上還設有一對供循環地下水進出的進、出水管。
所述新風熱質交換設備、混合空氣熱質交換設備為直接接觸式熱質交換設備或間接接觸式熱質交換設備。
所述新風熱質交換設備、熱泵機組外換熱器通過連接管先後串連在地源介質系統的循環管路中。
所述新風熱質交換設備、熱泵機組外換熱器通過連接管並聯在地源介質系統的循環管路中。
所述新風熱質交換設備、熱泵機組的外換熱器分別連接在兩套獨立循環的地源介質系統的循環管路中。
本實用新型的空調系統與現有技術相比，其改進之處在於，先使用新風熱質交換設備的地下儲能直接對新風進行預處理後，再進入間接利用地能的熱泵機組所主導的空氣處理過程。由於地下水所儲存天熱冷量/熱能直接用於承擔室外新風的全部顯熱負荷及部分潛熱負荷，熱泵機組僅需承擔室內負荷，從而節省熱泵機組製冷量/制熱量，熱泵機組耗電量也相應減少，而從整體上通過有效利用低品位地下水儲能而節省高品位電能。本實用新型具有利用低品位地下水所儲存的冷量/熱能的優點，高效節能，尤其新風量越大，節能效果越明顯，當地下水溫度為15°C且新風量佔總風量20%時，本實用新型比現有技術的地源熱泵節能達20%以上。本實用新型可高效利用低品位的可再生能源直接實現給新風供冷或供熱，運行穩定可靠、安全衛生、無地下水汙染，適用範圍廣，特別適用於冬冷夏熱地區。
另外，本實用新型的空調系統中的新風熱質交換設備和熱泵機組的外換熱器均由地下水提供冷/熱源，新風熱質交換設備和熱泵外換熱器可以先後串接在地源介質系統的循環管路中，攜帶地能的循環介質可以先對室外新風供冷或供熱，然後再用於冷卻或加熱熱泵機組的外換熱器，使地能在一套循環管路中被充分利用。另外，新風熱質交換設備和熱泵外換熱器也可以並聯在地源介質系統的循環管路中，並可通過加設閥組對循環介質按當地的溫差情況合理分配，這種方式的節能效果較好但需要更多的地下水來提供冷/熱量。
另外，新風熱質交換設備和熱泵外換熱器也可以分別連接在兩套獨立的地源介質系統的循環管路中，使新風熱質交換設備和熱泵外換熱器互不影響，這種方式的節能效果好但是需要布置兩套循環系統而成本較高。
圖l是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的實施例l的原理圖
圖2是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的供冷工況空氣處理過程在焓溼圖上表示(h-d圖)。
圖3是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的供熱工況空氣處理過程在焓溼圖上表示(h-d圖)。
圖4是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的實施例2的原理圖
圖5是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的實施例3的原理圖
圖1中，1、地源換熱器，2、第一循環泵，3、新風熱質交換設備，4、熱泵外換熱器，5、熱泵機組，6、熱泵內換熱器，7、混合空氣熱質交換設備，8、加溼器，9、風機，10、第二循環泵，11、混合室。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，包括熱泵機組5、空氣處理機組、用於攝取地能的地源介質系統，所述熱泵機組具有內、外換熱器6、 4，空氣處理機組包括自新風入口至送風口延伸的風道及其中沿送風方向依次設置的新風熱質交換設備3、混合室ll、混合空氣熱質交換設備7、加溼器8、風機9，所述混合室ll與室內迴風的迴風入口相通。所述地源介質系統包括循環管路及串接在循環管路上的第一循環泵2和地源換熱器l，地源換熱器l上還設有一對供循環地下水進出的進、出水管，所述新風熱質交換設備3、熱泵機組5先後串接在地源介質系統的循環管路中，該循環管路的循環介質被定義為第一介質。熱泵機組5的內換熱器6、第二循環泵IO、混合空氣熱質交換設備7通過循環管路依次串接，該循環管路中的介質被定義為第二介質。所述新風熱質交換設備3和混合空氣熱質交換設備7可以選擇直接接觸式熱質交換設備，如噴水室；也可以選擇間接接觸式熱質交
換設備，如表面式冷卻器。
本實用新型的空調系統在工作時，室外新風經新風熱質交換設備3處理後，進入混合室ll與室內迴風混合，然後再經混合空氣熱質交換設備7處理後，通過加溼器8加溼，經風機9加壓後送入空調房間內；供冷工況下，室外新風與新風熱質交換設備3進行熱質交換過程中新風被冷卻除溼，新風與迴風所組成的混合空氣與混合空氣熱質交換設備7進行熱質交換過程中混合空氣也被冷卻除溼，新風熱質交換設備3承擔室外新風全部顯熱負荷和部分潛熱負荷，新風熱質交換設備3所需要冷量由地下深井水提供，混合空氣熱質交換設備7承擔室外新風部分潛熱負荷及室內總負荷，混合空氣熱質交換設備7所需要冷量由熱泵機組5提供；供熱工況下，室外新風與新風熱質交換設備3進行熱質交換過程中新風被等溼加熱或加溼加熱，新風與迴風所組成的混合空氣與混合空氣熱質交換設備7進行熱質交換過程中等溼加熱或加溼加熱，新風熱質交換設備3承擔室外新風部分熱負荷，新風熱質交換設備3所需要加熱量由地下深井水提供，混合空氣熱質交換設備7承擔室外新風部分熱負荷及室內總熱負荷，混合空氣熱質交換設備7所需要加熱量由熱泵機組5提供；加溼器8加溼方法採用等溫加溼或等焓加溼。
新風熱質交換設備3內的第一介質與新風進行熱質交換後進入熱泵機組5的熱泵外換熱器4換熱後，再流入地源換熱器l與經除汙處理後地下井水進行換熱，然後經第一循環泵2重新送至新風熱質交換設備3;供冷工況下，較高溫度的第一介質在地源換熱器l內向低溫井水放熱後變為較低溫度的第一介質，流入新風熱質交換設備3的第一介質溫度低於新風的露點溫度從而實現新風冷卻除溼，第一介質經新風熱質交換設備3吸收熱量後進入熱泵機組5的熱泵外換熱器4繼續吸收熱量溫度繼續升高，在熱泵機組5的熱泵外換熱器4出口變成溫度較高第一介質；供熱工況下，較低溫度的第一介質在地源換熱器l內從低溫熱井水吸熱後變為較高溫度的第一介質，流入新風熱質交換設備3的第一介質溫度高於新風溫度從而實現新風加熱，第一介質經新風熱質交換設備3放出熱量後進入熱泵機組5的熱泵外換熱器4繼續放出熱量溫度繼續降低，在熱泵機組5熱泵外換熱器4出口變成溫度較低第一介質。
混合空氣熱質交換設備7內的第二介質與新風迴風所組成的混合空氣進行熱質交換後進入熱泵機組5的熱泵內換熱器6換熱後，再經第二循環泵10重新送至混合空氣熱質交換設備7;供冷工況下，在混合空氣熱質交換設備7中的第二介質溫度遠低於混合空氣露點溫度從而實現混合空氣的冷卻除溼，第二介質經混合空氣熱質交換設備7吸收熱量後溫度升高，進入
7熱泵機組5的熱泵內換熱器6放出熱量後溫度下降並被冷卻為低溫的第二介質；供熱工況下，
在混合空氣熱質交換設備7中的第二介質溫度遠高於混合空氣溫度，從而實現混合空氣的加熱，第二介質經混合空氣熱質交換設備7放出熱量後溫度降低，進入熱泵機組5的熱泵內換熱器6吸收熱量後溫度升高並被加熱為高溫的第二介質。
這裡以新風熱質交換設備3和混合空氣熱質交換設備7均為間接接觸式熱質交換設備為例，說明空氣處理過程為供冷工況下，室外新風先經新風熱質交換設備3冷卻除溼至機械露點(如圖2中所示新風狀態點0到狀態點k過程)，新風與迴風在混合室ll內混合(如圖2中所示的室內空氣狀態點R與新風機械露點k混合至空氣狀態點M過程)，混合空氣在混合空氣熱質交換設備7冷卻除溼至機械露點(如圖2中所示狀態點M到狀態點L2過程)，處理後空氣經風機送入室內消除房間餘熱餘溼(如圖2中所示空氣狀態點L2到狀態點R過程)，從而維持房間溫度和溼度穩定(如圖2中所示空氣狀態點R);
供熱工況下，室外新風先經新風熱質交換設備3等溼加熱(如圖3中所示新風狀態點0'到狀態點O"過程)，新風與迴風在混合室ll內混合(如圖3中所示的室內空氣狀態點R與新風狀態點O"混合至空氣狀態點M'過程)，混合空氣在混合空氣熱質交換設備7等溼加熱(如圖3中所示狀態點M'到狀態點M"過程)，然後混合空氣經加溼器8等溫加溼(如圖3中所示混合空氣狀態點M"到送風狀態點s過程)，加溼處理後空氣經風機送入室內以維持房間溫度和溼度穩定(如圖3中所示送風狀態點s到室內空氣狀態點R過程)。
圖4是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的實施例2的原理圖，與實施例l的不同之處在於新風熱質交換設備3和熱泵外換熱器4是並聯在地源介質系統的循環管路上，可以通過閥門實現流量分配。
圖5是本實用新型提供的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置的實施例3的原理圖，與實施例l的不同之處在於新風熱質交換設備3和熱泵外換熱器4是分別連接在兩套獨立循環的地源介質系統的循環管路A、 B上。
上述實施例中的地源介質系統中的循環介質均是通過地源換熱器與引入的地下水實現換熱的。當然也可以直接使用地下水作為地源介質系統中的循環介質，同時需要增加過濾和淨化設備回收地下水。
權利要求1.用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，包括具有內、外換熱器的熱泵機組、空氣處理機組、用於攝取地能的地源介質系統，所述熱泵機組的外換熱器連接在地源介質系統的循環管路中，所述空氣處理機組的風道中在送風方向上先後設有新風入口、迴風入口、混合空氣熱質交換設備，混合空氣熱質交換設備與熱泵機組的內換熱器通過循環介質實現熱交換，其特徵在於所述空氣處理機組風道中在新風入口與迴風入口之間設有新風熱質交換設備，所述新風熱質交換設備連接在地源介質系統的循環管路中。
2 根據權利要求l所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述空氣處理機組的風道中於新風熱質交換設備、混合空氣熱質交換設備之間設有與迴風入口相通的混合室。
3 根據權利要求l所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述空氣處理機組風道中在送風方向上的混合空氣熱質交換設備後方設有加溼器、風機。
4 根據權利要求l所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述地源介質系統包括循環管路及其上串接的地源換熱器、循環泵，地源換熱器上還設有一對供循環地下水進出的進、出水管。
5 根據權利要求l所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述新風熱質交換設備、混合空氣熱質交換設備為直接接觸式熱質交換設備或間接接觸式熱質交換設備。
6 根據權利要求1 5中任意一項所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述新風熱質交換設備、熱泵機組外換熱器通過連接管先後串連在地源介質系統的循環管路中。
7 根據權利要求1 5中任意一項所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述新風熱質交換設備、熱泵機組外換熱器通過連接管並聯在地源介質系統的循環管路中。
8 根據權利要求1 5中任意一項所述的用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，其特徵在於所述新風熱質交換設備、熱泵機組的外換熱器分別連接在兩套獨立循環的地源介質系統的循環管路中。
專利摘要本實用新型公開了一種用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置，所述用地下儲能預處理新風的地源熱泵空調裝置包括熱泵機組、空氣處理機組、地源介質系統，所述熱泵機組具有內、外換熱器分別與空氣處理機組和地源介質系統通過循環介質實現熱交換，所述空氣處理機組的風道中在送風方向上先後設有新風入口、迴風入口、混合空氣熱質交換設備，混合空氣熱質交換設備與熱泵機組的內換熱器通過循環介質實現熱交換；混合空氣熱質交換設備與熱泵機組的內換熱器通過相連管道中的循環介質實現熱交換；所述空氣處理機組的風道中於新風熱質交換設備、混合空氣熱質交換設備之間設有與室內迴風相通並供迴風流入的混合室。本實用新型利用低品位地下水所儲存的冷量/熱能對新風預處理減少熱泵處理新風負荷而提高能源利用效率，節能效果明顯。
文檔編號F24F5/00GK201434463SQ200920305798
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者任秀宏, 周西文, 崔曉龍, 張國強, 林 王, 雨 王, 星 許, 談瑩瑩, 馬愛華 申請人:河南科技大學