[发明专利]耦合被动式太空辐射制冷的地埋管地源热泵系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种将被动式太空辐射制冷与地埋管地源热泵耦合的系统及方法，属于建筑环境与设备工程、建筑热环境及制冷工程技术领域。

背景技术

近年来，利用可再生的浅层地热能的地源热泵技术在建筑空调领域得到了迅速发展。其中的地埋管地源热泵技术通过循环液在封闭的地下埋管中流动，在实现高效换热的同时保护了宝贵的地下水资源。目前许多国际机构及政府均把推广应用地埋管地源热泵作为节约能源、减少CO₂排放和改善环境问题的重要手段。地埋管地源热泵技术利用大地热容量巨大及地下土壤温度相对稳定的特性，通过闭环式地埋管换热器夏季向土壤释放热量、冬季从土壤吸收热量，通过热泵实现对建筑物供冷供热。

然而，以节能环保著称的地埋管地源热泵技术在推广应用中遇到了建筑物冷热负荷平衡性方面的障碍。我国横跨暖温带和亚热带，大量建筑物尤其是商用建筑属于冷负荷占优型建筑物，即其全年冷负荷之和大于全年热负荷之和。在冷负荷占优型建筑物中使用地埋管地源热泵技术时，单一的地埋管换热器作为热泵系统的冷热源将使夏季向土壤的排热量大于冬季从土壤的吸热量，长期运行后会使多余热量在地埋管换热器周围土壤中积聚，造成土壤温度的升高，进而使热泵夏季进水温度升高，导致整个系统运行效率降低，甚至使系统失效。解决问题并扫清障碍的关键在于使地埋管换热器所承担的全年冷热负荷平衡，使用其他辅助制冷方式来排除建筑物不平衡的冷负荷。

现存的地埋管地源热泵技术的辅助制冷方式集中于使用冷却塔向空气中排除不平衡的建筑物冷负荷。但在实际运行中，一些建筑物由于所处地段、外观要求、节水要求、噪音控制等条件限制不适合使用冷却塔，要在这些冷负荷占优型建筑物内使用节能环保的地埋管地源热泵技术，必须寻求更合适、更节能的辅助制冷方式。

太空夜间辐射制冷现象得益于地表平面与太空（接近于绝对零度）之间的红外电磁辐射热交换。地球表面的大气层对于波长在8～13μm之间的红外辐射是接近完全透过的。因此，对于在此波长范围内表面发射率高的物体，可有效利用夜间太空作为免费冷源以释放自身热量。作为一种有效、廉价的被动式自然冷却方式，太空夜间辐射制冷技术得到了各界研究者越来越多的关注，但由于其只能夜间运行、制冷量与建筑物冷负荷不匹配以及性能受天气条件影响较大等原因，太空夜间辐射制冷不适合作为主动式制冷系统的稳定冷源。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点，本发明提出将被动式的太空辐射制冷与主动式的地埋管地源热泵技术耦合，将被动式太空辐射制冷作为地埋管地源热泵系统的新型辅助制冷方式，通过廉价的太空自然冷却方式有效解决建筑物全年冷热负荷不平衡问题，保障地埋管地源热泵系统的全年高效运行，扩大这种节能技术的应用范围。

本发明采用的技术方案如下：

耦合被动式太空辐射制冷的地埋管地源热泵系统，包括以红外热辐射方式释放热量的太空辐射制冷器、热泵机组和埋设于土壤中的地埋管换热器，且将太空辐射制冷器耦合于地埋管地源热泵系统中，系统中冷却水管路的连接方式：所述的太空辐射制冷器的出口依次经过回流水箱和换热器后与太空辐射制冷器的入口连通；所述的地埋管换热器的出口经过地埋管循环水泵后始终与热泵机组换热器I的入口连通；热泵机组换热器I的出口分别与换热器的入口或地埋管换热器的入口连通，且在热泵机组换热器I与换热器入口连通的管路上设有仅在夜间制冷开启的阀门II，在热泵机组换热器I与地埋管换热器的入口连通的管路上设有仅在在夜间制冷关闭的阀门I；同时，热泵机组换热器I又通过制冷剂环路依次与膨胀机构I、热泵机组换热器II、压缩机、和过热降温器连通。

所述的太空辐射制冷器，包括一个金属框架，在所述的金属框架上设有一个或多个辐射制冷器模块，所述的辐射制冷器模块为两张镀锌钢板组成，且两个镀锌钢板之间形成供冷却水流动的间隙；所述的两个镀锌钢板长度方向的两端分别连通冷却水分水器和冷却水集水器，所述的冷却水分水器与冷却水入口连通，冷却水集水器与冷却水出口连通；宽度方向两端采用无铆钉压铆加胶粘剂连接。

所述的热泵机组换热器I在供冷工况为冷凝器，供热工况为蒸发器；所述的热泵机组换热器II供冷工况为蒸发器，供热工况为冷凝器。

在热泵机组换热器II，热泵机组换热器I连通的管路上还设有与膨胀结构I并联的膨胀机构II；所述的热泵机组换热器II连接在用户侧循环水管路上，通过制冷剂与用户侧循环水的热量交换实现对空调房间的冬季供热和夏季供冷，在用户侧循环水管路上设有冷冻水循环水泵、温度传感器、流量传感器。

所述的换热器与地埋管换热器的入口连通管路上串联有温度传感器。