[发明专利]适应运行周期内负荷变化的地源热管换热系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及地源热泵技术领域，具体地，涉及一种适应运行周期内负荷变化的地源热管换热系统及控制方法。

背景技术

随着我国经济社会的快速发展，建筑中供热及空调的能耗占社会能源总消耗的比重持续上升。而伴随能源及环保问题的日益突出，在建筑供热及空调中采用节能的技术方法已经成为一项迫切的工作。

地源热泵技术通过一套设备满足建筑的供热与供冷需求。竖直地埋管地源热泵一般通过埋深为50~120米的地埋管换热器与土壤进行热交换。地埋管地源热泵技术的地埋管换热器位于土壤中，土壤温度稳定（一般10~20米深处以下的土壤温度不随季节变化，约高于当地年平均温度1~2℃），做为热源和冷源优于室外空气，所以，该技术不会影响建筑物外观，不会对周围环境产生噪声污染，而且系统运行安全，具有较高的稳定性和能效，是一项有效的建筑节能技术。

目前，国内外众多文献资料对竖直地埋管地源热泵技术进行了叙述，其节能效果也在众多的工程实践中得到了验证。现有研究的关注点是整个系统的节能性、经济性或者是地埋管换热系统的换热模型。但对于变负荷工况下，地埋管换热系统的分区优化及运行策略尚待研究。空调系统在大多数情况下，是在部分负荷工况下运行的，因此地埋管换热系统是可以进一步挖掘节能潜力的。另外，在地埋管地源热泵的设计及应用过程中，也存在一些问题，影响了系统的节能效果。一是系统的地埋管埋深设计不合理，目前多数工程设计中，根据前期试验测试井的换热结果，结合负荷进行定埋深的地埋管管群设计，即所有地埋管的深度相同，这使得系统在变负荷条件下运行时，地埋管换热系统随系统负荷变化的调节性差，从而影响地埋管换热器的换热效果，并往往导致地埋管换热系统的水泵能耗增大。二是地埋管分区不合理，多数地埋管埋深设计没有结合系统运行周期内空调负荷的变化规律做出合理的分区设计及运行策略，导致部分负荷工况下不能充分利用地埋管的换热能力，同时在一定程度上影响了土壤的热恢复。以上两个问题的存在均不利于系统的长期稳定运行。经过对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：200920073401.4的实用新型专利公开了一种新型的地源热泵空调循环水泵联动控制系统，该系统根据冷、热负荷的大小，调节变频器的输出功率，来调节循环水泵的流量，从而控制地埋管换热系统的换热量以达到减少能耗的目的。但该方式忽视了地埋管换热器的换热效率问题，存在易出现地埋管换热器管内流量偏小，换热效率低的隐患。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应运行周期内负荷变化的地源热管换热系统及控制方法，本发明能够根据系统运行周期内负荷变化规律，调整地埋管换热系统的运行方式，充分挖掘地埋管换热系统的节能潜力，并有效改善土壤温度场，保证系统高效、经济、稳定运行。

根据本发明的一个方面，提供一种适应运行周期内负荷变化的地源热管换热系统，包括：室内水系统、变频热泵机组和地埋管换热系统、室内水系统连接至变频热泵机组的负载侧，地埋管换热系统连接至变频热泵机组的地源侧，地埋管换热系统包括由若干地埋深度不同的地埋管分区组成的地埋管换热器、流量传感器、地源侧变频水泵、若干管道电磁阀、若干温度传感器和控制器，各地埋管分区内地埋管的供水干管连接至总供水管，回水管连接至总回水管；流量传感器和地源侧变频水泵与总回水管连接，各管道电磁阀和温度传感器分别与供水干管和总供水管连接，控制器分别与流量传感器、地源侧变频水泵、管道电磁阀和温度传感器连接，用以根据流量传感器和温度传感器检测到的流量信号和温度信号，向地源侧变频水泵和管道电磁阀输出动作信号。

优选地，该室内水系统包括：室内水路、负载侧变频水泵、流量传感器、若干管道电磁阀和若干温度传感器，室内水路通过室内水系统供水管和回水管与变频换热机组连接，室内水系统回水管与变频热泵机组负载侧进水口连接，室内水系统供水管与热泵机组负载侧出水口连接，负载侧变频水泵与室内水系统回水管连接，流量传感器与室内水系统供水管连接，各管道电磁阀和温度传感器分别与室内水系统的供水管和回水管连接。

优选地，该控制器采用可编程控制器。

优选地，各地埋管同程式并联连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种适应运行周期内负荷变化的地源热管换热控制方法，包括以下步骤：

步骤一，设定建筑空调负荷为地埋管换热系统的设计负荷，且建筑空调的总负荷为地埋管换热器的设计总负荷；

步骤二，根据地埋管换热系统的设计总负荷设计地埋管换热器的总土壤换热量；